1 概述

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和人們生活水平的提高，個(gè)人電腦已經(jīng)大量進(jìn)入消費(fèi)者家庭，以前作為機(jī)器設(shè)備的個(gè)人計(jì)算機(jī)，已經(jīng)越來越多地變成了消費(fèi)者家庭生活中不可缺少的重要的消費(fèi)電子產(chǎn)品，于是，消費(fèi)者對計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的品質(zhì)追求也越來越高，綠色環(huán)保、靜音、高可靠、人性化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)產(chǎn)品幾項(xiàng)最重要的競爭力。

　　在過去的產(chǎn)品開發(fā)中，以上問題的解決較多地依賴于工程師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和對物理樣機(jī)的實(shí)際測試，這些問題的發(fā)現(xiàn)和解決較多地在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的后端或工程化階段，在市場競爭日益激烈的今天，效率就意味著競爭力，這種滯后的產(chǎn)品開發(fā)模式直接影響到了企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，聯(lián)想作為全球第三大計(jì)算機(jī)廠商，很早就意識到了這些問題，并且從2000年就開始著手解決這些問題。

　　有限元(Finite Element Method , FEM)技術(shù)從60年代出現(xiàn)以來，有了飛速的發(fā)展，它和日新月異的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，在生產(chǎn)、科研、教學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，顯示出了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)效益，F(xiàn)EM技術(shù)的發(fā)展為聯(lián)想解決工作所遇到的問題帶來了契機(jī)。在各種現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)的基礎(chǔ)上，仿真設(shè)計(jì)作為最重要虛擬設(shè)計(jì)和虛擬制造的手段，過去的這些年中在聯(lián)想的各類產(chǎn)品開發(fā)中得到了成功的應(yīng)用，聯(lián)想在仿真技術(shù)的應(yīng)用方面已經(jīng)走在了全球IT行業(yè)的最前列。

　　以下，將分幾部分來具體介紹仿真技術(shù)在聯(lián)想產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用：

　　散熱和噪音、電磁屏蔽

　　振動和噪音

　　沖擊、跌落、疲勞等可靠性問題

　　沖壓、注塑等工藝問題

　　2 散熱和噪音、電磁屏蔽

　　散熱、噪音、電磁屏蔽，這三者之間有著復(fù)雜的聯(lián)系和依存的關(guān)系。

　　2.1 散熱

　　散熱問題，就是如何在整機(jī)結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)風(fēng)路，使得機(jī)器內(nèi)所有發(fā)熱部件產(chǎn)生的熱量能夠順暢地排到系統(tǒng)之外，使系統(tǒng)內(nèi)各部件工作在適意的 溫度范圍內(nèi)，目前解決散熱問題，不管采用何種方法，都離不開風(fēng)扇，在計(jì)算機(jī)的殼體上都會有或多或少的一定形狀的散熱孔。

　　2.2 噪音

　　噪音問題，其來源無外乎以下幾種：系統(tǒng)內(nèi)氣流的摩擦造成的流體噪音、部件自身運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械噪音(如風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動)、振動部件與機(jī)箱結(jié)構(gòu)固有頻率產(chǎn)生偶合而引起的共振振動，這一節(jié)主要討論前兩類型的噪音問題。

　　2.3 電磁屏蔽

　　電磁屏蔽問題，就是如何設(shè)計(jì)有效的防護(hù)結(jié)構(gòu)，使計(jì)算機(jī)的殼體能夠很好地將各種電磁波屏蔽在機(jī)箱內(nèi)部或是使泄露限制在一定范圍內(nèi)。

　　2.4 散熱、噪音、電磁屏蔽之間的相互聯(lián)系

　　從以上介紹可以看出，散熱、噪音、電磁屏蔽這三者之間并非完全孤立的，在做整機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，我們必需全面加以考慮。

