从ansoft到ansys,实现虚拟产品世界的仿真

从 ANSOFT 到 ANSYS，实现虚拟产品世界的仿真 e-works 王阳 关键字：ANSOFT ANSYS CAE ANSOFT 加入 ANSYS 大家庭已两年有余，出任 ANSYS 中国公司总经理的邱春雷带领着 ANSOFT 团队支持中国地区电磁业务发展的同时，也兼顾着 ANSYS 整个产品线在中国在策略谋定和 品牌提升。2011 年 4 月 11 日，e-works 记者在北京采访到邱春雷先生，就 ANSYS 在中国的 发展情况，以及更为具体的 ANSOFT 产品发展历程及其愿景进行了交流。 ANSYS 中国公司总经理邱春雷先生 一、从 ANSOFT 的并购说开去 2008 年，这样一条消息出现在 CAE 业界： 全球仿真软件和设计技术供应商 ANSYS 完成了对 Ansoft 公司的一系列收购，两个仿真技术供应商进行合并的同时， ANSYS 软件公司完成对 Ansoft 公司大约 1220 万的普通股股票和 190 万股假定股票期权的收购。 并购 Ansoft，对 ANSYS 公司的产品策略和技术发展产生了直接而深远的影响。从 ANSYS Workbench 12.0 开始，ANSYS 开始逐渐融合电磁领域的仿真功能就可以看出些许端倪。 ANSYS 中国公司总经理邱春雷介绍：“长期以来，Ansoft 定位于高性能电子设计自动化 (EDA) 软件开发公司，拥有一整套用于移动通信、互联网服务、宽带联网组件系统、集成 电路、印刷电路板和机电系统高性能电子设计仿真的产品”。而加入 ANSYS 公司后，来到 一个广泛意义的 CAE 市场，并且逐步与 ANSYS 的机械、流体 CAE 解决方案进行融合，为客 户提供更为全面的解决方案。 这样的转变与整合是需要时间的，在 2011 年 3 月发布的 ANSYS Workbench 14.0 版本中， 依然在进行着这项工作。当然，不断融合的过程，也是 ANSYS 为应对当前机电一体化趋势 提出解决方案的过程，并逐步满足其在整个行业各个领域的需求。 追溯 Ansoft 在中国的发展历程，其实并不短，从 1997 年进入中国市场以来，Ansoft 为中 国用户提供了直接、快速和高水平的技术支持与服务，用户遍及航空、航天、电子、船舶、 国防、通信、高等院校、科学院等各个行业，为射频/微波、EMI/EMC、信号完整性/电源完 整性、以及电机/变压器、开关电源、机电系统等各个领域提供仿真解决方案。 提及 Ansoft 的技术优势，邱春雷表示：通过基于物理原型的 EDA 技术，Ansoft 主要针对 三个应用领域提出专业的解决方案： 高频领域：作为一个功能非常强大的设计工具，Ansoft 高频解决方案可应用于迅 猛发展的无线技术、宽带通信网络、天线系统、航空航天电子等领域，进行系统分析、 电路设计、电磁仿真和物理设计； 信号完整性领域：Ansoft 信号完整性解决方案是一个集成的综合分析工具，为当 今高速/高密度设计者提供无与伦比的精确性。应用范围包括复杂印刷电路板分析 (PCBs)、IC 封装、高性能互连系统和电磁干扰(EMI/EMC)； 机电一体化领域：Ansoft 机电一体化解决方案提供了完整的设计分析环境，将电 磁场，电路和系统工程有机结合，应用于电力电子和传动系统、汽车部件和系统、工 业设备、电机、继电器及各类电磁设备。 相比于其他通用的 EDA 软件提供商，邱春雷认为 Ansoft 在特定的专业领域有着自己的独门 秘笈。例如 Cadence 提供了自动化程度很高的 PCB 设计功能，在后期利用 Ansoft 进行 PCB 布线布局的分析、IC 封装的分析乃至电磁干扰的分析，将更大程度的优化设计结果，使 PCB 在门数更多的前提下，体积更小、集成度更高。 