這單元主題【F-C-A-I-V/C-I】乍看起來，會有點摸不著頭緒，要怎麼應用這樣的思維程序在工程設計分析呢？需要花點工夫熟悉這個理念，相信會讓常在執行設計分析工作的工程師，耳目一新。
首先，對【F-C-A-I-V/C-I】作個簡單的定義說明：
1.
Function：功能/目的
2.
CAE(FEA)：電腦輔助工程分析(computer aided engineering, CAE)，有限元素分析(finite element analysis, FEA)
3.
Analysis：分析
4.
Index：指標、評估指標、性能指標
5.
Value/Criterion：指標對應的數值/指標對應的允收標準
6.
Improvement：改善、因應對策
1.
模型驗證(model verification,
MV)：針對系統結構，分別透過分析與實驗的解析，比對驗證系統模態參數相吻合，以確認結構系統之分析模型的正確性。
2.
響應預測(response prediction,
RP)：引用驗證後的結構系統分析模型，設定外力負荷條件以及邊界狀態，可以進行響應預測，得到設定的性能指標(performance index)。
3.
設計變更(design modification,
DM)：透過模型變更(model modification)，可以對結構系統分析模型，進行如幾何形狀尺寸的設計變更，並進行虛擬測試(virtual testing, VT)。
首先，參閱右方圖示，進行模型驗證MV的三個主要步驟：
1.
對UV車架「分析模型」進行「有限元素分析」(FEA)：由分析得到對應「實際UV車架結構」之「有限元素模型」的模態參數，包括：自然頻率及模態振型。
2.
對「實際UV車架結構」進行「實驗模態分析」(EMA)：量測得到「實際UV車架結構」的FRF，進行曲線嵌合(curve fitting)，得到「實際UV車架結構」的「模態參數」，包括：自然頻率、模態振型、及模態阻尼比。
3.
驗證比較：由FEA分析與EMA實驗分別得到的模態參數，進行比較，如果相符，就達到「模型驗證」的目的，驗證了UV車架的「分析模型」能夠「等效」於「實際UV車架結構」。由模態振型比較表中，呈現物理意義對應的模態，其自然頻率誤差，除了E-05模態-24.32%，其餘模態皆在+/-7.7%以內，所以，達到模型驗證的目標。
其次，要進行結構的響應預測RP，預定的設計目標：
1.
車架結構輕量化設計，降低15%以上的重量。
2.
車架結構的性能指標，包括：彎曲剛性(bending stiffness)以及扭曲剛性(torsion stiffness)，要比原始結構要高。
所以，在響應預測RP，要進行結構的彎曲剛性分析及扭曲剛性分析，取得原始結構的兩個性能指標：彎曲剛性(bending
stiffness)以及扭曲剛性(torsion
stiffness)。
最後，啟動模型變更，對結構系統分析模型，進行如幾何形狀、尺寸的設計變更DM，並反覆執行響應預測RP直到達成設計目標。
當要引用【F-C-A-I-V/C-I】思維程序，首先當然就是Function功能目的，本案例就有三個目的：MV、RP、及DM。
在Function 是模型驗證MV時：CAE的思考，就是採用FEA商用軟體進行解析。Analysis需要進行結構的模態分析(modal analysis)，以能夠取得判斷模型驗證的Index評估指標，也就是結構的模態參數，自然頻率及模態振型，更明確的Index就是FEA與EMA兩者自然頻率的誤差百分比，要越小越好。判斷MV成功與否的允收標準Criterion，自然頻率的誤差百分比，本案例在+/-7.7%以內。如果，未達Criterion，就需要進行Improvement，修正分析模型的參數設定，直到符合自訂的Criterion要求。
在Function是響應預測RP時：CAE當然是採用MV驗證後的分析模型，在Analysis需進行結構靜力分析(static analysis)，分別取得車架結構的兩個性能指標Index，彎曲剛性(bending stiffness)以及扭曲剛性(torsion stiffness)，Index還包括車架的重量。以原始結構的剛性值Value，為允收標準Criterion。而重量的允收標準是低於原始重量15%。
在Function是設計變更DM時：CAE及Analysis與RP相同，評估的性能指標Index，包括：重量、彎曲剛性、扭曲剛性，都有明確的允收標準Criterion，透過DM的不同結構設計Improvement作業及對應RP分析，持續反覆DM及RP，直到Index的數值Value，達到允收標準Criterion，亦即完成Improvement，達成DM的目標。
本單元以實際的UV車架結構設計變更流程，帶入【F-C-A-I-V/C-I】思維程序，以探討模型驗證MV、響應預測RP、及設計變更DM的實務應用，希望透過此案例在【F-C-A-I-V/C-I】思維程序的應用，讓讀者有進一步的了解與體會！
以上個人看法，請多指教！
王栢村
2018.10.09
圖1：【F-C-A-I-V/C-I】思維程序之UV車架結構變更設計流程
圖2：【F-C-A-I-V/C-I】思維程序之UV車架模型驗證MV
圖3：【F-C-A-I-V/C-I】思維程序之UV車架響應預測RP
圖4：【F-C-A-I-V/C-I】思維程序之UV車架設計變更DM