　　散熱、噪音和電磁屏蔽，在電子產(chǎn)品中，是幾個(gè)密切相關(guān)、相互影響的關(guān)聯(lián)問題，有時(shí)又存在著矛盾，如何很好地解決這些問題，僅僅依靠測試就顯得束手無策了。比如為了提高散熱效果，常常要選擇大功率、高轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇，這樣勢必增大了機(jī)器的噪音，為了提高散熱效果，在電子產(chǎn)品的金屬殼體上必須開通風(fēng)孔，這些通風(fēng)孔的存在就可能導(dǎo)致內(nèi)部電磁波的泄漏，產(chǎn)生對人體和周圍其他電子設(shè)備的干擾，在這幾個(gè)矛盾而又相互依存的問題中，對于電子產(chǎn)品本身來說，散熱是最重要的，從這個(gè)角度而言，首當(dāng)其沖的就是要解決好散熱問題，在解決散熱問題的同時(shí)，對噪音和電磁屏蔽進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析，使其三者實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的合理配置，協(xié)同來解決這些問題。

　　2.5 聯(lián)想產(chǎn)品的散熱、噪音設(shè)計(jì)

　　目前，在聯(lián)想產(chǎn)品開發(fā)中，已經(jīng)大量運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真的技術(shù)和手段來解決散熱問題，通過仿真分析，合理進(jìn)行系統(tǒng)布局并優(yōu)化系統(tǒng)的風(fēng)路設(shè)計(jì)(如圖1所示)，優(yōu)化風(fēng)扇扇葉和扇形的設(shè)計(jì)(如圖2所示)，優(yōu)化散熱器形態(tài)和齒形的設(shè)計(jì)，這些綜合手段的運(yùn)用，使得聯(lián)想計(jì)算機(jī)產(chǎn)品(臺式電腦、筆記本、服務(wù)器)的熱設(shè)計(jì)和噪音設(shè)計(jì)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。

　　3.1 振動和噪音概述

　　從物理學(xué)知識我們可以知道，自然界的每一個(gè)物體都存在著其本身的固有頻率和模態(tài)，這個(gè)固有頻率只與物體本身的結(jié)構(gòu)、形式、大小、材料等因素有關(guān)，它不受外界條件的改變而改變。外界的激勵源有著不同的頻率，當(dāng)此激振頻率與物體固有頻率相近時(shí)，就會產(chǎn)生頻率偶合與共振現(xiàn)象，會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的破壞作用，不可避免地產(chǎn)生很大的噪音。如果我們能夠事先預(yù)測物體的固有頻率與激勵源的頻率，就可以有效地避免共振和偶合現(xiàn)象的發(fā)生，就可以有效地從根源上來降低噪音。

　　3.2 聯(lián)想產(chǎn)品的振動噪音分析

　　經(jīng)過多年的實(shí)踐和摸索，聯(lián)想在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的前期，在系統(tǒng)布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，針對所建立的系統(tǒng)、部件和機(jī)箱結(jié)構(gòu)模型，先通過仿真分析方法來計(jì)算機(jī)箱等結(jié)構(gòu)件的各階固有頻率和振型，同時(shí)將硬盤、風(fēng)扇等主要激勵源，對整套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效的模態(tài)分析和頻響分析，以此來解決由于共振產(chǎn)生的振動噪音問題。未來，隨著用戶生活品質(zhì)需求的不斷提升，隨著硬盤容量的不斷加大，隨著硬盤轉(zhuǎn)速的不斷提升，隨著機(jī)箱等結(jié)構(gòu)件形態(tài)的千變?nèi)f化，共振噪音這個(gè)問題勢必更加突出，不通過仿真分析的方法，這個(gè)問題就變得更加難以解決。

　　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)法的有效結(jié)合，聯(lián)想產(chǎn)品(臺式機(jī)、筆記本、服務(wù)器)在共振噪音這一技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)和控制上，在業(yè)界處于領(lǐng)先水平。如圖3、4、5所示。

　　4 沖擊、跌落、疲勞性問題

　　4.1 電子產(chǎn)品的沖擊、跌落、疲勞性問題

　　在電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)要求中，沖擊、跌落是幾項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，依靠傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，只能是對實(shí)體產(chǎn)品進(jìn)行物理測試來判斷產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性，這些物理測試是卓有成效的，但是在現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)中有顯現(xiàn)出了其難以克服的局限性：

　　1.物理測試只能在物理樣機(jī)完成后，在產(chǎn)品的實(shí)效性上難以滿足日益激烈的競爭需求，產(chǎn)品開發(fā)的周期長，破壞性的物理樣機(jī)測試使得開發(fā)成本加大;

