替代設計的案例
船舶設計：船舶等效和替代設計那些事兒
關于替代設計和布置，SOLAS II-2章第17條、SOLAS III章第38條和SOLAS XIV章I-B部分第4條等公約條款引入了此概念。隨著造船技術的發展和設計理念的創新，替代設計和布置在各類客船、核能發電平臺、海洋工程支持船等船舶設計中得到越來越廣泛的應用。
無可替代：工業正向設計中的數據可視化技術
來源：本文為安世亞太原創作品，上海安世亞太授權轉載
前言
工業正向設計體系是一套基于模型的系統工程體系，而整個MBSE體系架構會涉及到眾多模型，如需求模型、設計模型、仿真模型等，如何有效直觀地可視化展示各個階段模型數據，輔助工程師進行正向設計決策，是當前工業正向設計體系的一大難題。而隨著數字孿生場景的不斷細化落地，如何真實高效地描述和映射物理產品，同樣也是當前數字孿生領域急迫需要解決的問題。這些都與模型數據可視化及封裝技術息息相關。
一、產品數字模型可視化集成封裝
產品正向設計過程從需求設計、功能設計、物理設計到各階段逐級驗證，每個階段都可以借助可視化手段輔助工程師進行設計決策，尤其是在物理設計和性能指標驗證階段。而產品數字化模型可視化集成封裝，是從工業產品問題對象出發，基于統一建模開發環境進行數字化建模形成標準化數學模型，通過可視化集成封裝環境實現組態可視化插件與模型參數的關聯映射和封裝發布，最后通過分布式調度運行環境實現可視化封裝模型的智能運行調度。
圖 1產品數字化模型可視化封裝過程示意圖
二、可視化集成仿真環境
可視化集成仿真環境ViSim是基于異構設計仿真工具的一體化集成融合技術和可視化組態插件關聯技術實現工業產品數字化模型集成封裝發布運行的一體化應用環境。為滿足異構設計仿真模型可視化集成封裝的需求，在考慮集成封裝通用功能的前提下，采用模塊化、插件式系統架構模式，支持用戶對當前不支持的模型封裝以插件的形式進行擴展。
圖 2可視化集成仿真環境整體框架結構示意圖
集成封裝主環境(AutoWrapFrame)：模型集成封裝的主要應用環境，支持用戶進行參數文件導入、參數選取識別、調用程序選擇、綁定界面選擇、試運行等。
展開 設計師不得不知的5種環保包裝替代品！
TIPA 的可持續包裝具有多種可替代性，其中包括高阻隔強度和可印刷性，他們的每一種薄膜和層壓材料都與柔性版和數字印刷工藝兼容，可實現高質量和高速印刷。
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E6PR 成立于墨西哥，自 2017 年以來一直設計和制造可持續包裝。
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— END —
展開 蘋果｜新專利通過顯示屏卷曲移動替代Notch，以實現全面屏設計
CINNO Research產業資訊，
一般來說，手機廠商會通過各種形狀
Notch設計實現“全面屏”。
現在，
蘋果
公司
通過
卷曲
移動顯示面板
提出了一種新的全面屏設計方案。
相比于傳統的
Notch方案，新方案不需要在顯示器面板上做一些孔或者凹口，在手機拍照時會相應卷曲移動顯示屏，讓相機完成拍照功能。
根據外媒Apple insider報道，眾所周知，消費者對iPhone 設計一直詬病的地方就包括手機屏幕劉海位置非常顯眼的Notch凹口。這個設計主要就是為了給前置攝像頭預留空間，也一直是全面屏設計的主要問題。
蘋果之前也一直在考慮如何更改設計，不過主要集中在如何通過進一步縮小凹口來玩美解決這個問題。不過，這個方向一直都不能達成預期，它會帶來其他問題，比如這會讓顯示器和相機傳感器占據相同的空間。
