前一個單元：【應用【F-C-A-I-V_C-I】思維程序於工程設計分析：多功能車車架結構的模型驗證與基於結構剛性之輕量化設計】，第一次介紹了【F-C-A-I-V/C-I】思維程序於產品的變更設計。這個單元，也是應用此【F-C-A-I-V/C-I】程序，於和弦鐵琴片的開發設計。
甚麼是【和弦鐵琴片】呢？屏科大振動噪音實驗室取得了台灣的發明專利：【王栢村，謝明憲，趙天麒，2016，「鐵琴和弦片構造」，中華民國發明專利，發明第I 515718號】。這個和弦鐵琴片，敲擊後，一次就可以發出三個音階頻率。例如：大三和弦Cmaj、CM、或簡寫為C和弦，有Do、Mi、So三個音階。所設計的C和弦鐵琴片，經敲擊後，可以發出Do、Mi、So三個音階的聲音組成，所以稱之為【和弦鐵琴片】。
在此，先回顧一下甚麼是【F-C-A-I-V/C-I】，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：因應對策及改善作業。
以上，是由分析方法的角度，所需進行的步驟，參閱圖示。另外，也可以由實驗方法的角度，訂出【F-S-M-I-V/C-I】的思維程序，有別於分析流程，第2及第3個步驟，是以S-M，取代了C-A，說明如下：
2.
Sensor：感測器。
3.
Measurement：量測。
以下，就引用【F-C-A-I-V/C-I】分析方法，及【F-S-M-I-V/C-I】實驗方法，依序說明和弦鐵琴片的開發設計分析流程：
1.
Function：目的當然就是設計出一個鐵琴片，經敲擊後，能夠發出如C和弦，三個音階頻率的聲音，也就是，具和弦音鐵琴片之設計開發。
2.
分析方法：由理論分析角度，需要進行C-A，兩個步驟，分述如下：
(1)
CAE(FEA)：在此步驟可採用CAE軟體，進行鐵琴片的數值分析。需要對實際結構，透過分析假設，定義數學模型(mathematical model)，並建構其有限元素模型(finite element model)。
(2)
Analysis：為進行和弦鐵琴片的設計，需要進行鐵琴片的振動分析(vibration analysis)，包括：[1]模態分析(modal analysis)，可求得結構的自然頻率(natural frequency)及對應的模態振型(mode shape)。[2]簡諧響應分析(harmonic response analysis)，則可求得結構的頻率響應函數(frequency response function,
FRF)。另外，為了進行鐵琴片的形狀設計，引用貝茲曲線(Bezier curve)的曲線擬合方法，建構最佳化設計(optimum design)的問題定義，包括：設計變數(design variables)，目標函數(objective function)，以及限制條件(constraints)。
3.
實驗方法：由實驗驗證比對角度，需要進行S-M兩個步驟的工作，包括：
(1)
Sensor：需要準備對應實驗的量測感測器及頻譜分析儀等設備。當完成了和弦鐵琴片的設計，可以進行加工，取得實體結構的和弦鐵琴片，進行實驗量測。在此，進行了[1]EMA【甚麼是【實驗模態分析】？What is 'Experimental Modal Analysis' (EMA)？】，以及[2]敲擊聲音的量測。
(2)
Measurement：分別對[1] EMA、及[2]聲音量測，安排實驗規劃、實驗方法、進行實驗量測。
4.
Index：在產品的設計，定義評估指標Index是重要的工作。在此，就是和弦鐵琴片的自然頻率及模態振型，可以由分析及實驗的結果，進行比對驗證，確認分析模型的正確性及可靠性。同時，也由實際量測的聲音頻譜，比對和弦鐵琴片的振動模態特性，充分了解鐵琴片的發聲機制。
5.
Value – Criterion：由於本案例是要設計出具有和弦音的鐵琴片，如C和弦，是Do、Mi、So三個音階的組成，由【音階標準頻率】，可以定義出此三個音階的目標頻率值，也就是Criterion允收標準。所設計的鐵琴片之發聲自然頻率值，就是Value。設計目標，就是要讓發聲的自然頻率，等於音階的標準頻率。依照樂音的要求，頻率差異必須在+/- 0.34%以內。
6.
Improvement：如果，設計的和弦鐵琴片自然頻率，沒能達到音階標準頻率的要求，就要啟動改善作業。另一方面，除了大三C和弦外，也有其他小三、增三、減三和弦，如Cm、Caug、Cdimi等不同形式、不同音階的和弦鐵琴片設計，也要啟動設計變更作業。在此和弦鐵琴片的設計，當然是要採用分析方法，方能加速設計變更的速度。如果，以實驗方法，進行設計變更，恐怕是曠日廢時，很難達到設計需求。在此，實驗方法僅作為設計驗證的輔助工具。
最後，綜合一下本單元介紹的【F-C-A-I-V/C-I】分析方法，以及【F-S-M-I-V/C-I】實驗方法的思維程序，應用於產品開發設計的實務步驟：
1.
Function：明確的定義產品設計的工作目標。本案例目標：設計出具有和弦音的鐵琴片。
2.
Index：定義明確的可量化之評估指標。本案例的評估指標：鐵琴片發聲頻率之結構振動自然頻率。
3.
Criterion：決定對應評估指標Index的允收標準Criterion。本案例的允收標準：如C和弦的Do、Mi、So的標準音階頻率，就是Criterion。
4.
CAE – Analysis：選擇適當的分析工具、分析方法，進行設計分析。本案例的分析方法：分別進行了(1)模態分析、(2)簡諧響應分析、以及(3)結構形狀的最佳化設計分析。
5.
Sensor – Measurement：選擇適當的量測軟硬體設備，要有適當的實驗規劃、量測方法、進行實驗量測。本案例的實驗方法：執行了(1)EMA以及(2)鐵琴片敲擊之聲音量測。
6.
Improvement：設計變更的對策與改善。本案例的改善對策：(1)針對單一和弦鐵琴片的最佳化分析與設計變更。(2)擴展到不同和弦、不同音階之和弦鐵琴片之設計開發。
本單元以和弦鐵琴片的設計開發為例，帶入【F-C-A-I-V/C-I】的分析方法及【F-S-M-I-V/C-I】實驗方法的思維程序，以探討和弦鐵琴片的設計分析實務與應用。希望透過此案例在【F-C-A-I-V/C-I】及【F-S-M-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
2018.12.05
