隨著電子產(chǎn)品功能的演進(jìn)，溫度控制逐漸成為其關(guān)鍵難題。信息時(shí)代帶來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，使得產(chǎn)品的精細(xì)化設(shè)計(jì)和成本控制在產(chǎn)品取得商業(yè)成功層面扮演著越來(lái)越重要的角色。如何降低成本，是絕大多數(shù)企業(yè)面臨的首要難題。

1、技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)的設(shè)計(jì)能力提升，才是真正有效的降本

整機(jī)的成本控制絕不是單純的壓低各個(gè)物料的價(jià)格。2024年的一次公開(kāi)會(huì)議上，比亞迪高級(jí)副總裁及乘用車(chē)事業(yè)群首席運(yùn)營(yíng)官何志奇曾表示，“制造業(yè)靠采購(gòu)去挖成本，實(shí)際上是很有限的，因?yàn)榇蠹铱吹剿行袠I(yè)上市公司的毛利也就5%-10%，全讓給用戶(hù)也沒(méi)多少錢(qián)，真正的成本創(chuàng)新是技術(shù)創(chuàng)新。在汽車(chē)行業(yè)，一款產(chǎn)品80%的成本是由設(shè)計(jì)決定的，20%才是采購(gòu)決定的。

汽車(chē)廠商對(duì)產(chǎn)品采取什么樣的設(shè)計(jì)方式，就基本決定了產(chǎn)品會(huì)是什么樣的成本水平。而比亞迪在成本控制領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力就是在于通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新去實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化，以獲得同行所不具備的成本優(yōu)勢(shì)”。

比亞迪在供應(yīng)鏈管理方面，對(duì)成本控制有著較高的要求和規(guī)范，即使如此，他們也坦誠(chéng)80%的成本由設(shè)計(jì)決定。更深層次想，在成本控制的過(guò)程中，企業(yè)與供應(yīng)商之間的利益分配需要達(dá)到一種微妙的平衡。雖然通過(guò)優(yōu)化采購(gòu)價(jià)格能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)成本降低，但這種方式也只是在產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部進(jìn)行價(jià)值的重新分配，并不能在整體上創(chuàng)造出更多的新增價(jià)值。

根據(jù)熱力學(xué)第二定律，電子產(chǎn)品熱管理問(wèn)題會(huì)不可逆地成為所有高端產(chǎn)品共同面臨的核心難題，熱管理成本占比會(huì)越來(lái)越高。鑒于熱管理設(shè)計(jì)的重要性，許多成功的公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，并因此大幅提高了熱設(shè)計(jì)工程師的薪酬，使其成為近年來(lái)研發(fā)團(tuán)隊(duì)中薪資增長(zhǎng)最快、水平最高的職位之一。

2、如何有效提升設(shè)計(jì)能力？—問(wèn)題在于如何提高熱設(shè)計(jì)水平

在為眾多客戶(hù)提供熱設(shè)計(jì)方案服務(wù)和提供散熱物料的過(guò)程中，我逐漸形成了如下幾個(gè)觀點(diǎn)。

2.1熱設(shè)計(jì)是整個(gè)公司的工作

熱設(shè)計(jì)是一個(gè)工程應(yīng)用型學(xué)科，大多數(shù)電子產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)并不需要設(shè)計(jì)者具備極高的天賦或深厚的理論基礎(chǔ)。需要非常明確的一點(diǎn)是，熱設(shè)計(jì)不是熱設(shè)計(jì)工程師的工作，而是整個(gè)公司的工作。一個(gè)熱設(shè)計(jì)工程師水平再高，如果其他部門(mén)無(wú)法提供有效輸入信息，或因擔(dān)心調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)而拒絕改善散熱，那么整個(gè)產(chǎn)品的熱管理競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)大打折扣。

這并非要求所有部門(mén)都無(wú)條件配合熱設(shè)計(jì)工程師，而是強(qiáng)調(diào)實(shí)事求是，客觀公正的研發(fā)氛圍對(duì)打造綜合競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的產(chǎn)品至關(guān)重要。因此熱設(shè)計(jì)工程師除了加強(qiáng)自身對(duì)熱管理問(wèn)題和熱管理物料的理解與認(rèn)知，還要判斷評(píng)估協(xié)作同事的水平和習(xí)慣，確保獲取的信息準(zhǔn)確、反饋真實(shí)。