在周二美國專利商標局授權的一項名為“具有可調顯示窗口的電子設備”的專利中，蘋果公司提出了一種通過顯示器卷曲移動來解決此問題的方案。
實際上，早期的手機有用過這種顯示器滑動的設計，不過蘋果在該專利中更進一步，他們通過設計讓這種滑動完全發生在設備的殼內。在蘋果的設計方案中，未來用戶在使用拍照或其他和傳感器相關的功能時，顯示器屏幕的一部分會變暗或者變黑。
根據專利內容，上述面板中可能會變黑的區域稱為窗口區域，它有打開和關閉兩種狀態，不過不管哪種狀態都在外殼內部。
這種面板可卷曲移動的顯示器可以采用多種形式，不過主要還是柔性顯示器。根據具體設計的不同，該顯示器可以以不同彎曲方式避開相機傳感器。
展開 
替代泡沫塑料，3D打印技術如何助力自行車頭盔設計革新？
自行車頭盔的設計方式在20多年里并沒有太大變化，它們由硬塑料外殼和聚苯乙烯泡沫內襯組成，為佩戴者提供基本保護功能。
但是3D打印技術為自行車頭盔等運動安全防護產品創造了重塑的機會。自行車頭盔品牌Kupol 利用3D打印技術為設計帶來的自由度，對頭盔設計進行了革新，使頭盔具有了更好的安全性、透氣性和舒適度。
增材制造設計提升頭盔安全性
多數騎自行車時發生的碰撞都有來自側面的撞擊，但市場上現有的頭盔是多數是針對線性撞擊設計的。Kupol 頭盔的設計師認為自行車頭盔在安全防護性能方面有值得提升的空間。
然而傳統制造方式限制了頭盔的設計，這是Kupol 設計師轉而采用3D打印技術來制造創新型頭盔的主要原因。因為，3D打印技術為頭盔設計帶來了更高的自由度。
Kupol 頭盔的核心技術是“Kollide 安全系統(Kollide Safety System)”，該系統又分為三層。
外層KINETIC BUMPERS ，為跌倒時提供頭部保護。
中間層為3D KORE 系統,該結構在受到撞擊時坍塌，從而吸收撞擊力，起到安全保護的作用。Kupol通過PA12材料和惠普的多射流熔融3D打印設備來制造這個結構， 在大約12個小時內，可以打印8個左右的完整3D KORE所需組件。3D KORE 是由幾個拆分的3D打印組件組裝的。 3D打印結構中具有上百個微孔，形成了透氣網絡，這使頭盔具有良好的透氣性。
內層結構為OKTOPUS技術，該結構由超過100個吸盤狀的結構組成，用于支撐中層結構，并且使頭盔保持良好的透氣性。
3D科學谷Review
塑料3D打印技術具有替代傳統泡沫塑料的潛力，該技術在制造減震、防護性的體育用品方面具有應用價值，這其中就包括運動頭盔。
展開 譚建榮院士：智能制造不能替代制造技術
他指出，無論是運用機器人，還是引入人工智能技術，都不能替代企業本身的產品設計技術和制造技術。“智能制造是很好，但它也不是醫治企業百病的良藥，它并不能替代設計技術和制造技術的本身，它可以提升設計的水平和產品質量。”
“精益生產和質量工程是智能制造的前提和基礎，”譚建榮稱，如果生產是粗放型的，那就沒辦法搞智能制造，所以首先要精益生產，通過機器人技術、人工智能技術實現精益生產。“精益生產既是智能制造的基礎，又是智能制造的目標。”
以下為演講實錄：
譚建榮：機械制造企業主要是生產機械產品和裝備，經歷了機械化、電氣化、信息化、智能化的發展階段。
西門子公司率先提出了工業4.0，上升為德國國家發展戰略，其核心就是電子、IT、工業機器人在企業的應用。我理解第三次工業革命主要是面向自動化，解決的是人的體力的延伸。第四次工業革命的核心技術是CPS，主要解決的是智能化問題，是人腦力的提升。
