CAE在電子高科技行業(yè)中的應(yīng)用

2017-02-25 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)今我國(guó)已是全球第三大電子信息產(chǎn)品制造國(guó),電子信息產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)角落,包括通信設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備及器械、計(jì)算機(jī)行業(yè)產(chǎn)品、家用電子產(chǎn)品、電子電器產(chǎn)品等。然而伴隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,人們對(duì)電子產(chǎn)品提出了更高的要求:精確、穩(wěn)定、輕巧、保密、可靠,而運(yùn)用CAE技術(shù),可以幫助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品的性能分析設(shè)計(jì)、尋找產(chǎn)品缺陷、縮短研發(fā)周期、建立自主技術(shù),提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

(一)電子高科技行業(yè)概述

電子高科技行業(yè)是以電子產(chǎn)業(yè)為龍頭,建立在科學(xué)技術(shù)上的新興產(chǎn)業(yè),產(chǎn)品的科技含量很高,具有"高、精、尖"的特點(diǎn)。電子信息產(chǎn)品已經(jīng)滲透到通信、醫(yī)療、計(jì)算機(jī)及周邊視聽產(chǎn)品、玩具、軍工用品等領(lǐng)域。電子行業(yè)的產(chǎn)品品種包羅萬(wàn)象,在日常生活中,大家最常見的電子產(chǎn)品莫過于筆記本、手機(jī)和平板電腦了。

電子高科技行業(yè)的特點(diǎn)如下:

1、電子高科技行業(yè)屬于知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)。表現(xiàn)在:在從業(yè)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(fā)的費(fèi)用比例大。

2、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短,產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)需要更快的市場(chǎng)響應(yīng)速度。

3、該行業(yè)是典型的離散型制造模式,電子產(chǎn)品多樣化、商品化。

4、產(chǎn)品體積小,重量輕,附加價(jià)值高。

5、注重新技術(shù)開發(fā),能快速將研究成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化。從事該行業(yè)的企業(yè)需要不斷掌握、預(yù)測(cè)市場(chǎng)的需求,在最短的時(shí)間內(nèi)研發(fā)新品,推陳出新。

6、資源、能量消耗少,產(chǎn)品要求高功效低耗能。

(二)CAE用于電子高科技行業(yè)的優(yōu)勢(shì)

從時(shí)間的角度分析,其優(yōu)勢(shì)在于:

?更快地幫助工程師預(yù)測(cè)與驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不合理之處,以及制造的薄弱環(huán)節(jié)。

?減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)的時(shí)間。

?及時(shí)了解產(chǎn)品的內(nèi)部零件關(guān)聯(lián)、運(yùn)動(dòng)等情況。

從成本的角度分析,其優(yōu)勢(shì)在于:

?解決試模制作的費(fèi)用。

?減少修模成本。

?節(jié)省檢測(cè)費(fèi)用。

總之,CAE技術(shù)可以幫助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品的性能分析設(shè)計(jì)、尋找產(chǎn)品缺陷、縮短研發(fā)周期、建立自主技術(shù)等。

(三)電子產(chǎn)品的基本工藝流程

電子產(chǎn)品系統(tǒng)是由整機(jī)、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(chǎn)品的生產(chǎn)過程一般需經(jīng)過成型、烤漆、組裝三個(gè)環(huán)節(jié)。但是不同的電子企業(yè),其生產(chǎn)流程也存在差異,以手機(jī)為例,其一般的生產(chǎn)流程為:原料來(lái)件、PCB上錫膏、貼片、焊接、冷卻、檢查、下載、板測(cè)、貼按鍵彈片、組裝、包裝出貨。

以手機(jī)產(chǎn)品為例,手機(jī)生產(chǎn)涉及的工藝技術(shù)主要有:工藝工程技術(shù)、注塑工藝技術(shù)、沖壓工藝技術(shù)、SMT貼片技術(shù)、裝配工藝技術(shù)、膠水與膠紙粘接技術(shù)、熱壓焊接技術(shù)、手工焊接技術(shù)、鉚焊連接技術(shù)、熱熔焊接技術(shù)、超聲波焊接技術(shù)、移印技術(shù)、網(wǎng)印技術(shù)、IML技術(shù)、IMD技術(shù)、維修工藝技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)測(cè)試技術(shù)等。

