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ANSYS解決方案促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

我們周?chē)碾娮釉O(shè)備層出不窮，而過(guò)去那些我們所熟悉的產(chǎn)品也已經(jīng)具備更新奇、更智能的功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)日益擴(kuò)展，ANSYS提供的全面仿真功能有助于在眾多方面實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的最優(yōu)化。

商業(yè)媒體有關(guān)全球物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將持續(xù)呈現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)的報(bào)道鋪天蓋地，而且有大量證據(jù)證明相關(guān)預(yù)測(cè)。我們身邊的手機(jī)、平板電腦及其它設(shè)備讓我們保持全天候聯(lián)網(wǎng)。智能功能讓汽車(chē)、無(wú)人機(jī)、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備互聯(lián)互通。不過(guò)，IoT遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是指設(shè)備的智能功能。在更高速的網(wǎng)絡(luò)以及日新月異的計(jì)算與數(shù)據(jù)中心技術(shù)的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)分析技術(shù)將助力實(shí)現(xiàn)IoT的全部?jī)r(jià)值。

對(duì)中小型企業(yè)而言，IoT顯然是一個(gè)令人振奮的商機(jī)。然而，IoT經(jīng)濟(jì)的成功取決于企業(yè)持續(xù)創(chuàng)新產(chǎn)品的能力。為了在創(chuàng)新方面脫穎而出，產(chǎn)品研發(fā)與工程團(tuán)隊(duì)日益需要解決與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳感器設(shè)計(jì)和產(chǎn)品可靠性相關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

在這種飛速發(fā)展的環(huán)境中，仿真軟件有助于盡快把最新產(chǎn)品模型或新一代功能帶給客戶，因而成為了企業(yè)獲得寶貴競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要戰(zhàn)略工具。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員借助工程仿真技術(shù)能夠在設(shè)計(jì)周期盡早、盡快找出并經(jīng)濟(jì)高效地解決一切功能缺陷，如：不實(shí)際的功耗需求或錯(cuò)誤的天線設(shè)計(jì)。

為了有助于推動(dòng)IoT的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，ANSYS現(xiàn)已研發(fā)出業(yè)界最綜合全面的仿真解決方案，能夠提高電子設(shè)備以及目前具備智能功能的傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能及可靠性。從利用ANSYS Mechanical確認(rèn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性到利用ANSYSSCADE驗(yàn)證嵌入式軟件的性能，產(chǎn)品研發(fā)人員可利用ANSYS仿真軟件的強(qiáng)大功能解決IoT相關(guān)的各種設(shè)計(jì)問(wèn)題。

基于仿真的智能設(shè)計(jì)

ANSYS仿真軟件產(chǎn)品的多物理場(chǎng)、多域功能對(duì)設(shè)計(jì)當(dāng)今的智能互聯(lián)產(chǎn)品尤為重要。由于這些產(chǎn)品功能復(fù)雜，智能產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要極高的可靠性、準(zhǔn)確性、魯棒性和創(chuàng)新性。同時(shí)，這些團(tuán)隊(duì)還面臨著保持低成本和加快產(chǎn)品發(fā)布的巨大壓力。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，企業(yè)既不能在設(shè)計(jì)上各自為政，也不能依賴傳統(tǒng)的構(gòu)建-測(cè)試方法。

目前仿真不但是競(jìng)爭(zhēng)所需，而且也顯著提高了競(jìng)爭(zhēng)的公平性，從而使小企業(yè)有機(jī)會(huì)與地位穩(wěn)固的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。利用仿真技術(shù)，只需少數(shù)幾名工程師就能夠快速、低成本實(shí)現(xiàn)眾多產(chǎn)品理念的虛擬原型設(shè)計(jì)和改進(jìn)。他們跨越傳統(tǒng)工程學(xué)科邊界、轉(zhuǎn)而利用多域和多物理場(chǎng)分析的能力，與企業(yè)的創(chuàng)新精神完美契合。

IOT工程：五大關(guān)鍵挑戰(zhàn)

雖然每款智能產(chǎn)品都有自身的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，但物聯(lián)網(wǎng)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，這意味著正在出現(xiàn)一些共同的設(shè)計(jì)要求。例如，新一代智能產(chǎn)品通常必須比前一代產(chǎn)品尺寸更小、重量更輕而且更節(jié)能。IoT的興起帶來(lái)五大工程挑戰(zhàn)。IoT的巨大商機(jī)正在為眾多現(xiàn)有市場(chǎng)巨頭引來(lái)新的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。Aberdeen Group的資料表明，IoT經(jīng)濟(jì)中的贏家和輸家取決于其成功解決這五大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的能力。