美國提出了“先進制造業國家戰略計劃”。在中國工程院的建議和推動下，我們國家也開始實施“中國制造2025”。無論是美國“先進制造業計劃”，還是德國工業4.0，還是“中國制造2025”，都聚焦到智能制造。政府對搞智能制造的積極性很高，企業搞智能制造的積極性也很高，專業的熱情也很高，到底什么是智能制造？
很多企業要打造數字化車間，要運用機器人技術和人工智能技術，這些都非常好。我個人認為運用機器人技術搞人工智能技術，首先要把數字化技術用好，首先要把網絡化技術用好。運用機器人、人工智能搞數字化、網絡化，這些技術都不能替代企業本身的產品設計技術、產品制造技術。智能制造是很好，但它也不是醫治企業百病的良藥，它并不能替代設計技術和制造技術的本身，它可以提升設計的水平和產品質量。要做到這一點，精益生產、質量工程始終是貫穿始終的。
我有一個觀點，精益生產和質量工程是智能制造的前提和基礎。
展開 視頻分享 I 面向電動船舶推進的集成式仿真工具
應對電動船舶推進系統設計的挑戰
電動動力總成和推進系統不僅噪音低，而且能夠減少排放。客輪、港內船和休閑船都在向全電動解決方案發展。但是，如何設計電動機和電池組并將其集成到船舶設計中成了新的挑戰。例如：
如何確保電池組在整個操作過程中滿足功率要求？
符合電力安全規定的下限電機尺寸是多少？
如何優化電機和電池，以盡可能地降低能源需求和噪音？
我們的解決方案不僅可以幫助您回答這些問題，還能解決更多問題。無論您研究的是動力系統集成、電池組和電機系統，還是高保真組件優化，我們的仿真工具都能為您的電動船舶推進系統創建數字孿生。立即觀看，了解如何預測性能，研究替代設計，更快實現您的電動設計目標。
本次電動船舶設計網絡研討會的目標受眾是哪些人？
對改用電動船舶推進系統中的設計問題感興趣的造船工程師。我們將展示如何使用 CFD 仿真預測船舶阻力，并將結果與 1D 系統仿真相結合，以預測功率要求、所需的電池組和電機架構。
我們還將介紹如何使用具有更高保真度的仿真工具研究和優化電池和電機性能。這對希望深入研究電氣組件性能的工程師和船舶供應商而言很有助益，可以使他們根據船舶要求定制產品并加快設計流程。
電動船舶推進系統仿真案例
將一艘138米首尾同型承重渡輪單程5公里的行駛時間由25分鐘縮短到至15分鐘，速度提升到10節
應對惡劣海況、水況或高地等因素，為評估船速達到10或40節所需的動力建立仿真模型
聯合電磁物理學和熱物理學進行仿真，構建并試驗針對船舶電動機的設計
了解有關船舶仿真解決方案的更多信息
要開發新一代船舶并提升現有船隊的效率，必須采用集成式設計方法。造船工程師和船舶供應商需要在短時間內實現效率改進和技術創新，并確保其設計在各種運行條件下都表現出眾。
展開 內部機載天線優化設計方案
借助ANSYS仿真技術，工程師無需花費構建原型的時間和成本就能預測推薦的安裝設計的性能。
為支持新的安全、導航和雷達系統以及為乘客提供Wi-Fi和電視直播等服務，商用飛機上的天線數量正在穩步增加。但是，把這些天線布置在飛機外部的傳統位置會增大阻力，進而增加燃油消耗，這就與目前飛機需要不斷提高能效的目標背道而馳。為應對這一挑戰，巴西航空工業公司正在為飛機天線研發新的安裝設計。盡管如此，天線必須在每一個方向上發出相同的輻射量，因此必須評估多種設計方案。如果必須為每一個推薦的天線設計和安裝位置構建和測試物理原型，這樣做不僅極為耗時而且成本高昂。巴西國家電信研究所(Inatel)和巴西航空工業公司正在使用ANSYS HFSS電磁場仿真軟件來評估天線安裝替代設計的性能。HFSS仿真結果與物理測試結果良好匹配，因此大幅節省了評估設計替代方案所需的時間。最終為未來的巴西航空工業公司飛機實現顯著的燃油效率。
