消费电子行业是一个技术密集型行业,企业需要不断投入大量的资金进行研发,以推出更具创新性和竞争力的产品,以更快的研发迭代速度,来满足消费者对于消费电子产品越来越多样化的个性需求。
以耳机为例,捷波朗(Jabra)拥有超过150年的历史,品牌在全球范围内尤其是专业音频领域具有较高的知名度和良好的声誉,Jabra在耳机技术研发方面投入较大,拥有一系列的专利技术和创新成果。例如,率先推出全球第一款蓝牙移动耳机、世界上第一款带有内置电话会议功能的无线耳机等,Jabra的产品质量可靠,性能出色。其耳机在音质表现和降噪功能方面,具备很强的竞争力。
Jabra的耳机质量确实不错,笔者也曾体验过一款Jabra Elite4耳机。
从刚开始只做简单的强度校核,到2015年将仿真与项目结合,应用到头戴耳机舒适度的评估,2016年开始建立自己的材料数据库,2017年仿真技术变成了大北欧产品设计开发流程中必不可少的一环。为了提高CAE前处理的效率,2018年开始,使用Altair的产品,一开始主要是用HyperMesh,解决网格划分的效率和质量问题。
目前大北欧的几大类产品,包括头戴式耳机、音视频一体机、无线蓝牙耳机等,都有非常多仿真应用,比如头戴式耳机的舒适度评估、各个部件的强度分析、整机跌落等。
上图是应用SimLab之前(2018年)前后的仿真工作耗时对比,下面蓝部分表示前处理的时间,橙色代表计算的时间,天空蓝代表后处理的时间。2018年应用SimLab之后,蓝色部分的前处理时间占比明显减少,2023年应用HPC计算之后,计算时间也大幅缩短,现在大北欧的仿真时间主要是在整理结果的后处理上。
大北欧仿真团队另一个对Altair产品赞美的是“丰富”又“优惠”的多物理场计算能力。SimLab不仅是一个强大的前处理软件,同时SimLab又是一个一站式多物理场仿真平台,可以理解为Altair在SimLab环境里,封装了HyperWorks的多个求解器,包括结构求解器Optistruct、显式求解器Radioss、流体求解器Accusolve、SPH、电磁求解器Flux、疲劳求解器以及DOE/拓扑优化等丰富的求解功能,甚至还可以用设计师优化工具。
但这一切都不需要额外付费,得益于Altair强大的基于AU的商业模式,只要买其中一个最贵模块的点数(AU),低于这个模块点数的模块都是可以免费用的,这对要做多物理场计算的电子行业就特别划算,买一套Altair软件,就相当于买了一套前处理软件、结构分析软件、跌落显示分析软件、散热分析软件、声学仿真软件、光学仿真软件,结结实实省了一笔巨大的开支。SimLab的多物理场计算能力切切实实地在大北欧得到了多场景的应用,包括跌落仿真、散热仿真、声学仿真、光学仿真。
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跌落仿真
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散热仿真
大北欧用Altair AcuSolve做散热仿真,仿真结果和实验对标非常接近。如图,上方是用热成像仪拍摄的云图,主要找了几个侧点,下方是用AcuSolve在SimLab里做的仿真结果,计算数据对比媲美专业级别的独立散热仿真软件。
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更多应用:声学振动、联合仿真设计优化等
其中最核心的功能是拓扑优化设计,工程师提出优化的目标,Inspire就能根据多种载荷和约束条件做出相应的优化设计,给工程师提供参考。目前大北欧正在应用Inspire做头戴式耳机的拓扑优化创新设计。
在大北欧的另一个产品线散热器上,Inspire和SimLab、AcuSolve、HyperStudy实现了联合设计仿真。用Inspire做参数化建模,在SimLab面做AcuSolve的求解设置,然后录成脚本输入HyperStudy,在HyperStudy里定义响应以及每个参数的边界。最终仿真优化出来的结果虽然温度只下降了0.7度,但是重量下降了18%,可以节省不少成本。
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结束语
通过和大北欧中国的林丽老师沟通,能深刻感受到大北欧对仿真的应用上非常有深度和广度,精益求精、孜孜不倦探索把仿真拓展到新的产品、新的应用场景。这份对仿真价值的认知以及投入和成果,都值得更多消费电子行业的企业学习如何让仿真在研发创新中创造更大的价值。