消費(fèi)電子行業(yè)是一個(gè)技術(shù)密集型行業(yè)，企業(yè)需要不斷投入大量的資金進(jìn)行研發(fā)，以推出更具創(chuàng)新性和競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，以更快的研發(fā)迭代速度，來(lái)滿足消費(fèi)者對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品越來(lái)越多樣化的個(gè)性需求。

以耳機(jī)為例，捷波朗（Jabra）擁有超過(guò)150年的歷史，品牌在全球范圍內(nèi)尤其是專業(yè)音頻領(lǐng)域具有較高的知名度和良好的聲譽(yù)，Jabra在耳機(jī)技術(shù)研發(fā)方面投入較大，擁有一系列的專利技術(shù)和創(chuàng)新成果。例如，率先推出全球第一款藍(lán)牙移動(dòng)耳機(jī)、世界上第一款帶有內(nèi)置電話會(huì)議功能的無(wú)線耳機(jī)等，Jabra的產(chǎn)品質(zhì)量可靠，性能出色。其耳機(jī)在音質(zhì)表現(xiàn)和降噪功能方面，具備很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

Jabra的耳機(jī)質(zhì)量確實(shí)不錯(cuò)，筆者也曾體驗(yàn)過(guò)一款Jabra Elite4耳機(jī)。

耳機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈加劇，蘋果、索尼、華為、小米等品牌憑借強(qiáng)大的品牌影響力、廣泛的產(chǎn)品線、高效的市場(chǎng)推廣和銷售渠道，給捷波朗帶來(lái)了較大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。

引用大北歐通訊設(shè)備（中國(guó)）有限公司研發(fā)部系統(tǒng)集成經(jīng)理林麗老師的話說(shuō)：

“如今各行各業(yè)都非常卷，消費(fèi)產(chǎn)品迭代更新非常快，消費(fèi)電子行業(yè)存在很大的挑戰(zhàn)，為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們需要做到：給客戶提供有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)、加速迭代周期（提高效率）、提升用戶體驗(yàn)（客戶佩戴耳機(jī)的舒適度）、增強(qiáng)可持續(xù)性（綠色環(huán)保）、降低成本等。”

那么如何在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中確保領(lǐng)先定位，最重要的就是研發(fā)創(chuàng)新。如何做到研發(fā)創(chuàng)新，其中非常重要的一點(diǎn)就是：仿真技術(shù)的應(yīng)用。

Jabra在仿真應(yīng)用的起步不算太早，從2014年開(kāi)始做仿真，但在林麗老師的引領(lǐng)下，Jabra在仿真的深度和廣度上，都取得了很多優(yōu)秀的成績(jī)。

從剛開(kāi)始只做簡(jiǎn)單的強(qiáng)度校核，到2015年將仿真與項(xiàng)目結(jié)合，應(yīng)用到頭戴耳機(jī)舒適度的評(píng)估，2016年開(kāi)始建立自己的材料數(shù)據(jù)庫(kù)，2017年仿真技術(shù)變成了大北歐產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程中必不可少的一環(huán)。為了提高CAE前處理的效率，2018年開(kāi)始，使用Altair的產(chǎn)品，一開(kāi)始主要是用HyperMesh，解決網(wǎng)格劃分的效率和質(zhì)量問(wèn)題。

目前大北歐的幾大類產(chǎn)品，包括頭戴式耳機(jī)、音視頻一體機(jī)、無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)等，都有非常多仿真應(yīng)用，比如頭戴式耳機(jī)的舒適度評(píng)估、各個(gè)部件的強(qiáng)度分析、整機(jī)跌落等。

極高效的前處理

雖然在應(yīng)用HyperMesh之后前處理效率已經(jīng)提高了很多，但前處理還是占了40%多的時(shí)間。2023年大北歐經(jīng)過(guò)測(cè)試開(kāi)始應(yīng)用Altair? SimLab?（Altair的另一款前處理軟件），大幅提升了前處理的效率，前處理占比時(shí)間從原先的40%大幅降到了大約不到10%，這是如何做到的呢？為何同樣是Altair的前處理產(chǎn)品，用SimLab和HyperMesh在做耳機(jī)的前處理的時(shí)候效率差別這么大？這要從SimLab幾個(gè)獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)說(shuō)起。

