商業(yè)媒體有關(guān)全球物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將持續(xù)呈現(xiàn)爆炸式增長的報道鋪天蓋地，而且有大量證據(jù)證明相關(guān)預(yù)測。我們身邊的手機、平板電腦及其它設(shè)備讓我們保持全天候聯(lián)網(wǎng)。智能功能讓汽車、無人機、醫(yī)療設(shè)備和工業(yè)設(shè)備互聯(lián)互通。不過，IoT遠遠不是指設(shè)備的智能功能。在更高速的網(wǎng)絡(luò)以及日新月異的計算與數(shù)據(jù)中心技術(shù)的推動下，數(shù)據(jù)分析技術(shù)將助力實現(xiàn)IoT的全部價值。

對中小型企業(yè)而言，IoT顯然是一個令人振奮的商機。然而，IoT經(jīng)濟的成功取決于企業(yè)持續(xù)創(chuàng)新產(chǎn)品的能力。為了在創(chuàng)新方面脫穎而出，產(chǎn)品研發(fā)與工程團隊日益需要解決與通信系統(tǒng)設(shè)計、傳感器設(shè)計和產(chǎn)品可靠性相關(guān)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

在這種飛速發(fā)展的環(huán)境中，仿真軟件有助于盡快把最新產(chǎn)品模型或新一代功能帶給客戶，因而成為了企業(yè)獲得寶貴競爭優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略工具。產(chǎn)品設(shè)計人員借助工程仿真技術(shù)能夠在設(shè)計周期盡早、盡快找出并經(jīng)濟高效地解決一切功能缺陷，如：不實際的功耗需求或錯誤的天線設(shè)計。

為了有助于推動IoT的指數(shù)級增長，ANSYS現(xiàn)已研發(fā)出業(yè)界最綜合全面的仿真解決方案，能夠提高電子設(shè)備以及目前具備智能功能的傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能及可靠性。從利用ANSYS Mechanical確認產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性到利用ANSYSSCADE驗證嵌入式軟件的性能，產(chǎn)品研發(fā)人員可利用ANSYS仿真軟件的強大功能解決IoT相關(guān)的各種設(shè)計問題。

基于仿真的智能設(shè)計

ANSYS仿真軟件產(chǎn)品的多物理場、多域功能對設(shè)計當(dāng)今的智能互聯(lián)產(chǎn)品尤為重要。由于這些產(chǎn)品功能復(fù)雜，智能產(chǎn)品研發(fā)團隊需要極高的可靠性、準(zhǔn)確性、魯棒性和創(chuàng)新性。同時，這些團隊還面臨著保持低成本和加快產(chǎn)品發(fā)布的巨大壓力。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，企業(yè)既不能在設(shè)計上各自為政，也不能依賴傳統(tǒng)的構(gòu)建-測試方法。

目前仿真不但是競爭所需，而且也顯著提高了競爭的公平性，從而使小企業(yè)有機會與地位穩(wěn)固的市場領(lǐng)導(dǎo)者展開競爭。利用仿真技術(shù)，只需少數(shù)幾名工程師就能夠快速、低成本實現(xiàn)眾多產(chǎn)品理念的虛擬原型設(shè)計和改進。他們跨越傳統(tǒng)工程學(xué)科邊界、轉(zhuǎn)而利用多域和多物理場分析的能力，與企業(yè)的創(chuàng)新精神完美契合。

IOT工程：五大關(guān)鍵挑戰(zhàn)

雖然每款智能產(chǎn)品都有自身的設(shè)計挑戰(zhàn)，但物聯(lián)網(wǎng)呈指數(shù)級增長，這意味著正在出現(xiàn)一些共同的設(shè)計要求。例如，新一代智能產(chǎn)品通常必須比前一代產(chǎn)品尺寸更小、重量更輕而且更節(jié)能。

IoT的興起帶來五大工程挑戰(zhàn)。IoT的巨大商機正在為眾多現(xiàn)有市場巨頭引來新的競爭對手。Aberdeen Group的資料表明，IoT經(jīng)濟中的贏家和輸家取決于其成功解決這五大設(shè)計挑戰(zhàn)的能力。

尺寸、重量、功耗以及冷卻(SWAP-C)

無論是設(shè)計飛機、汽車還是智能手機，工程師一般都需要對IoT產(chǎn)品進行尺寸、重量、功率和冷卻優(yōu)化——這一系列要求通常稱為“SWAP-C”。由于消費者需要更強大的功能（包括無處不在的連接性、感應(yīng)等），工程師不得不增加更多的電子組件。高密度電子產(chǎn)品在尺寸、重量、能耗和熱積聚等方面為產(chǎn)品研發(fā)帶來了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)產(chǎn)品往往每隔一段時期都必須進行全面的重新構(gòu)思和重新設(shè)計。例如，隨著現(xiàn)代助聽器轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈鼜姶蠊δ?、可以通過智能手機聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備之后，其設(shè)計內(nèi)容擴展到包含柔性印刷電路板(PCB)、電池、接收器與天線，而且很多時候還包含拾音線圈。其中柔性PCB又包括60多個不同的組件和集成電路。工程師必須在優(yōu)化性能的同時在有限空間內(nèi)集成所有這些組件。這就要求依靠仿真技術(shù)快速、低成本做出設(shè)計權(quán)衡。

