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虛擬原型可節省時間、降低成本並為CAD模型注入新想法

  • 賴姿侑

您可以使用Pro/ENGINEER Mechanica分析模型並迅速地找出問題區域。更新設計後,您可以輕鬆地重新執行分析,不需從頭再做一遍。

不管你稱它為模擬、分析或虛擬原型,無庸置疑的是,中小企業已逐漸使用知名企業發行的工具,在桌面分析產品效能以達到降低成本與加速產品開發週期時間的目標。與文書處理軟體檢查書面文件完整性的功能類似,目前的虛擬模擬工具能協助驗證設計的完整性,而且能在設計的同時進行,這樣一來能省下許多製造時間、精力與成本。

第一次就做對

設計流程中在正式製造設計之前,虛擬原型必須利用診斷應用程式來測試 。

3D CAD模型的密合度與功能(如強度、機械移動等)。如果設計工程師能針對模型實際運作收集較多的資訊,則工程師就可以準備較少的原型進行現場測試。汽車、太空與國防、高科技與其他產業中都有許多前例證明,企業能藉此減少建立實體原型的成本與時間。然而,虛擬原型能做的不只是去除或減少實體原型的數目。這個強大工具能協助企業在設計流程早期找出問題,因為在這個階段修復問題是較容易且成本較低的。越早進行此工作,就能開發出更高品質的產品,符合客戶的所有需求。此外,虛擬原型能找出實體原型無法偵測的深入要點。舉例來說,工程師可以使用分析工具來測試齒輪箱的3D模型,切割模型的橫截面來評估壓力與位移,對設計進行修改,然後再次進行效能評估,而且可以在短時間內不斷重複這個流程。實體模型就無法提供這種速度與彈性。

3D模擬:簡要入門

一般來說,目前的分析應用程式大多在檢查熱能、結構強度、運動學與機構動力學。產品的強度一般是由有限元素分析 (FEA)應用程式來測試,運動學則分析產品的移動方式,讓我們了解某個部位是如何在其運動範圍內移動,對於相連的組件是否會形成干涉。最後再由機構動力學做更進一步的分析。一但了解產品移動方式,同時考慮質量、摩擦等因素後,就能了解包含的力學資訊。拜某些成本較低且易使用的分析應用程式之賜,中小企業的設計工程師就能執行上述測試,而不需要像許多大型企業一樣依賴分析專家。

然而,對未接受過專業訓練的中小企業設計工程師而言,這可能是個難以承受的重擔。如果因為中小企業沒有足夠的技能或時間而無法執行模擬與分析,那麼這個工作很可能就會被略過,後果可能不堪設想:有可能造成產品效能不彰、流失客戶或甚至必須回收產品。為了保險起見,以設計師為重的分析可以達到事半功倍的效果。但中小企業若要發揮其最大功效,企業經理與設計師都必須全力解決下列挑戰。

避免隨意變換 CAD與分析程式

在設計 /分析流程中,如果設計師必須從3D設計應用程式中將模型匯出,然後再匯入其他分析工具,就有可能危及測試的效率與 /或精度。此外,這些應用程式缺乏整合,因此有可能使疊代流程變得費時且緩慢。

事實上,當不同的應用程式共享時間幾何時,必須先進行轉譯。這類的檔案交換通常由業界標準的IGES或 STEP轉換器處理,就像是匯出 /匯入流程的中繼階段。這些最小公分母轉換器可能會遺漏許多資訊,如指定材料或建模單位等。如此一來,設計工程師就必須在測試應用程式中重新建立這些資訊,而且每次模型換到另一個應用程式時,就得再重複一次。這樣還談什麼快速設計!

隨著測試項目越多、重建模型所需的時間與精力越多,透過轉換器傳遞檔案會增加疲乏與錯誤的機會。如果設計師對測試應用程式又不熟悉,這個方法就非常地危險,也難怪執行測試的時間與錯誤發生的風險都會增加。

如果分析軟體能完整地與 CAD軟體整合,設計工程師就能免除這些風險。有了整合式設計 /分析解決方案,不但可以免去資料轉換,設計師也不再需要努力重建模型或學習新的介面與工作流程。而且,當工程師在分析工具中測試設計時, 

CAD應用程式也會即時地更新模型,反之亦然。舉例來說,如果設計師增加某個零件的重量,測試應用程式就會自動更新測試資訊以反映這個變更。而且,因為建模應用程式與測試應用程式使用的是相同的 CAD檔案,所以更新絕對是即時且正確的。

虛擬原型的優點

隨著中小企業與設計工程師對分析工具與技術的知識與經驗不斷增價,虛擬原型可用來減少產品開發時間與成本。在大多數情況下,企業能夠減少產品開發程式所需的實體原型數目。但是在其他的案例中,虛擬原型還可以在設計週期初期找出問題,在成本與時間都花費較小的狀況下進行變更,這才是虛擬原型重要的優點。

現今市場競爭激烈,若想繼續提供高品質的產品,中小企業就必須仔細思考虛擬原型的重要性,並慎重考慮將其納入您的商業策略中。

廠商觀點:PTC

PTC的 Pro/ENGINEER產品系列不只有適合中小企業用來設計高效能產品的完整分析應用程式套件,這些解決方案還能完全與 Pro/ENGINEER CAD軟體整合。要執行測試時,只要直接使用Pro/ENGINEER介面就能叫出設計,不需要資料轉換就能得到即時的測試結果。

Pro/ENGINEER Mechanica的獨特分析與模擬技術並不依賴網格大小來控制解決方案的精度。相反地,該程式會自動調整增加網格元件的數量,以提升解決方案的精度,這麼一來,確保正確結果的責任會落在軟體本身,而非使用者身上(如設計工程師)。如此一來,工程師能著重在創新產品,而非熟練分析軟體!這有助於減少測試時間,但卻不會損害測試的精度。

打造可靠成果

有了 PTC的分析軟體,中小企業能放心採用虛擬原型,因為測試結果都是正確且一致的,而分析花費的時間都是值得的。而且,設計工程師能在工作流程中進行分析工作,而不需要改用不熟悉或非直覺式的應用程式。他們的分析將會獲得可靠的結果,而虛擬原型能協助設計師建立模型,這些模型製成產品後的效能就跟在工作站時一樣傑出。(以上資訊由參數科技提供,DIGITIMES整理。)