使用實際天線安裝開展驗證
最新一代商業客機擁有多達100根天線，其可用于航空交通管制(ATC)、空中交通防撞(TCA)、盲目著陸系統(ILS)、測距設備(DME)等其他應用。在過去飛機外部結構主要使用鋁材制作而成，由于鋁會嚴重阻礙電磁輻射，因此天線必須從機身表面伸出。現在許多飛機使用纖維增強復合材料，不僅給天線布局帶來新的電磁挑戰，而且難以在飛機機身上設計天線。通過避免使用支撐天線用的外伸結構件，這種方法不僅能減少阻力，還有望大幅減輕重量。
輕型噴氣式飛機與飛機背鰭的ANSYS HFSS數值模型
為仿真這款推薦的安裝設計，巴西國家電信研究所和巴西航空工業公司的工程師首先需要確定用于覆蓋天線的復合材料的電磁屬性。他們構建了一個覆蓋現有天線的復合材料背鰭的物理原型。他們在消聲室中激勵天線并測量了生成的輻射圖。
展開 具有一個PWM (IN／IN) 輸入接口的260mΩ低電阻H橋電機驅動芯片-SS8837T
以前方案很多采用TI的DRV8837或其他昂貴型號做直流電機驅動，隨著中美貿易戰以及產品價格平民化普及，很多大廠在做國產化替代設計方案；而國產SS883T可pin to pin兼容替代TI-DRV8837、拓爾微-TMI8230、禾潤-HTD9202、艾為-AW8637、矽塔-SA8310。
此器件能夠驅動一個直流電機或諸如螺線管的器件。其導通電阻：高側+低側(HS + LS) 260mΩ。輸出由N溝道功率MOSFET組成的H橋電路，以驅動電機繞組。內部電荷泵生成所需的柵極驅動電壓。
SS8837T提供了一體化的電機驅動器解決方案，能夠驅動直流電機或螺線管等設備，輸出電流達到1.8A,適用于0至12V之間的電機電源電壓，及1.8V至12V范圍內的器件電源電壓;此外，還增加了欠壓鎖定、過流保護、短路保護和過熱保護的內部關斷功能，以確保設備的安全運行。
SS8837T是一款電機驅動器，可以驅動一個直流電機或其他設備（如螺線管）；能夠提供高達1.8A的輸出電流；它運行在0 至 12V之間的電機電源電壓，以及1.8V 至 12V范圍內的器件電源電壓上。采用DFN2x2-8L封裝；使用PWM輸入接口（也稱為 IN/IN 接口）進行控制；每個輸出由相應的輸入引腳控制。
展開 Moldex3D模流分析之使用設計微流道特征
大綱
復雜的3D塑料產品制造，普遍會使用仿真技術來優化模具設計，然而若要精確掌握射出成型中微小特征的流動行為，卻是非常困難。本項目以一微流體流式細胞儀芯片中關鍵的典型微特征，來研究可行的仿真微特征流動行為的方法，同時探討導熱系數、排氣、壁滑移、凝固溫度等因素之影響。研究結果發現可以成功預測微特征的充填不足現象，并且藉由兩種微流體模具工具嵌件的配置來驗證參數。本項目是一個重要的模擬案例，對于高分子微小儀器制造中的微特征射出成型，以及具有微小特征的模具工具嵌件的研究，都有很大的幫助。
挑戰
微特征模腔中的高分子熔膠流動行為難以掌握
在模具工具制造前，很難用預設或一般的參數來仿真預測微小特征的缺陷
解決方案
利用Moldex3D Designer BLM修正特定的網格節點灑點。分析過程中并結合實際機臺響應和物理現象(包括導熱系數、排氣、壁滑移和凝固溫度)等真實制程條件，確保微特征的流動問題能夠被預測出來
效益
成功預測微特征的不完全充填
在制造前評估替代設計方案，省下時間和金錢
案例研究
具有復雜幾何和高精密度的微小聚合物產品，普遍使用微結構射出成型技術來進行大量生產，例如微流道、微光學及功能性表面等產品。都柏林大學團隊使用模流分析技術來優化大于毫米和厘米的復雜3D產品之模具設計和制造，然而同樣的模擬方式，在進行更微小特征的成型仿真時(例如高分子微小儀器等)，就會欠缺精確度。
