聯(lián)想ThinkPad筆記本系列以其醒目且充滿(mǎn)美感的外觀而著稱(chēng)。IBM設(shè)計(jì)外形來(lái)源于日本的“便當(dāng)”飯盒，至今還采用該種外觀。因其“蝴蝶”擴(kuò)展式鍵盤(pán)別具一格，1995年推出的ThinkPad 701現(xiàn)已收藏于紐約現(xiàn)代藝術(shù)博物館。

      聯(lián)想筆記本在設(shè)計(jì)中充分考慮其牢固性，堅(jiān)固耐用，隨身攜帶也不用對(duì)它進(jìn)行特別的保管，這也是其一大特點(diǎn)。在咖啡店看到這樣一幕：一個(gè)大學(xué)生大踏步走到桌子旁，隨手拿出一臺(tái)筆記本，打開(kāi)后開(kāi)始興致勃勃地用力地敲字。在旁邊，另一個(gè)學(xué)生合上他的筆記本，一只手拿著它然后帶著咖啡快速地跑出去，結(jié)果將筆記本撞在了門(mén)框上，但它沒(méi)有任何損壞。

      聯(lián)想在設(shè)計(jì)方面投入大量精力，確保“可提式”不會(huì)變成“易碎式”。ThinkPad X300和T400兩個(gè)系列的設(shè)計(jì)分別命名為“小太刀”和“竹刀”，這是日本武術(shù)劍的名稱(chēng)，從中可以看出工程師對(duì)該項(xiàng)任務(wù)的重視。與那些傳奇武器一樣，ThinkPad因其性能、堅(jiān)固性和外觀而聞名，這是聯(lián)想于2005年收購(gòu)IBM筆記本品牌后繼續(xù)保持的一項(xiàng)財(cái)產(chǎn)。“我們的目標(biāo)就是創(chuàng)造一款高質(zhì)量、可靠堅(jiān)固的筆記本，同時(shí)降低成本、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間。”聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心高級(jí)經(jīng)理辛志峰博士說(shuō)。推出的新款筆記本都是在廣受好評(píng)的聯(lián)想設(shè)計(jì)中心進(jìn)行的。在過(guò)去幾年里，聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心榮獲了美國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)秀獎(jiǎng)、德國(guó)紅點(diǎn)獎(jiǎng)和IF設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)、日本國(guó)際G-Mark優(yōu)秀工業(yè)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)和英特爾的創(chuàng)新PC獎(jiǎng)等等。

      聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心的工程師對(duì)聯(lián)想的所有產(chǎn)品進(jìn)行分析，包括PC、筆記本、手機(jī)和服務(wù)器。在產(chǎn)品概念、開(kāi)發(fā)和故障分析階段均采用有限元分析。聯(lián)想的有限元分析包括對(duì)跌落、沖擊、震動(dòng)、靜壓和主板壓力進(jìn)行模擬。此外，該中心還可進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)熱能和氣流音效的模擬。2007年，聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心開(kāi)始對(duì)ThinkPad等筆記本電腦進(jìn)行真實(shí)模擬，此后不久真實(shí)模擬成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的一個(gè)正式環(huán)節(jié)。自從其啟動(dòng)模擬技術(shù)中心后，Abaqus成為有限元分析的一個(gè)重要工具。“借助Abaqus，我們更具創(chuàng)新性，能更加快速地生產(chǎn)出質(zhì)量更好的產(chǎn)品。”辛博士說(shuō)。

      工程師在設(shè)計(jì)的早期階段即使用Abaqus來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品強(qiáng)度、在不同版本間進(jìn)行選擇，在找出問(wèn)題區(qū)域的同時(shí)并可以加以改善。該流程包括從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)到網(wǎng)格模型的預(yù)處理，載荷、邊界和部件間相互作用的確定，分析運(yùn)行以及報(bào)告的生成。

 

靈活的分析、精確的結(jié)果

      有限元分析在消除彎曲性方面尤為重要，這是提高ThinkPad可靠性的關(guān)鍵。一系列外力的使用，如一只手?jǐn)y帶合著的筆記本，可能會(huì)使筆記本的框架變形，主板扭曲，導(dǎo)致焊接接頭或液晶顯示屏損壞。“筆記本面臨越來(lái)越苛刻的載荷和外力，即使只是從一處移至另一處。”辛博士說(shuō)，“外殼要足夠牢固，將變形降至最低，這非常重要，只有這樣，后蓋可以保護(hù)顯示屏，底蓋可以保護(hù)主板。”

      在最新的一款產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，扭曲模擬對(duì)于在不降低強(qiáng)度或硬度的情況下減少筆記本重量發(fā)揮了重要作用。一個(gè)采用碳纖維增強(qiáng)塑料并具有鋁殼的底蓋可支撐主板。由碳纖維增強(qiáng)塑料和石墨纖維增強(qiáng)塑料制作的后蓋保護(hù)液晶顯示屏。

分析人員在鎂LCD框架、LCD面板組件、PC/ABS塑料后蓋、帶鋁殼的碳纖維增強(qiáng)塑料底蓋等方面進(jìn)行了物理測(cè)試的模擬。“我們使用400至3200克的載荷，然后將變形的結(jié)果與物理測(cè)試結(jié)果相比較。”辛博士說(shuō)，“在每個(gè)測(cè)試中，模擬與物理測(cè)試的現(xiàn)實(shí)結(jié)果非常相似。”

