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Design Automation Associates (Electronics & Semiconductor)
Electronics & Semiconductors NX Simcenter
Design Automation Associates (Electronics & Semiconductor)

自动化电路板振动分析可减少错误并使流程速度提高 100 倍

萨菲尔德, United States

Electronics & Semiconductors NX Simcenter

自动化电路板振动分析可减少错误并使流程速度提高 100 倍

萨菲尔德, United States
quotation marks NX 工具集提供了世界一流的功能。 John Lambert, 总裁兼首席执行官 DAA
挑战
  • 按订单设计的产品需要进行耗时的迭代分析
成功的关键
  • 集成式 NX 建模和分析功能
  • NX Open 嵌入式应用程序编程接口
  • 自动化流程保留了 NX 外观和风格
结果
  • 历时 40 小时的迭代分析过程缩减到 15 分钟
  • 非分析人员可以运行自动化流程;NX 用户几乎不需要额外培训
  • 减少手工计算可减少错误

Design Automation Associates (Electronics & Semiconductor)

Design Automation Associates Inc. 提供基于知识的工程和机械工程咨询服务。

http://www.daasolutions.com

quotation marks 我们致力于解决的问题所需的复杂性和自动化超出了安装即用功能的支持范围。因此我们使用 NX。 John Lambert, 总裁兼首席执行官 DAA
quotation marks NX 工具集提供了世界一流的功能。 John Lambert, 总裁兼首席执行官 DAA

Design Automation Associates Case Study

工程师帮助工程师

Design Automation Associates Inc. (DAA) 由三位 United Technologies 工程师于 1995 年创立,该公司提供多种工程咨询服务,专注于帮助其他公司实现产品开发和配置流程自动化。该公司目前拥有 20 名员工,服务于广泛的行业,包括旋转设备、电子封装、工业机械、航空航天、军事和汽车。

DAA 在确定哪些活动适合自动化方面拥有丰富的经验。最有前景的领域之一是按订单设计 (ETO) 和按订单配置 (CTO) 产品的设计和分析。“在所有工程设计和分析领域都存在迭代问题,而在按订单设计和按订单配置产品中尤为常见,在这些产品中,经常需要重复设计某些零件,因此自动化可以节约大量时间,”DAA 的总裁兼 CEO John Lambert 表示。

作为电子封装领域的特定案例,Lambert 例举了必须对 ETO 印刷电路板 (PCB) 进行的有限元分析 (FEA)。“对于每个新订单,这些公司都需要重新设计其电路板。即便这些公司使用了优秀的分析技术,仍然有大量工作必须手动完成,”Lambert 解释道。举例来说,在许多情况下,需要通过手动计算确定载荷,以及评估分析结果。“其中许多计算(例如用于解释结果的计算)都涉及专门程序,这些程序属于公司的知识产权,为公司带来独特的竞争优势,”Lambert 继续说道。“有一整套特定于公司的逻辑和计算,它们不会作为安装即用功能添加到任何分析软件中。”

DAA 曾经看到单个 ETO 产品的分析过程耗时长达 40 小时的情况。“一家公司每年会执行 100 到 200 次同样的分析过程,”Lambert 说道。“除了由此产生的时间和开销外,必须依赖于大量的手动计算也会带来出错的可能性。”在 DAA 观察到的所有自动化尝试中,几乎都是采用宏的形式,正如 Lambert 所指出的,“20 年前的技术。”

超越宏的方法

DAA 工程师在工作中使用大量高级设计和分析解决方案,但对于 NX 环境中复杂的迭代分析和设计-分析循环的自动化,该公司依赖于 Siemens PLM Software 提供的 NX™ 软件。“NX 工具集提供了世界一流的功能,”Lambert 表示。“利用 NX, 我们获得了集成式建模和分析功能, 以及 NX Open。”NX Open 是 NX 内置的应用程序编程接口 (API)。DAA 使用 NX Open 以及一些定制编码来实现更复杂的自动化。“我们致力于解决的问题所需的 复杂性和自动化超出了安装即用功能的支持范围,”Lambert 谈到。“因此我们使用 NX Open。