又譬如在汽车设计过程中，早期的汽车天线通过露杆式天线接收信号，随着汽车工业的发 展，如今逐渐采用印刷天线玻璃取代杆式天线：利用金属涂料将接收线印在玻璃上，连结 车内的扩大器或电波信号提升的积体电路，来强化电波信号。在这个过程中，如何保证印 刷天线玻璃不会对人体产生过多的辐射，并不干扰在车内接受手机信号，就需要构建一个 多物理场环境的系统级仿真：汽车的机械模型、人体模型、电磁信号等。正如邱春雷介绍 的：这只是 Ansoft 解决电磁仿真领域很小的一个问题。的确，对于 Ansoft 来说，它的价 值更多的体现在设计后端，对产品的可靠性、可用性进行仿真验证，继而保证高端产品的 质量和品质。 还譬如早些时候苹果公司的 iphone4 所爆出的天线设计缺陷：当手指触碰到 iphone4 左下 角的接缝时，讯号强度马上减弱，幅度可以达到 20dB，足以中断通话。而这只是苹果公司 在设计天线时没有充分考虑人体所造成的电磁干扰，通过适当的电磁仿真就可以避免此类 问题的发生。 邱春雷说：Ansoft 所提供的技术发展趋势，和高端产品的发展是吻合的，在保证产品品质 的同时，将朝着更快、更小、集成度更高的方向发展。 二、ANSOFT 和 ANSYS 整合趋势 邱春雷说：“在目前研究的一些案例中，ANSYS 工程师已经可以直接将 Ansoft 得到的电磁 仿真结果应用到 ANSYS 的热和结构分析中，而更进一步的，他们将致力于直接将 Ansoft 更 深入地整合到 ANSYS 平台中。” 2008 年以后，ANSYS 每推出一款 ANSYS Workbench 新版本时，都会强调增强了机械、流体 和电磁领域功能的融合，在这个过程中，ANSYS 已逐步超越 FEA 和 CFD 工具，而成为囊括 互操作结构、流体、热、电磁以及相关物理场的综合仿真解决方案。 邱春雷介绍：“过去很多 CAE 厂商都在提出仿真平台的概念，而更多的是在 Matlab 命令和 Simulink 工具箱层面实现交互性，进行多个物理场的模拟仿真。而 ANSYS 既保持了和 Matlab 的兼容，同时提供了一个基础的平台，直接驱动不同物理场的模型，继而在统一架 构的仿真平台下工作。” 对于统一平台架构的仿真解决方案，邱春雷认为其对工程师的重要性毋庸置疑，譬如在雷 达的设计中，设计一个大功率连接器用于发射机和天线之间的连接时，必须从电磁、发热、 结构等各方面来考虑。ANSYS Workbench 本身拥有热和结构仿真功能，再结合 Ansoft 即可 为此提供完整的解决方案。工程师可以利用 Ansof 来计算高频电磁场，功率密度损耗分布 等来确保设备正常工作，而这种大功率系统中的温度分布也至关重要，因为设计必须保证 器件工作在安全的温度范围内，以免造成材料失效。由 Ansoft 仿真得到的功率密度损耗的 结果可以作为源导入到 ANSYS 的结构分析软件中进行热仿真，由此得到设备中的温度分布。 另外，Ansoft 和 ANSYS 的整合进一步巩固了 ANSYS 在 HEV（混合动力车及电动汽车）领域 的优势。众所周知，为了应对空气污染及石油短缺等问题，HEV 替代传统汽油车和柴油车 将成为一种趋势，而如何应对从头开始设计电气传动系统的技术挑战，Ansoft 和 ANSYS 的 深度整合将为 HEV 的设计带来保障。邱春雷毫不掩饰 ANSYS 在 HEV 领域的优势：“HEV 的 动力传动是一个非常复杂的系统，其系统、子系统以及零部件必须连贯、紧密配合的运行， 以保证汽车的效率和性能最优化。所以，在统一集成化的仿真平台上完成机械、流体、电 磁等领域的仿真，是汽车动力传动实现精确仿真的前提。” 当然，Ansoft 和 ANSYS 的结合，可用于所有涉及机电一体化产品领域，将使得工程师可以 分别从器件级、电路级和系统级来综合考虑一个复杂的电子设计。在 ANSYS Workbench 环 境中进行交互仿真可以让工程师可以进行紧密结合的多物理场仿真，这对整个机械电 子设计领域起