　　2.物理樣機(jī)測試，往往得到的是大量的宏觀數(shù)據(jù)，對于已經(jīng)存在的潛在的實(shí)效隱患難以發(fā)現(xiàn);

　　3.對于需要長時(shí)間才能顯現(xiàn)的疲勞問題，物理實(shí)驗(yàn)需要大量的時(shí)間，也許幾周或幾個(gè)月的測試周期，無法適應(yīng)現(xiàn)代快節(jié)奏產(chǎn)品開發(fā)的需求;

　　4. 對于一些特殊的產(chǎn)品，由于在物理樣機(jī)階段無法按照未來量產(chǎn)的工藝要求實(shí)現(xiàn)，物理測試就顯得無任何參考價(jià)值，比如手機(jī)以CNC方式完成的物理樣機(jī)和量產(chǎn)時(shí)注塑成型的產(chǎn)品，其機(jī)械性能不可同日而語。

　　4.2 聯(lián)想產(chǎn)品的沖擊、跌落、疲勞仿真分析

　　以上諸多問題，使得現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)中，對于沖擊、跌落、疲勞等可靠性問題的仿真分析顯得尤其重要，聯(lián)想在各類型產(chǎn)品(手機(jī)、臺式機(jī)、筆記本、服務(wù)器、數(shù)碼產(chǎn)品)開發(fā)中，普遍應(yīng)用仿真技術(shù)(如圖6、7所示)，已經(jīng)很好地解決了以上問題，仿真分析的實(shí)效性和準(zhǔn)確性已經(jīng)得到了長時(shí)間的實(shí)踐驗(yàn)證，成為產(chǎn)品開發(fā)中必須環(huán)節(jié)之一。

　　5 沖壓、注塑等工藝問題

　　沖壓和注塑是當(dāng)今大批量工業(yè)化制造中應(yīng)用最廣泛的兩項(xiàng)工藝技術(shù)，聯(lián)想設(shè)計(jì)和制造的各類產(chǎn)品(手機(jī)、臺式機(jī)、筆記本、服務(wù)器、外設(shè)產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品)都廣泛使用這些工藝。當(dāng)今的IT產(chǎn)品和個(gè)人消費(fèi)電子產(chǎn)品，對于外觀設(shè)計(jì)的要求越來越高，對于復(fù)雜的外觀形態(tài)和特殊的表面效果要求，這些都是對沖壓和注塑等傳統(tǒng)技術(shù)的更高要求。為了實(shí)現(xiàn)更加有品質(zhì)的設(shè)計(jì)，聯(lián)想也同樣運(yùn)用仿真技術(shù)對一些重要外觀部件在設(shè)計(jì)前期進(jìn)行工藝分析，以減少未來的外觀缺陷和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

　　 　　為了很好地將仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)，聯(lián)想集團(tuán)從2000年開始，在公司級研發(fā)中設(shè)立了仿真技術(shù)中心和仿真實(shí)驗(yàn)室，全面開展結(jié)構(gòu)仿真和CFD技術(shù)仿真，在產(chǎn)品開發(fā)中很好地解決了散熱、噪音、沖擊、振動、跌落、疲勞等一系列產(chǎn)品中的棘手問題，極大地促進(jìn)了各類產(chǎn)品品質(zhì)的提升，目前，在聯(lián)想的各類型產(chǎn)品中，仿真設(shè)計(jì)和仿真分析已經(jīng)成為產(chǎn)品開發(fā)流程中的重要環(huán)節(jié)之一。

　　目前在聯(lián)想的仿真實(shí)驗(yàn)室中，配備了先進(jìn)的有限元仿真分析軟件，如MSC Patran、MSC Nastran、MSC Dytran、Abaqus、Hypermesh等，在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮出了很大的作用，有效支持了產(chǎn)品的開發(fā)，同時(shí)，聯(lián)想也和這些軟件廠商建立了良好的合作關(guān)系，并且和其中一些廠商建立起了聯(lián)合的仿真技術(shù)中心，共同推動了仿真技術(shù)在中國IT產(chǎn)業(yè)普及和發(fā)展。