作为 DAA 使用 NX 实现自动化的例子,Lambert 介绍了将用于航空应用的 PCB 的有限元分析。“这是必须用迭代方式完成的任务的好例子,部分原因是存在大量可以更改的设计变量,例如板上的组件以及贴片,”Lambert 解释道。“此外,板会受到随机振动的影响,根据振动频谱,可能存在一个或多个‘keep-away zone’(隔离区)。您需要反复地移动频率,使它们离开‘隔离区’,并进入更低振动区,但并非如此简单,因为这样做会增加载荷和应力。当您移动频率时,必须重新评估载荷。在电子封装中往往存在彼此频率相近的组件,因此它们会彼此放大。要在频率安排和板的结构完整性之间实现平衡,将成为一个穷举性的迭代式过程。”

DAA 实现了此过程的自动化,呈现给用户的像是原生 NX 功能,其中包括几何体建模、FEA 预处理以及使用 NX Nastran® 软件进行的后处理和分析。从 PCB 的 NX 几何体模型开始,程序自动创建有限元网格,并应用适当的材料属性。然后以迭代方式运行频率提取分析(NX Nastran 解算器 103)。DAA 使用 NX Open 编写的定制代码将结果与随机振动频谱进行比较,然后继续迭代循环和修改 PCB 几何体,直到 PCB 振动频率离开随机振动曲线的隔离区范围。接下来,执行定制计算以确定载荷,然后分析应力和挠曲(NX Nastran 解算器 101)。一些附加定制代码将这些结果与行业和流程知识相结合以生成寿命预测,并与材料许用寿命进行比较,最终确定设计是否可接受。如果不可接受,将再次开始处理并继续迭代,直到设计具有充分的结构完整性。

在本例中,Lambert 提到未加入热分析,尽管: “通常需要进行热分析,而热分析也可以纳入自动化。”

节省大量时间并减少错误

正如 PCB 示例所体现的,自动化的最明显的一个优点是节省时间。Lambert 看到以前需要 40 小时才能完成的分析,现在通过自动化流程只需 15 分钟即可完成。

当然,创建自动化也需要花费时间,DAA 在估算时间方面有一个很实用的经验法则。“创建强健的自动化例程所需的时间约为运行一次迭代所需时间的 10 倍,”Lambert 解释道。“因此,并非所有任务都适合自动化。对于公司仅运行几次的分析,很可能不值得进行自动化。而对于每年需要执行 25、100 或 200 次的任务,则很有必要进行自动化。”

创建如上面所述的自动化需要怎样的技能水平? “您需要拥有中等编程能力的人员,”Lambert 表示。“日记功能将为您生成大量 NX Open 代码,但您需要了解如何打开该代码,并进行编辑和改进,从而使它更适合通用应用,而不仅仅是记录击键。”

使用 NX 自动化迭代流程还具有其他几项优点。自动化可保持 NX 外观和风格,因此熟悉 NX 的用户几乎不需要培训就可以使用它们。此外,专业分析师对流程进行自动化之后,可以由教育和培训程度较低的用户运行它们,从而腾出分析师的时间以从事更具挑战性的项目。实现流程自动化还能起到标准化作用,并消除人为错误,例如分析师在手动计算中出现的错误。

DAA 使用 NX 自动化取得了极大的成功,大量其他公司没有利用该软件的编程功能让 Lambert 感到意外。“NX 提供了非常强大的功能,但我们很少看到我们的客户使用自动化,即便他们非常需要此功能,”他表示。“在适当的情况下,使用 NX 实现流程自动化会物有所值。”

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quotation marks 我们致力于解决的问题所需的复杂性和自动化超出了安装即用功能的支持范围。因此我们使用 NX。 John Lambert, 总裁兼首席执行官 DAA