“我需要一把刷子。”
如果有人给你这样的指示，你会怎么做，而他的回答是:“请您说得更具体一些好吗?”会被认为不合适吗?如果你完全不知道他或她的意图，这是一个很难满足的要求(或要求)。这几乎和“给我一块石头”的管理理论一样糟糕，只不过这只是一种确保你的员工永远不确定他们是否在做正确的事情的方法，所以他们仍然紧张和有压力;手里拿着腻子。不，在这种情况下，我们只是假设沟通能力差，没有权谋诡计。
所以你需要做很多工作来覆盖所有可能的基。他或她是在找牙刷吗?画笔?毛刷吗?无刷电机上的电刷?可能不是在找灌木(那就是“给我一些刷子”，除非英语不熟练——那么这也可能是一种可能性)。
关键是，当你知道意图时，你可以更有效地满足请求。对于客户支持来说，这是一个特别有用的工具:“你能做xyz吗?“那么，你想要达到什么目的呢?”
但即使你知道牙刷的用途，这仍然不能给你足够的信息来保证成功。硬猪鬃吗?软吗?那些傻乎乎的肥毛，让这个东西看起来很科技，价格还要加3美元?知道这是一把牙刷至少可以让你去正确的地方购买，但你仍然必须填写几个参数，以确保你得到正确的牙刷。
这一概念已广泛应用于电路的EDA;这就是抽象的意义所在，尤其是对于数字区块。给定意图，你知道一个特定的晶体管将如何使用，你不再需要建模晶体管的所有细节;只有那些重要的，那些被推上块接口作为更高级别的值和参数。这让你可以做出简化的假设，并且随着方程式中的分量的减少，数学也会“退化”。
虽然这在电子产品中很常见，但在机械设计中就不那么常见了。毕竟，如果你要创建一个新的自定义形状，你几乎必须在最低水平上建模，首先(或接近)原则来获得所有的应力、场和温度通量。因此，在最基本的情况下，机械CAD工具允许您在所有三维空间中指定一个3D对象，或者通过定义一个2D对象，然后将其挤压到第三维空间中。然后使用有限元分析进行模拟，为了获得最佳精度，要建模的点的数量可以非常大。
但是MEMS是一种非常特殊的机械设计类型，一个给定结构可能使用的方式的数量急剧下降。这使得用户可以通过选择特定的元素，然后提供一些剩余的参数来表达意图。
当我在MEMS执行大会上与covenor坐下来讨论他们最新的3.0 MEMS+工具发布时，有一些基本的事情似乎值得深入研究。最基本的是他们的元素库:他们认为什么是MEMS的基本结构集?还有一些新的建模概念值得探索。
从高层来看，拥有一个库可以简单地看作是节省时间:您不必绘制这个元素;只要从列表中选择它，然后继续，就像你从头开始画它一样。但事实上，它不止于此。选择一个库元素现在指定了意图:它不是一个随机形状，而是一个以典型方式使用时具有已知属性的形状。这样既可以简化系数为零，也可以提高计算的准确性。
简单地说，从库中提取的项是从更一般的模型退化而来的。在我们将要讨论的大部分内容中，除了一个特殊的例外，这变成了利益。堕落是件好事(不管你妈妈说什么)，因为它让生活简单得多。基础分析仍然使用有限元素，但计算可以减少数量级。
考文特库本身分为三组:机械元素、机电元素和流体元素。每一个都有子类别。
(礼貌Coventor)
最简单的机械元件是板。也就是说，可以在二维上画出来的东西，第三维是用来形成平板的薄膜或材料的厚度。但即使在这里，也有两类:刚性板和柔性板。刚性板是退化的柔性板;不需要考虑板块变形。为了给出这样做所产生的节省的概念，一个刚性板可以用六个未知数建模。在没有这种意图表达的情况下，可能会有数万或数十万个未知数需要解决。
如果需要考虑非刚性，MEMS+现在支持两种类型的模型:所谓的“壳”和“砖”模型。Shell模型乍一看像退化的砖模型:它们没有在顶部和底部使用节点;就在中间。因此，它们更适合具有较大x/y范围的元素，而z的作用较小。
相比之下，砖模型更明确地模拟了第三维度。这增加了分析时间的准确性和建模灵活性。砖模型是最新的MEMS+版本的新功能。
它可能看起来像一个贝壳是一个退化的砖，但从数学的角度来看，这并不完全正确。壳层模型的节省不是由于将大方程分解成小方程:根据Stephen Breit的说法，壳层数学实际上是完全不同的，有它们自己的复杂性和复杂性。因此，壳的建模方法与砖的建模方法不明显。
