1 概述

　　隨著計算機技術的飛速發展和人們生活水平的提高，個人電腦已經大量進入消費者家庭，以前作為機器設備的個人計算機，已經越來越多地變成了消費者家庭生活中不可缺少的重要的消費電子產品，于是，消費者對計算機產品的品質追求也越來越高，綠色環保、靜音、高可靠、人性化設計已經成為計算機產品幾項最重要的競爭力。

　　在過去的產品開發中，以上問題的解決較多地依賴于工程師的個人經驗和對物理樣機的實際測試，這些問題的發現和解決較多地在產品設計的后端或工程化階段，在市場競爭日益激烈的今天，效率就意味著競爭力，這種滯后的產品開發模式直接影響到了企業的產品競爭力，聯想作為全球第三大計算機廠商，很早就意識到了這些問題，并且從2000年就開始著手解決這些問題。

　　有限元(Finite Element Method , FEM)技術從60年代出現以來，有了飛速的發展，它和日新月異的計算機技術相結合，在生產、科研、教學等各個領域得到了廣泛的應用，顯示出了巨大的經濟效益和技術效益，FEM技術的發展為聯想解決工作所遇到的問題帶來了契機。在各種現代計算技術的基礎上，仿真設計作為最重要虛擬設計和虛擬制造的手段，過去的這些年中在聯想的各類產品開發中得到了成功的應用，聯想在仿真技術的應用方面已經走在了全球IT行業的最前列。

　　以下，將分幾部分來具體介紹仿真技術在聯想產品開發中的應用：

　　散熱和噪音、電磁屏蔽

　　振動和噪音

　　沖擊、跌落、疲勞等可靠性問題

　　沖壓、注塑等工藝問題

　　2 散熱和噪音、電磁屏蔽

　　散熱、噪音、電磁屏蔽，這三者之間有著復雜的聯系和依存的關系。

　　2.1 散熱

　　散熱問題，就是如何在整機結構中，設計良好的系統風路，使得機器內所有發熱部件產生的熱量能夠順暢地排到系統之外，使系統內各部件工作在適意的 溫度范圍內，目前解決散熱問題，不管采用何種方法，都離不開風扇，在計算機的殼體上都會有或多或少的一定形狀的散熱孔。

　　2.2 噪音

　　噪音問題，其來源無外乎以下幾種：系統內氣流的摩擦造成的流體噪音、部件自身運轉的機械噪音(如風扇的轉動)、振動部件與機箱結構固有頻率產生偶合而引起的共振振動，這一節主要討論前兩類型的噪音問題。

　　2.3 電磁屏蔽

　　電磁屏蔽問題，就是如何設計有效的防護結構，使計算機的殼體能夠很好地將各種電磁波屏蔽在機箱內部或是使泄露限制在一定范圍內。

　　2.4 散熱、噪音、電磁屏蔽之間的相互聯系

　　從以上介紹可以看出，散熱、噪音、電磁屏蔽這三者之間并非完全孤立的，在做整機系統的設計當中，我們必需全面加以考慮。

　　散熱、噪音和電磁屏蔽，在電子產品中，是幾個密切相關、相互影響的關聯問題，有時又存在著矛盾，如何很好地解決這些問題，僅僅依靠測試就顯得束手無策了。比如為了提高散熱效果，常常要選擇大功率、高轉速的風扇，這樣勢必增大了機器的噪音，為了提高散熱效果，在電子產品的金屬殼體上必須開通風孔，這些通風孔的存在就可能導致內部電磁波的泄漏，產生對人體和周圍其他電子設備的干擾，在這幾個矛盾而又相互依存的問題中，對于電子產品本身來說，散熱是最重要的，從這個角度而言，首當其沖的就是要解決好散熱問題，在解決散熱問題的同時，對噪音和電磁屏蔽進行有效的優化設計和分析，使其三者實現最優化的合理配置，協同來解決這些問題。

　　2.5 聯想產品的散熱、噪音設計

　　目前，在聯想產品開發中，已經大量運用計算機仿真的技術和手段來解決散熱問題，通過仿真分析，合理進行系統布局并優化系統的風路設計(如圖1所示)，優化風扇扇葉和扇形的設計(如圖2所示)，優化散熱器形態和齒形的設計，這些綜合手段的運用，使得聯想計算機產品(臺式電腦、筆記本、服務器)的熱設計和噪音設計達到了世界領先水平。

