Современные многофункциональные устройства
Основанная в 1962 году компания Fuji Xerox Co., Ltd. является ведущим поставщиком офисной техники. В основе решений и сервисов Fuji Xerox лежат всемирно известные многофункциональные офисные устройства, принтеры и системы производственной печати, которые компания разрабатывает и производит для продажи по всему миру.
Современные многофункциональные принтеры состоят из большого числа электронных компонентов (рис. 1). Нередко в целях унификации они имеют модульную конструкцию, при этом сами модули из-за проблем с электромагнитной совместимостью (EMC) могут создавать помехи друг для друга. Кроме того, на работу отдельных компонентов может влиять и образование электростатического разряда (ESD). Если во время тестирования возникают проблемы с электромагнитной совместимостью, выяснить их причину бывает непросто. Чтобы лучше понимать механизмы, приводящие к возникновению подобных помех, а также для поиска эффективных методов их устранения компания Fuji Xerox решила прибегнуть к моделированию электромагнитного взаимодействия, используя пакет CST Studio Suite® от компании Dassault Syste`mes.
Рис. 1. Современный многофункциональный принтер Fuji Xerox
Качественное моделирование электромагнитного взаимодействия и образования электростатического разряда при использовании большой и крайне сложной модели
При разработке прототипа принтера одним из узлов, в котором инженеры Fuji Xerox наблюдали проблемы с электромагнитной совместимостью, являлся блок пользовательского интерфейса. Тесты показали, что изменение количества контактов в соединении блока и основной платы устройства улучшает показатели ЭМС, однако при этом инженерам не удалось выяснить, какие именно электрические цепи приводили к образованию помех. Для имитации электромагнитного взаимодействия специалистам Fuji Xerox потребовалось смоделировать работу как печатной платы блока пользовательского интерфейса, так и шасси принтера. Разница в размерах этих двух конструктивных элементов еще больше усложняла задачу (рис. 2).
Рис. 2. Разница в размерах металлического шасси и отдельных дорожек на печатной плате
Пакет CST Studio Suite позволил импортировать печатную плату в формате 3D-модели и интегрировать ее в модель металлической рамы, импортированной из программного обеспечения САПР. Наличие высокопроизводительных вычислительных мощностей пакета CST Studio Suite дало инженерам возможность за один день сымитировать на кластере TSUBAME Токийского технологического университета электромагнитные взаимодействия с использованием кластерных вычислений MPI и графического аппаратного ускорения. Благодаря этому инженеры смогли увидеть прохождение тока в устройстве и объяснить, каким образом изменение числа контактов привело к улучшению помехоустойчивости. Смоделированный спектр электромагнитных помех (EMI) специалисты сравнили с измерениями и выяснили, что эти спектры совпадают (рис. 3). Инженеры смогли использовать эту информацию для улучшения конструкции устройства. Специалисты приняли новые контрмеры для снижения электромагнитных помех и получили возможность избежать подобных проблем в будущих устройствах.
Рис. 3. Спектр электромагнитных шумов на расстоянии 3 м с исходной и обновленной схемой контактов;
сравнение результатов моделирования и реальных измерений
Подробнее о Fuji Xerox
С момента основания в 1962 году Fuji Xerox придерживалась своей основной философии — помогать клиентам и обществу развивать взаимопонимание посредством улучшения коммуникации. Компания произвела революцию в офисной работе, представив ксерографию — технологию, позволяющую тиражировать бумажные копии документов. Fuji Xerox не только предложила инновационную бизнесмодель, ориентированную на аренду, то есть предоставление сервисов, а не устройств, но также представила широкий спектр продуктов и услуг для поддержки клиентов при общении и создании ценностей.
Более подробную информацию можно получить на сайте http://www.fujixerox.com.
Кроме того, моделирование использовалось для тестирования устойчивости печатающей LED-головки к электростатическим разрядам. Модель для тестирования устойчивости к ESD была воссоздана в CST Studio Suite, что позволило инженерам проанализировать работу различных версий печатной платы. Результаты моделирования в значительной мере совпали с измерениями и позволили инженерам внести изменения в конструкцию печатной платы для уменьшения восприимчивости к электростатическим разрядам.
Быстрое моделирование и ускорение разработки
Благодаря использованию результатов моделирования вместо фактических измерений, CST Studio Suite позволил сократить количество создаваемых физических прототипов, что значительно ускорило разработку устройств. С помощью возможностей моделирования инженеры Fuji Xerox смогли спрогнозировать проблемы с электромагнитной совместимостью, прежде чем приступать к созданию прототипа, а также объяснить механизм появления любых возникающих помех, что позволило им быстрее найти решение для их устранения.
