1、电子系统设计公司数字化转型
电子系统设计公司迫切需要克服日益增加的复杂性并满足不断缩减的设计和生产计划，从而推动了数字化转型。电子系统设计的产品、组织和流程复杂性可能会导致预算超支、错过计划和设计错误。公司必须采用数字化转型战略，解决低效率问题并优化多领域系统设计、验证和制造，以实现其业务目标。
根据一些咨询和研究公司的预测：到2030年，50% 的汽车成本将来自基于半导体的电子系统；到2024年，边缘计算基础设施将达到 $250B，复合年增长率 (CAGR) 为12.5%；到2025年，AR/VR 的总支出将超过$196B，复合年增长率 (CAGR)为54%
1.1 电子行业的爆炸式增长后趋势变化
市场对增加功能、持续连接和降低成本的需求极大地增加了电子设计的复杂性。
电子产品的设计需要数字化转型。产品变得更加智能、互联，孤岛和手动流程占主导地位的遗留开发不再可行。
对更智能和更强大产品的需求正在推动传统上存在于孤岛中的多个学科的融合。确保质量和上市时间目标的压力正在推动从概念到制造的跨领域协作的需求。
电子产品的爆炸式增长和日益增长的复杂性导致设计质量风险增加。当今设计相关的更小更密集更快的需求，正在放大确保在首次制造之前正确设计和验证复杂产品的重要性。此外，环境可持续性是制造商在产品开发过程中必须考虑的重要因素。
图1
2、西门子MBSE方法帮助企业实现数字化转型
西门子MBSE 方法是一种全面的方法，可解决系统工程中基于模型的数据流的完整范围，帮助公司协调其工程计划以管理范围并最大限度地降低风险。这种方法反映在以下关键领域：
产品定义：在进行工程设计之前，使用系统、产品和过程意图的真实可模拟模型定义“正确的产品”，从而产生符合利益相关者要求的可追溯、文档化和充分定义的产品，并在其系统、接口中分解和组件表示为可重复使用的数字模型和产品架构。
跨职能工程：使工程学科能够在产品环境（配置、空间等）内协同工作，以智能访问模型内容——工程师角色所需要的信息。这支持一个持续的开发周期，确保所有领域都可以以最有效的节奏协同工作，同时对其工程流程最有效，与下游的工程环境保持数据一致。
产品验证和确认：结合功能和物理行为对预期产品提供的持续虚拟验证，允许从规划和安排验证活动、执行分析、配置和管理测试资源和设备有效地提供一致的执行，直至确认法规符合性和产品合规性。
安全、可靠性和网络安全：全面考虑产品提供和系统行为的安全性、可靠性，同时减少合规工作。我们支持衡量流程合规性和测量结果合规性的典型国家和行业标准（例如 ISO21448、ISO26262、A-SPICE、ISO 14971、STAMP）。
产品生命周期管理提供的数字骨干：管理所有互连的数字信息，有助于解决当今产品开发中的巨大复杂性。
图2
3、一流电子公司的数字化转型研究
3.1公司通过提高工具和流程效率来提高生产力
产品开发必须利用一流的工具和流程，以促进包括机械、电子、电气和软件在内的所有领域的协作。跨多个领域的数字集成解决方案减少了人工干预，促进了协作，提高了跨学科的透明度，并消除了设计和制造之间的重复。 图3
3.2、多领域融合是成功的产品设计团队必要条件
据Aberdeen集团研究数据，59% 的复杂产品将需要至少两次额外的设计迭代来解决机电问题。事实上，68% 的公司将电子、仿真和机械数据同步列为重大的产品设计挑战。
如上所述，与当今设计相关的更小更密集更快的需求，正在放大确保在首次制造之前解决机电兼容性的重要性。对于当今需要快速推出产品的公司来说，等到制造完成后再验证电子和机械兼容性并不是一种选择。印刷电路板和所有相关电气元件与外壳和所有相关机械硬件的兼容性必须使用正确的构造方法进行设计。
图4
3.3质量和可持续性是团队努力目标
设计师、公司和供应商有责任创造符合监管机构和消费者要求的高质量、安全和可持续的产品，在保护消费者的同时减少对社会和环境的负面影响。电子制造商和设计师在我们行业内的这一举措中发挥了作用。
随着消费者和政府“绿色意识”的发展，对环境负责的电子设计的重要性只会越来越大。尽管创造安全和可持续的产品需要许多考虑因素，但必须从一开始就考虑它们：产品的设计、材料、零件数量、设备尺寸和负责任的供应商等。具有集成验证功能的左移设计可加快周期时间、提高可靠性、降低风险和成本。
产品设计的多领域、数字集成方法降低了不合规的风险。它还通过以下方式减少延迟和成本超支，并提高产品安全性、质量和可靠性：
3.4尽早且经常地验证设计
仿真不再只是一种性能验证工具，而且仿真正在成为贯穿概念和设计的开发过程的有机组成部分。仿真正在帮助设计人员在开发过程的早期创建更好、更强大的设计，同时还加快了发布设计所需的总体时间——这意味着更快的上市时间。
