熱數(shù)字孿生體也是一種數(shù)字孿生技術(shù)。關(guān)于數(shù)字孿生技術(shù)，去年曾經(jīng)寫過一些文章，詳細(xì)地描述了數(shù)字孿生體的建立和應(yīng)用（請參考《數(shù)字孿生技術(shù)與企業(yè)的智能化》系列文章）。同數(shù)字孿生體類似，建立和應(yīng)用熱數(shù)字孿生體的要素大概如下：
●具有一定同質(zhì)性的實體樣品
●CAD建模工具
●熱仿真軟件
●高精度測試設(shè)備和傳感器
●建立熱數(shù)字孿生體所需要的理論和技術(shù)
●熱數(shù)字孿生體的基礎(chǔ)環(huán)境（數(shù)據(jù)庫，仿真平臺，應(yīng)用技術(shù)相關(guān)的工業(yè)軟件等等）
在工業(yè)4.0的大背景下，熱數(shù)字孿生體的全球市場將會以驚人的復(fù)合增長率增長，熱數(shù)字孿生技術(shù)有可能會演變成整個行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。
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和熱數(shù)字孿生體關(guān)系最大的，自然是研發(fā)部門中負(fù)責(zé)熱的子部門（類似于Thermal中心）。
Thermal中心首先是建立熱數(shù)字孿生體的部門，掌握著建立熱數(shù)字孿生體的核心技術(shù)。
Thermal中心依靠熱數(shù)字孿生體，對熱問題進行標(biāo)準(zhǔn)化，分類，固化熱仿真流程，并用熱數(shù)字孿生體去挖掘，產(chǎn)生，封裝，存儲熱設(shè)計或者和產(chǎn)品熱設(shè)計相關(guān)的知識，從而實現(xiàn)企業(yè)技術(shù)的良性積累。
隨著熱數(shù)字孿生體在企業(yè)內(nèi)各個部門中的應(yīng)用展開，Thermal中心不斷的收集企業(yè)實踐過程中產(chǎn)生的新的熱數(shù)字孿生體，同時依據(jù)實際情況對熱數(shù)字孿生體進行合理的修正，而且修正并不限于新生的，也會作用于固有的。
02
最頻繁使用熱數(shù)字孿生體的，應(yīng)該是設(shè)計部門。
正向設(shè)計，應(yīng)該是未來產(chǎn)品設(shè)計的主流，從客戶的需求出發(fā)，設(shè)計出滿足客戶需求的產(chǎn)品，并不斷迭代。一般來說，迭代有兩個方向，一是不斷提高產(chǎn)品的性能，二是不斷降低產(chǎn)品的成本。實際情況應(yīng)該是在這二者之間取得某種平衡，以實現(xiàn)該產(chǎn)品在目標(biāo)市場中的份額最大化。
熱只是單一的物理現(xiàn)象，實際的產(chǎn)品設(shè)計可能涉及到多個物理場，而熱數(shù)字孿生體為多物理場聯(lián)合或者耦合設(shè)計提供了有利條件。
從物理現(xiàn)象上，電子產(chǎn)品的信號可能會隨著溫度的變化而衰減，如果在Si-Pi設(shè)計中不考慮溫度的因素，可能設(shè)計不出理想的產(chǎn)品，而如果能結(jié)合熱數(shù)字孿生體，形成SPICE Thermal netlist，便可以實現(xiàn)Si-Pi仿真和實際物理現(xiàn)象的一致性。
圖一SPICE Thermal netlist
設(shè)計部門在可以接受的研發(fā)周期和研發(fā)成本的前提下，用熱數(shù)字孿生體做大量的虛擬探索，實現(xiàn)上面提到的平衡。而這種實踐活動的過程中，由于是海量的虛擬探索，又會產(chǎn)生很多非目標(biāo)但又具有巨大價值的新的熱數(shù)字孿生體模型和應(yīng)用。
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質(zhì)量部門也可以用到熱數(shù)字孿生體。
如果能構(gòu)建質(zhì)量缺陷和熱之間的關(guān)系，就可以用熱數(shù)字孿生體技術(shù)對產(chǎn)品的質(zhì)量進行全檢或抽簽，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的監(jiān)控和響應(yīng)，第一時間發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，為及時修正提供了先決條件。
焊接不良是電子產(chǎn)品常見的質(zhì)量問題，可以通過建立焊接質(zhì)量和熱數(shù)字孿生體的關(guān)系，來實現(xiàn)對焊接質(zhì)量的快速檢測。
圖二焊接質(zhì)量檢測樣品
按照0%（不焊），50%（焊接一半），100%（全焊）制作三個樣品，分別建立他們的熱數(shù)字孿生體（結(jié)構(gòu)函數(shù)）。當(dāng)實際產(chǎn)品下線后，只有也做一次熱數(shù)字孿生體的檢測，通過比對，就可以完成質(zhì)量檢測。當(dāng)然樣品可以根據(jù)質(zhì)量管理的目標(biāo)來制作，如果要求焊接率大于70%，可以做一個焊接率是70%的樣品，再通過熱數(shù)字孿生體進行比對。
