從“ 正向設計” 角度如何對“ 電子熱管理”進行全局診斷

1   電子熱管理：從”被動防護”到”正向設計”躍遷

當前，電子熱管理技術正經歷從“被動防護”到“正向設計”的范式躍遷。電子熱管理的核心在于高效、精準、低成本地解決電子產品的熱害問題，需要精確的數據、契合的模型、標準化的研發流程和科學的評價體系。“正向設計”指以系統工程理論、方法和過程模型為指導，面向復雜產品和系統的改進改型、技術研發和原創設計等場景的設計方法。

過去半個多世紀以來，Ansys（2025 年6 月被新思科技收購）和西門子等是電子熱管理方面的大牛。如今，國產黑馬——魯歐智造橫空出世，其已掌握了熱測試、熱分析以及熱數字孿生底層的原理及模型，成為了半導體熱測試領域長期被國外巨頭壟斷的破局者。

不久前，魯歐智造在京主辦了第三屆用戶大會，與合作伙伴一起圍繞熱數字孿生與TDA（熱設計自動化）工具鏈進行交流。董事長羅亞非從“正向設計”的基石開始，探討了熱數字孿生技術的體系，介紹了該公司在熱管理方面的布局規劃。

2   正向設計的基石

1）測量

多年來，羅亞非董事長參與過很多客戶的實際項目，發現底層設計時最核心的一個點是測量。

實際上，如果追溯人類科學史，會發現如果離開了測量，今天的科學將會一無所有，整個科學大廈會垮塌。因為我們今天用到的所有工具、數據、工程模型都建立在測量的基礎上。國際單位制有7 個基本單位——米、千克、秒、安培、開爾文、摩爾、坎德拉，它們幾乎每天都被用到，可見測量是構建科學大廈的一個最基礎的方面。

在電子熱管理領域，會衍生出很多新的技術單位，諸如電壓、電阻、電容、電感、熱傳導的熱導率等，這些也離不開這7 個基本單位。否則，無論是計算、仿真還是工程設計等都無法進行。所以測量是所有正向設計的起點。

2）數學

在測量之后是數學。數學是唯一可以跨越時間、空間、文化、種族、物種進行交流的語言。例如人們可以說不同的語言，但是在討論數學問題時卻是統一的。如果離開數學，人類文明也將徹底倒退至原始狀態，可能無法延續至今。

3）建模

之后就要建模。建模是科學研究的核心方法論之一。它通過抽象、簡化和數學化顯示世界，幫助科學家理解復雜現象，預測未來行為，以指導技術創新。

在整個工程和科學領域，有很多定律，例如牛頓三大定律，愛因斯坦相對論的公式，以及現代統計學的核心就是如何用模型去描繪今天的客觀世界，例如社會的金字塔人才結構。可見，模型無處不在，科學界有關于自然規律的建模，在社會科學中有對組織行為的建模。

只有把模型建出來了，我們才能在模型的基礎上進行更加復雜詳細的設計。例如今天做的新能源汽車，可以達到上萬個零部件，如果不給它建模，整個設計將無從做起。

所以在做實際的幾何建模時，背后還有很多科學建模，包括行為建模、可靠性模型等。從測量到建模之后怎樣評估它的壽命，以及評估在實際應用場景的使用方法？最終都是兩個字：建模。

4）仿真

建模使人類的科學走向了星辰大海。從科學來到了工程領域，要把這些建好的模型/ 知識用起來，因此還要做一件重要的事情——仿真。

仿真是連接理論與實驗的橋梁，是現代工業的核心之一。從20 世紀末到今天的21 世紀，在工程的發展史上，仿真變得越來越重要。因為模型越來越復雜，我們要處理的物理問題越來越多，僅靠人類自己的雙手、大腦已經做不下去了。例如航天、汽車、芯片、未來的低空經濟等離不開仿真。

在仿真領域里，做出第一大杰出貢獻的是馮·諾伊曼（1903—1957，匈牙利猶太裔美籍），他發明了今天計算機最基礎的架構。只有在計算機的輔助下，人類的算力才得到了指數級的爆發性增長。在算力達到了一個新高度時，人們才有可能通過計算機把科學的定律、知識等運用起來，最后可以快速地得到一個工程計算的結果，這就是仿真。

