西門子數位工業軟體仿真模擬驅動工程優化產品效能

電腦輔助工程設計向來是產品研發階段不可或缺的工作之一，不過以往的模擬平台需要高專業技能才能掌握相關功能及精髓，工作過程中也需與產品設計者反覆溝通調整，此一繁瑣的流程往往造成工作效能不彰，對此西門子數位工業軟體特別舉辦「仿真模擬驅動工程設計 加速創新線上研討會」介紹該公司最新的模擬平台及其功能，透過西門子的軟體技術，工程師將可優化工作流程，並且得到精準數據，大幅縮短產品設計難度。

高度整合仿真平台  降低產品除錯成本

西門子亞太區技術顧問洪裕勛首先以「仿真模擬驅動產品研發設計 西門子Simcenter FLOEFD驅動流體工程與電子散熱設計」為題，介紹Simcenter FLOEFD平台的相關功能與其使用訣竅。

他指出企業的營運成長，共有5大驅動力與挑戰，包括多元產品定位、降低開發成本、加速上市時間、優化產品可靠度與設計合規性、強化產品效能。但隨著產業環境日益嚴苛，除了這五項之外，企業還需要以更少的資源提高工作品質，且進一步縮短產品上市時程。

在產品的開發過程中，所有的設計者都會面臨頻繁的除錯工作，這些工作都會帶來對應的修復成本，隨著產品開發時程的推進，修復成本也會逐步升高。要解決此問題，就必須使用具備先進功能的平台，降低各階段的除錯成本。

在概念設計階段，可以透過平台運算確認產品的可靠度，另外中後段產品逐漸成形的每一階段，也都需要驗證。藉由仿真工程，工程師可探索任何新設計的可能性，並且提高其設計信心、加速設計實行的速度。

洪裕勛表示，CAE(電腦輔助工程)現在已是企業常用的產品設計工具，其功能也相當完整，不過CAE往往必須到設計雛形出現後，才能執行相關功能。因此西門子提出了「電腦輔助工程前載分析」概念，將CAE工作併入機構設計階段，在此階段，CAE就可進行結構、熱流等模擬仿真工作，藉此確認產品在此工程現象中的狀態並給予初步的樣本，在此模式下，設計者在模擬階段就可導入工作經驗，持續修正機構設計，使產品設計最佳化，如此一來，後續的產品除錯測試時間就可大幅縮短。

洪裕勛進一步指出，西門子的Simcenter是高度整合的電腦輔助工程分析平台，無論是產品設計者，或是設計、機構、模擬分析等類別的工程師都可透過此平台，快速完成工作。

此平台除了可應用於拓樸優化、結構力學、流體力學與散熱、機構運動、振動分析等產品設計常見的領域外，還可進階應用到疲勞分析、電磁、多物理耦合、噪音、材料工程、設計探索、增材製造等部分，提供設計師更完善模擬平台。

Simcenter系列可分為FLOEFD與3D兩類平台，其中FLOEFD是將CAD環境的功能擴展到仿真模擬熱流工程，用於優化產品的流體流動和散熱效能，以確保其可靠性。此平台主要應用於流體力學與散熱設計，建置於CAD的NX、Solid Edge、CATIA V5、Creo的使用環境，具備省去幾何模型簡化工程、最小化用戶建置計算網格時間、提供精確運算結果的求解器技術等功能，並且附加模組，擴增可分析的物理現象。

Simcenter FLOEFD的關鍵技術包括嵌入CAD、獨特的過度湍流k-e模型(Turbulence model)、基於理論、實驗經驗的Modified wall function優化流體邊界層運算、自動監控與計算數值收斂、多參數變量分析、直觀易用介面、自動快速生成笛卡爾網格搭配沉浸邊界網格技術捕捉幾何外型等功能，與傳統分析平台相較，此平台可減少過去設計75%的時間，並確保數值分析的精準度。

以仿真驅動設計  縮短產品開發時程

另外西門子數位工業軟體資深顧問卞志堅則介紹西門子在多學科聯合仿真的趨勢與應用案例。他指出仿真的典型業務需求包括單學科及多學科耦合仿真、多學科優化及設計空間探索與仿真數據與流程管理等三大範疇。

多學科協同仿真平台則可透過統一協同仿真分析環境(All in One)的打造，讓仿真工程師可以在統一平台進行單料、學科仿真優化和設計空間探索，多學科無縫交互仿真數據、流程有效管理。設計工程師、仿真工程師與專目經理等個環節工作人員，都可使用統一的平台環境進行協同工作，從而提升仿真工作的效率，驅動產品研發與創新。

卞志堅點出，對工程師來說，仿真平台須具備三大優點，包括減少對物理原型的需求、降低成本、加快開發過程，不過現在平台多用於最終設計驗證，對除錯成本的幫助有限，此外過程太慢，也無法為設計決策提供適當回饋，再加上耗時的模擬過程、模擬結果精準度不高、工具使用的專業度過高等缺點，都讓企業的產品設計出現痛點。

為解決此問題，西門子提出「由仿真驅動設計」概念。西門子在設計方面有NX軟體，模擬部分則有Simcenter 3D&FLOEFD，卞志堅表示，透過這兩大軟體的整合，西門子讓企業中設計與分析工作兩大環節擁有可協同作業的平台，藉此提升工作效率。

另外此平台也設計出可為不同使用者設定使用介面、關聯分析模型等多種功能，以提升其可用性。

西門子的模擬分析平台已針對不同領域的使用族群，推出解決方案，在電子產業方面，其方案可分析產品的熱效能、結構完整性、環境因素、聲學、電磁場效能。另外在設計優化部分，西門子則有HEEDS平台，可以串接多種CAD與CAE軟體，解決市面現有平台欠缺整合性介面的痛點。

卞志堅最後指出，仿真與設計是企業開發產品的必要流程，現行將兩者分開的做法，是導致工作效率不佳的主因，西門子的仿真模擬平台，不僅讓兩者可以協同作業，還可進一步優化產品設計，將可大幅縮短開發成本與時程，厚植企業競爭力。