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零门槛仿真二次开发工具在通讯产品中的应用

2022/6/8    来源:Altair    作者:肖守春  付红志  刘哲  石一逴      
关键字:零门槛仿真  HyperWorks  
本文介绍了HyperWorks软件上二次开发得出的零门槛仿真工具,使设计工程师在不掌握仿真软件技能的基础上均可具备仿真能力,从而提升产品可靠性设计能力。
1 概述

       当有限元仿真逐步成为产品设计流程中各节点都必需的评估手段,对于产品众多的用户来说,通常会出现仿真能力供不应求的情况。业界通常以二次开发来提升仿真效率,以缓解此矛盾。

       目前的二次开发,通常是建立一个经用户化定制的人机交互界面,将前处理软件、求解器、后处理软件的使用方法、当前模型数据的处理方法、基本的数值分析方法、前人的设计分析经验以及数据管理方法等一系列的知识封装在一个黑匣子中,而无需CAE工程师理解记忆。

       但此类二次开发还是以CAE工程师为使用者,无法解决以下几类矛盾:

       (1)设计工程师依然需要排CAE工程师的档期

       (2)设计工程师依然无法自行完成评估,无法自由验证各种想法

       (3)部门依然需要一定数量CAE工程师应对日常仿真工作

       (4)CAE工程师依然无法摆脱简单常规工作,制约了自身发展

       为解决以上矛盾,我司应用二次开发技术,开发出零门槛的仿真工具,让设计工程师不需要学习仿真知识和技能,就能完成仿真分析得出报告。这一举措使仿真能力向设计工程师普及,降低了产品评估周期和人力成本,同时释放出CAE工程师的人力去完成技术含量较高的仿真研究工作。

2 定义和适用范围

       2.1 零门槛仿真定义

       零门槛仿真,即用户在不掌握任何仿真知识和操作技能的前提下,只应用自身已经掌握的产品信息,即可完成仿真并获取报告,用于指导产品设计。分析目前业界仿真工具,均需具有仿真知识和技能才可应用,故零门槛仿真主要指通过二次开发将仿真前后处理操作过程和技能经验封装起来,只留简单的外部输入输出接口,即可完成仿真。具体指标如下:

       (1)不需向用户培训仿真知识和仿真操作技能;

       (2)用户只与二次开发界面交互,不与原软件HyperWorks交互;

       (3)自动生成报告,可直接交付;

       (4)有符合用户思维和习惯的界面,以及良好的容错性,可使用户顺畅便捷地完成仿真;

       (5)在重点关注区域,零门槛工具的仿真结果需与CAE工程师的仿真结果数值差距在5%以内。

       2.2 零门槛仿真适用范围

       目前认为,零门槛仿真主要适用于产品形态和特征较稳定的产品。具体指标如下:

       (1)已有成熟技术和流程,且可标准化定义;

       (2)产品形态结构较稳定而简洁,GUI界面不会过于繁杂庞大;

       (3)建模复杂度较低,可不需人工干预即得出可计算模型和可接受结果;

       (4)同类仿真需求较多,二次开发收益显著。

3 界面及功能

       3.1 功能简介

       我方零门槛仿真工具,目前主要能实现两类功能:单板级装配应力分析、单板级周转应力分析。

       分析对象为系统产品电路板,此类产品由于体积大、质量重、芯片大、网络地位高,可靠性风险和可靠性要求都较高。而其在从生产到运输的各环节都面临多方面的应力失效风险,故各产品均已逐步在开发过程中引入仿真分析能力,对应力失效风险进行评估和改善,寻求品质保障。

       由于我方板级产品部件多为板状结构或规则六面体结构(或可简化为规则六面体),综合考虑模型结构和难度、各种建模方式的优劣、以及设计工程师的能力背景,决定采用参数建模的方式进行二次开发。设计工程师只需应用已有知识和技能,即可获取相关参数,不需处理几何文件。

       3.2 主流程

       根据产品特征和二次开发逻辑,流程分以下4个步骤进行,可完成大部分产品的板级装配和周转应力分析,如图1。

流程示意图

图1 流程示意图

       3.3 各功能及界面

       各功能模块,都综合权衡产品特征覆盖程度、简化程度和求解准确程度,经多次验证对比,确定最终界面方案和关键参数。以下列举几个模块或功能。

       (1)pcb模块:可实现打孔、板边切割和板内阵列挖槽,生成网格质量良好且符合实际产品外形的pcb模型。如图2。

pcb模块界面和示例

图2 pcb模块界面和示例

       (2)芯片模块:可自动生成焊点、完成焊接和网格过渡,如图3。

芯片模块界面和示例

图3 芯片模块界面和示例

       (3)自动装配:结构件、散热器等,可实现自动螺钉装配,如图4。

自动装配功能界面和示例

图4 自动装配功能界面和示例

       (4)阵列功能:对于同类器件或挖槽,可通过定义单个器件(槽孔)和阵列参数,实现其阵列布局,大幅度降低某几类产品的建模周期。如图5。

自动装配功能界面和示例

图5 自动装配功能界面和示例

       3.4 结果报告

       以我司已有报告模板为基准参考进行二次开发,可自动生成报告、自动提取并自动发送至用户邮箱。相关报告参数均在gui界面内填写,自动赋值到报告中,用户无需对报告进行任何干预。如图6、图7。

报告信息设置界面

图6 报告信息设置界面

报告局部示例

图7 报告局部示例

4 应用成果及结论

       以上零门槛仿真工具,是由Altair公司提供二次开发技术支持,并基于Altair公司HyperWorks软件进行二次开发的,在我司已得到充分验证并开展有效应用。

       目前已由无仿真基础的设计工程师在若干类通讯系统产品的数十款单板上得到应用和对标验证,实际指导了产品设计。按目前应用情况预计,此二次开发工具在未来一年内可能在数百款产品上应用,显著提升我司单板产品可靠性设计能力,为中兴通讯产品的优良品质提供有力的保障。
责任编辑:程玥
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