電子產(chǎn)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(jī),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(jī)器自動(dòng)裝配和人工裝配兩類。機(jī)器裝配主要指自動(dòng)鐵皮裝配(SMT)、自動(dòng)插件裝配(AI)和自動(dòng)焊接,人工裝配指手工插件、手工補(bǔ)焊、修理和檢驗(yàn)等。

(四)電子產(chǎn)品上CAE技術(shù)的應(yīng)用

CAE在電子高科技行業(yè)中的應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)案例圖片1

CAE在電子高科技行業(yè)中的應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)案例圖片2

仿真應(yīng)用案例列舉

(五)物理樣機(jī)測(cè)試與CAE分析

如今的電子產(chǎn)品,越來(lái)越追求綠色環(huán)保、靜音、高可靠性、人性化設(shè)計(jì),越來(lái)越多的電子產(chǎn)品的開發(fā),不再依賴于工程師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和對(duì)物理樣機(jī)的實(shí)際測(cè)試,而是通過仿真技術(shù),采用虛擬設(shè)計(jì)和制造和驗(yàn)證的手段,將問題的發(fā)現(xiàn)與解決盡可能在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前端。

CAE在電子高科技行業(yè)中的應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)案例圖片3

(六)電子產(chǎn)品行業(yè)中常用的CAE軟件比較

針對(duì)不同的應(yīng)用,利用CAE軟件可以模擬零件、部件、裝置(整機(jī))乃至生產(chǎn)線、工廠的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)。在電子產(chǎn)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(yè)中常用的CAE軟件的比較

軟件名稱	軟件優(yōu)勢(shì)
ANSYS	● ANSYS有限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序,可以用來(lái)求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。 ● ANSYS軟件主要包含前處理模塊,分析計(jì)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(lái)模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本,可以運(yùn)行在從個(gè)人機(jī)到大型機(jī)的多種計(jì)算機(jī)設(shè)備上。
ABAQUS	● ABAQUS軟件在求解非線性問題時(shí)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。 ● 由于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit同為一家公司的產(chǎn)品,其數(shù)據(jù)傳遞非常方便,可以很容易地考慮預(yù)緊力等靜力和動(dòng)力相結(jié)合的計(jì)算情況。 ● ABAQUS第三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)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(nèi)附功能強(qiáng)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(xiàn)象及多階段分析。 ● LS-DYNA還可以隨時(shí)切換Implicit / Explicit的求解法,讓用戶在處理多階段分析時(shí),能更得心應(yīng)手。
HyperWorks	● 通過高性能的有限元實(shí)現(xiàn)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(xué)習(xí)時(shí)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(fù)工作和費(fèi)用;提供一個(gè)集成的系統(tǒng)內(nèi)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(lái)看,MSC.Nastran是電子行業(yè)的常用軟件之一,它提供了功能強(qiáng)大的靜力、屈曲、高級(jí)動(dòng)力響應(yīng)、隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)、復(fù)合材料、設(shè)計(jì)靈敏度及優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、顯隱式動(dòng)力學(xué)等方面的分析功能。
Moldflow	在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造環(huán)節(jié),Moldflow提供了兩大模擬分析軟件:AMA(Moldflow塑件顧問)和AMI(Moldflow高級(jí)成型分析專家)。AMA簡(jiǎn)便易用,能快速響應(yīng)設(shè)計(jì)者的分析變更;AMI用于注塑成型的深入分析和優(yōu)化,是全球應(yīng)用最廣泛的模流分析軟件。
DYNAFORM	● DYNAFORM軟件設(shè)置過程與實(shí)際生產(chǎn)過程一致,操作上手容易,可以對(duì)沖壓生產(chǎn)的全過程進(jìn)行模擬。 ● DYNAFORM軟件適用的設(shè)備很廣泛。
FLOTHERM	● 工程師可以使用FloTHERM快速創(chuàng)建電子設(shè)備虛擬模型,運(yùn)行熱分析,在建立物理樣機(jī)之前迅速便捷地測(cè)試設(shè)計(jì)修改。 ● FloTHERM使用高級(jí)CFD技術(shù)預(yù)測(cè)元器件級(jí)、板級(jí)、系統(tǒng)級(jí)的電子設(shè)備氣流、溫度、熱傳,其求解結(jié)果相對(duì)可靠。