質(zhì)量管理，一般關(guān)注的是“人、機、料、法、環(huán)”等，由于多種原因，波動的產(chǎn)生是難免的，而波動若能在第一時間被發(fā)現(xiàn)，便可以對質(zhì)量要素做及時的分析，找到波動原因，從而可以及時糾偏，保證質(zhì)量的穩(wěn)定性。
創(chuàng)建工藝過程的熱數(shù)字孿生體同時分析重要的性能指標(biāo)，用這些性能指標(biāo)去評價和監(jiān)控由于工藝的變化造成對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的工藝優(yōu)化。比如在回流焊過程中，可以通過通過熱數(shù)字孿生體優(yōu)化整個過程的溫度參數(shù)以保證焊接的質(zhì)量。
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為了保證產(chǎn)品的品質(zhì)，很多企業(yè)會設(shè)立一個專門的部門——FMEA（Failure Mode andEffects Analysis，失效模式與影響分析）。
圖三電子產(chǎn)品的失效模式與影響分析
熱問題是電子產(chǎn)品失效的主要問題，熱數(shù)字孿生體技術(shù)是解決產(chǎn)品熱問題的重要手段。
FMEA是在產(chǎn)品設(shè)計階段和過程設(shè)計階段，對構(gòu)成產(chǎn)品的子系統(tǒng)、零件，對構(gòu)成過程的各個工序逐一進行分析，找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的后果，從而預(yù)先采取必要的措施，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性的一種系統(tǒng)化的活動（百度定義）。
可見FMEA是事前的預(yù)防措施，產(chǎn)品并沒有生產(chǎn)出來，以后生產(chǎn)出來的產(chǎn)品有可能會出現(xiàn)失效的問題，也有可能不會出現(xiàn)。FMEA開始于產(chǎn)品設(shè)計和制造過程開發(fā)活動之前，并指導(dǎo)貫穿實施于整個產(chǎn)品周期。
如果我們可以建立和產(chǎn)品一致性很高熱數(shù)字孿生體，用精準(zhǔn)的仿真模型去演示未來可能出現(xiàn)的質(zhì)量和可靠性的問題，便能對失效，后果，及原因等做更深入更細(xì)致的分析，顯然是大幅度降低地解決這些問題難度。
圖四ECU中功率器件的壽命評估
功率器件的壽命預(yù)測，通過加速老化，同時對功率器件的數(shù)字模型做計算，仿真和分析，建立相應(yīng)的熱數(shù)字孿生體。這樣不僅能夠容易、低成本地對產(chǎn)品或過程進行修改，從而減輕事后危機的后果，減少事后的補償，而且通過熱數(shù)字孿生體技術(shù)的應(yīng)用，可以找到能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施或設(shè)計方案。
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前面討論的熱數(shù)字孿生體的應(yīng)用，主要是發(fā)生在企業(yè)內(nèi)部。如果著眼于整個電子產(chǎn)品的生態(tài)系統(tǒng)，其實際應(yīng)用會給整個行業(yè)帶來革命性的改變。
依靠熱數(shù)字孿生體，采購部門可以用來來跟蹤和分析關(guān)鍵性能指標(biāo)，例如質(zhì)量參數(shù)，接受條件等等；銷售部門可以提升用戶體驗，并及時對用戶需求做深度響應(yīng)，同時銷售部門還可以收集海量產(chǎn)品使用數(shù)據(jù)，及時向公司提供產(chǎn)品在實際使用過程中的各種性能及性能的變化；財務(wù)部門可以精準(zhǔn)測算產(chǎn)品的成本，庫存等財務(wù)信息；市場部門可以帶來全新的視覺沖擊，充分展示公司的能力和實力，提升公司品牌形象；經(jīng)營部門可以在自己生產(chǎn)和委外生產(chǎn)中取得平衡，而不用太擔(dān)心委外產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定等問題；設(shè)備維護部門可以識別設(shè)備或者制造流水線的性能狀況，在嚴(yán)重問題發(fā)生之前進行預(yù)防性維修或維護，還可以幫助優(yōu)化負(fù)載水平、工具校準(zhǔn)和循環(huán)時間；甚至高層管理的決策，人力資源部門的KPI系統(tǒng)等等，都有可能受到技術(shù)進化的影響。
更大的進化是生態(tài)系統(tǒng)之間的協(xié)作，熱數(shù)字孿生體為整個行業(yè)解決熱問題提供的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)作的良好基礎(chǔ)。來自熱數(shù)字孿生體的運營數(shù)據(jù)隨用隨取，可以輕松地實現(xiàn)跨學(xué)科共享，從而實現(xiàn)協(xié)作，改善溝通和更快地制定決策。整個行業(yè)的工程、生產(chǎn)、銷售和市場營銷都可以使用相同的數(shù)據(jù)一起工作，消除不必要的內(nèi)卷，達到資源利用效率的最大化。
