CAE在电子高科技行业中的应用

2017-02-25 by:CAE仿真在线来源:互联网

现今我国已是全球第三大电子信息产品制造国,电子信息产品已经渗透到我们生活的各个角落,包括通信设备、医疗电子设备及器械、计算机行业产品、家用电子产品、电子电器产品等。然而伴随着社会的发展和技术的进步,人们对电子产品提出了更高的要求:精确、稳定、轻巧、保密、可靠,而运用CAE技术,可以帮助企业进行产品的性能分析设计、寻找产品缺陷、缩短研发周期、建立自主技术,提高产品在市场上的竞争力。

(一)电子高科技行业概述

电子高科技行业是以电子产业为龙头,建立在科学技术上的新兴产业,产品的科技含量很高,具有"高、精、尖"的特点。电子信息产品已经渗透到通信、医疗、计算机及周边视听产品、玩具、军工用品等领域。电子行业的产品品种包罗万象,在日常生活中,大家最常见的电子产品莫过于笔记本、手机和平板电脑了。

电子高科技行业的特点如下:

1、电子高科技行业属于知识密集型产业。表现在:在从业人员中,科技人员所占的比重大;在销售收入中,用于研究和开发的费用比例大。

2、产品更新换代周期短,产品的竞争需要更快的市场响应速度。

3、该行业是典型的离散型制造模式,电子产品多样化、商品化。

4、产品体积小,重量轻,附加价值高。

5、注重新技术开发,能快速将研究成果进行转化。从事该行业的企业需要不断掌握、预测市场的需求,在最短的时间内研发新品,推陈出新。

6、资源、能量消耗少,产品要求高功效低耗能。

(二)CAE用于电子高科技行业的优势

从时间的角度分析,其优势在于:

♦更快地帮助工程师预测与验证产品设计的不合理之处,以及制造的薄弱环节。

♦减少产品设计与研发的时间。

♦及时了解产品的内部零件关联、运动等情况。

从成本的角度分析,其优势在于:

♦解决试模制作的费用。

♦减少修模成本。

♦节省检测费用。

总之,CAE技术可以帮助企业进行产品的性能分析设计、寻找产品缺陷、缩短研发周期、建立自主技术等。

(三)电子产品的基本工艺流程

电子产品系统是由整机、零件、元器件等组成,其中零件和元器件又称之为部件。电子产品的生产过程一般需经过成型、烤漆、组装三个环节。但是不同的电子企业,其生产流程也存在差异,以手机为例,其一般的生产流程为:原料来件、PCB上锡膏、贴片、焊接、冷却、检查、下载、板测、贴按键弹片、组装、包装出货。

以手机产品为例,手机生产涉及的工艺技术主要有:工艺工程技术、注塑工艺技术、冲压工艺技术、SMT贴片技术、装配工艺技术、胶水与胶纸粘接技术、热压焊接技术、手工焊接技术、铆焊连接技术、热熔焊接技术、超声波焊接技术、移印技术、网印技术、IML技术、IMD技术、维修工艺技术、网络测试技术等。

电子产品的装配过程是先将零件、元器件组装成部件,再将部件组装成整机,其核心工作是将元器件组装成具有一定功能的电路板部件或叫组件(PCBA)。在电路板组装中,可以划分为机器自动装配和人工装配两类。机器装配主要指自动铁皮装配(SMT)、自动插件装配(AI)和自动焊接,人工装配指手工插件、手工补焊、修理和检验等。

(四)电子产品上CAE技术的应用

仿真应用案例列举

(五)物理样机测试与CAE分析

如今的电子产品,越来越追求绿色环保、静音、高可靠性、人性化设计,越来越多的电子产品的开发,不再依赖于工程师的个人经验和对物理样机的实际测试,而是通过仿真技术,采用虚拟设计和制造和验证的手段,将问题的发现与解决尽可能在产品设计的前端。

(六)电子产品行业中常用的CAE软件比较

针对不同的应用,利用CAE软件可以模拟零件、部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的运动和运行状态。在电子产品的仿真分析中,CAE软件使用的种类非常丰富,如HyperWorks、I-DEAS、ANSYS、ADINA、ABAQUS、LS-DYNA、Nastran、Pam crash、Moldflow、AutoForm等,以下是电子行业中常用的CAE软件的比较

软件名称	软件优势
ANSYS	● ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。 ● ANSYS软件主要包含前处理模块,分析计算模块和后处理模块。 ● 软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本,可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上。
ABAQUS	● ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。 ● 由于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit同为一家公司的产品,其数据传递非常方便,可以很容易地考虑预紧力等静力和动力相结合的计算情况。 ● ABAQUS第三点优势是其求解器是智能化的求解器,可以解决其它软件不收敛的非线性问题。
LS-DYNA	● LS-DYNA内附功能强大的前、后处理程序。 ● LS-DYNA与其它软件最大不同之处在于——建立一次有限元模型,利用LS-DYNA核心求解程序,即可求解各式不同的物理现象及多阶段分析。 ● LS-DYNA还可以随时切换Implicit / Explicit的求解法,让用户在处理多阶段分析时,能更得心应手。
HyperWorks	● 通过高性能的有限元实现快速建模和后处理,大大缩短工程分析的周期。 ● 直观的图形用户界面和易用操作的模式,有效地减少学习时间,提供工作效率。 ● 可直接输入各种CAD软件的几何模型,减少建模的重复工作和费用;提供一个集成的系统内支持范围广泛的求解器,确保与其他CAE软件的兼容性。
MSC	以MSC.Nastran软件为例来看,MSC.Nastran是电子行业的常用软件之一,它提供了功能强大的静力、屈曲、高级动力响应、随机振动响应、复合材料、设计灵敏度及优化、拓扑优化、显隐式动力学等方面的分析功能。
Moldflow	在产品的设计及制造环节,Moldflow提供了两大模拟分析软件:AMA(Moldflow塑件顾问)和AMI(Moldflow高级成型分析专家)。AMA简便易用,能快速响应设计者的分析变更;AMI用于注塑成型的深入分析和优化,是全球应用最广泛的模流分析软件。
DYNAFORM	● DYNAFORM软件设置过程与实际生产过程一致,操作上手容易,可以对冲压生产的全过程进行模拟。 ● DYNAFORM软件适用的设备很广泛。
FLOTHERM	● 工程师可以使用FloTHERM快速创建电子设备虚拟模型,运行热分析,在建立物理样机之前迅速便捷地测试设计修改。 ● FloTHERM使用高级CFD技术预测元器件级、板级、系统级的电子设备气流、温度、热传,其求解结果相对可靠。