　　3.1 振動和噪音概述

　　從物理學知識我們可以知道，自然界的每一個物體都存在著其本身的固有頻率和模態，這個固有頻率只與物體本身的結構、形式、大小、材料等因素有關，它不受外界條件的改變而改變。外界的激勵源有著不同的頻率，當此激振頻率與物體固有頻率相近時，就會產生頻率偶合與共振現象，會對結構產生很大的破壞作用，不可避免地產生很大的噪音。如果我們能夠事先預測物體的固有頻率與激勵源的頻率，就可以有效地避免共振和偶合現象的發生，就可以有效地從根源上來降低噪音。

　　3.2 聯想產品的振動噪音分析

　　經過多年的實踐和摸索，聯想在產品設計和開發的前期，在系統布局和結構設計階段，針對所建立的系統、部件和機箱結構模型，先通過仿真分析方法來計算機箱等結構件的各階固有頻率和振型，同時將硬盤、風扇等主要激勵源，對整套計算機系統進行有效的模態分析和頻響分析，以此來解決由于共振產生的振動噪音問題。未來，隨著用戶生活品質需求的不斷提升，隨著硬盤容量的不斷加大，隨著硬盤轉速的不斷提升，隨著機箱等結構件形態的千變萬化，共振噪音這個問題勢必更加突出，不通過仿真分析的方法，這個問題就變得更加難以解決。

　　計算機仿真技術和實驗模態法的有效結合，聯想產品(臺式機、筆記本、服務器)在共振噪音這一技術指標的設計和控制上，在業界處于領先水平。如圖3、4、5所示。

　　4 沖擊、跌落、疲勞性問題

　　4.1 電子產品的沖擊、跌落、疲勞性問題

　　在電子產品的可靠性設計要求中，沖擊、跌落是幾項非常重要的指標，依靠傳統的設計方法，只能是對實體產品進行物理測試來判斷產品設計的可靠性，這些物理測試是卓有成效的，但是在現代產品開發中有顯現出了其難以克服的局限性：

　　1.物理測試只能在物理樣機完成后，在產品的實效性上難以滿足日益激烈的競爭需求，產品開發的周期長，破壞性的物理樣機測試使得開發成本加大;

　　2.物理樣機測試，往往得到的是大量的宏觀數據，對于已經存在的潛在的實效隱患難以發現;

　　3.對于需要長時間才能顯現的疲勞問題，物理實驗需要大量的時間，也許幾周或幾個月的測試周期，無法適應現代快節奏產品開發的需求;

　　4. 對于一些特殊的產品，由于在物理樣機階段無法按照未來量產的工藝要求實現，物理測試就顯得無任何參考價值，比如手機以CNC方式完成的物理樣機和量產時注塑成型的產品，其機械性能不可同日而語。

　　4.2 聯想產品的沖擊、跌落、疲勞仿真分析

　　以上諸多問題，使得現代產品開發中，對于沖擊、跌落、疲勞等可靠性問題的仿真分析顯得尤其重要，聯想在各類型產品(手機、臺式機、筆記本、服務器、數碼產品)開發中，普遍應用仿真技術(如圖6、7所示)，已經很好地解決了以上問題，仿真分析的實效性和準確性已經得到了長時間的實踐驗證，成為產品開發中必須環節之一。

　　5 沖壓、注塑等工藝問題

　　沖壓和注塑是當今大批量工業化制造中應用最廣泛的兩項工藝技術，聯想設計和制造的各類產品(手機、臺式機、筆記本、服務器、外設產品、數碼產品)都廣泛使用這些工藝。當今的IT產品和個人消費電子產品，對于外觀設計的要求越來越高，對于復雜的外觀形態和特殊的表面效果要求，這些都是對沖壓和注塑等傳統技術的更高要求。為了實現更加有品質的設計，聯想也同樣運用仿真技術對一些重要外觀部件在設計前期進行工藝分析，以減少未來的外觀缺陷和質量風險。

　　 　　為了很好地將仿真技術應用于實際產品開發，聯想集團從2000年開始，在公司級研發中設立了仿真技術中心和仿真實驗室，全面開展結構仿真和CFD技術仿真，在產品開發中很好地解決了散熱、噪音、沖擊、振動、跌落、疲勞等一系列產品中的棘手問題，極大地促進了各類產品品質的提升，目前，在聯想的各類型產品中，仿真設計和仿真分析已經成為產品開發流程中的重要環節之一。

　　目前在聯想的仿真實驗室中，配備了先進的有限元仿真分析軟件，如MSC Patran、MSC Nastran、MSC Dytran、Abaqus、Hypermesh等，在實際產品開發中發揮出了很大的作用，有效支持了產品的開發，同時，聯想也和這些軟件廠商建立了良好的合作關系，并且和其中一些廠商建立起了聯合的仿真技術中心，共同推動了仿真技術在中國IT產業普及和發展。