5）仿真中的熱數字孿生

有了計算機的知識以后，仿真領域發展得越來越快。在流體仿真領域，開創先河的大師是斯波爾丁（1923—2016，英國），他是英國帝國理工大學的教授，在CFD（計算流體力學）領域可謂第一人，發明了有限體積分析法。此后，還有克勞夫（1922—2016），他雖然沒有那么有名，但也是有限元領域的提出人。所以從流體仿真的歷史影響力來看，他們都非常值得人們尊敬、紀念。

接下來在仿真的發展史上，出現了世界聞名的Ansys（1970 年成立，2025 年被新思科技收購）等公司，相信未來還會有更多的團隊和公司涌現，向業界提供更多更好的解決方案。

3 設計與測試相生相伴

正向設計的一個標準流程是 V 字模型。

圖 正向設計的流程

從V字的左上角開始，首先做需求分析，然后是系統設計、架構設計、模塊設計，是一層層的建模。從最頂層抽象的模型開始，是需求。接下來是架構設計，例如做汽車，需要方向盤、動力系統、電池系統、馬達……，以及怎么去互聯，信號怎么去傳輸，動力怎么去驅動。接下來，用什么樣的底層通信協議、模塊。是一層層地設計、建模。

在建模過程中要不斷地測試，來驗證做出來的實物是否與設計一致。先從最小的單元測試開始；測完之后做組合在一起的功能測試；然后再合成一個更大的系統，做系統測試；最后到交付的時候，要做放行測試。最終這個產品才到了用戶的手里。

所以今天的汽車用戶不用擔心愛車什么時候會壞，因為背后全部是由工程數據的采集、數學的計算、模型的使用來支撐的。實際上，當今的復雜系統離不開從數學到建模、測量的過程。

4   熱管理體系

熱管理是一個細分領域，也脫不開科學體系的金字塔。

圖 熱數字孿生技術體系

從科學體系上看，我們在研究客觀世界的時候，第一件事是測量。以天文學為例，觀測、測量第一看星星怎么動，發現東升西落。然后開始建模，用像中國的日晷一樣去采集數據。第三是做數據分析。當分析出很多有用的數據后，變成信息。這些信息最終通過一些科學家或大腦比較活躍的人把它們變成了模型。例如牛頓萬有引力定律，流體仿真領域的方程式。把它們變成了知識，就非常厲害了。因為知識具備傳承性，可從一個個體傳到了另一個個體，最終成為一個群體的財富。一旦形成知識了，就可以用來解決更多深層次的問題，并得以流傳下來。人類科學傳承了幾千年，積累形成了今天的科技文明，我們可以用這些知識去解決各種各樣的工程問題、科學問題以及社會問題，為人類創造更好的未來。

5   魯歐智造的解決方案

第一步，解決測量問題。目前已經向客戶交付了熱測試的設備，主要是做結構測試和半導體芯片相關的瞬態熱阻測試，以及衍生出來的可靠性測試，還有光學-熱學聯合測試等儀器和設備。

例如，“赤霄”系列的質檢設備是魯歐智造自主研發推出的定制化解決方案，可利用瞬態熱測試技術實現產線上的快速無損全檢；可實現器件、模組乃至產品級別的多層次同時檢測及判定；可利用產線上回收積累的檢測數據，優化判定算法，提高檢出率，進一步降低不良品的流出風險。

魯歐智造也在做數學上的數據處理軟件，已經成為測量設備的一部分。下一步會推出更多可以創造新知識的數學工具。

有了數學產品之后，魯歐智造開始以建模為中心，推出了熱數字孿生體系。這是對整個熱管理行業的底層知識做研究，積累實驗分析數據，以建立一套完整的建模體系及評估體系，并最終把這些模型傳遞到仿真里。

在仿真領域，魯歐智造推出了新產品—— 多物理場FASIM仿真平臺。它提供了流體動力學，電子散熱、結構、電磁和光學的多物理場仿真模塊，具備快速建模、高精度計算、操作界面簡潔三大優勢。期望不久的將來，FASIM仿真平臺在中國成為一個行業標準化的產品；在更遠的未來，可以超過國外的一些主流產品，成為仿真領域的技術領導者。

（本文來源于《EEPW》202508）