CAE在電子高科技行業中的應用

2017-02-25 by:CAE仿真在線來源:互聯網

現今我國已是全球第三大電子信息產品制造國,電子信息產品已經滲透到我們生活的各個角落,包括通信設備、醫療電子設備及器械、計算機行業產品、家用電子產品、電子電器產品等。然而伴隨著社會的發展和技術的進步,人們對電子產品提出了更高的要求:精確、穩定、輕巧、保密、可靠,而運用CAE技術,可以幫助企業進行產品的性能分析設計、尋找產品缺陷、縮短研發周期、建立自主技術,提高產品在市場上的競爭力。

(一)電子高科技行業概述

電子高科技行業是以電子產業為龍頭,建立在科學技術上的新興產業,產品的科技含量很高,具有"高、精、尖"的特點。電子信息產品已經滲透到通信、醫療、計算機及周邊視聽產品、玩具、軍工用品等領域。電子行業的產品品種包羅萬象,在日常生活中,大家最常見的電子產品莫過于筆記本、手機和平板電腦了。

電子高科技行業的特點如下:

1、電子高科技行業屬于知識密集型產業。表現在:在從業人員中,科技人員所占的比重大;在銷售收入中,用于研究和開發的費用比例大。

2、產品更新換代周期短,產品的競爭需要更快的市場響應速度。

3、該行業是典型的離散型制造模式,電子產品多樣化、商品化。

4、產品體積小,重量輕,附加價值高。

5、注重新技術開發,能快速將研究成果進行轉化。從事該行業的企業需要不斷掌握、預測市場的需求,在最短的時間內研發新品,推陳出新。

6、資源、能量消耗少,產品要求高功效低耗能。

(二)CAE用于電子高科技行業的優勢

從時間的角度分析,其優勢在于:

?更快地幫助工程師預測與驗證產品設計的不合理之處,以及制造的薄弱環節。

?減少產品設計與研發的時間。

?及時了解產品的內部零件關聯、運動等情況。

從成本的角度分析,其優勢在于:

?解決試模制作的費用。

?減少修模成本。

?節省檢測費用。

總之,CAE技術可以幫助企業進行產品的性能分析設計、尋找產品缺陷、縮短研發周期、建立自主技術等。

(三)電子產品的基本工藝流程

電子產品系統是由整機、零件、元器件等組成,其中零件和元器件又稱之為部件。電子產品的生產過程一般需經過成型、烤漆、組裝三個環節。但是不同的電子企業,其生產流程也存在差異,以手機為例,其一般的生產流程為:原料來件、PCB上錫膏、貼片、焊接、冷卻、檢查、下載、板測、貼按鍵彈片、組裝、包裝出貨。

以手機產品為例,手機生產涉及的工藝技術主要有:工藝工程技術、注塑工藝技術、沖壓工藝技術、SMT貼片技術、裝配工藝技術、膠水與膠紙粘接技術、熱壓焊接技術、手工焊接技術、鉚焊連接技術、熱熔焊接技術、超聲波焊接技術、移印技術、網印技術、IML技術、IMD技術、維修工藝技術、網絡測試技術等。

電子產品的裝配過程是先將零件、元器件組裝成部件,再將部件組裝成整機,其核心工作是將元器件組裝成具有一定功能的電路板部件或叫組件(PCBA)。在電路板組裝中,可以劃分為機器自動裝配和人工裝配兩類。機器裝配主要指自動鐵皮裝配(SMT)、自動插件裝配(AI)和自動焊接,人工裝配指手工插件、手工補焊、修理和檢驗等。

(四)電子產品上CAE技術的應用

仿真應用案例列舉

(五)物理樣機測試與CAE分析

如今的電子產品,越來越追求綠色環保、靜音、高可靠性、人性化設計,越來越多的電子產品的開發,不再依賴于工程師的個人經驗和對物理樣機的實際測試,而是通過仿真技術,采用虛擬設計和制造和驗證的手段,將問題的發現與解決盡可能在產品設計的前端。

(六)電子產品行業中常用的CAE軟件比較

針對不同的應用,利用CAE軟件可以模擬零件、部件、裝置(整機)乃至生產線、工廠的運動和運行狀態。在電子產品的仿真分析中,CAE軟件使用的種類非常豐富,如HyperWorks、I-DEAS、ANSYS、ADINA、ABAQUS、LS-DYNA、Nastran、Pam crash、Moldflow、AutoForm等,以下是電子行業中常用的CAE軟件的比較

軟件名稱	軟件優勢
ANSYS	● ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設計程序,可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。 ● ANSYS軟件主要包含前處理模塊,分析計算模塊和后處理模塊。 ● 軟件提供了100種以上的單元類型,用來模擬工程中的各種結構和材料。該軟件有多種不同版本,可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上。
ABAQUS	● ABAQUS軟件在求解非線性問題時具有非常明顯的優勢。 ● 由于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit同為一家公司的產品,其數據傳遞非常方便,可以很容易地考慮預緊力等靜力和動力相結合的計算情況。 ● ABAQUS第三點優勢是其求解器是智能化的求解器,可以解決其它軟件不收斂的非線性問題。
LS-DYNA	● LS-DYNA內附功能強大的前、后處理程序。 ● LS-DYNA與其它軟件最大不同之處在于——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現象及多階段分析。 ● LS-DYNA還可以隨時切換Implicit / Explicit的求解法,讓用戶在處理多階段分析時,能更得心應手。
HyperWorks	● 通過高性能的有限元實現快速建模和后處理,大大縮短工程分析的周期。 ● 直觀的圖形用戶界面和易用操作的模式,有效地減少學習時間,提供工作效率。 ● 可直接輸入各種CAD軟件的幾何模型,減少建模的重復工作和費用;提供一個集成的系統內支持范圍廣泛的求解器,確保與其他CAE軟件的兼容性。
MSC	以MSC.Nastran軟件為例來看,MSC.Nastran是電子行業的常用軟件之一,它提供了功能強大的靜力、屈曲、高級動力響應、隨機振動響應、復合材料、設計靈敏度及優化、拓撲優化、顯隱式動力學等方面的分析功能。
Moldflow	在產品的設計及制造環節,Moldflow提供了兩大模擬分析軟件:AMA(Moldflow塑件顧問)和AMI(Moldflow高級成型分析專家)。AMA簡便易用,能快速響應設計者的分析變更;AMI用于注塑成型的深入分析和優化,是全球應用最廣泛的模流分析軟件。
DYNAFORM	● DYNAFORM軟件設置過程與實際生產過程一致,操作上手容易,可以對沖壓生產的全過程進行模擬。 ● DYNAFORM軟件適用的設備很廣泛。
FLOTHERM	● 工程師可以使用FloTHERM快速創建電子設備虛擬模型,運行熱分析,在建立物理樣機之前迅速便捷地測試設計修改。 ● FloTHERM使用高級CFD技術預測元器件級、板級、系統級的電子設備氣流、溫度、熱傳,其求解結果相對可靠。