Moldex3D模流分析之专家分析模组

实验设计法简介

射出成型是一种非常复杂的过程，结合了模具设计、塑件设计、流变材料及加工条件。首先，熔胶流过由竖胶道、主／次流道及浇口所组成的熔胶传送系统（也称为流道系统）至个别模穴中。流道系统的设计非常重要，因为会直接影响成型塑件的质量与生产成本。在设计有浇口位置与流道系统的模穴，流道系统就必须要求保持平衡，让每个模穴都能在相同的时间与压力下被充填。当熔胶注入模穴时，必须有适当的加工条件控制塑件以确保质量良好。但由于从原料到产品的操作条件的复杂程度，传统的试误法不能有效率地预测与控制加工过程。因此，选择适合的操作条件是高效率射出成型的关键课题。

Moldex3D专家分析模块功能导览

Moldex3D专家分析模块采用实验设计法 (DOE) 协助设计者针对流道尺寸、浇口位置及加工条件来决定适合的射出成型条件，以优化成型系统设计。专家分析模块可分别适用于Shell、Solid及eDesign模型。对于Shell模型，专家分析模块提供浇口位置与流道尺寸的设计优化、自动加工条件设计的制程优化及实验设计法 (DOE)。对于 eDesign 模型，专家分析模块支持浇口位置的设计优化、成型温度与时间的制程优化、流率多段设定、保压压力多段设定及实验设计法 (DOE)。对于 Solid 模型，专家分析模块提供成型温度与时间等制程的优化、流率多段设定、保压压力多段设定及实验设计法 (DOE)。

1. 实验设计法(DOE)分析 (Studio) (Design of Experiment Analysis in Studio)

Moldex3D DOE分析是为了帮助使用者来预测设计因子与成型因子中最佳的组合，并提供过程与结果的统计。田口法是优化(Optimization)时主要使用的方法以减少需要尝试(跑分析)的组合。

要开始DOE分析，首先需启用专家分析(Expert)模块, 并准备一基础组别来当作优化的目标。以基础组别来完成模拟并取得关键成型性质，开启DOE精灵来产生DOE组别。DOE精灵可以通过点击组别选单(在树上对基础组别用右肩)的DOE Wizard，或者在主页签的新组别下拉选单也可以。

•建立DOE组别 (Create DOE Runs)

在DOE精灵中，先指定DOE分析的名称，基础组别与分析序列，在通过设定与总结两页签来完成DOE分析设置，在设定页签指定田中直交表及优化因子，在总结页签来预览并建立所有的DOE组别。

注：分析序列中可选择的项目为基础组别中可以选并且DOE有支持的。

1. DOE 方法 (DOE Method)

使用田口法来定义出不同控制因子组合的矩阵可以用限定的分析组数来取得优化的组别。而相对的，全因子实验则提供了更弹性的方式来定义优化的分析矩阵。也因此使用不同方法时，设定的六成会稍有不同。

-田口法：在水平(Levels)选择一个来决定控制因子变化的步数, 也可视作优化分析的分辨率。然后决定控制因子的个数，最高的控制因子数取决与前面水平的选择。水平与控制因子数都决定完以后，可以在下面接着选取可用的田中直交表(Taguchi Array)，依据田口法的目的建议选择需分析组别数最少的即可。

-全因子实验：与田口法不同，全因子可以随意地增加控制因子并为各个因子设定不同的水平。所有的因子组合都会透过计算来纳入分析验证，所以也会需要比较大的计算资源与时间。

•控制因子 (Control Factors)

从下表所列出的因子中选择来求取最佳组合，一般来说为了优化的目的会选择对成品质量影响最大(高质量响应)的来做控制因子。每个被选取的控制因子会先对每个水平有默认值，可以更改来决定优化的区间跟级距。

•品质因子 (Quality Factors)