方案設(shè)計(jì)完成后，意味著研發(fā)工作的階段性結(jié)束，并不意味著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作的結(jié)束。量產(chǎn)階段的不確定性更多，也更容易受到其他因素的影響。如今產(chǎn)品成本競(jìng)爭(zhēng)激烈，人心浮躁，研發(fā)團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)的方案和選用的散熱物料常在生產(chǎn)端因成本被更換，甚至被偷換，公司卻要承擔(dān)所有風(fēng)險(xiǎn)和成本。這種陷阱難以識(shí)別，如果老板不懂就無(wú)法準(zhǔn)確判斷。比如，供應(yīng)鏈團(tuán)隊(duì)聲稱(chēng)用更便宜的物料省錢(qián)，但實(shí)際交貨的是虛標(biāo)參數(shù)的假貨；又如，他們提供資料證明選了更貴的優(yōu)質(zhì)物料，實(shí)際用的卻是普通標(biāo)準(zhǔn)物料。

看報(bào)道最近何小鵬在一次采訪中就透露，被一整鏈條的下屬聯(lián)合欺騙。小鵬汽車(chē)曾經(jīng)一度面臨絕境，但我想，部分公司員工在這種絕境下可能反而賺得更多。所以我覺(jué)得，研發(fā)設(shè)計(jì)決定80%的成本，供應(yīng)鏈決定20%的成本，但這里面還有個(gè)隱性的成本，就是人性的成本。塑造一個(gè)實(shí)事求是、只賺取合理回報(bào)、著眼長(zhǎng)期主義的團(tuán)隊(duì)和供應(yīng)鏈，才能讓好的方案落地。

2.2實(shí)事求是的研發(fā)和光明正大的供應(yīng)鏈，是優(yōu)秀方案落地的必要前提

要提高產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，兩個(gè)必要的前提，一是要有實(shí)事求是的研發(fā)氛圍，二是要有光明正大的供應(yīng)鏈。否則，好的設(shè)計(jì)不會(huì)誕生，好的設(shè)計(jì)人員也不會(huì)留下。但塑造這兩個(gè)前提，超出了熱設(shè)計(jì)工程師的能力和權(quán)力范圍。因此，當(dāng)你決定在某家公司長(zhǎng)期工作并計(jì)劃埋頭苦干前，先看看這兩個(gè)條件是否存在，或者是否正在朝這個(gè)方向發(fā)展。

2.3艱苦實(shí)踐，努力積累，是具備設(shè)計(jì)好方案能力的必經(jīng)之路

熱設(shè)計(jì)工程師的工作重點(diǎn)在于系統(tǒng)而非個(gè)人。讓我們回到熱設(shè)計(jì)工程師本身。雖然熱設(shè)計(jì)不是一個(gè)難度很深的學(xué)科，但它仍需要廣泛的知識(shí)才能在遇到問(wèn)題時(shí)想到合理的解決方案。熱設(shè)計(jì)工程師應(yīng)盡可能多地了解目前市面上最先進(jìn)、最常用、最便宜的散熱物料都有哪些，并通過(guò)自己專(zhuān)業(yè)的判斷，淘汰掉那些靠虛標(biāo)參數(shù)、夸大其詞的供應(yīng)商。許多時(shí)候，專(zhuān)業(yè)的熱設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，甚至能威懾那些試圖用假冒偽劣產(chǎn)品獲取訂單的供應(yīng)商。這也體現(xiàn)了研發(fā)的價(jià)值。

熱設(shè)計(jì)工程師除了不斷學(xué)習(xí)了解熱管理行業(yè)知識(shí)，擴(kuò)充自己的知識(shí)庫(kù)之外，還需通過(guò)實(shí)踐來(lái)優(yōu)化方案。電子產(chǎn)品千變?nèi)f化，沒(méi)有通用方案。一種方案要想達(dá)到最優(yōu)，都必然涉及到許多效果很接近的方案的細(xì)節(jié)對(duì)比。思考盡可能多的方案，并通過(guò)測(cè)試或仿真設(shè)計(jì)，對(duì)方案進(jìn)行排序和篩選。這項(xiàng)工作枯燥且耗時(shí)，但這也正是熱設(shè)計(jì)工程師工作量的體現(xiàn)，也是收集數(shù)據(jù)、強(qiáng)化底層認(rèn)知的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3、 AI時(shí)代的特別能力：設(shè)計(jì)工具的使用