感應(yīng)與連接性

當(dāng)今的產(chǎn)品之所以稱之為“智能”是因為它們能夠感應(yīng)所處環(huán)境、能夠與其他電子產(chǎn)品通信，能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、更明智的決策與成果。例如，現(xiàn)代汽車配備眾多感應(yīng)和通信技術(shù)，以提高駕駛員的安全性、聯(lián)網(wǎng)能力和決策明智性。這是一個龐大而又不斷增長的市場；事實上，到2020年，市場收入有望從目前的84億美元增長到300億美元。當(dāng)今汽車中智能功能多到讓人瞠目結(jié)舌。例如，自適應(yīng)巡航定速技術(shù)結(jié)合保險杠中嵌入的雷達傳感器使車輛能夠相互保持安全距離。盲點監(jiān)視器和車道偏離告警系統(tǒng)可以幫助駕駛員防止碰撞?，F(xiàn)代車輛甚至能夠監(jiān)控并報告交通狀況，利用全球定位系統(tǒng)(GPS)功能通知其他駕駛員并建議選擇其它路線。與前幾代汽車設(shè)計工程師不同，當(dāng)今的汽車設(shè)計工程師需要考慮電磁干擾、信號完整性、不間斷連接性以及可能影響電子產(chǎn)品性能的其他復(fù)雜問題。仿真技術(shù)允許從產(chǎn)品研發(fā)最早階段最大化可靠性并確保魯棒性設(shè)計。

可靠性與安全性

隨著智能產(chǎn)品激增以及我們?nèi)找嬉蕾囁鼈冞M行關(guān)鍵決策，安全性和可靠性成為更加重要的產(chǎn)品設(shè)計考慮因素。雖然IoT在催生龐大收入，但是這些收入還不足以覆蓋維護、維修、保修費用或市場增長不足產(chǎn)生的成本。另外，汽車、航空航天和醫(yī)療等行業(yè)的眾多產(chǎn)品是在安全攸關(guān)的環(huán)境中運行。由于事關(guān)生死，這些產(chǎn)品必須達到最高的可靠性與安全性標(biāo)準(zhǔn)。IoT中一個經(jīng)常被忽視、但非常關(guān)鍵的方面是嵌入式控制與顯示軟件，其對于集成型機電系統(tǒng)（負責(zé)引導(dǎo)聯(lián)網(wǎng)車輛和飛機）的運行必不可少。工程師需要對支持這些系統(tǒng)的數(shù)千萬行安全關(guān)鍵型軟件代碼進行驗證，這一點非常重要。仿真和建模功能可以快速、自動生成涉及人類安全時所需要的完美代碼。

集成

隨著智能聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的復(fù)雜性與日俱增，工程師已將設(shè)計過程劃分為更小的階段，使其更便于控制。雖然組件級自下而上的設(shè)計方法可以非常全面地驗證零部件，但是實際將組件組裝成系統(tǒng)時會出現(xiàn)嚴重的后期設(shè)計問題。當(dāng)設(shè)計師倉促趕在產(chǎn)品發(fā)布期限內(nèi)完成設(shè)計，研發(fā)后期才發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)級缺陷，這會導(dǎo)致過度設(shè)計、成本超支和設(shè)計權(quán)衡失當(dāng)。例如，為無線運動手環(huán)設(shè)計的天線在作為單獨組件進行分析時可能運行良好。但是，一旦安裝到實際手環(huán)上，當(dāng)受到手環(huán)彎曲、存在生物傳感器天線或者固定手環(huán)用的金屬扣等實際因素的不利影響，天線就可能無法像預(yù)期的那樣運行。仿真能夠在無風(fēng)險的低成本虛擬環(huán)境中幫助預(yù)測系統(tǒng)級性能問題。

耐用性

雖然微小到經(jīng)常無法看見，但是無數(shù)傳感器和微處理器構(gòu)成了IoT的骨干。這些不辭辛苦的電子元器件負責(zé)全天候收集和共享有用信息。它們不僅需要在最佳條件下可靠運行，而且還必須能夠經(jīng)受變幻莫測的惡劣環(huán)境。例如石油天然氣產(chǎn)業(yè)鉆頭末端、噴氣發(fā)動機高溫區(qū)域或者受到敵對電磁環(huán)境干擾的軍用無人車輛中的傳感系統(tǒng)。一個典型的例子是，F(xiàn)acebook “Aquila” 項目研發(fā)的最新太陽能無人機將利用激光為發(fā)展中地區(qū)的偏遠區(qū)域提供互聯(lián)網(wǎng)接入——其一次飛行長達三個月。采用物理測試實際上不可能研究此類極端運行情況，因此仿真技術(shù)對于推出可靠型創(chuàng)新產(chǎn)品至關(guān)重要。雖然并非所有產(chǎn)品都需要忍受極端條件，但是每個產(chǎn)品都必須接受耐用性驗證。摔過智能手機的人都理解日常使用的嚴格要求。