      在整個(gè)產(chǎn)品分析中，工程師對(duì)后蓋的疊層復(fù)合材料——碳纖維增強(qiáng)材料的性能進(jìn)行了評(píng)估。這種復(fù)合材料可提高整個(gè)電腦的強(qiáng)度。“在這個(gè)例子中，”辛博士說(shuō)，“因材料的復(fù)雜性能、復(fù)雜的幾何變形和復(fù)雜的接觸行為，Abaqus的非線(xiàn)性功能對(duì)我們非常有用。”工程師還對(duì)碳纖維增強(qiáng)材料的兩種排列情況進(jìn)行評(píng)估：纖維的橫向和縱向排列。分析結(jié)果表明，纖維的橫向排列使結(jié)構(gòu)具有更小的變形。工程師可證明碳纖維增強(qiáng)材料和石墨纖維增強(qiáng)材料相結(jié)合的結(jié)合線(xiàn)（現(xiàn)在已申請(qǐng)專(zhuān)利）的強(qiáng)度。由于碳纖維增強(qiáng)材料受到部件幾何外形的限制，后蓋由受專(zhuān)利保護(hù)的碳纖維增強(qiáng)材料和石墨纖維增強(qiáng)材料結(jié)合材料制作。

       

設(shè)計(jì)系列之間的比較分析

      例如，“小太刀”（ThinkPad X300）項(xiàng)目表明，模擬工具可提供準(zhǔn)確的結(jié)果，使得工程師可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度同時(shí)為設(shè)計(jì)師提供更多的建議，比如在“竹刀”（ThinkPad T400）項(xiàng)目中，壓力載荷的情況下對(duì)閉合的筆記本電腦進(jìn)行形變分析表明，發(fā)光顯示器（LED）應(yīng)力要比在“小太刀”設(shè)計(jì)中小得多。在對(duì)產(chǎn)品后蓋壓力載荷測(cè)試中，“小太刀”LED與軌跡點(diǎn)（ThinkPad鍵盤(pán)上的光標(biāo)跟蹤按鈕）相接觸，可能造成高達(dá)8.4兆帕的應(yīng)力。相比之下，“竹刀”LED與底部的掌托相接觸產(chǎn)生的應(yīng)力就小很多，只有2.2兆帕。

      分析還表明，“小太刀”設(shè)計(jì)上的鎂框架的四個(gè)區(qū)域超過(guò)了材料屈服極限，并造成后蓋5.8毫米的變形，而“竹刀”只有一個(gè)區(qū)域超過(guò)材料屈服極限，因此“小太刀”在整體變形上要比“竹刀”的變形更大。模擬數(shù)據(jù)為“竹刀”筆記本框架的再版提供指導(dǎo)，幫助開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)加快項(xiàng)目進(jìn)程。“由于Abaqus在工作中的應(yīng)用，”辛博士說(shuō)，“我們可以快速方便地解決‘竹刀’筆記本設(shè)計(jì)上的問(wèn)題。”在兩種情況下，有限元分析結(jié)果皆與物理測(cè)試結(jié)果非常相似。

 

有限元分析與擊鍵手感相關(guān)

      鍵盤(pán)設(shè)計(jì)是ThinkPad筆記本的一大賣(mài)點(diǎn)。其素以強(qiáng)度和舒適的獨(dú)特“感覺(jué)”——擊鍵后反彈的物理感覺(jué)而著稱(chēng)。在新鍵盤(pán)中，工程師需要減少組件的厚度，使筆記本整體更薄，同時(shí)還保持其原有的擊鍵感覺(jué)。

      “‘感覺(jué)’聽(tīng)起來(lái)只是個(gè)模糊的概念，”辛博士說(shuō)，“但借助有限元分析，它能真正進(jìn)行量化。”為了確保新鍵盤(pán)與舊有鍵盤(pán)的擊鍵感相同，工程師對(duì)原先的拱型橡膠彈簧的擊鍵壓力效應(yīng)進(jìn)行模擬。由于橡膠圓點(diǎn)是軸對(duì)稱(chēng)的，他們可以對(duì)彈簧進(jìn)行2D半剖面模擬，并進(jìn)行分析。非線(xiàn)性模擬可以使工程師在一個(gè)“感覺(jué)表”上，對(duì)擊鍵力度加強(qiáng)后橡膠圓點(diǎn)產(chǎn)生的下行鍵程進(jìn)行計(jì)算。

      然后，工程師使用Abaqus對(duì)薄型鍵盤(pán)的新橡膠圓點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，并與舊有的橡膠圓點(diǎn)的擊鍵行為進(jìn)行比較。“模擬的‘感覺(jué)表’表明新老鍵盤(pán)的擊鍵感非常相似。”辛博士說(shuō)，“兩個(gè)模擬結(jié)果與物理測(cè)試數(shù)據(jù)非常一致。”

      這些只是聯(lián)想ThinkPad在從設(shè)計(jì)到現(xiàn)實(shí)的一部分模擬。此外，還可對(duì)主板本身的彎曲性進(jìn)行分析，并進(jìn)行物理測(cè)試。對(duì)球柵陣列（BGA）部件進(jìn)行壓力模擬，以確定焊接接點(diǎn)正常。“從來(lái)還沒(méi)有模擬測(cè)試與實(shí)際測(cè)試如此的一致。”辛博士說(shuō)。“主板的點(diǎn)按測(cè)試，以及BGA的壓力測(cè)試，均以物理原型測(cè)試為基礎(chǔ)，并能得到相似的結(jié)果。”

      聯(lián)想創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心所有的模擬均得出了相同的結(jié)果：高性能、高質(zhì)量的產(chǎn)品依靠更少的建模，以更低的成本、更快地投入生產(chǎn)，為用戶(hù)提供產(chǎn)品最佳的可靠性。（轉(zhuǎn)）