SimLab可以實(shí)現(xiàn)特征識(shí)別，以及基于特征的網(wǎng)格控制參數(shù)，對(duì)于耳機(jī)之類電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，能夠自動(dòng)識(shí)別倒角、圓孔、錐面等幾何特征，能夠非常快速地基于特征生成高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。

SimLab的另一個(gè)很大優(yōu)勢(shì)的是可以制作模板，這樣只要實(shí)現(xiàn)一兩款耳機(jī)模型的前處理之后，就可以建立耳機(jī)產(chǎn)品的分析模板，在做其他結(jié)構(gòu)的耳機(jī)時(shí)，只要導(dǎo)入幾何，SimLab就能根據(jù)耳機(jī)分析模板，智能地劃分網(wǎng)格、設(shè)定接觸、加載約束載荷定義分析工況。而且模板的定制功能非常易學(xué)，用Python語(yǔ)言，適合零編程基礎(chǔ)的工程師，基于錄制的宏代碼就能實(shí)現(xiàn)，不需要寫界面代碼，幾分鐘就能完成界面定制。

SimLab幫助大北歐極大地提升了前處理的時(shí)間的成本。據(jù)林麗反饋，以前Jabra 60多個(gè)部件的模型需要花很多精力畫網(wǎng)格，現(xiàn)在用腳本只需要跑15分鐘即可。

上圖是應(yīng)用SimLab之前（2018年）前后的仿真工作耗時(shí)對(duì)比，下面藍(lán)部分表示前處理的時(shí)間，橙色代表計(jì)算的時(shí)間，天空藍(lán)代表后處理的時(shí)間。2018年應(yīng)用SimLab之后，藍(lán)色部分的前處理時(shí)間占比明顯減少，2023年應(yīng)用HPC計(jì)算之后，計(jì)算時(shí)間也大幅縮短，現(xiàn)在大北歐的仿真時(shí)間主要是在整理結(jié)果的后處理上。

強(qiáng)大且低成本的多物理場(chǎng)計(jì)算

大北歐仿真團(tuán)隊(duì)另一個(gè)對(duì)Altair產(chǎn)品贊美的是“豐富”又“優(yōu)惠”的多物理場(chǎng)計(jì)算能力。SimLab不僅是一個(gè)強(qiáng)大的前處理軟件，同時(shí)SimLab又是一個(gè)一站式多物理場(chǎng)仿真平臺(tái)，可以理解為Altair在SimLab環(huán)境里，封裝了HyperWorks的多個(gè)求解器，包括結(jié)構(gòu)求解器OptiStruct、顯式求解器Radioss、流體求解器AcuSolve、SPH、電磁求解器Flux、疲勞求解器以及DOE/拓?fù)鋬?yōu)化等豐富的求解功能，甚至還可以用設(shè)計(jì)師優(yōu)化工具。

但這一切都不需要額外付費(fèi)，得益于Altair強(qiáng)大的基于AU的商業(yè)模式，只要買其中一個(gè)最貴模塊的點(diǎn)數(shù)（AU），低于這個(gè)模塊點(diǎn)數(shù)的模塊都是可以免費(fèi)用的，這對(duì)要做多物理場(chǎng)計(jì)算的電子行業(yè)就特別劃算，買一套Altair軟件，就相當(dāng)于買了一套前處理軟件、結(jié)構(gòu)分析軟件、跌落顯示分析軟件、散熱分析軟件、聲學(xué)仿真軟件、光學(xué)仿真軟件，結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)省了一筆巨大的開(kāi)支。SimLab的多物理場(chǎng)計(jì)算能力切切實(shí)實(shí)地在大北歐得到了多場(chǎng)景的應(yīng)用，包括跌落仿真、散熱仿真、聲學(xué)仿真、光學(xué)仿真。