选择质量因子来定义成品的质量，所以当然也要和前面选取的控制因子匹配起来。参考下表为质量因子选择目标来决定此因子要怎么来量化。如果要使用望目作为目标，双击字段再键入目标数值。

在对象字段，在全局之外选择特定的探针节点来针对特定位置取得优化结果，或者在使用距离、平坦度等作为质量因子时选择目标的量测项目。故要使用量测值作为质量因子时，必须要使用工具或结果页签的功能在设定前线设置好量测对象。针对位移变形相关的质量因子，可以点击右方的设定图示可以选择不同的对齐或UCS(用户坐标系统)设定。

如果要选择多于一个质量因子，则需要指定个因子的权重然后就会算出其在总体控制因子中的百分比(%) 会在右侧计算，但是建议只选择一个质量因子就好也比较常用。

2. DOE总结 (DOE Summary)

点击下一步可切换到总结页签来预览依据设定页签的设定田口直交表所列出需要被计算的控制因子组合(点击上一步可回到设定页签)。此页部分项目(质量因子及预测)在这时候是空白的，但在DOE分析完成后会提供内容。点击角上的设定图标来开启进阶选项窗口：

先执行冷却于充填分析前 (run cooling for mold temperature)：若有勾选，则所有组别的分析序列都会由冷却分析开始(CFPC vs. FPC)。

考虑流道效应 (consider runner effect)：若有勾选，在考虑质量因子时会把流道的结果也考虑进去。

当一个组别出现错误时终止所有分析(Abort analysis when one run fails)：此选项需要将计算管理员的工作数量降成1才能使用。启用后，如果批次计算中发现其中一个工作出现错误就会取消全部的工作，否则就会跳过。

•进行DOE分析 (Run DOE Analysis)

确认好DOE分析的设定后，点击完成让Moldex3D来建立所有的DOE组别再外加一优化组别。在优化组别中，AutoDesign – DOE已经启用为分析序列了所以可直接点击开始分析(或呼叫计算管理员)来将所有的DOE组别提交给求解器作计算。所有的计算结束后，原先结果树的DOE信息项目后面会再多增加几个结果项。再提交计算前也可以点击DOE信息来开启DOE精灵检查设定(但无法更改)。

设定AutoDesign – DOE分析顺序

DOE信息 (DOE Info)

完成DOE分析后，点击DOE信息开启DOE精灵并切换到总结页。先前没有数值的项目都已经填上了求解器计算出来的质量因子。在预测字段，可以填入不同的控制因子值，Moldex3D会利用内插法来预测相对应的质量因子。

右键点击DOE信息并点选导出到CSV来输出DOE设定及结果的数据。指定好CSV的名称及位置在点及确定来生成CSV(有选项可以在生成完后直接开启CSV)。

3. DOE结果 (DOE Result)

•品质响应 (Quality Response)

显示控制因子各水平在不同组别质量因子的平均值，其变化代表了控制因子在不同水平间对质量因子的影响程度。如果其变化太不明显则代表在考虑的区间中，此控制因子的优化相对不重要。

•S/N比响应 (S/N Ratio Response)

S/N比为田口法中的讯号噪声 (Signal to Noise Ratio) 比，其整合了质量响应与标准偏差的影响。此外，讯号噪声比经过正规化，使得不论质量特征(characteristic)为何，讯号噪声比值愈高都代表质量愈好。

•响应面绘图 (Response Surface Graph)

响应面绘图为两控制因子所拟合出质量因子的3D变化图，可以显示各控制因子的影响程度、趋势以及优化的区域。两个以上控制因子存在时，右键点击结果项并点选图表选项来更改X与Y轴。

•平行坐标图 (Parallel Coordinate Plot)

在平行坐标图中，每一条曲线代表着一个DOE分析组别与其对应的控制因子与质量因子。线的颜色则是当前启用的轴(其标题加粗)，而双击任意轴的标题可以将之启用。此图可以同时清除的来显示每一个控制因子对质量结果的影响其关系。