3.1熱仿真工具的強(qiáng)大能力

這里有一個(gè)熱設(shè)計(jì)工程師獨(dú)具的關(guān)鍵能力，就是熱仿真工具的應(yīng)用。熱仿真的本質(zhì)是數(shù)值實(shí)驗(yàn)，其可以在不真實(shí)制造有形的產(chǎn)品基礎(chǔ)上，僅通過(guò)輸入一些數(shù)據(jù)參數(shù)，就能計(jì)算散熱效果。靈活使用熱仿真軟件進(jìn)行一些方案變動(dòng)的計(jì)算非常方便，能夠快速積累工作經(jīng)驗(yàn)。我曾經(jīng)在一次熱設(shè)計(jì)培訓(xùn)會(huì)上提出過(guò)一個(gè)下面這個(gè)問(wèn)題：

如下可以通過(guò)熱仿真軟件進(jìn)行探究的熱設(shè)計(jì)因素有（      ）

A不同TIM厚度、導(dǎo)熱系數(shù)帶來(lái)的溫度變化 

B不同結(jié)構(gòu)件材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)影響    

C外殼形態(tài)設(shè)計(jì)  

D散熱器/冷板形態(tài)設(shè)計(jì)    

E熱管布局、VC選型     

F風(fēng)扇選型  

G泵的選型  

H熱源布局  

I風(fēng)道設(shè)計(jì)、液冷流道設(shè)計(jì)

J開(kāi)孔率影響    

K過(guò)孔影響  

L芯片封裝熱阻影響  

M單板含銅量、銅分布影響       

N環(huán)境溫度影響    

O設(shè)備放置姿態(tài)影響  

P流體工質(zhì)影響  

Q風(fēng)扇或泵的控速    

R熱電制冷片選擇

答案是ABCDEFGHIJKLMNOPQR。這也還只是一部分。熱仿真是一個(gè)非常重要的軟能力，它能在樣品測(cè)試前，低成本地驗(yàn)證設(shè)計(jì)你的各種想法，快速積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

這道題列舉了很多熱仿真能做的事，但目的并不是說(shuō)仿真是萬(wàn)能的。溫度的影響因素太復(fù)雜，即使是頂尖的熱設(shè)計(jì)專(zhuān)家，也無(wú)法無(wú)需通過(guò)計(jì)算就快速預(yù)測(cè)一個(gè)改動(dòng)對(duì)溫度的影響具體是多少，甚至當(dāng)設(shè)計(jì)逼近最優(yōu)解附近時(shí)，這種改動(dòng)的影響已經(jīng)是毫厘之間，是變得更好還是更差，都無(wú)法從定性角度給出準(zhǔn)確判斷。

另外，說(shuō)服結(jié)構(gòu)或硬件工程師對(duì)他們的設(shè)計(jì)做出變更，仿真結(jié)果就是最具體的依據(jù)。比如，要加大進(jìn)風(fēng)口的開(kāi)孔率才能滿(mǎn)足散熱要求，結(jié)構(gòu)工程師一定會(huì)問(wèn)，要加大到多少？你能確保加到這么多散熱問(wèn)題就能解決嗎？最好就通過(guò)仿真數(shù)據(jù)，來(lái)輔助說(shuō)明。當(dāng)然，實(shí)際樣品測(cè)試，也能達(dá)到類(lèi)似效果，但成本和時(shí)間更高。

