從 PCB 到整機 Ansys如何實現衛星的系統級可靠性
衛星的可靠性是太空任務能否成功的決定性因素。然而，從火箭發射時的劇烈振動與衝擊，到進入軌道後極端的熱循環，這些不可見的應力都可能對內部的電路板（PCB）造成毀滅性的威脅。傳統上，昂貴且耗時的實體測試已無法滿足現代航太產業快速迭代的需求，因此，在設計階段就運用一套先進的模擬工具來進行精準的預測分析，已成為確保電子系統結構完整性的唯一途徑。
核心技術：Ansys的整合式模擬解決方案
為了解決這些挑戰，Ansys提供一套整合式模擬解決方案，讓工程師能夠從最細微的電子元件到整個衛星結構，進行全面的可靠性評估。這套解決方案的核心在於 Ansys Sherlock 與 Ansys Mechanical 的無縫協同工作。
- Ansys Sherlock：專注於電子產品的可靠性分析。它運用失效物理模型（PoF），精準模擬極端環境對PCB的影響，並能進行隨機振動與衝擊分析及熱機械分析，以預測元件與焊點的疲勞壽命，確保電子核心的穩定性。
- Ansys Mechanical：負責整體結構的系統級分析。它與Ansys Sherlock無縫整合，能將Ansys Sherlock的分析結果納入考慮，並針對整個衛星結構（如機箱、支架）進行應力分佈模擬與結構強度驗證，確保從電子層級到整機結構都具備最高的結構完整性。
在振動測試後，FPGA的引腳出現裂痕
模擬PCB在振動下的變形與應力分佈
模擬應力分佈與實際引腳裂痕的對應關係
將可靠性設計前置化，實現數位驗證
傳統的衛星製造流程因依賴大量實體原型與昂貴測試，導致成本高昂且時程冗長。Ansys徹底改變了這個模式，它將可靠性設計前置化，讓工程師能在製造前就透過虛擬模擬進行驗證與優化。
- 加速設計與降低成本：Ansys Sherlock與Ansys Mechanical能快速建立精確的數位雙生模型。工程師能在虛擬環境中進行無數次測試與設計迭代，從根本上降低了昂貴的原型成本與後期修正的風險，同時大幅縮短了開發週期。
- 從源頭提升品質：這種在設計初期就進行預防性分析的做法，確保了產品從一開始就具備最高的可靠性，為衛星任務的成功奠定堅實的基礎。
為了防止 FPGA 引腳故障，NewSpace 評估在 FPGA 的四個角落加上固定加強措施。
總而言之，Ansys為航太產業提供了一條從容應對挑戰的數位化路徑。它將可靠性設計前置化，從源頭幫助工程師解決問題，這不僅大幅降低了開發成本、縮短了產品上市週期，更從根本上提升了產品的品質與品牌聲譽。Ansys的軟體將持續扮演核心角色，為新一代太空載具的成功與人類對廣袤宇宙的探索提供堅實的保障。
資料參考：ANSYS Blog
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