除了板之外，我们还讨论了梁，这是一种细长的元素，可以在一端或两端支撑。它们也有两种不同的建模方法。最简单的是伯努利模型，它为梁的每一端分配一个节点;每个节点有三个自由度。对于较短的梁或需要考虑扭转等更复杂的“行为”时，这种方法就会失效。然后使用Timoshenko模型，再次以分析速度换取准确性。Timoshenko建模是MEMS+ 3.0的新技术。
下面这张来自covenor的图说明了复杂性的增加。最简单的模型是伯努利梁模型;Timoshenko建模顺序为2、3或4。除此之外，梁被更普遍地显示为一个矩形，使用一个宽度为1阶，长度为2阶和4阶的壳模型。为了更高的精度，还可以指定梁的砖模型，现在可以在所有三个维度上工作到五阶。
(礼貌Coventor)
最后一类机械结构被称为“细长悬架”。这些真的是光束的组合。理论上，您可以通过将梁相互连接来构建它们，但是通过从库中选择它们，您不必花费时间来构建它们，并且要计算的节点数量也减少了，因为元素之间的接口可以“平滑”或简化。目前，这些器件是用伯努利光束模型来模拟的。
接下来我们进入机电领域(当然是MEMS中的EM)。这里最简单的元素是电极，但它们区分了顶部/底部电极和侧面电极。这是因为MEMS设备的构建方式:一层一层。使用顶部/底部电极，你在一个层上绘制形状;这可以比它提供接触的MEMS元件大或小。唯一需要的其他主要参数是它将被绘制的层。
相比之下，侧电极有一个固定的高度，由它们形成的层的厚度决定;这使得它们更容易创建。它还说，电极的高度不能与由该层制成的其他元素的高度不同;与顶部/底部电极不同，在两个电极尺寸中没有重叠或下搭的可能。
梳子是非常常见的结构，因为它们被用于电容感应和驱动。从库中获得这样一个难以绘制的元素是很自然的。压电层是最后一类，在机电驱动和传感方面也很常见。
最后，为了充分理解MEMS元件的行为，流体分析的需求越来越大。covenor之前已经建立了压力模型，但现在又增加了两种更复杂的流体行为，以捕捉气体(或没有气体)对移动结构的影响。
其中较简单的是流体室，主要用于麦克风建模。它假设压强处处相等。相比之下，挤压薄膜元件既能捕捉弹簧(无损)行为，也能捕捉阻尼(有损耗)行为，并且允许在腔室的不同点处有不同的压力，并对传播压力的动力学进行分析。
所有这些元素都有适合上下文的参数，这些参数泛化了元素的形状——同时修复了其他一切。你可以指定一个刚性板的形状，但你不能指定弯曲的应力/应变参数，因为那样它就不再是刚性的。但是，为了向MEMS制造致敬，所有形状都有一个看起来很奇怪的参数:穿孔。这样可以在需要时释放元素。
如前所述，尽管通过库元素选择来表达意图简化了许多数学运算，但它也为covenor提供了深入研究的机会，以便保留的数学运算是准确的。事实上，它可能比您尝试手工构建元素得到的结果更准确。而且，在某些情况下，它可能比需要的更准确。所以它们允许一定程度的简化，就像你可能在电路世界中发现的那样。你可以对小的元素使用高精度，比如对单个晶体管使用SPICE，但是对全系统分析使用更简单的模型，比如数字模拟。
在许多情况下，一个更简单的模型就可以了，但受过良好教育的机械设计师可能会怀疑精度是否足够好。更复杂模型的可用性通常有助于说服这些设计人员，事实上，更简单的模型是足够的，可以节省大量的计算时间。
另一个现实是，这些机械元件正在进入电子系统。本地化的机械模型最终将被导入Cadence等公司的EDA工具中，这类工具的用户通常没有耐心进行长时间的模拟。更简单的模型也能让这些人开心。
Coventor展示了一个陀螺仪模型的例子，它一开始非常完整和复杂，后来逐渐简化，模拟时间几乎提高了50倍。
(礼貌Coventor)
这种处理复杂或简化模型的灵活性最终是由一个简单的概念带来的:意图。因为这些元素被用于非常特定的方式，绘图和分析时间都可以显著缩短。它使机械和机电设计更接近我们多年来在电子设计中所习惯的设计。
现在去拿刷子，你这个堕落的人。
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这里我们看了covenor的元素本体。这与你看待世界的方式相符吗?你是用同样的方式还是不同的方式来组织事情?