3.2熱仿真其實(shí)不等于熱設(shè)計(jì)，但我們要放棄爭(zhēng)論

由于熱仿真的功能如此強(qiáng)大，許多人將熱設(shè)計(jì)等同于熱仿真。這可能是因?yàn)闊岱抡媸侵挥袩嵩O(shè)計(jì)工程師能做，且耗時(shí)又最多的工作。這篇文章，我們不去證明熱設(shè)計(jì)其實(shí)遠(yuǎn)不止熱仿真，而是先接受這種現(xiàn)實(shí)。在這樣的普遍認(rèn)知下，熱設(shè)計(jì)工程要想取得職業(yè)上的成功，需具備更強(qiáng)的熱仿真能力，因?yàn)檫@很可能是最容易被看見(jiàn)的一項(xiàng)工作。從功利性的私人職業(yè)發(fā)展角度，建議熱設(shè)計(jì)工程師花時(shí)間把這項(xiàng)技能學(xué)好。

3.3目前流行的熱仿真軟件

熱仿真實(shí)際上是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支，其底層的原理涉及流體力學(xué)、傳熱學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等，非常復(fù)雜。但目前商業(yè)化的熱仿真軟件已經(jīng)很成熟，極大降低了熱仿真的門(mén)檻。習(xí)得熱仿真軟件的技能，首先要做的，就是選擇合適的熱仿真軟件。

目前，電子散熱領(lǐng)域最常用的熱仿真軟件仍然被外資占據(jù)，如Simcenter Flotherm、Ansys Icepak、和Celsius EC Solver（原6SigmaET）。出于過(guò)往工作的原因，這幾個(gè)軟件，尤其是前兩個(gè)，我都長(zhǎng)時(shí)間非常深度的使用過(guò)，并結(jié)合自己的理解和學(xué)習(xí)思考錄制了使用這兩種軟件進(jìn)行電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)工作的視頻。Celsius EC Solver我也試用過(guò)，功能也相當(dāng)不錯(cuò)，能明顯感受到Simcenter Flotherm的影子，而且修正/補(bǔ)充了絕大多數(shù)Simcenter Flotherm中不太方便的操作和功能，但由于國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)版稀少，流行度遠(yuǎn)不如前兩者。

伏圖電子散熱是近幾年才出現(xiàn)的一款國(guó)產(chǎn)熱仿真軟件，我個(gè)人試用下來(lái)，感覺(jué)其大部分功能已經(jīng)追平甚至超越了現(xiàn)今流行的幾款外資企業(yè)開(kāi)發(fā)的熱仿真軟件。也是一個(gè)非常好的選擇。

3.4 AI時(shí)代，選擇熱仿真軟件的新考慮

試用伏圖電子散熱軟件使我產(chǎn)生了一個(gè)觀點(diǎn)，那就是CAE軟件，尤其是熱仿真軟件的“手機(jī)時(shí)代”即將來(lái)臨，原本簡(jiǎn)單的仿真工具，很可能會(huì)快速進(jìn)化成一個(gè)數(shù)字設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在這個(gè)過(guò)程中，中國(guó)公司會(huì)成為重要甚至主要力量。

AI技術(shù)的出現(xiàn)，更是為CAE軟件的演進(jìn)提供了巨大的機(jī)會(huì)。我想，未來(lái)仿真軟件一定會(huì)實(shí)現(xiàn)：自動(dòng)記錄類(lèi)似項(xiàng)目的溫度數(shù)據(jù)；生成關(guān)聯(lián)公式；并在新項(xiàng)目中基于歷史數(shù)據(jù)提供經(jīng)驗(yàn)值；自動(dòng)校正模型等；隨著歷史數(shù)據(jù)的積累，仿真結(jié)果也會(huì)更快，更準(zhǔn)確，其精度的提升和效率的提升，也不再單純依賴(lài)CFD算法的改進(jìn)和電腦芯片性能的提升，而是借助AI的技術(shù)，全方位提升。

原本這個(gè)行業(yè)的傳統(tǒng)強(qiáng)者，可能在面臨全新技術(shù)轉(zhuǎn)型的時(shí)候，優(yōu)勢(shì)蕩然無(wú)存。CAE軟件的競(jìng)爭(zhēng)，將迎來(lái)一個(gè)新的階段。在過(guò)去，具備良好的操作界面，能夠快速收斂，具備相當(dāng)全面的計(jì)算能力就能被認(rèn)為是一個(gè)合格甚至優(yōu)秀的軟件，但在未來(lái)，這可能只是參與競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)。優(yōu)秀的熱仿真軟件必須具備可擴(kuò)展的、自進(jìn)化的AI設(shè)計(jì)能力。

