行业热点丨消费电子产品如何在激烈的竞争中建立研发优势？Jabra 的高阶仿真应用或许是一个学习样板

原文转自：技术邻 CAE 学习

消费电子行业是一个技术密集型行业，企业需要不断投入大量的资金进行研发，以推出更具创新性和竞争力的产品，以更快的研发迭代速度，来满足消费者对于消费电子产品越来越多样化的个性需求。

以耳机为例，捷波朗（Jabra）拥有超过 150 年的历史，品牌在全球范围内尤其是专业音频领域具有较高的知名度和良好的声誉，Jabra 在耳机技术研发方面投入较大，拥有一系列的专利技术和创新成果。例如，率先推出全球第一款蓝牙移动耳机、世界上第一款带有内置电话会议功能的无线耳机等，Jabra 的产品质量可靠，性能出色。其耳机在音质表现和降噪功能方面，具备很强的竞争力。

Jabra 的耳机质量确实不错，笔者也曾体验过一款 Jabra Elite4 耳机。

耳机的市场竞争激烈加剧，苹果、索尼、华为、小米等品牌凭借强大的品牌影响力、广泛的产品线、高效的市场推广和销售渠道，给捷波朗带来了较大的竞争压力。

引用大北欧通讯设备（中国）有限公司研发部系统集成经理林丽老师的话说：

“如今各行各业都非常卷，消费产品迭代更新非常快，消费电子行业存在很大的挑战，为了应对这些挑战，我们需要做到：给客户提供有创意的设计、加速迭代周期（提高效率）、提升用户体验（客户佩戴耳机的舒适度）、增强可持续性（绿色环保）、降低成本等。”

那么如何在竞争激烈的市场中确保领先定位，最重要的就是研发创新。如何做到研发创新，其中非常重要的一点就是：仿真技术的应用。

Jabra 在仿真应用的起步不算太早，从 2014 年开始做仿真，但在林丽老师的引领下，Jabra 在仿真的深度和广度上，都取得了很多优秀的成绩。

从刚开始只做简单的强度校核，到 2015 年将仿真与项目结合，应用到头戴耳机舒适度的评估，2016 年开始建立自己的材料数据库，2017 年仿真技术变成了大北欧产品设计开发流程中必不可少的一环。为了提高 CAE 前处理的效率，2018 年开始，使用 Altair 的产品，一开始主要是用 HyperMesh，解决网格划分的效率和质量问题。

目前大北欧的几大类产品，包括头戴式耳机、音视频一体机、无线蓝牙耳机等，都有非常多仿真应用，比如头戴式耳机的舒适度评估、各个部件的强度分析、整机跌落等。

极高效的前处理

虽然在应用 HyperMesh 之后前处理效率已经提高了很多，但前处理还是占了 40%多的时间。2023 年大北欧经过测试开始应用 Altair® SimLab®（Altair 的另一款前处理软件），大幅提升了前处理的效率，前处理占比时间从原先的 40%大幅降到了大约不到 10%，这是如何做到的呢？为何同样是 Altair 的前处理产品，用 SimLab 和 HyperMesh 在做耳机的前处理的时候效率差别这么大？这要从 SimLab 几个独特的技术特点说起。

SimLab 可以实现特征识别，以及基于特征的网格控制参数，对于耳机之类电子产品来说，能够自动识别倒角、圆孔、锥面等几何特征，能够非常快速地基于特征生成高质量的结构网格。

SimLab 的另一个很大优势的是可以制作模板，这样只要实现一两款耳机模型的前处理之后，就可以建立耳机产品的分析模板，在做其他结构的耳机时，只要导入几何，SimLab 就能根据耳机分析模板，智能地划分网格、设定接触、加载约束载荷定义分析工况。而且模板的定制功能非常易学，用 Python 语言，适合零编程基础的工程师，基于录制的宏代码就能实现，不需要写界面代码，几分钟就能完成界面定制。

SimLab 帮助大北欧极大地提升了前处理的时间的成本。据林丽反馈，以前 Jabra 60 多个部件的模型需要花很多精力画网格，现在用脚本只需要跑 15 分钟即可。

上图是应用 SimLab 之前（2018 年）前后的仿真工作耗时对比，下面蓝部分表示前处理的时间，橙色代表计算的时间，天空蓝代表后处理的时间。2018 年应用 SimLab 之后，蓝色部分的前处理时间占比明显减少，2023 年应用 HPC 计算之后，计算时间也大幅缩短，现在大北欧的仿真时间主要是在整理结果的后处理上。