因此本項目以一微流體流式細胞儀芯片中關鍵的典型微結特征，來研究微小特征流動行為可行的仿真。
由第一個案例的模擬和實驗結果比較，發現若使用軟件默認值來進行仿真，無法預測出真實的關鍵成型缺陷(圖一)。
展開 在產品設計和開發中使用有限元分析的18個理由！
使用有限元分析的理由
新產品和現有產品的性能改進；
降低設計和制造成本；
減少所需的物理測試試驗次數；
更快地將產品推向市場；
可以評估和優化替代設計和材料；
快速分析基本解決方案的變體；
由于清楚地了解組件的設計意圖，因此可以更好地設計產品；
減少材料浪費；
結構的拓撲和重量優化，不影響性能和安全性；
由于信息完整，可以做出更好的設計決策；
更快地達到所需質量的最終產品設計；
輕松滿足各種產品標準和合同要求；
提高產品安全性；
通過在模型上應用適當的邊界條件來確定現實條件下的產品行為；
提高客戶滿意度；
即使在經濟實惠的工作站和臺式個人計算機上也可以執行FEA；
CAE軟件現在是大多數一流企業的必備工具；
確定產品的使用壽命并確定保修和維修計劃。
有限元分析確實是工程師為市場提供優質產品的重要工具之一。現在，將仿真測試和設計優化與產品開發周期相結合，提高產品質量和縮短產品上市時間是一種普遍現象。
展開 
HFSS幫助提供創新的通信和網絡解決方案
他們必須考慮到制造出來的走線與完美的設計幾何形狀不同，在這些頻率下，這些差異會產生影響。工程師使用 HFSS 來改變走線的輪廓; 這種形狀改進了模擬和測量之間的相關性。 接下來，他們更改了HFSS 中的通用鏈鍵合線模型，以匹配實際鍵合線的幾，何形狀。同樣.他們也看到了相關性的改善。此時，HFSS模型與原型機的性能非常匹配。
圖2. 軌道整形對高頻性能產生顯著的影響
圖3. 模擬圓柱體上復雜的電磁場，表明幅度裸露去干的順勢要高的多
（a）覆蓋著表面波服裝的軀干
（b）裸露的皮膚軀干
Chemring 工程師使用 HFSS模型來評估替代設計方法并優化設計參數，例如天線尺寸跡線幾何形狀。 然后，他們使用該模型來分析蝕刻過度和蝕刻不足的影響，以確定制造公差有哪些以確保最終產品的性能。其結果是大大提高了成品的性能，并減少了使產品進入市場所需的時間。
在 Chemring Technology Solutions，ANSYS HFSS在大多數涉及無線通信、雷達和高頻網絡的項目中扮演著關鍵角色，其中電磁場至關重要。HFSS會自動生成合適、高效且準確的網格來解決問題。 最終結果是，在設計過程的早期階段，Chemring 工程師可以評估他們想要的盡可能多的替代方案。確定設計方向后，Chemring 工程師將評估設計空間以優化關鍵設計參數。 最后，他們通常會評估設計對制造變化的敏感性，這樣可以節省制造成本并在第一時間就獲得正確的設計。
HFSS預測用于雷達系統的具有不同焊線的相同電路
參數模擬顯示了蝕刻過度和蝕刻不足的影響，這有助于確定有多少制造變化可以被容忍。
展開 多相流在仿真中的應用和展望（下）
例如，泳裝生產廠商Speedo應用多相流模擬優化護目鏡設計。相比于游泳者體型，液滴尺寸非常小，護目鏡模擬需要高精度網格捕捉液滴作用力。水膜厚度至少需要10個網格單元解析計算，進而導致網格總數急劇增加。
▲ Speedo應用多相流模擬設計高性能泳鏡，由Speedo提供。
多相流仿真案例分享：全自動洗碗機
為了優化全自動洗碗機的能量使用效率和用水量，工程師運用多相流和多物理場模擬多種流型變化：從旋轉臂上的噴嘴噴出的射流、射流飛濺在餐具上形成水膜、液膜或水滴從餐具上滑落以及旋轉臂下的積水過程。