作為熱設(shè)計(jì)工程師，其實(shí)我并不關(guān)心軟件的開(kāi)發(fā)者，如果我不是公司老板，也不太關(guān)注價(jià)格（盡管?chē)?guó)產(chǎn)軟件可能功能更全且更便宜），我只關(guān)注軟件是否代表未來(lái)趨勢(shì)。

從未來(lái)電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)工作方法的變化來(lái)看，軟件的功能演進(jìn)、快速迭代能力以及AI加持能力都是必要的。集成了AI技術(shù)的仿真軟件能力必然會(huì)更強(qiáng)大。但使用難度也會(huì)增加。盡管軟件廠商會(huì)努力降低使用難度，但其底層原理復(fù)雜，涉及多學(xué)科知識(shí)。同時(shí)，熱設(shè)計(jì)中的一些因素（如對(duì)ID、裝配和維護(hù)難度的影響）短期內(nèi)難以AI化。強(qiáng)大的工具切換成本高，因此一開(kāi)始就選擇代表未來(lái)的軟件工具，能節(jié)省精力支出，并在職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中獲得持久優(yōu)勢(shì)。

隨著Deep Seek的爆火，我看到熱設(shè)計(jì)領(lǐng)域也有很多人在討論AI對(duì)熱設(shè)計(jì)工程師的影響。在我看來(lái)，隨著AI能力的提升，熱設(shè)計(jì)領(lǐng)域即將誕生一款超級(jí)工具，一款既能做仿真，又有AI能力的超級(jí)工具。在這個(gè)工具中，它不僅能呈現(xiàn)仿真結(jié)果，還能呈現(xiàn)改進(jìn)建議，你只需要點(diǎn)選接受哪些建議，它就能迅速依托自己的仿真能力更新出改進(jìn)后的效果。通過(guò)預(yù)先設(shè)定變更的自由度，它也可以自動(dòng)尋優(yōu)，找到設(shè)計(jì)邊界內(nèi)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

哪個(gè)仿真軟件最具備這樣的演進(jìn)潛力呢？尤其是，考慮到未來(lái)必然出現(xiàn)的熱-力-電-磁-聲多場(chǎng)耦合設(shè)計(jì)，哪個(gè)仿真軟件具備實(shí)現(xiàn)這一能力的可能性呢？我想，這是我們這一代熱設(shè)計(jì)工程師在選擇熱仿真軟件的時(shí)候，需要極為認(rèn)真考慮的一件事。作為中國(guó)人，我當(dāng)然期待這樣一款超級(jí)工具誕生在中國(guó)。它的原始界面就是中文，幫助文檔也是中文，文件保存路徑可以包含中文字符，我們和它最自然、最高效的語(yǔ)音交互，也是中文。

在這樣的工具誕生后，熱設(shè)計(jì)工程師就只剩下了兩項(xiàng)技術(shù)工作：

1.想盡一切辦法用好這樣的工具

2.全面理解熱問(wèn)題在產(chǎn)品中的作用，當(dāng)軟件反問(wèn)你接受哪些優(yōu)化方向時(shí)，做決定和擔(dān)責(zé)任。

我仍然認(rèn)為，AI是機(jī)器的能力，它只能處理確定性的任務(wù)，而人將越來(lái)越專(zhuān)注于處理不確定性的任務(wù)。AI再?gòu)?qiáng)，責(zé)任主體也只能是使用AI的那個(gè)人。

注：本文部分內(nèi)容使用Qwen-max-longcontext大模型生成并進(jìn)行全文錯(cuò)別字校對(duì)，部分內(nèi)容使用Kimi進(jìn)行二次表述。

END

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1—從零開(kāi)始學(xué)散熱 —— 熱設(shè)計(jì)200問(wèn)

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2—從零開(kāi)始學(xué)散熱——實(shí)用Flotherm熱仿真培訓(xùn)教程

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3—從零開(kāi)始學(xué)散熱——實(shí)用Ansys Icepak熱仿真教程

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4—從零開(kāi)始學(xué)散熱——實(shí)例、方法和思維

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