强大且低成本的多物理场计算

大北欧仿真团队另一个对 Altair 产品赞美的是“丰富”又“优惠”的多物理场计算能力。SimLab 不仅是一个强大的前处理软件，同时 SimLab 又是一个一站式多物理场仿真平台，可以理解为 Altair 在 SimLab 环境里，封装了 HyperWorks 的多个求解器，包括结构求解器 OptiStruct、显式求解器 Radioss、流体求解器 AcuSolve、SPH、电磁求解器 Flux、疲劳求解器以及 DOE/拓扑优化等丰富的求解功能，甚至还可以用设计师优化工具。

但这一切都不需要额外付费，得益于 Altair 强大的基于 AU 的商业模式，只要买其中一个最贵模块的点数（AU），低于这个模块点数的模块都是可以免费用的，这对要做多物理场计算的电子行业就特别划算，买一套 Altair 软件，就相当于买了一套前处理软件、结构分析软件、跌落显示分析软件、散热分析软件、声学仿真软件、光学仿真软件，结结实实省了一笔巨大的开支。SimLab 的多物理场计算能力切切实实地在大北欧得到了多场景的应用，包括跌落仿真、散热仿真、声学仿真、光学仿真。

01、跌落仿真

电子产品出于使用场景的考虑，往往需要评估跌落的结构性能，所以跌落仿真也是电子产品通常要做的仿真类型，Altair 的 Radioss 是市面上三个主流的显示动力学之一，并且现在推出了免费的开源版 Open Radioss，大北欧应用的 Radioss 也是 Open Radioss。下图是其中一款耳机用 Open Radioss 做的跌落仿真的第一次跌落的残余应力和第六次残余应力的对比，做了 6 次跌落之后残余应力明显有增加。实际高速跌落的结果和仿真结果对照非常好。

看来免费的 Open Radioss 和 HPC 配合的方案，对电子行业做跌落仿真也是一个不错的选择。

02、散热仿真

大北欧用 Altair AcuSolve 做散热仿真，仿真结果和实验对标非常接近。如图，上方是用热成像仪拍摄的云图，主要找了几个侧点，下方是用 AcuSolve 在 SimLab 里做的仿真结果，计算数据对比媲美专业级别的独立散热仿真软件。

03、更多应用：声学振动、联合仿真设计优化等

大北欧还用 SimLab 和 OptiStruct 做了一些跟声学相关的振动仿真，其中一个案例是两个不同的悬挂结构，利用两种方案的仿真结果和测试结果对比，实验对标非常准确，而且可以通过仿真看到实验没办法观测到的一些现象，直观展示共振位置发生怎样的变形，给了声学工程师非常大的帮助。

Altair 还有一个不为仿真工程师广泛关注的产品，就是 Inspire。Inspire 是一个面向设计工程师的，集成优化设计和仿真的，定位于简单易用但对设计师又很有帮助的仿真驱动设计的产品。

其中最核心的功能是拓扑优化设计，工程师提出优化的目标，Inspire 就能根据多种载荷和约束条件做出相应的优化设计，给工程师提供参考。目前大北欧正在应用 Inspire 做头戴式耳机的拓扑优化创新设计。

在大北欧的另一个产品线散热器上，Inspire 和 SimLab、AcuSolve、HyperStudy 实现了联合设计仿真。用 Inspire 做参数化建模，在 SimLab 面做 AcuSolve 的求解设置，然后录成脚本输入 HyperStudy，在 HyperStudy 里定义响应以及每个参数的边界。最终仿真优化出来的结果虽然温度只下降了 0.7 度，但是重量下降了 18%，可以节省不少成本。

04、结束语

通过和大北欧中国的林丽老师沟通，能深刻感受到大北欧对仿真的应用上非常有深度和广度，精益求精、孜孜不倦探索把仿真拓展到新的产品、新的应用场景。这份对仿真价值的认知以及投入和成果，都值得更多消费电子行业的企业学习如何让仿真在研发创新中创造更大的价值。

Altair 是计算智能领域的全球领导者之一，在仿真、高性能计算 (HPC) 和人工智能等领域提供软件和云解决方案。Altair 能使跨越广泛行业的企业们在连接的世界中更高效地竞争，并创造更可持续的未来。Altair 服务于 16000 多家全球企业，应用行业包括汽车、消费电子、航空航天、能源、机车车辆、造船、国防军工、金融、零售等。

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