01、跌落仿真

電子產(chǎn)品出于使用場(chǎng)景的考慮，往往需要評(píng)估跌落的結(jié)構(gòu)性能，所以跌落仿真也是電子產(chǎn)品通常要做的仿真類型，Altair的Radioss是市面上三個(gè)主流的顯示動(dòng)力學(xué)之一，并且現(xiàn)在推出了免費(fèi)的開(kāi)源版Open Radioss，大北歐應(yīng)用的Radioss也是Open Radioss。下圖是其中一款耳機(jī)用Open Radioss做的跌落仿真的第一次跌落的殘余應(yīng)力和第六次殘余應(yīng)力的對(duì)比，做了6次跌落之后殘余應(yīng)力明顯有增加。實(shí)際高速跌落的結(jié)果和仿真結(jié)果對(duì)照非常好。

看來(lái)免費(fèi)的Open Radioss和HPC配合的方案，對(duì)電子行業(yè)做跌落仿真也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。

02、散熱仿真

大北歐用Altair AcuSolve做散熱仿真，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)非常接近。如圖，上方是用熱成像儀拍攝的云圖，主要找了幾個(gè)側(cè)點(diǎn)，下方是用AcuSolve在SimLab里做的仿真結(jié)果，計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比媲美專業(yè)級(jí)別的獨(dú)立散熱仿真軟件。

03、更多應(yīng)用：聲學(xué)振動(dòng)、聯(lián)合仿真設(shè)計(jì)優(yōu)化等

大北歐還用SimLab和OptiStruct做了一些跟聲學(xué)相關(guān)的振動(dòng)仿真，其中一個(gè)案例是兩個(gè)不同的懸掛結(jié)構(gòu)，利用兩種方案的仿真結(jié)果和測(cè)試結(jié)果對(duì)比，實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)非常準(zhǔn)確，而且可以通過(guò)仿真看到實(shí)驗(yàn)沒(méi)辦法觀測(cè)到的一些現(xiàn)象，直觀展示共振位置發(fā)生怎樣的變形，給了聲學(xué)工程師非常大的幫助。

Altair還有一個(gè)不為仿真工程師廣泛關(guān)注的產(chǎn)品，就是Inspire。Inspire是一個(gè)面向設(shè)計(jì)工程師的，集成優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真的，定位于簡(jiǎn)單易用但對(duì)設(shè)計(jì)師又很有幫助的仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。

其中最核心的功能是拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，工程師提出優(yōu)化的目標(biāo)，Inspire就能根據(jù)多種載荷和約束條件做出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，給工程師提供參考。目前大北歐正在應(yīng)用Inspire做頭戴式耳機(jī)的拓?fù)鋬?yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

在大北歐的另一個(gè)產(chǎn)品線散熱器上，Inspire和SimLab、AcuSolve、HyperStudy實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合設(shè)計(jì)仿真。用Inspire做參數(shù)化建模，在SimLab面做AcuSolve的求解設(shè)置，然后錄成腳本輸入HyperStudy，在HyperStudy里定義響應(yīng)以及每個(gè)參數(shù)的邊界。最終仿真優(yōu)化出來(lái)的結(jié)果雖然溫度只下降了0.7度，但是重量下降了18%，可以節(jié)省不少成本。

04、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)和大北歐中國(guó)的林麗老師溝通，能深刻感受到大北歐對(duì)仿真的應(yīng)用上非常有深度和廣度，精益求精、孜孜不倦探索把仿真拓展到新的產(chǎn)品、新的應(yīng)用場(chǎng)景。這份對(duì)仿真價(jià)值的認(rèn)知以及投入和成果，都值得更多消費(fèi)電子行業(yè)的企業(yè)學(xué)習(xí)如何讓仿真在研發(fā)創(chuàng)新中創(chuàng)造更大的價(jià)值。

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