尺寸、重量、功耗以及冷卻(SWAP-C)

無(wú)論是設(shè)計(jì)飛機(jī)、汽車(chē)還是智能手機(jī)，工程師一般都需要對(duì)IoT產(chǎn)品進(jìn)行尺寸、重量、功率和冷卻優(yōu)化——這一系列要求通常稱為“SWAP-C”。由于消費(fèi)者需要更強(qiáng)大的功能（包括無(wú)處不在的連接性、感應(yīng)等），工程師不得不增加更多的電子組件。高密度電子產(chǎn)品在尺寸、重量、能耗和熱積聚等方面為產(chǎn)品研發(fā)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)產(chǎn)品往往每隔一段時(shí)期都必須進(jìn)行全面的重新構(gòu)思和重新設(shè)計(jì)。例如，隨著現(xiàn)代助聽(tīng)器轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈鼜?qiáng)大功能、可以通過(guò)智能手機(jī)聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備之后，其設(shè)計(jì)內(nèi)容擴(kuò)展到包含柔性印刷電路板(PCB)、電池、接收器與天線，而且很多時(shí)候還包含拾音線圈。其中柔性PCB又包括60多個(gè)不同的組件和集成電路。工程師必須在優(yōu)化性能的同時(shí)在有限空間內(nèi)集成所有這些組件。這就要求依靠仿真技術(shù)快速、低成本做出設(shè)計(jì)權(quán)衡。

感應(yīng)與連接性

當(dāng)今的產(chǎn)品之所以稱之為“智能”是因?yàn)樗鼈兡軌蚋袘?yīng)所處環(huán)境、能夠與其他電子產(chǎn)品通信，能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、更明智的決策與成果。例如，現(xiàn)代汽車(chē)配備眾多感應(yīng)和通信技術(shù)，以提高駕駛員的安全性、聯(lián)網(wǎng)能力和決策明智性。這是一個(gè)龐大而又不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)；事實(shí)上，到2020年，市場(chǎng)收入有望從目前的84億美元增長(zhǎng)到300億美元。當(dāng)今汽車(chē)中智能功能多到讓人瞠目結(jié)舌。例如，自適應(yīng)巡航定速技術(shù)結(jié)合保險(xiǎn)杠中嵌入的雷達(dá)傳感器使車(chē)輛能夠相互保持安全距離。盲點(diǎn)監(jiān)視器和車(chē)道偏離告警系統(tǒng)可以幫助駕駛員防止碰撞?，F(xiàn)代車(chē)輛甚至能夠監(jiān)控并報(bào)告交通狀況，利用全球定位系統(tǒng)(GPS)功能通知其他駕駛員并建議選擇其它路線。與前幾代汽車(chē)設(shè)計(jì)工程師不同，當(dāng)今的汽車(chē)設(shè)計(jì)工程師需要考慮電磁干擾、信號(hào)完整性、不間斷連接性以及可能影響電子產(chǎn)品性能的其他復(fù)雜問(wèn)題。仿真技術(shù)允許從產(chǎn)品研發(fā)最早階段最大化可靠性并確保魯棒性設(shè)計(jì)。

可靠性與安全性

隨著智能產(chǎn)品激增以及我們?nèi)找嬉蕾囁鼈冞M(jìn)行關(guān)鍵決策，安全性和可靠性成為更加重要的產(chǎn)品設(shè)計(jì)考慮因素。雖然IoT在催生龐大收入，但是這些收入還不足以覆蓋維護(hù)、維修、保修費(fèi)用或市場(chǎng)增長(zhǎng)不足產(chǎn)生的成本。另外，汽車(chē)、航空航天和醫(yī)療等行業(yè)的眾多產(chǎn)品是在安全攸關(guān)的環(huán)境中運(yùn)行。由于事關(guān)生死，這些產(chǎn)品必須達(dá)到最高的可靠性與安全性標(biāo)準(zhǔn)。IoT中一個(gè)經(jīng)常被忽視、但非常關(guān)鍵的方面是嵌入式控制與顯示軟件，其對(duì)于集成型機(jī)電系統(tǒng)（負(fù)責(zé)引導(dǎo)聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛和飛機(jī)）的運(yùn)行必不可少。工程師需要對(duì)支持這些系統(tǒng)的數(shù)千萬(wàn)行安全關(guān)鍵型軟件代碼進(jìn)行驗(yàn)證，這一點(diǎn)非常重要。仿真和建模功能可以快速、自動(dòng)生成涉及人類安全時(shí)所需要的完美代碼。

