CAE在電子高科技行業(yè)中的應用

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

現(xiàn)今我國已是全球第三大電子信息產(chǎn)品制造國,電子信息產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個角落,包括通信設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備及器械、計算機行業(yè)產(chǎn)品、家用電子產(chǎn)品、電子電器產(chǎn)品等。然而伴隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步,人們對電子產(chǎn)品提出了更高的要求:精確、穩(wěn)定、輕巧、保密、可靠,而運用CAE技術(shù),可以幫助企業(yè)進行產(chǎn)品的性能分析設(shè)計、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)品在市場上的競爭力。

(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。電子信息產(chǎn)品已經(jīng)滲透到通信、醫(yī)療、計算機及周邊視聽產(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、手機和平板電腦了。

電子高科技行業(yè)的特點如下:

1、電子高科技行業(yè)屬于知識密集型產(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)的費用比例大。

2、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短,產(chǎn)品的競爭需要更快的市場響應速度。

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,附加價值高。

5、注重新技術(shù)開發(fā),能快速將研究成果進行轉(zhuǎn)化。從事該行業(yè)的企業(yè)需要不斷掌握、預測市場的需求,在最短的時間內(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

從時間的角度分析,其優(yōu)勢在于:

?更快地幫助工程師預測與驗證產(chǎn)品設(shè)計的不合理之處,以及制造的薄弱環(huán)節(jié)。

?減少產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā)的時間。

?及時了解產(chǎn)品的內(nèi)部零件關(guān)聯(lián)、運動等情況。

從成本的角度分析,其優(yōu)勢在于:

?解決試模制作的費用。

?減少修模成本。

?節(jié)省檢測費用。

總之,CAE技術(shù)可以幫助企業(yè)進行產(chǎn)品的性能分析設(shè)計、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、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,以手機為例,其一般的生產(chǎn)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(chǎn)品為例,手機生產(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,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(chǎn)品上CAE技術(shù)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(chǎn)品,越來越追求綠色環(huán)保、靜音、高可靠性、人性化設(shè)計,越來越多的電子產(chǎn)品的開發(fā),不再依賴于工程師的個人經(jīng)驗和對物理樣機的實際測試,而是通過仿真技術(shù),采用虛擬設(shè)計和制造和驗證的手段,將問題的發(fā)現(xiàn)與解決盡可能在產(chǎn)品設(shè)計的前端。

(六)電子產(chǎn)品行業(yè)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(chǎn)線、工廠的運動和運行狀態(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
ANSYS	● ANSYS有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設(shè)計程序,可以用來求解結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)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(shè)備上。
ABAQUS	● ABAQUS軟件在求解非線性問題時具有非常明顯的優(yōu)勢。 ● 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緊力等靜力和動力相結(jié)合的計算情況。 ● ABAQUS第三點優(yōu)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(nèi)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(xiàn)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(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(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軟件為例來看,MSC.Nastran是電子行業(yè)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(shè)計靈敏度及優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、顯隱式動力學等方面的分析功能。
Moldflow	在產(chǎn)品的設(shè)計及制造環(huán)節(jié),Moldflow提供了兩大模擬分析軟件:AMA(Moldflow塑件顧問)和AMI(Moldflow高級成型分析專家)。AMA簡便易用,能快速響應設(shè)計者的分析變更;AMI用于注塑成型的深入分析和優(yōu)化,是全球應用最廣泛的模流分析軟件。
DYNAFORM	● DYNAFORM軟件設(shè)置過程與實際生產(chǎn)過程一致,操作上手容易,可以對沖壓生產(chǎn)的全過程進行模擬。 ● 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,運行熱分析,在建立物理樣機之前迅速便捷地測試設(shè)計修改。 ● FloTHERM使用高級CFD技術(shù)預測元器件級、板級、系統(tǒng)級的電子設(shè)備氣流、溫度、熱傳,其求解結(jié)果相對可靠。