热设计研发流程（二）
概念设计往往是和需求分析相辅相成的，并没有明显的区分。热设计工程师在结合产品的需求给其他项目成员提出概念性方案时，也需要考虑结构、电气等其他方面的建议。当产品不能通过简单的公式就可以断定哪种方案是否可行的时候，就需要进行相对更加详细的方案探究。概念设计需要更多的信息。相对需求分析来讲，这个阶段要细致得多。在这个阶段结束时，热设计工程师需要输出比较具体的热设计方案。通常，这个阶段热设计工程师需要与结构、硬件工程师通力协作，设计出各方都可兼容的方案来。可以采用的技术手段通常有以下三种：1)公式快速推算，直接设计模拟样机测试散热方案的效果，迭代提升；
2)仿真计算，通过仿真分析，初步设计符合要求的散热方案；
3)仿真和模拟样机测试相结合。
目前，随着计算机计算能力的提升，仿真建模分析已经相当便捷高效，其在概念设计阶段的作用越来越显著。然而热仿真过程中不可避免地会引入一些计算误差，包括芯片功耗信息误差，产品建模过程中的各项简化带来的误差，仿真所用数值模型固有误差等。因此，热仿真不可能完全替代样机测试。尤其对于传热与流体理论知识不甚扎实的工程师，需要对热仿真结果保持一定的怀疑态度（仿真建模中的设置繁杂细碎，有可能会出现错误或不合适的设置），热测试是最终验证设计方案是否通过的根本标准。值得注意的是，在概念设计这个阶段，存在一个信息时间差：热设计工程师要想提供基本方案，就必须获取产品结构、硬件等基本信息（如3D结构图，元器件布局图，各元器件功耗等），而此时，由于项目刚启动以及热风险的极大不确定性，结构、硬件工程师未必能给出这些具体信息。建议使用试错法（Trial and Error）推进产品设计：热设计工程师先确定哪些信息是标准、规范或从结构、硬件角度判断不能改变的信息，在这个边界限制下，对于可改变的信息进行假定，迭代计算，在与结构、硬件等工程师持续沟通的前提下提出方案。1)与结构、硬件、ID等项目组进行简要沟通，在充分保证他们设计意图的前提下，施加简便但非常有效的散热强化手段，理论/仿真计算或模拟样机测试得出当前产品方案的热风险——说明其他工程师可欣然接受的产品设计方案热风险；
2)固定不可变要求，计算获得做何种调整才能满足热设计要求——引导其他工程师做出改变，大家共同完成产品设计方案。
笔者认为，评估那些明显散热无法通过的方案是低效且不负责任的，因此在端点1中也建议热设计工程师先对结构和硬件提出的框架方案做一些基本改进后再行评估。端点1需要设计师了解常见散热物料的属性，相关方案施加难度以及通常情况下其带来的效果。而端点2的有效性和接受度（或者说找到方案的试错次数）则复杂很多。因为这些调整可能是非热学专业的（如加大开孔，加厚或减薄结构件，改变器件布局，改变单板铺铜含量和铺铜位置等），设计师应当了解更多力学、电气、机械加工工艺、声学等方面的知识。建议概念设计时间点：基本结构草图已具备，且硬件有示意性方案时。 经过需求分析和概要设计，产品的方案往往已经基本定型。此时，需要对设计细节进行完善，输出最终的设计方案。在这一阶段，热设计工程师的工作包括：1)完善设计方案，与项目组其它成员沟通协调确保方案各方可接受；
2)与供应商沟通，确保各部分工艺可行，成本可控；
3)制定详细的打样、测试计划，确定相关产品供应链安全性。
从某种程度上讲，这一阶段基本确定了产品形态。后续的优化改进，幅度相对较小。建议详细设计时间点：项目组认可并倾向于概念设计阶段提出的基本方案之一后。4 测试验证(Test and Verification)从其他成员角度看，测试是验证产品外观、结构可装配、软硬件功能的重要手段，从热设计角度，测试扮演类似的角色：1)使用产品详细样机进行测试，验证详细设计方案是否满足要求；
2)根据测试结果，结合仿真/理论计算，分析确定调整方向，优化性价比，合理控制设计冗余；
3)测试多种方案，建立测试数据库，积累设计经验；
4)输出相关测试文档，并制定产品热设计安装维护指导书。
建议测试验证时间点：在不影响其他设计方法进度的前提下，尽早启动。可以与其它设计阶段并行。5 回归分析(Regression Analysis)分析后期测试和先期计算结果的差别，摘出整个设计环节中由于计算粗略甚至错误而引入的误差，并通过进一步精细测试或计算把这种差别减小，从而将理论/仿真计算与后期实际测试结果对应起来，就是回归分析。回归分析更多是为提高后续项目热设计效率服务的。对于渐进式或家族式产品设计，回归分析能够有效持续细化设计。另外，多数情况下，回归分析中处理的误差包括测试误差、数值计算误差，先期结构、硬件误差，是多方位的。因此，回归分析需要多个项目、多类工程师的协同才能完成。笔者认为，回归设计是持续优化公司设计数据库，最终实现智能/自动设计的必要举措。6 发布与维护(Launch and Maintenance)产品在量产以及后续现场使用过程中可能会反馈相关问题，需要结合具体场景进行定位分析，提出改善措施。量产和现场问题的处理，对于研发阶段的设计有非常关键的指导意义。设计者应当充分借鉴这些处理经验，在设计阶段尝试优化，尽量规避产品发布后出现的各类问题。无论作用如何重要，热设计都只是产品研发中的一个组成部分。协作和沟通对于最终产品的完成是非常重要的。本章从热设计的角度，将产品的开发划分成了几个阶段，并分别阐述了几个阶段热设计工程师的主要协作对象和协作内容。由于看问题的角度有差异，不同专业的工程师之间对同一问题的见解很难统一，这对于产品的设计推进是不利的。沟通和协作就是让整个项目的成员（不止是研发，还包括市场或产品需求提出者）理解各方需求，避免因为对问题认知方向不一致导致设计失败。产品研发流程（或研发体系）就是这样一个协作机制，它通过发现产品设计中面临的难题，来配置相应的资源，解决这些难题，最终开发出产品，并将产品研发过程中的有益经验积累下来，服务于未来的产品[2]。每一类产品都有适合于其本身的协作机制，工程师理解了这个机制，对于提高自身工作效率，降低设计失误是非常有价值的。现实中，许多工程师尤其是初入职场的工程师会忽略这一点。[1]Shamsi, Aamir Firoz, Muntazir HaiderAli, and Syed Salman Kazmi. "Samsung Note 7-An Unprecedented Recall ThatCreated History: Exploding Phones Recovered–Exploded Trust?."International Journal of Experiential Learning and Case Studies 2.1 (2017):44-57.[2] 陈继良.从零开始学散热——产品研发体系和热设计的嵌入－技术 邻社区 http://www.jishulink.com/college/video/c14600
投稿作者：Leon Chen，热设计网技术顾问。
原创文章，禁止私自转载，转载请联系我们。
