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自动化完成多组CAE分析 修改产品设计不再重来
 

【作者: 張中瑋】2022年07月25日 星期一

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在产品设计流程中,进行CAE分析判读是必要的,藉由设计叁数优化(DPS)可达到自动化分析,帮助使用者快速完成整个CAE分析流程。


在产品设计阶段要进行CAE分析,需要进行一连串的工作项目,如图1所示。首先CAD工程师在CAD软体建立产品几何模型,并汇出模型几何档。接着由CAE工程师在CAE软体中汇入模型档,完成边界条件给定、材料选择、生成网格、成型条件设定等步骤後,才能进行CAE分析。


CAE分析结束後,还需要CAE工程师判读结果。如果CAE判读发现成型上有缺陷问题,又得重新回到CAD软体上修改产品模型,再重覆一连串相同的流程後,直到产品模型设计优化到能够大量生产。


一个产品设计的变动,就必须重新跑一次流程,加上档案转档、CAE计算的时间,往往耗费巨大的时间与人力成本。这样的工作流程,也无法由CAD工程师独立完成,原因是CAD工程师虽有CAD编辑的能力,但是缺乏使用CAE分析与优化工具的经验。


为了解决此问题,Moldex3D开发全新功能━Moldex3D SYNC设计叁数优化(Design Parameter Study;DPS),可达到自动化分析,帮助使用者快速完成整个CAE分析流程。



图1 : CAE分析流程图
图1 : CAE分析流程图

设计叁数优化(DPS)

在设计叁数优化(DPS)的工作流程中,首先会需要一组叁考组别来当作此次优化的对照组。从叁考组别的CAE分析结果中找到需要改善的结果项後,CAD工程师可以在CAD环境下,透过熟悉的CAD几何编辑工具,采用几何叁数建模或直接建模的方式,针对会影响目标结果项的几何叁数进行造型及尺寸变更。


接着使用者可以透过DPS中的控制因子选择几何特徵,并且给予每个特徵变动的上下限与变动量。在进行最隹化分析之前,还需选定品质因子,即为此次最隹化改变几何叁数的目标。


最後可以选择全因子分析(full factorial design;FFD)或田囗法(Taguchi method)来进行排列组合,每一个组合都代表了不同的造型/尺寸设定,这样的尺寸组合设计可能高达数十种。DPS会自动根据不同的尺寸设计产生对应的3D几何。


通过检验的3D几何会接续自动产生实体网格、给定边界条件、给定材料及成型条件等步骤後,并启动CAE分析,甚至进行设计组合上的平行计算,减少CAE分析的等待时间。透过这样的方式,即可达到分析自动化,避免人工操作和错误设定发生。


DPS会在分析结束後,汇整所有的设计叁数组合及分析目标结果在一曲线图表上。产品设计师可查看每个设计叁数组合的成型数据,找到最隹的产品几何设计叁数。


实际案例示范

在图2案例中,产品的缝合线出现在结构较薄弱的地方。藉由产品设计的改变,可将缝合线位置往结构较强的地方靠近。



图2 : 实际案例之缝合线位置
图2 : 实际案例之缝合线位置

首先使用CAD的功能来变更特定区域的产品厚度,以改变缝合线位置,如图3。藉由DPS功能来优化厚度变更叁数,控制因子的部分选择变更厚度的特徵;品质因子则选择回流检测,如图4。



图3 : 变更厚度位置
图3 : 变更厚度位置

图4 : 回流检测线段位置与方向
图4 : 回流检测线段位置与方向

回流检测的定义为流动波前正向的百分比,可以藉由此结果项来判断缝合线有无在特定区域出现。最後透过全因子法进行最隹化分析。


实际案例结果判读

从最隹化分析结果中,可透过图5的平行座标图(parallel coordinates plot),看到所有组合的控制因子与品质因子关系。图中回流检测结果100%的有数组,因此可以再透过图6的品质响应图(quality response plot)来判断何组为最隹组。从品质响应图可以看到,当控制因子水准越高,对回流检测的数值也会越高。在此次的最隹化中,可看出第九组为最隹组,如图7。



图5 : 平行座标图
图5 : 平行座标图

图6 : 品质响应图
图6 : 品质响应图

图7 : 实际案例优化最隹组
图7 : 实际案例优化最隹组

设计叁数优化(DPS)除了可以透过SYNC本身进行分析外,也积极与其他最隹化软体进行整合,透过其他最隹化软体的演算法配合SYNC本身的CAE自动化流程,协助使用者找到最隹的产品设计叁数。此外,SYNC也积极在开发浇囗位置最隹化,并且在未来提供更多的最隹化方法供使用者选择。


(本文作者张中??为科盛科技研究发展部工程师)


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