有人曾說：“機械工程師設計汽車機器，電子工程師設計導航系統，而土木工程師設計道路?！卑凳局@些工程學科彼此獨立工作。然而，彼此獨立地進行設計（至少是對機械和電子工程師來說）越來越難以研發現代產品。機械設計和電子設計正在相互融合，要求對向來彼此獨立的設計學科進行多物理場分析。為克服設計難題，工程負責人需要主動地將以上團隊團結起來。

可以肯定的是，電子系統設計師并不需要設計外殼或機械風扇。但創新型產品要求在運行環境中對自身所有的電子器件進行分析。這意味著機械系統和電子器件之間的聯系比以往任何時候都更加緊密。汽車電子設備市場不斷發展壯大，對機械和電子工程師來說，這是利用彼此的技能來打造創新型產品的絕佳機會。

發出正確的信號

汽車設計面臨的一大挑戰是器件會變熱。用于自動駕駛、高速通信和信息娛樂的電子產品必須能耐受這些熱源，或者不被這些熱源所影響。在電子快速移動的情況下，電熱仿真成為重中之重，以確保組件不會在保修期前過早失效或磨損。電動汽車仍處于發展初期，可以利用多物理場系統分析，以數字化方式對設計進行優化，與傳統的汽車設計行業知識實現匹配。

此外，汽車設計中的許多功能依賴于信號和電源完整性，例如行人探測、自適應巡航控制、盲點監測、車道偏離預警、自動遠光技術等。這些功能必須以同步的方式運行，因此測試必須同時進行。

信號將數據從一個系統或網絡傳輸到另一個系統或網絡。電動汽車會產生數以百計的電磁/電子信號或電流，因此必須確保這些信號不會過度地彼此干擾或削弱。電動汽車需要電源和信號完整性分析，這是確保正常功能和使用壽命的關鍵。如今的汽車車身內通常有 1000 多個芯片。雖然其中的大多數芯片都用于信息娛樂，但自動駕駛和相關安全功能所使用的芯片量位居第二，而且數量還在快速增加。

另一個需要考慮的因素是，有些信號只與電動汽車的內部系統互動，有些則與 5G 網絡等外部系統互動。信號相互依存，因此必須同時進行仿真，以確保安全、可靠和正確的運作，包括與已有的眾多信號共存。

強大而靜謐——能效和里程

消費者對電動汽車的一個主要衡量標準是續航里程，因此在設計電動汽車時，最大限度地提高單次充電的行駛距離是一個重要的考慮因素。能效對燃油汽車來說同樣重要。

噪音、振動和硬度是現代汽車設計的另外三個重要因素。汽車里始終有些部件在移動和振動，在使用新材料的同時減輕重量會帶來新的設計挑戰。

在電動車設計中，聲學仿真和測試非常重要，因為電動汽車沒有內燃機噪音，所以更加安靜。路噪和風湍流會嚴重影響電動汽車的駕駛體驗。在電動汽車上，風吹過側視鏡產生的風噪非常明顯。以前無人在意到的胎噪如今也成為一個潛在的問題。風噪和路噪會嚴重影響消費者對質量的感知。這些因素以及其他對燃油汽車影響不大的許多因素，會對電動汽車產生顯著影響。因此，必須對設計進行重新考量，確保最佳的電動汽車駕駛體驗。

在電動汽車中，機械和電子部件之間日益相互依賴，這可能預示著在打造創新型產品時，越來越需要機械和電子工程師在整個產品開發過程中密切合作。

并行多物理場分析

隨著企業不斷努力提高性能，多物理場交互變得越來越復雜。機械設計師面臨的設計復雜性甚至可能接近電子設計師多年來所面臨的復雜性水平。電子和機械設計的復雜性呈指數級增長，因此需要對整個系統進行整體性分析。

從小型化、形狀參數和空間限制，到 Wi-Fi、藍牙、性能優化和多物理場，設備的復雜性呈指數級增長，帶來了巨大的設計挑戰。越來越多的產品通過某種形式的無線電信號（5G、藍牙、Wi-Fi 或其他傳輸標準）與外界進行通信。

無線電是設計中最具挑戰性的部件之一，因為設計的各個方面都與其他方面彼此影響。設計的關鍵不僅在于天線的形狀，還在于每個連接器、封裝引腳和印刷電路板 (PCB) 走線和外殼的形狀，甚至還要考慮到人們會坐在什么位置使用無線電通信。

在分析此類設計以便進行優化時，必須同時分析（或模擬）設計的每個方面如何影響分析的整個范圍，因為每個電子組件會影響其他組件，包括機械組件和外殼對性能的影響。孤立的仿真測試是遠遠不夠的。

圖為 Cadence OMNIS CFD 工具中的仿真結果圖

對多物理場交互進行仿真時，通常需要同時進行測試，電子工程師在這方面積累的經驗是否也適用于機械工程師？

唯一不變的是變化

機械設計和電子設計的融合才剛剛開始，如今的工程負責人需要打破團隊藩籬，這樣才能進一步優化產品。想要避免代價高昂的設計錯誤，機械工程團隊不能只是交接工作，把設計交給電氣設計團隊后就不管不顧。與整個團隊保持一致非常重要，但這還不夠。機械、電子和算法元素之間相互依賴，因此機械、電子和軟件團隊需要在車輛設計的各個方面密切合作。

互聯技術需要互聯團隊。很少有產品只涉及機械設計。配備了傳感器、軟件和電子設備的產品越來越多。所有的設計（不僅僅是機械設計）都必須無縫交互。這種緊密的交互意味著如今的產品必須作為一個整體進行測試，而不是對各個組件單獨測試，這不僅是為了加快測試和優化流程，也是為了確保準確性。

各個設計團隊各自為政的日子可能很快就會成為歷史——這未必不是一件好事。各個團隊未來將不再局限于討論和分享結果。所有的工程參與者（機械、電氣和軟件）必須作為一個整體進行協同設計。各個團隊應始終了解其他團隊正在進行的工作，彼此影響和引導，最終實現高度創新和優化的設計。