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当仿真与试验结果不一致怎么办?

有限元: 2019-06-10 10:19:19 阅读数: 9589 分享到:

长期以来,一直有个玩笑在技术部门流传:

"除了试验工程师,每个人都相信试验结果"

"除了计算工程师,没有人相信CAE分析的结果"


经典的两句话,形象地描述了产品试验与产品仿真,在产品验证过程中被分别对待的态度。一直以来,质量体系都在提倡进行CAE,其优点可以列举:节约时间、降低成本、缩短上市周期等等。但实际上,CAE更重要的作用,在于校核产品设计和指导产品设计,提高对产品性能的认识,这是对产品技术水平提升最为关键的。

但是,为什么许多人会不相信CAE仿真呢?


统计学家GeorgeE. P. Box所言:所有的(数学)模型都是错的,但有些还是有用的。(essentially, allmodels are wrong, but some are useful)所有的模拟仿真,都不可能绝对的实现对现实的模拟,它们都要依赖各种各样的假设和数学模型,这些模型并不见得能够很好的反映现实世界的情况,即便是那些优秀的模型,也只能在特定的情况和时期、特定的精度之内贴近实际,既然是近似模拟,就必然会存在误差。


以元王某个热仿真项目为例,客户需要分析某电子产品在85℃环境下各芯片的温度情况,但仿真分析的温度数据相对于实验结果整体偏大。由此,客户对仿真结果准确性提出质疑,元王仿真工程师在了解到客户的疑虑后,也在积极排查差异结果原因。


在热仿真分析中,仿真与试验结果不一致很可能是以下原因所致:

序号

仿真与试验对标检查清单

容易引起误差的地方

1

热损耗是否一致?

1、仿真热损耗是理论计算的(实测电流/电压间接计算的)

2、试验时测试样品的热损耗可能是随温度/电流/工况等变化的。

2

仿真时各零部件材料参数(导热系数/比容/密度)是否正确?

1、除了部分结构件外,许多电子元器件都是由多种材料组成的,这些器件的当量导热系数难以确定。

2、即使部分芯片厂家提供双热阻模型,但是由于芯片测试标准与实际使用工况不一样,也会引起误差。

3

环境条件是否一致?

1、环境温度,仿真时温度可以设置恒定的,但实际温箱环温有波动。

2、环境气流速度,实际温箱需要调节环温,通常会内置风扇,从而增加了气流速度。

4

结构差异和制造误差

仿真的结构需要适当简化,而测试样品由于制造误差的积累,各台样机测试都会有误差,需要测试多台取平均值

5

其他仿真设置可能引起的误差

网格/有无开启辐射模型等参数设置

 

元王仿真工程师与客户沟通后,仔细复查了仿真整体流程,并对以上可能原因一一核对,最后判断客户在进行试验时温箱的循环风对测试样机直接吹风,是导致测试温度比仿真温度低的主要原因。元王以往的其他客户也出现过类似问题,他们之后测试时,都会采用亚克力罩或者纸皮挡住风口,阻止循环风直接吹测试样机。

了解试验过程的朋友一定清楚,试验的结果其实也是有偏差的,数据的采集方式和方法,准备工作的准确度,试验设备的调试情况,以及最后试验数据的处理都会存在一定的偏差,而且每次的试验数据都是有差异的,这样的数据用来作为对标值确实就有些不符合科学精神。不过有一点,可以作为参考,就是试验结果的趋势,在同样的条件下,仿真的结果趋势如果与试验的结果趋势(注意是仿真趋势,而不是结果)完全不同,那么这个仿真一定是有问题的。

 

综上所述,CAE最为重要的作用,在于校核产品设计和指导产品设计,提高对产品性能的认识,以达到以下目标:

→ 检验并改进计算模型

→ 建立计算评价系数体系

→研究一些无法快速有效的计算现象

→ 提高更高精度的结果


总之,当仿真与试验结果不一致时,客户对仿真结果存在质疑是很正常的。身为一个CAE仿真人,我们首先要确定自身分析环节没有出错,正确的模型处理和分析流程,加上有效的结果评判标准是能够保证输出结果的指导性,然后才能自信的面对客户的质疑。在之后的项目分析过程中,元王愿不断的积累经验,输出高质量的报告,让客户确实从中受益解决问题,不断提升对元王的信服和依赖,为客户创造价值!