科盛科技研究發展部 工程師 張中瑋

在產品設計階段要進行CAE分析，需要進行一連串的工作項目，如圖一所示。首先CAD工程師在CAD軟體建立產品幾何模型，並匯出模型幾何檔。接著由CAE工程師在CAE軟體中匯入模型檔，完成邊界條件給定、材料選擇、生成網格、成型條件設定等步驟後，才能進行CAE分析。CAE分析結束後，還需要CAE工程師判讀結果。如果CAE判讀發現成型上有缺陷問題，又得重新回到CAD軟體上修改產品模型，再重覆一連串相同的流程後，直到產品模型設計優化到能夠大量生產。一個產品設計的變動，就必須重新跑一次流程，加上檔案轉檔、CAE計算的時間，往往耗費巨大的時間與人力成本。這樣的工作流程，也無法由CAD工程師獨立完成，原因是CAD工程師雖有CAD編輯的能力，但是缺乏使用CAE分析與優化工具的經驗。

為了解決此問題，Moldex3D開發全新功能－Moldex3D SYNC設計參數優化(Design Parameter Study)，可達到自動化分析，幫助使用者快速完成整個CAE分析流程。

圖一 CAE分析流程圖

Moldex3D SYNC 設計參數優化(DPS)

在設計參數優化(DPS)的工作流程中，首先會需要一組參考組別來當作此次優化的對照組。從參考組別的CAE分析結果中找到需要改善的結果項後，CAD工程師可以在CAD環境下，透過熟悉的CAD幾何編輯工具，採用幾何參數建模或直接建模的方式，針對會影響目標結果項的幾何參數進行造型及尺寸變更。

接著使用者可以透過設計參數優化(DPS)中的控制因子選擇幾何特徵，並且給予每個特徵變動的上下限與變動量。在進行最佳化分析之前，還需選定品質因子，即為此次最佳化改變幾何參數的目標。最後可以選擇全因子分析(full factorial design, FFD)或田口法(Taguchi method)來進行排列組合，每一個組合都代表了不同的造型/尺寸設定，這樣的尺寸組合設計可能高達數十種。DPS會自動根據不同的尺寸設計產生對應的3D幾何。通過檢驗的3D幾何會接續自動產生實體網格、給定邊界條件、給定材料及成型條件等步驟後，並啟動CAE分析，甚至進行設計組合上的平行計算，減少CAE分析的等待時間。透過這樣的方式，即可達到分析自動化，避免人工操作和錯誤設定發生。

設計參數優化(DPS)會在分析結束後，彙整所有的設計參數組合及分析目標結果在一曲線圖表上。產品設計師可查看每個設計參數組合的成型數據，找到最佳的產品幾何設計參數。

實際案例示範

圖二案例中，產品的縫合線出現在結構較薄弱的地方。藉由產品設計的改變，可將縫合線位置往結構較強的地方靠近。首先使用CAD的功能來變更特定區域的產品厚度，以改變縫合線位置，如圖三。藉由DPS功能來優化厚度變更參數，控制因子的部分選擇變更厚度的特徵；品質因子則選擇回流檢測，如圖四。回流檢測的定義為流動波前正向的百分比，可以藉由此結果項來判斷縫合線有無在特定區域出現。最後透過全因子法進行最佳化分析。

註：所謂「回流檢測」是指：需要指定一線段並設定方向，計算流動波前時間在此線段上的分布，取得數值變化的趨勢(流向)與設定方向符合的程度。此品質因子數值越大，表示此區域的波前方向越一致，即縫合線生成的位置越遠離或沒有。

圖二 實際案例之縫合線位置

圖三 變更厚度位置

圖四 回流檢測線段位置與方向

實際案例結果判讀

從最佳化分析結果中，可透過平行座標圖(parallel coordinates plot)(圖五)，看到所有組合的控制因子與品質因子關係。圖中回流檢測結果100%的有數組，因此可以再透過品質響應圖(quality response plot)(圖六)來判斷何組為最佳組。從品質響應圖可以看到，當控制因子水準越高，對回流檢測的數值也會越高。因此在此次的最佳化中，第九組為最佳組，如圖七。

圖五 平行座標圖

圖六 品質響應圖

圖七 實際案例優化最佳組

更多有關設計參數優化(DPS)

設計參數優化(DPS)除了可以透過Moldex3D SYNC本身進行分析外，也積極與其他最佳化軟體進行整合，透過其他最佳化軟體的演算法配合SYNC本身的CAE自動化流程，協助使用者找到最佳的產品設計參數。除此之外，SYNC也積極在開發澆口位置最佳化，並且在未來提供更多的最佳化方法供使用者選擇。