集成

隨著智能聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的復(fù)雜性與日俱增，工程師已將設(shè)計(jì)過(guò)程劃分為更小的階段，使其更便于控制。雖然組件級(jí)自下而上的設(shè)計(jì)方法可以非常全面地驗(yàn)證零部件，但是實(shí)際將組件組裝成系統(tǒng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的后期設(shè)計(jì)問(wèn)題。當(dāng)設(shè)計(jì)師倉(cāng)促趕在產(chǎn)品發(fā)布期限內(nèi)完成設(shè)計(jì)，研發(fā)后期才發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)缺陷，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)度設(shè)計(jì)、成本超支和設(shè)計(jì)權(quán)衡失當(dāng)。例如，為無(wú)線運(yùn)動(dòng)手環(huán)設(shè)計(jì)的天線在作為單獨(dú)組件進(jìn)行分析時(shí)可能運(yùn)行良好。但是，一旦安裝到實(shí)際手環(huán)上，當(dāng)受到手環(huán)彎曲、存在生物傳感器天線或者固定手環(huán)用的金屬扣等實(shí)際因素的不利影響，天線就可能無(wú)法像預(yù)期的那樣運(yùn)行。仿真能夠在無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的低成本虛擬環(huán)境中幫助預(yù)測(cè)系統(tǒng)級(jí)性能問(wèn)題。

耐用性

雖然微小到經(jīng)常無(wú)法看見(jiàn)，但是無(wú)數(shù)傳感器和微處理器構(gòu)成了IoT的骨干。這些不辭辛苦的電子元器件負(fù)責(zé)全天候收集和共享有用信息。它們不僅需要在最佳條件下可靠運(yùn)行，而且還必須能夠經(jīng)受變幻莫測(cè)的惡劣環(huán)境。例如石油天然氣產(chǎn)業(yè)鉆頭末端、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)高溫區(qū)域或者受到敵對(duì)電磁環(huán)境干擾的軍用無(wú)人車(chē)輛中的傳感系統(tǒng)。一個(gè)典型的例子是，F(xiàn)acebook “Aquila” 項(xiàng)目研發(fā)的最新太陽(yáng)能無(wú)人機(jī)將利用激光為發(fā)展中地區(qū)的偏遠(yuǎn)區(qū)域提供互聯(lián)網(wǎng)接入——其一次飛行長(zhǎng)達(dá)三個(gè)月。采用物理測(cè)試實(shí)際上不可能研究此類極端運(yùn)行情況，因此仿真技術(shù)對(duì)于推出可靠型創(chuàng)新產(chǎn)品至關(guān)重要。雖然并非所有產(chǎn)品都需要忍受極端條件，但是每個(gè)產(chǎn)品都必須接受耐用性驗(yàn)證。摔過(guò)智能手機(jī)的人都理解日常使用的嚴(yán)格要求。

綜合仿真平臺(tái)的重要性

正如物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)改變了我們的日常生活，智能設(shè)備也革新了基本產(chǎn)品研發(fā)流程。由于這些產(chǎn)品具有多功能性，因此其設(shè)計(jì)需要來(lái)自多個(gè)學(xué)科的工程師輸入信息。由于跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)組建后會(huì)打破傳統(tǒng)工程職能之間的障礙，因此工程師現(xiàn)在需要能夠跨多個(gè)部門(mén)和學(xué)科運(yùn)行的通用工具。

ANSYS一直是提供廣泛而全面的多功能工程仿真工具的先驅(qū)，這些工具能夠在通用的工作環(huán)境中或仿真平臺(tái)上將一系列獨(dú)立的功能應(yīng)用連接在一起。目前ANSYS既能提供業(yè)界領(lǐng)先的獨(dú)立應(yīng)用仿真功能，又可提供交付集成式IoT產(chǎn)品研發(fā)解決方案所需的綜合平臺(tái)。

除了促進(jìn)不同學(xué)科之間的合作與協(xié)作之外，共享仿真平臺(tái)還能夠帶來(lái)諸多顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)。研究表明，那些把仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)功能整合到單個(gè)平臺(tái)的產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)，可以使完成新產(chǎn)品推出目標(biāo)的概率提升33%。另外，與分散獨(dú)立研發(fā)的團(tuán)隊(duì)相比，他們可以將產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間縮短7倍，成本降低2.5倍。這些關(guān)鍵指標(biāo)決定了在當(dāng)今快速發(fā)展、疾風(fēng)驟雨、競(jìng)爭(zhēng)激烈的商業(yè)環(huán)境中的成敗。