物联网仿真分析技术分享

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目前接入因特网的智能设备数量已经超过了全球人口数。设计IoT设备正在为现有企业带来巨大机遇，同时也催生出全新的市场与公司。潜在的经济影响预计超过每年10万亿美元。

事实上，设计IoT设备带来的工程机遇和挑战已经证明了，我们的仿真驱动产品研发方法更加适合未来的设备设计，无论是可穿戴消费类设备、医疗植入物产品、联网汽车还是工业涡轮机等。

以下分享部分ANSYS仿真工具在物联网产品中的应用，更多案例可以查看以下网址：

联网单兵

未来的“联网智能单兵”是得到科技强化的战士，其能够通过由电池供电的传感器、天线组成的移动型可穿戴网络，与所在部队及指挥官保持即时通信。每个军队都将成为其自身的物联网，能够通过宽带无线电传达音频命令，通过GPS获得定位信息以及通过生物传感器传输生命特征。在网络中心战中，战士能够获得更多的环境认知，而指挥员也能获得更多的信息和更强的军队控制能力，从而显著提高任务成功机会。联网单兵仿真对于成功构建上述复杂系统必不可少。

为了实现联网单兵的愿景，必须通过战士仿真解决一系列工程难题。其中包括传感器与天线的设计以及在战士身上的布局；实现高效电源管理，以最小化装备重量与电池大小，同时最大化电池使用寿命；在恶劣物理与电磁环境的运行弹性，因为敌方可能会想方设法阻塞通信频率。

ANSYS在通用平台集成的电子、嵌入式软件和半导体仿真解决方案，能够帮助工程师快速、低成本地执行战士仿真。探索有助于实现联网战士的关键技术。

案例分享：Synapse公司采用ANSYS HFSS 3-D全波电磁（EM）仿真器和ANSYS人体模型来评估各种天线设计的性能，进行完整的系统建模，来帮忙美国国防部开展一项关于士兵可穿戴无线设备的研究，从而帮助医疗人员检车士兵的生命体征。

可穿戴设备与医疗设备

随着全球人口老龄化和慢性病增多，医疗行业正在迅速提供高科技解决方案。先进医疗电子设备和可穿戴电子设备的猛增在显著改善治疗效果和降低医疗费用。联网病人建模是该领域持续成功的关键因素。对于联网医疗设备的需求呈指数增长，到2020年有望达到200亿部设备。

当前技术一般需要前往医生办公室才能从病人的设备下载数据，以供医生检查。不过这样做还不够：我们需要一种医疗物联网（医疗IoT），它能够定期将病人的健康数据连接并传输给医生或者在紧急情况下及时且连续地实现连接和传输。医疗IoT能够使医学获得参与性、个性化、预测性和预防性（P4医学）。

成功的医疗设备和制药公司采用工程仿真和联网病人建模技术，以开发能够确保高可靠性、提供数据保密和加速合规性的系统。为了产生实际医疗效果，联网医疗设备应当能够在不降低患者安全性与舒适性的情况下采集和解释相关的可靠参数，同时能够为医生提供具备全面完整性、可读性和安全性的信息。

ANSYS电子仿真解决方案能够帮助医疗工程师实现医学变革，使其利用联网病人建模技术通过医疗IoT实现更低成本和更高利润。探索以低成本正确设计此类解决方案所需要的关键技术。

案例分享：美国伊登草原斯达克听力技术公司借助ANSYS快速迭代设计提高助听器性能并节约时间与资金。

斯达克听力技术公司的射频设计人员采用ANSYS HFSS解决一系列设计难题，其中包括麦克风、柔性印刷电路板、电池、接收器与天线，而且许多情况下还包含通信线圈。柔性印刷电路板包含60多种不同组件与集成电路。射频设计人员必须在有限空间内管理所有这些组件，而这样很容易降低天线性能。

无人机

无人机 —又被称为无人飞行器（UAV），其正在迅速扩展到军事监视应用之外的领域。UAV正被开发用于包裹送货上门服务、因特网部署、灾害监控与援助以及各种业余爱好者的活动。物联网对于UAV非常重要，因为UAV在进行远程控制与监视时极度依赖传感器、天线和嵌入式软件提供双向通信。行业预测到2025年无人机市场估值将达820亿美元，同时将雇用10万多名员工，而无人机仿真对于实现该预测目标非常重要。

