Moldex3D模流分析之设计参数优化流程

在产品设计时间要进行CAE分析，需要进行一连串的工作项目，如图一所示。首先CAD工程师在CAD软件建立产品几何模型，并导出模型几何文件。接着由CAE工程师在CAE软件中汇入模型文件，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后，才能进行CAE分析。CAE分析结束后，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软件上修改产品模型，再重复一连串相同的流程后，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，加上档案转文件、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设计参数优化(Design Parameter Study)，可达到自动化分析，帮助使用者快速完成整个CAE分析流程。

图一 CAE分析流程图

Moldex3D SYNC 设计参数优化(DPS)

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

接着使用者可以透过设计参数优化(DPS)中的控制因子选择几何特征，并且给予每个特征变动的上下限与变动量。在进行优化分析之前，还需选定质量因子，即为此次优化改变几何参数的目标。最后可以选择全因子分析(full factorial design, FFD)或田口法(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几何会接续自动实例化网格、给定边界条件、给定材料及成型条件等步骤后，并启动CAE分析，甚至进行设计组合上的并行计算，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。

设计参数优化(DPS)会在分析结束后，汇整所有的设计参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参数组合的成型数据，找到最佳的产品几何设计参数。

实际案例示范

图二案例中，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。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，如图三。藉由DPS功能来优化厚度变更参数，控制因子的部分选择变更厚度的特征；质量因子则选择回流检测，如图四。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。最后透过全因子法进行优化分析。

注：所谓「回流检测」是指：需要指定一线段并设定方向，计算流动波前时间在此线段上的分布，取得数值变化的趋势(流向)与设定方向符合的程度。此质量因子数值越大，表示此区域的波前方向越一致，即缝合线生成的位置越远离或没有。

图二 实际案例之缝合线位置

图三 变更厚度位置

图四 回流检测线段位置与方向

实际案例结果判读

从优化分析结果中，可透过平行坐标图(parallel coordinates plot)(图五)，看到所有组合的控制因子与质量因子关系。图中回流检测结果100%的有数组，因此可以再透过质量响应图(quality response plot)(图六)来判断何组为最佳组。从质量响应图可以看到，当控制因子水平越高，对回流检测的数值也会越高。因此在此次的优化中，第九组为最佳组，如图七。

图五 平行坐标图

图六 品质响应图

图七 实际案例优化最佳组

更多有关设计参数优化(DPS)

设计参数优化(DPS)除了可以透过Moldex3D SYNC本身进行分析外，也积极与其他优化软件进行整合，透过其他优化软件的算法配合SYNC本身的CAE自动化流程，协助用户找到最佳的产品设计参数。除此之外，SYNC也积极在开发浇口位置优化，并且在未来提供更多的优化方法供使用者选择。