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热数字孪生技术——低成本电子热设计领域的蓝海战略

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数字孪生技术是一种人对数据的应用处理方式,广义的数字孪生技术包含很多不同的应用,按照服务范围去划分,可以分为研发的数字孪生,运营的数字孪生,生产的数字孪生,我们这里讨论的是研发的数字孪生。

实际上研发的数字孪生会是广义的数字孪生技术的基础,并将渗透到企业经营活动中的每一个领域。

上个星期读到郭朝晖博士的一篇文章《数字技术的蓝海和红海》,认识郭博士十几年了,郭博士是我一直景仰的创新大师。文章指出:对工业企业来说,关键是要学会用“蓝海中的工具”进行“红海中的搏杀”。

从竞争角度去说,蓝海即是竞争相对较少的领域,红海是竞争相当较多的领域。从市场角度去看,红海是成熟的市场,市场买家和卖家都很多,信息相对透明,主要的竞争是价格低竞争,所以红海市场的产品成本是非常关键的因素,而蓝海市场有一定的不确定性,如果是卖家很少,而买家很多,这当然是理想状况,也有可能虽然卖家很少,但是买家也很少。形成蓝海市场的可能性有很多,有可能是专卖制度,比如古代的盐业,现在的烟草等,也有可能是资源优势,而对于普通企业能够从事的可能只有两大类优势,即为思维优势和技术优势。那么对郭博士文章解读,可以认为是用思维优势和技术优势形成的盈利模式在既有的成熟市场去竞争,从而可以获得超出行业平均利润的高收益。

笔者从05年专注于研发技术,而16年以后更聚焦于电子热设计的研发,我们可以用数字孪生技术在电子热设计方向的应用来展开。

数字孪生技术在电子热设计方向的应用我们称之为“热数字孪生体”。

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热数字孪生体技术和应用可以认为是电子热设计蓝海中的工具,蓝海思维是要不要做热数字孪生体,蓝海技术是怎么做热数字孪生体。目前完全掌握和熟练运用这个技术来指导研发,大幅减低研发成本,并把这个技术提升到企业战略高度的中国企业,据我所知,几乎没有。

和航天的专家们也探讨过这个问题,航天电子是一个对电子热设计要求比较高的领域,因为外太空的温差非常大,为了保证航天器电子系统的高可靠性,航天电子的运行环境要求有非常严格的热控,通常要求工作环境温度在0-40度之间。但实际情况整个航天电子的热仿真几乎没有能把温度做的比较精确的,高可靠性是用高冗余来保证,导致实际我们的航天器成本远远高于国外同行。

航天电子的产业链和电子行业一样,从芯片,器件,模组,板卡,系统,整机等,这些环节散落成全国各个系统的企业和研究所,实际情况是,在热这个领域,每个环节的数据流通并不太通畅,到了系统所的热设计,芯片的热数据没有,器件模组的性能可能有但是极不准确,而每个板块上可能有上千甚至更多的电子元器件,不要说仿真了,连测试都很困难。在这样一个条件下,能把仿真的趋势做准确已经不错了,仿真精度好像变成了不可能的事情,所以行业内的即使是几十年的专家,都不会有热数字孪生体的思维。

另外一端,收益却是明显的,在保证同样功能的前提,利用热数字孪生技术可以让航天器变得更小更轻,其制造、发射和控制成本都会大幅减低。

相对于其他电子行业,航天电子的数字孪生技术难度要大很多,主要是两个原因,一是区别于其他电子系统,航天电子系统体积相对较大,二是由于体积较大,在仿真和测试领域,需要建立仿真和测试的标准,以简化复杂系统,降低仿真和测试的数据量,但是行业没有太多的积累,也没有哪个权威专家能一呼百应,能扔一个标准出来供大家使用。

这种情况在其他的电子行业其实也是类似的——或许有一些先知先觉的企业已经开始有意识研究并积累这方面的技术,实际应用情况并不理想,常规的热仿真 主要还是做趋势,仿真工具仅仅是一个研发的辅助工具。

研发这件事情,中国企业家们是又爱又恨,常说的一句话:“企业不做研发就是等死,而做研发就是找死”。研发本身确实是高风险,同时也是高收益。实际上研发未必是找死,把资金等资源投入到不正确的方向才是真正地找死。华为的成功告诉我们资金并不是创业者所面临的最大问题,现阶段的大部分企业也都开始重视研发,《蓝海战略》一书也明确指出,企业要取得持久性的成功,不能靠与对手竞争,而是要开创“蓝海”:即蕴含庞大需求、能带动企业增长的新市场空间。这需要企业不断地去创新,而创新的难题无非有两个,一是做什么?二是怎么做?而这两个难题其实对应的也是蓝海思维和蓝海技术。实际上蓝海思维和蓝海技术又是相互作用的,思维去决定技术的发展方向,而技术可以保证思维的可行性。

回到电子热设计领域,这个两个问题可能就变成——要做什么电子产品,如何做热设计?而又需要用什么样的技术来做出低成本高质量的产品?

关于热数字孪生技术的作用,这里就不再重复,可以明确的是,利用热数字孪生体技术,可以对电子热设计领域的知识做标准化并高效积累,从而实现高可靠性低成本的创新,让蓝海思维有了强大的技术基础,也可以大幅降低蓝海技术的成本。

附录:

电子热设计的关键技术——“热数字孪生体”

热数字孪生体的建立和应用

热数字孪生体之功用解密

全豹透析“热数字孪生体”,李菊福?


科普数字孪生
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首次发布时间:2022-05-29
最近编辑:2年前
今昔CAE随笔
本科 | 销售总监 allenchousf
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