他們使用ANSYS Fluent的拉格朗日方法模擬了水噴射流以及液滴從旋轉噴射臂到餐具的完整運動過程。
■ 拉格朗日液膜模型準確模擬了噴射水流沖擊餐具形成薄膜的過程，并可計算薄膜厚度、覆蓋率以及其受噴射臂設計因子的影響。
■ VOF模型用于模擬重力引起的流動以及液膜和液滴滑落到洗碗機底部積水池的過程。
■ 蒸發和冷凝模型模擬了干燥過程。
全自動洗碗機的多相流模擬只是其完整的多物理場系統仿真的一部分，完整仿真流程還包括：ANSYS SpaceClaim快速創建初始模型和多種替代設計模型；ANSYS Mechanical進行線性和非線性仿真，以流致振動、噪音和疲勞性能為目標，優化結構設計；ANSYS Electronics and Systems提供電機、控制顯示和傳感器相關解決方案。
展開 船舶設計讀書筆記：前期方案中的船舶復雜性
將 PODAC 模型集成到 LEAPS 背后的思
想
之一是使工作內容成為艦船設計優化系統的一個不可分割的
部分。
除了像PODAC這樣的過程模型允許快速評估工作內容、風
險和其他設計權衡之外，它們還可以用來評估可選的構建策略，
以提高船舶的生產能力。
將 PODAC等過程模型與不同的構建
策略相結合，這些模型可以自動生成估計的工程和船廠生產人
力
比較，以評估替代設計構建方法的工作內容。
【7】結論
本文的一個重要結論是密度更高的船舶確實需要更多的工時。組裝的內容確實會影響勞動力成本，但一般來說，勞動生產率確實會隨著密度的增加而下降。建立船舶密度因子作為船舶生產性的第一判別器在需求確定和概念設計研究中將顯著有助于減少詳細設計和建造工作內容的成本效益決策在早期階段海軍艦艇設計。
文章來源3D SHIP
展開 案例分享 | Adams Drill 改善油井規劃和鉆井決策
可以對BHA進行系統的重新設計，以降低振動的嚴重性，以便在最大限度提高鉆井效率或鉆速的同時管理風險。用一口井中的物理測量值對模型進行校準，并用附近不同井在相同地層中的測量值對模型進行驗證是很有希望的。可以評估專用井下工具減少動態功能障礙方面的潛力。
圖 3. 在各種重量的鉆頭，轉速和測得的深度上進行風險評估。
鉆井工程師可以優化BHA中專用工具的位置，并建立最佳實踐和選擇最佳操作參數，以降低功能障礙的風險。專業工具供應商甚至可以探索其特定工具的設計參數如何影響其客戶的鉆柱性能。可以對控制系統進行虛擬測試，以提高它們在各種運行條件下的性能。并且操作員可以研究導致部件故障的條件，以便從中吸取教訓，避免將來出現類似情況。所有這些都可以虛擬地完成，使鉆井工程師能夠探索系統響應，并在整個設計過程中做出明智的決策。可以通過多種方式定義風險，從超出負載極限到高應力集中，過度振動，已知的危險狀況或明確定義的動態功能異常，比如粘滑或旋轉。通過慎重考慮替代方案，或者讓它在極端情況下變得可以接受，可以避免或管理高風險。
通過在廣泛的工作條件范圍內以及井眼中的多個深度進行模擬，可以生成三維圖。風險嚴重性通過匯總大量與負載、運動和動力學相關的因素來評估，這些因素會導致損壞或停產時間。工程師可以看到，隨著鉆井的進行，各種情況下的風險水平會發生怎樣的變化。可以對替代設計進行比較，以爭取后續井的進一步改進。與任何特定因素相關的風險，可以或多或少地權衡，這取決于最昂貴或最常遇到的特定限制因素。Cheatwood說：“這使我們可以并行測試多個設計，并行比較結果，以快速優化每個井的最佳配置。”
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