本案例使用MSC Apex +客製化的Python scripts，從 3D CAD 自動化建立FEA模型。
這篇文章原文為 Haver & Boecker Niagara 的實際案例
「使用MSC Apex之前，我們從2D草圖開始，產生中間面和建立模型的過程，需要兩到三週。有了MSC Apex，直接從3D CAD開始工作，不到一週就能完成整個有限元素模型，無需先建立2D草圖。這是透過與MSC技術支援團隊合作開發的腳本和客製化功能來達成，滿足我們的特定需求。」-Jansem Sasso Nogueira 開發工程師, Haver & Boecker Niagara
如果你是礦業領域的工程師，一定知道開礦設備常常會受損。不只是岩石和泥土會損壞設備，連機器本身也可能損害。這類設備有很多大型的活動零件，在工作時，經歷劇烈地搖晃和震動。無論如何使用，這些工業礦業設備必須要能在這種嚴苛的環境中活下來，而且不能故障。然而，俗話說時間就是金錢，機器只要停擺，就是金錢損失。正因如此，設計新的工業礦業設備需要投入大量工程技術，讓設備能在艱難的環境中運作。幸運的是，MSC Apex 能夠勝任這項任務，並且相較於傳統工作流程的速度，能加快這個流程的速度高達40%。
挑戰
礦業使用的振動篩，設計上繁複且複雜。這種設備需要有極大負荷的承受力，機器的加速度在其使用壽命中，高達6g。此外，由於振動篩的結構龐大，有多個自然頻率，必須與操作頻率保持安全距離，因此需要非常仔細的設計和分析。此外，由於驅動系統會對振動篩結構施加循環負荷，找到設備質量、剛性和應力之間的平衡至關重要，以防止過早的疲勞失效，提供可靠且具成本競爭力的設備給客戶。
振動篩由數十個零組件組成，且由數以千計的緊固件緊密連結，因此不可能單獨對每個零組件進行有限元素分析（FEA）。然而，建立整個機構的有限元素模型一起計算，也是一個非常耗時的過程。由於有限元素模型的龐大，尋找和修正錯誤的過程，可能會令人沮喪。多年來，傳統的振動篩設計過程已被證明其可靠性，但是這樣的工作流程不夠快速。以這個案例來說，在傳統上，Haver & Boecker Niagara的工程師從2D草圖開始，利用CAD軟體建立簡化的幾何圖形。然後將此幾何圖形匯出至有限元素前處理軟體，給予模型網格、連接器、負荷和邊界條件，再使用MSC Nastran求解有限元素模型。經過幾次模擬後，最終設計被帶回CAD軟體以建立最終的3D模型，開始詳細的工程流程。這種線性的工作流程使新設計的開發時間相當長。此外，大部分時間和精力都投入在建立簡化的幾何圖形和高品質的網格，這些工作，Haver & Boecker Niagara的工程師都希望能透過MSC Apex來加速完成。也就是說，Haver & Boecker Niagara的開發工程師的目的是希望藉由使用MSC Apex縮短整個產品開發周期，同時能進行更多次設計迭代，達到更好的設計。在評估MSC Apex期間，另一個重要的要求，是選擇一個可以與之前的模擬工具完全整合的軟體，以便能延用這15年來留下來的有限元素數據，不必將所有這些舊數據轉換成另一種格式來保存。
解決方案
Haver & Boecker Niagara的研發工程師比較了MSC Apex與之前使用的前處理軟體，發現MSC Apex在去特徵、幾何清理、中間面生成和直接建模工具上，顯著縮短了建模時間。第二個改變遊戲規則的特點是MSC Apex的Python腳本和客製化功能。在評估過程中，MSC的支援團隊直接與Haver & Boecker Niagara的工程團隊合作，開發出符合他們特定需求的客製化Python腳本。隨著團隊對這些功能越來越熟悉，他們重新調整了設計流程，讓Haver & Boecker Niagara的工程師能夠幾乎同步地處理3D模型和有限元素模型，從而節省大量時間。
新的工作流程不僅縮短了開發時間，還給工程師更多機會進行設計迭代和優化，從而提升整體產品品質。整個過程通過數值模擬和實驗測試驗證，數據顯示出Haver & Boecker Niagara一貫的高準確性。MSC Apex的另一個重要優勢是其與MSC Nastran的完全相容性，這使得Haver & Boecker Niagara的工程師能夠繼續使用且擴展其15年來的用MSC Nastran求解累積的資料庫，包括對大型動態問題進行的快速、平行求解數據。
結果
由於MSC Apex的突破性功能，Haver & Boecker Niagara的工程師們節省了40%的重型篩機在傳統開發方式上所需的時間。以前需要2到3週才能完成好能夠送去求解計算的網格模型，現在不到一週就能建構完成。這項改進是因為友善的使用者圖形介面、客製化腳本，以及MSC Apex的的幾何與網格編輯功能。
原文內容: Haver & Boecker Niagara-MSC Apex’s Python scripting & customization reduces modeling and simulation time by 40%
2 則留言
在實際應用中，如何確保 Python 腳本的穩定性與可靠性，避免因程式錯誤導致模擬結果的不準確？此外，對於初學者而言，學習 MSC Apex 的 Python 腳本與客製化功能是否有一定的門檻？是否有相關的學習資源或範例可以參考？
Hi Shoff, Python腳本可以透過在Apex GUI介面上錄製Macro的功能來產生，利用錄製好的Macro再進行後續的Python腳本二次開發，將可大幅縮短初學者的入門門檻，也可避免因為對Apex python API不熟悉而花費許多時間在debug上。我們有提供Apex二次開發基本教材，歡迎您透過email與我們聯繫。您可將需求發送到jeffrey.lee@hexagon.com，謝謝。