借助NX中的设计集成运动、结构和热仿真工具，您可以从设计流程的最初阶段快速比较设计备选方案并优化性能特征。与使用其他工具的复杂过程相比，只需单击几下鼠标即可快速完成准确的模拟。一流的电子公司通过虚拟原型设计减少80%的工程工作量和验收时间，模拟和验证不再被视为一项专门任务，通过左移设计方法提高效率并降低成本。
3.5电子系统设计利用无缝连接的生态系统
基于模型的系统工程 (MBSE) 使用以模型为中心的前置工程方法来解决日益增长的系统复杂性。
日益增长的系统复杂性需要实施新的开发方法来控制成本、时间和质量。传统的、以文档为中心和基于测试的方法不再与当前的多学科和分布式系统工程兼容。工程师需要一种新方法：基于模型的系统工程方法！
1、一体化：使设计团队能够实时无缝协作（取代当今的手动、多步骤流程）。并发和上下文访问支持持续的开发周期，使每个工程领域能够推动自己的敏捷周期，同时保持与模型的紧密连接。通过这种方法，软件和硬件工程师可以在真正的共同开发环境中工作，从而增强创造力和协作。
2、共享数据：设计数据的共同视图，从创作工具直接访问是至关重要的，因为复杂性加剧，不同的工程领域共同设计单个电子系统，通常没有工具和方法来确保优化开发。跨多个领域的数字集成解决方案可减少人工干预、促进协作、提高跨学科的透明度并消除设计和制造之间的重复。
3、提高质量：产品验证确保产品满足客户和任何其他利益相关者的需求。验证用于评估产品、服务或系统是否符合法规、要求、规范或其他强加条件。验证可以表示为“您在构建正确的东西吗？”并通过“您构建正确的东西吗？”进行验证。构建正确的东西是指用户的需求，而正确构建则检查系统是否正确实施了规范。
图5
4、西门子先进封装工作流程
西门子提供从电子设计、机械设计、仿真、优化、测试和校准，以及全生命周期管理的端到端的解决方案，是唯一一家提供端到端集成的公司。
通过电子设计实现“假设”原型的快速开发，无需容易出错的电子表格即可实现系统连接查看和管理，灵活的多方向流程，用于芯片、封装或 PCB 驱动的优化
通过机械设计实现MCAD/ECAD 协作工作流程，2D/3D 间隙检查，表征材料以进行模拟，高级建模、曲面和绘图功能
通过多学科仿真实现全面的裸片和封装级提取，从裸片到系统级的详细热建模，应力分析以识别影响性能的意外应力源
通过优化平台实现SHERPA，专有设计优化算法，以无与伦比的效率探索多模式设计空间，持续的产品改进
通过测试和校准实现无损检测，预测未来故障的能力，集成到原始热模型中以更新假设，保证质量
图6
4.1设计集成仿真工作流程：Simcenter 热和机械
西门子设计和仿真一体化的解决方案，使得电子设计、结构设计、热设计、结构仿真、优化、数据流程管理等融为一体，实现先进封装设计和优化的全流程打通。实现印刷电路板和所有相关电气元件与外壳和所有相关机械硬件正确的构造设计。
图7
首先，我们从 Xpedition 导入 EDA 信息，包括基板模型，并将其他组件引入 Simcenter Flotherm。Simcenter Flotherm 在封装级分析 DIE 的热耗散分析。在获得基线热耗散模型后，HEEDS 在后台用于迭代优化和最小化芯片的最高温度，同时改变焊球的导热性能。然后，最佳设计会自动发送到 Simcenter 3D，后者专门分析封装级翘曲和底部芯片和基板之间的焊球应力。
执行结构分析后，HEEDS 再次在后台运行，以利用芯片和基板的材料特性，即每个组件的杨氏模量和 CTE（热膨胀系数），最大限度地减少位移和Von-mises 应力。最后，整个过程在 Teamcenter Simulation 中进行管理。
4.2 使用测试提高热模型的准确性
图8
Simcenter T3STER针对半导体器件可以进行无损的瞬态热测试，并对半导体器件的关键热学参数：结温和热阻进行测量。在测试中，仅需要进行简单的电气连接，进而施加加热电流和测试电流，就可以对封装半导体器件进行瞬态热测试。通过瞬态热测试的结果-结构函数曲线，可以对被测半导体器件的散热路径进行解析。被测的半导体器件从二极管，晶体管，LED到大型数字IC都可以进行测试，测试的结果还可以对热仿真软件中的热学模型进行校准，进而获得符合事实的热学模型。
Simcenter Flotherm带有半导体热测试Simcenter T3Ster接口，可以直接将T3Ster软件生成的RthCth网络导入做仿真，也可以使用T3Ster的RthCth网络验证软件模型的仿真结果。
5、总结：
电子行业的设计团队必须以更紧凑的时间表交付更复杂的产品，但他们会因非生产性任务而浪费宝贵的时间。西门子公司基于MBSE方法通过所有工程学科将他们联系起来，并为他们提供一流的解决方案，通过电子系统设计的协作方法帮助设计团队茁壮成长，实现产品的创新和缩短开发效率。
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发表于 2022-9-29 18:17:25