ANSYS技术有助于实现无人机仿真，包括高效飞行的空气动力学仿真，可靠运行的嵌入式软件仿真，以及实现感应、电源管理、飞行控制和通信等的机载电子系统仿真。另外，ANSYS结构解决方案能够确保机械完整性，从而实现稳健可靠的性能。有助于探索设计更好无人机的关键技术。

分享案例：比亚乔航空工业公司使用ANSYS SCADE 完成无人飞行系统12.5万行控制代码的设计、验证、生成和集成工作，用时仅为使用C语言时所需时间的三分之一。

联网汽车

现在的汽车简直是一种连接奇迹，它属于世界上技术最先进的消费类产品和物联网重要的组成部分。每辆汽车中已经存在大量的局域网，其中有超过50个微型计算机，其包含了1亿行相互连接的代码以及数十个传感器与致动器。组成联网汽车技术的这些系统综合在一起能够帮助控制发动机与制动器，以及监控轮胎压力和尾气成分等参数。

车辆对基础设施（V2I）通信技术很快能够把诊断数据发送到汽车维修中心以及帮助您定位和预定空闲停车位。接下来，由高速高带宽车载网络、摄像头和雷达驱动的车辆对车辆（V2V）通信技术在未来几年将会实现车辆之间的定位，避免碰撞，优化交通和实现自动驾驶。

联网汽车技术依靠由传感器、天线、嵌入式软件和通信技术组成的广泛网络，实现在复杂世界的安全行驶。做出的决策必须及时、准确、快速、一致。当人类把对方向盘和制动器的控制权交给目前正在公路上顺利测试的自动驾驶车辆的时候，上述要求会变得更加重要。

ANSYS仿真解决方案可以帮助您模拟和仿真在连接系统与人机接口（HMI）的电子、热-结构与嵌入式软件中的联网汽车技术，从而确保其鲁棒性、可靠性以及对汽车买家的吸引力。

案例分享：法雷奥公司利用ANSYS HPC 将仿真时间缩短了50%，使该公司能够在一个星期时间内完成夹持和开铗过程的结构仿真。

工业设备与资产管理

工业物联网（IIoT）——负责连接在各种工业设备以及制造业、金属与矿业、能源生产、加工业、运输和最终用途应用领域提供数据通信的设备——正在为企业增长创造巨大机遇。这种“智能机械”的增长来自三大领域：降低复杂程度、预测性能和减少非生产时间。

全球存在成千上万的高价值智能机械资产，其中包括气体、蒸汽、水与风轮机以及大型工业设备（如：熔炉、蒸汽发生器、钻头、压缩机、电动机与驱动器），其每年需要预计3亿个工时，成本高达200亿美元。通过及时、准确地收集和分析用于监控重要工业设备状况的数据，能够大幅降低上述投资。

实现上述经济性不仅需要部署工业IoT（IIoT）鲁棒性电子设备，而且还需更多地在众多工业机械中集成智能设备。同时还需要把来自智能机械（传感器与操作员）的现场数据与非现场数据（历史、仿真、基于物理场的分析）结合在一起。

智能机械的设计人员必须考虑以下几点：他们需要哪些电子硬件、数据如何进行收集和通信，以及各种组件如何整体协作才能提高系统其它部分的性能。他们还必须确保每台设备足够稳健可靠，以适应在难以维护的恶劣偏远地点顺利运行。

ANSYS工程仿真解决方案可以帮助您设计工业IoT的鲁棒性电子设备。这些解决方案涉及了传感器、天线、电子控制和电源系统的设计与最优布局，可满足智能机械及其生态系统的连接需要。另外，ANSYS虚拟系统原型构建可以帮助编写和验证用于控制智能设备的嵌入式代码，同时能够确保在不干扰工业装置运行情况下信号的可靠通信。

案例分享：仿真帮忙企业更快进入工业4.0时代，且能有效帮助改善产品、调整制造工艺、缩短研发周期和优化生产成本

来源：Ansys

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首次发布时间：2022-08-18