為什麼CAE在產品開發中不可或缺？ 為什麼CAE對產品開發很重要？我們來看看它如何解決三個主要挑戰。 驗證與測試的革新 在CAE技術尚未普及之前，開發者依賴製造實體原型進行測試以驗證設計；這個過程不僅成本昂貴又耗時，測試過程中揭示的失敗，可能導致再次進行設計、原型製作和測試；甚至最壞的情況下，也可能意味著需要從頭開始。而CAE技術提供高度的信心保證，使得開發單位能在更早的設計階段進行高效的模擬測試，提前識別潛在的設計問題，做出更明智的決策。 提升設計效率 通過將模擬過程整合到設計階段，CAE幫助開發單位簡化工作流程，消除了傳統分隔式企業（siloed companies）不必要的設計和分析迭代，從而使設計團隊可縮短設計時間，將更多精力投入到工程開發中；並進一步藉由模擬測試不同的設計方案，鼓勵開發團隊創新思維。 產品優化 缺乏足夠的資源進行CAE分析的開發單位，通常會過度設計產品，使用成本更高的材料或增加不必要的結構支撐，像是增加壁厚、添加結構件、使用更多的固定件…等。SIMULIA提供的CAE工具能夠精準模擬產品或組件在實際運行條件下的表現（即載荷條件的響應），指導工程師選擇更合適的材料、調整設計結構（如：更改模型尺寸、減少組件數量），進而驗證設計來優化產品。CAE工具可以在設計空間中找到關於質量、體積、應力、溫度、自然頻率、流體流動等多個重要指標的最佳解決方案，以達到成本與性能的最佳平衡。 CAE技術的任務階段 事實上，您能想像到的每個行業都使用CAE來改善產品；CAE技術被用於開發汽車、飛機、家用產品、電子產品和醫療設備等，以確定最有效和最具成本效益的生產方法。其涵蓋了產品開發生命週期的每個階段： 前處理（Pre-processing） 此階段將形塑並定義產品的初步概念。開發者利用CAE軟體建立3D模型，並確定在分析階段時，模型將需要承受的環境壓力和其他相關因素。 分析（Analysis） 開發者運用強大且精密的CAD軟體來對3D產品模型進行測試與結果分析，此過程通常透過具有高運算能力的雲端CAE軟體來完成。 後處理（Post-processing） 原型設計和分析階段完成後，開發者必須進入後處理階段；此階段涉及到對產品最終外觀的視覺化，並分析模擬測試結果，以確定最適合的製造方法。 決策（Decision-making） 此時，相關利害方（包括但不限於以下類型人員或組織：參與產品設計開發者、監管機構、客戶、管理人員、供應商…等）需要決定是否對設計進行最終調整、是否需要新的分析階段、或者是否可以繼續推進開發流程的最後一步，並將產品送往製造階段。 研發挑戰：以高科技產品為縮影 高科技產業建立在複雜性之上；設備越來越小型化，同時要求具備更高的性能和功能。由於複雜性增加，故障的風險也更高。因此，讓第一個原型一次就能成功運作變得格外重要；因為一旦出現問題，要確定問題的原因或對其進行修復可能相當困難。 以一款滑雪用智能手錶為例，此裝置知道穿戴者位在山上，它能告知運動率、與每個滑雪纜車通訊、計算乘坐了多少次纜車，以及當下的垂直滑雪距離。所有不同的天線，包括5G、藍牙、GPS，都與該裝置所處的環境互動，並為穿戴者提供數據。我們最大的挑戰，便是將所有這些功能整合在一起，並確保它們可靠地通訊。此外，電池通常是單個設備中空間佔用最大的部分，因此必須從尺寸和性能兩方面進行優化。 單一設備中整合了眾多組件，開發人員得從不同關鍵績效指標之間找到最佳平衡點。提升某個子系統的性能可能會對其他系統產生不利影響，這些互動效應很難被精確計算出來；並且隨著數據傳輸速度的快速提升，設計能夠處理高速數據的組件更成為一大技術挑戰。儘管存在這些困難，為保持競爭力並加快產品上市速度，迅速完成最佳設計仍是極其重要的。 設計優化的關鍵CAE多物理場模擬 模擬技術在產業界已被廣泛認可為一種有力的工具，用於指導設計、優化性能以及識別和解決問題。透過對設備的虛擬雙生（Virtual Twin）進行模擬，工程師可以分析設計的性能，而無需承擔建造和測試實體原型的成本。其中模擬涵蓋了多種不同類型，觸及物理學的多個方面。其中包括： 結構模擬：涉及結構的應力、應變、變形和斷裂等方面。應用實例：確保設備能夠承受跌落和碰撞。 電磁模擬：設備內部及周圍的場與電流。應用實例：優化天線位置，減少干擾。 流體模擬：涉及空氣或水等流體的行為，包括熱傳導。應用實例：設計空氣冷卻系統。 振動聲學模擬：結構的振動行為和聲音的傳播。應用實例：識別產生嗡嗡聲的元件中的共振。 請延伸閱讀： 什麼是CAE電腦輔助工程 許多情境需要將不同的物理場結合在一起。想像一個振動的電容器：電容器以PCB的共振頻率振動，雖然它很安靜，但你還是能聽到它的嗡嗡聲。如果我們將共振頻率移動幾個赫茲（hertz），噪音就會停止，這說明共振頻率是控制噪音的關鍵。為精確模擬這種現象，我們需要模擬電容器的電磁和壓電行為、PCB的共振模式以及聲輻射（radiated sound）。 即使各學科之間沒有直接的連結，有時仍需要在不同分析結果之間找到平衡。以USB連接器為例，當其兩部分接合時，接觸的針腳和彈簧非常關鍵；這些部件在確保訊號完整性涉及到多個電磁設計的考量因素，如時域反射測量（TDR）、阻抗、S-參數等。同時，也需要細緻考量彈簧的結構特性，確保彈簧的力度適中，既能讓彈簧順利地滑過針腳，又要提供足夠的保持力（retention）以維持連接的穩定性。 若從結構的角度進行某些更改，可能會對電磁效果產生過大的影響，反之亦然。因此在這種情況下，物理現象可能不會直接耦合，但它們會獨立影響設計，並需要進行一些取捨。 您還想了解更多嗎？ 在CAE（電腦輔助工程）出現之前，產品開發是一個漫長而艱苦的過程；透過SIMULIA等先進的CAE軟體，工程師可以在設計階段進行全面的模擬與分析，確保產品在推出市場之前已達到最佳性能指標。CAE顯著地降低產品開發的風險和成本，也加快產品上市的速度，最終生產出符合客戶需求的優質產品，並實現更高的市場競爭力。 值得一提的是，你還知道CAE廣泛應用於哪些行業領域嗎？ 汽車行業 借助CAE研究安全測試（碰撞測試）、性能測試（引擎和燃油效率）和空氣動力學。 航空航太工業 利用CAE開發飛機、太空船和飛彈系統。 土木工程師 使用CAE來模擬地震、風和溫度對建築物的影響。 生物醫學工程師 開發植入物和義肢，並使用CAE研究病毒和生物系統。 製造業 依靠CAE軟體來減少缺陷、改進流程並降低成本。 探索CAE軟體 關鍵字：電腦輔助工程、CAE軟體、產品開發、模擬分析