感謝崴昊科技同意轉載「SmartDO eNews」系列專題文章，本篇文章原始連結為：http://www.smartdo.co/Newsletter/eNews_20160510_01_c.html
2016-05-10
前言
工業4.0是近年全球業界最熱門的話題與方向，而工業4.0最重要的精神，在於將由硬體設備走向運算，邁向智慧化與自動化的目標。對於設計與分析人員來說，曾早期的紙面作業，一直到以電腦程式產生數位原型(Digital Prototype)，長久以來工業界及學術界都一直追求著數位設計之自動化與智慧化。 但礙於不同知識領域整合與演算法的限制，一直無法達到理想甚至可用的目標。
本期電子報，我們將介紹崴昊科技如何運用多年CAE服務經驗與SmartDO的強大智慧型最佳化設計演算法，對CAD(繪圖)，CAE(分析驗證)與SmartDO(最佳化設計)進行系統整合，並應用在汽車輪圈設計上， 開發出全自動的智慧設計系統。
跨領域溝通整合
數位原型的產生，通常牽涉到幾個不同領域，包括數位模型設計之繪製與建立(CAD)，產品性能與可靠度之分析驗證(CAE)，以及最佳化設計(optimization)。
其中CAD與CAE之溝通問題其來有自，雙向整合更是困難；雖然目前在CAD中建立參數模型已相當方便，但CAD建立之參數模型，往往不見得適用於CAE。
。為了克服此困難，崴昊科技與PTC Creo CAD專業人員合作，由崴昊科技人員定義出CAD之參數模型，再利用ANSYS Workbench中DesignModeler (AWB DM)之雙向聯結功能與
Creo作聯結。在定義CAD過程需同時考慮- CAD軟體特性。
- CAE軟體特性。
- 力學特性與製造可行性。
- 最佳化設計數學特性與需求。
- 過去設計與分析經驗。
圖 1. Creo原始CAD與匯入AWB DM後之CAD(1)
圖 2. Creo原始CAD與匯入AWB DM後之CAD(2)
自動化CAE分析驗證
所有產品的數位原型產生定案之前，幾乎都必需經過CAE分析驗證。經過CAE設計驗證，如同經過虛擬實驗室(Virtual Lab)測試
(有關虛擬實驗室概念，請參考崴昊科技網站。以輪圈工業而言，通常須要經過至少三種實體測試，包括撞擊(Impact)，彎矩(Bending)及徑向(Rolling)，如圖 3所示。 在ANSYS Workbench中，可以延用前述之CAD模型，直接在CAD上施加外力與邊界條件進行CAE分析與虛擬測試。 這些設定可以存在AWB中，巨觀流程並可以如圖 4般展現。經過崴昊科技的精心規劃，這些設定可以試用大部份設計變動， 只要CAD參數改變，CAE分析過程會自動調整以適應新設計。圖 5所示為AWB部份分析之應力分佈結果
圖 3. 輪圈產品要求之基本測試
圖 4. ANSYS Workbench中之分析流程
圖 5. ANSYS Workbench之部份分析結果
SmartDO智慧設計
上述設計流程之建立，已達到自動化及流程智慧整合適應之功能。但是如果要真正達到智慧設計與最佳化設計之目標，還需要強大的
最佳化設計演算法。穩定可靠的演算法，即使由非常簡單的設計開始，都應該得到理想的優化設計。SmartDO的智慧型總域最佳化設計技術
(SmartDO Global Design Optimization Technology)正具有這樣的特性，它可以自動調整演算法及參數，克服數位模型演化過程的數值雜訊，
求得比一般演算法更佳的解。SmartDO與許多軟體有直接方便之界面，包括ANSYS Workbench。更重要的是，SmartDO有穩定的智慧型演算法，在與其他軟體整合或求解設定都非常簡單。上述之CAD/CAE流程整合測試完畢後，與SmartDO只要數十分鐘就可完成整合設定。 SmartDO與ANSYS Workbench整合與設定方式，可參考YouTube動畫。
完成基本設定後，如圖 6所示之SmartDO/CAD/CAE之三向聯結整合系統即已完成。基本設定完成，只要一個按扭即可啟動SmartDO之"擊發後不理"(Fire- And-Forget)技術。圖 6所示為SmartDO如何從一個簡單的初始設計演化成最後的設計。 此設計不但比初始設計減重了31%，並且經ANSYS驗算浮合所有規範之強度測試要求。從圖 6可清楚看出SmartDO可以產生大幅改變的設計，使產品達到更優化之設計。
以上自動化及智慧設計過程，請參考YouTube之動畫"SmartDO/CAD/CAE tri-directional coupling for Smart Car Wheel Rim Design Optimization"。
圖 6. SmartDO/CAD/CAE三向聯結整合系統
圖 7. SmartDO智慧設計演化過程
