无线充电器完全符合其承诺：无需使用电源线即可为兼容电子设备的电池充电。只需将听筒放在底座上并将其留在那里即可。
收缩之痛——高科技产业面临的挑战
高科技产业建立在复杂性之上。越来越多的性能和功能被集成到小型、轻型设备中。“由于复杂性，失败的风险更高，”SIMULIA 高科技行业流程总监 Jonathan Oakley 说道。“能够首先获得原型并首次投入使用非常重要。这比以往任何时候都更加重要，因为可能很难确定问题的原因，甚至解决问题。”
SIMULIA 全球高科技行业流程专家 Bryan Hurlbut 指出，从智能手表到虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 耳机等可穿戴设备给制造商带来了巨大的压力，要求他们寻找创新解决方案以最大限度地减小尺寸和重量。以滑雪智能手表为例，他说：“该设备知道我在山上，它会告诉我我的锻炼率是多少，它会与每个缆车进行通信，告诉我我乘坐了多少次缆车以及做了什么我今天的垂直滑雪是。所有不同的天线（5G、蓝牙、GPS）都会与您所处的环境进行交互，为您提供数据，而将所有这些天线封装在一起并使其可靠地通信正是推动这些挑战的原因。”
布莱恩特别指出，“电池可能是最大的单一空间消耗者之一，因此有必要从物理尺寸和性能角度进行优化。” （有关更多信息，请参阅“为电子设备创新更好的电池”）
由于单个设备中有如此多的组件，因此在不同 KPI 之间找到最佳权衡可能是一项挑战。提高一个子系统性能的更改很容易对另一个子系统产生负面影响，但不同组件和子系统之间的相互作用可能很难量化。尽管如此，快速转变最佳设计以保持竞争力并更快地将产品推向市场仍然面临着巨大的压力。
全球高科技行业流程专家 David Johns 补充道：“设计能够处理现代数据速率超高速的组件也面临着技术挑战。”
此外，复杂的设备需要复杂的全球供应链。地缘政治紧张局势和其他突发事件正在推高能源、运输和材料成本，这意味着制造商必须尽可能降低成本。
什么是多物理场仿真？
仿真作为一种为设计提供信息、优化性能以及识别和解决问题的方式在业界已得到广泛认可。通过模拟设备的虚拟孪生，工程师可以分析设计的性能，而无需花费与构建和测试物理原型相关的成本。
有许多不同类型的模拟涵盖物理学的不同方面。其中一些包括：
l结构模拟：应力、应变、变形和断裂等结构方面。示例用例：确保设备能够承受跌落和冲击。
l电磁模拟：设备内部和周围的磁场和电流。示例用例：优化天线放置并减少干扰。
l流体模拟：空气或水等流体的行为，包括传热。示例用例：设计空气冷却系统。
l振动声学模拟：结构的振动行为和声音的传播。示例用例：识别产生嗡嗡声的组件中的共振。
许多场景将不同的物理领域结合在一起：SIMULIA 全球高科技行业高级专家 Jingsong Wang 举了另一个振动电容器的例子：“电容器以 PCB 的谐振频率振动 – 它很安静，但你可以听到它的嗡嗡声。如果我们将共振移动几赫兹，声音就会停止。因此，谐振频率对于阻止噪声至关重要。为了对此进行建模，我们必须模拟电容器的电磁和压电行为、PCB 的谐振模式以及辐射声音。”
模拟振动电容器的工作流程，显示了对多个物理学科的需求
即使学科之间没有直接联系，权衡也常常涉及平衡几种不同类型分析的结果。David 以 USB 连接器为例：“一个关键方面是当您将连接器部件推到一起时，插脚和弹簧会相遇。它们具有信号完整性的重要电磁设计方面——TDR、阻抗、S 参数等。但还有保持弹簧的结构元件，该力需要恰到好处，以释放在销上滑动的弹簧，但又要提供足够的保持力。
“如果从结构角度改变某些东西，可能会对电磁学产生太大影响，反之亦然。因此，在这种情况下，物理现象不会耦合，但它们会独立影响设计，并且需要进行一些权衡。” 有关连接器设计 SIMULIA 解决方案的更多信息，请参阅“通过建模和仿真进行高速连接器设计”。
通过虚拟认证加快监管审批速度
5G 手机上多个天线的模拟，用于 FCC 的虚拟 SAR 认证。
“任何辐射设备都必须符合每个地理区域的法规，并且在销售之前必须通过认证来证明这一点，”乔纳森解释道。获得认证的传统方法包括向监管机构提供原型的测量数据。然而，复杂设备的测试方案可能既耗时又昂贵——典型 5G 手机中使用的波束形成系统可能会导致数百或数千种不同的场景进行测试，以确保干扰和比吸收率 (SAR)在任何情况下都不会超出限制。
“监管机构现在越来越多地接受虚拟认证的模拟结果，取代测试中的测量结果，”乔纳森补充道。“为了获得真实的认证结果，用户需要模拟带有所有天线的整个设备。” 要查看用于支持虚拟认证的模拟的真实示例，请参阅“5G 智能手机 FCC 认证的模拟”。
使用 MODSIM 在设计的任何阶段获取结果
统一建模和仿真（MODSIM）是在通用数据模型上结合建模和仿真的概念。借助 MODSIM，设计人员甚至可以在设计的概念阶段访问仿真数据，从而可以从开发的最早阶段对其进行分析。
“MODSIM 允许您从构思和需求一直到完整的虚拟原型，”Jonathan 解释道。“当然，它还允许您进行互联物理，因为物理模拟是在相同的数据集和相同的 CAD 几何体上进行的。您可以同时处理所有物理问题，并确保实现最佳权衡。”
SIMULIA 产品可以集成到3D上的 MODSIM 工作流程中体验平台。这充当整个团队的“单一事实来源”。David 解释说：“主要挑战之一是开发过程本身效率低下。传统上，公司使用非常手动的流程，通常通过电子邮件发送文件，每个分析师都可以开发不同的版本供自己使用。它很快就会失控，并且经常对您正在处理的模型版本感到困惑，尤其是在多次设计迭代的情况下。” 将所有模型和模拟数据保存在同一位置可确保每个人都使用相同的文件进行工作，并且模型的更新可以自动传播到所有团队。它还通过数字线程确保模型文件和模拟数据之间的可靠链接，从而确保可追溯性。
3D EXPERIENCE 平台上的 USB-C 连接器模型，支持协作设计和 MODSIM
即使是跨多个公司、拥有复杂供应链的全球团队也可以与 MODSIM 无缝协作。可以限制对数据的访问以保护机密性和商业秘密，并且可以使用加密模型共享数据以进行集成分析，而不会泄露敏感的几何形状。
结论
为了在快速发展的高科技行业中保持竞争力，制造商需要更快地将创新的新产品推向市场，同时降低开发成本和风险。统一建模和仿真 (MODSIM) 为设计人员和工程师提供所需的数据，让他们即使在设计的最初阶段也能做出明智的决策，从而加快开发速度。多物理场仿真可用于对涵盖许多物理学科的复杂系统的行为进行建模，并帮助工程师在竞争的设计要求之间找到最佳权衡。
通过在设计流程中实施 MODSIM，制造商还可以简化设计流程，以确保整个团队正在使用最新的文件，并且对设计的任何更改都会自动传播。可以与合作伙伴共享文件，同时保持机密性并保护敏感知识产权。模型几何形状和仿真数据之间的可追溯性允许虚拟认证，减少物理测试的需要，并使法规合规性更快、成本更低。
