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【明報專訊】因為能源和原料制約等種種問題，製造業的利潤愈來愈微薄。有專家建議，廠商應多用軟件模擬測試。這既可以減少進行實物測試的成本和時間，縮短產品設計周期。而且，產品亦可以安全地進行優化設計，包括節省物料或改善性能等。
生產力促進局材料及製造科技部首席顧問高松年博士表示，歐洲和美國應用「有限元法」來進行軟件模擬測試，早於1950年代中就開始（見另文）。當時，是用來模擬飛機機翼和機身的應力分佈，以找出安全的減重設計方案。
傳統「原型」測試成本高
高松年表示，以往工業界常有用多一些物料、加強安全系數的想法。但這做法的缺點是，生產成本會增加，耗用的能源，甚至運輸成本也會增加。近幾年，能源和原料的制約愈來愈大，這缺點就更加突出。另一方面，沒有可靠的數據，生產商亦不敢隨便修改產品設計、減少物料，以免影響產品的安全程度、耐用性和壽命。
傳統的做法是，製造一批原型出來，進行各種物理特性的測試。但實物測試的缺點是，成本相當高。因為每款構思的設計都要作測試，每款設計都要製造多個原型。每次修改些少設計，又要重新測試。
而且，現實中有些情形是，很難在測試中準確量度某些物理數據。例如，產品或零部件的體積太小或太大等。此外，還有一些產品出於安全和成本代價的考慮，實在難以隨便作真實測試。
例如，人造關節的應力分佈就很重要。因為應力過大，會令人不舒服。所以，一款新設計的人造關節，必須要在模擬的應力分佈測試中過關，才會真的製造實物，來進行臨牀試驗。否則，隨便植入人體，又隨便取出，代價實在太大、太危險。
「有限元法」在模擬測試方面，就可大派用場。不論是應力分佈、熱力分佈、磁場分佈、震動頻率、變形、物料疲勞（如金屬疲勞、塑膠疲勞等）、破爛（如跌落地或撞擊）等，都可以透過電腦軟件來模擬和分析。而且，準確程度還可以相當高。這樣便可以大大減少進行實物測試的成本和時間，縮短產品設計周期。產品亦可以安全地進行優化設計，包括節省物料或改善性能等。
表商成功優化游絲震動頻率
曾經有一家高檔機械表生產商，希望找出其手表內的游絲的最佳震動頻率，以提高該款手表的準確度。但該條游絲繞成圈狀後，直徑還不到3毫米，實在很難用傳統方法測量其震動頻率。結果，高松年就利用軟件模擬測試，為該生產商找到一個接近理想數值的震動頻率。
另一個案是，一家五金廠以鎢鋼來製造滾珠軸承時，發覺會浪費很多物料。該公司採用的，是純用壓力而不需加熱的生產方法：將鎢鋼切成一個個圓柱體，然後在圓柱體的兩端蓋上半球體形的模具，之後加壓，將之壓成球體。
製滾珠軸承 物料浪費減半
問題是，這樣壓出來的滾珠軸承並非真的完全是球體，中央的物料會凸了出來。生產商要再磨去22.5%的鎢鋼，才真的製成球體的滾珠軸承。可想而知，這會多耗用很多原料和能源。
高松年表示，製造方法本身並無問題，只是需要進行優化。他進行軟件模擬測試後發覺，若模具的形狀稍為改長一點（由半球體變成半橢圓），施加的壓力稍為細一點，兩件模具不要壓得太近，那凸出來、需要磨走的部分就會大幅減少至12.5%。結果，該五金廠得以節省生產成本。
明報記者 薛偉傑
攝影 陳淑安、 薛偉傑
生產力促進局材料及製造科技部首席顧問高松年博士表示，歐洲和美國應用「有限元法」來進行軟件模擬測試，早於1950年代中就開始（見另文）。當時，是用來模擬飛機機翼和機身的應力分佈，以找出安全的減重設計方案。
傳統「原型」測試成本高
高松年表示，以往工業界常有用多一些物料、加強安全系數的想法。但這做法的缺點是，生產成本會增加，耗用的能源，甚至運輸成本也會增加。近幾年，能源和原料的制約愈來愈大，這缺點就更加突出。另一方面，沒有可靠的數據，生產商亦不敢隨便修改產品設計、減少物料，以免影響產品的安全程度、耐用性和壽命。
傳統的做法是，製造一批原型出來，進行各種物理特性的測試。但實物測試的缺點是，成本相當高。因為每款構思的設計都要作測試，每款設計都要製造多個原型。每次修改些少設計，又要重新測試。
而且，現實中有些情形是，很難在測試中準確量度某些物理數據。例如，產品或零部件的體積太小或太大等。此外，還有一些產品出於安全和成本代價的考慮，實在難以隨便作真實測試。
例如，人造關節的應力分佈就很重要。因為應力過大，會令人不舒服。所以，一款新設計的人造關節，必須要在模擬的應力分佈測試中過關，才會真的製造實物，來進行臨牀試驗。否則，隨便植入人體，又隨便取出，代價實在太大、太危險。
「有限元法」在模擬測試方面，就可大派用場。不論是應力分佈、熱力分佈、磁場分佈、震動頻率、變形、物料疲勞（如金屬疲勞、塑膠疲勞等）、破爛（如跌落地或撞擊）等，都可以透過電腦軟件來模擬和分析。而且，準確程度還可以相當高。這樣便可以大大減少進行實物測試的成本和時間，縮短產品設計周期。產品亦可以安全地進行優化設計，包括節省物料或改善性能等。
表商成功優化游絲震動頻率
曾經有一家高檔機械表生產商，希望找出其手表內的游絲的最佳震動頻率，以提高該款手表的準確度。但該條游絲繞成圈狀後，直徑還不到3毫米，實在很難用傳統方法測量其震動頻率。結果，高松年就利用軟件模擬測試，為該生產商找到一個接近理想數值的震動頻率。
另一個案是，一家五金廠以鎢鋼來製造滾珠軸承時，發覺會浪費很多物料。該公司採用的，是純用壓力而不需加熱的生產方法：將鎢鋼切成一個個圓柱體，然後在圓柱體的兩端蓋上半球體形的模具，之後加壓，將之壓成球體。
製滾珠軸承 物料浪費減半
問題是，這樣壓出來的滾珠軸承並非真的完全是球體，中央的物料會凸了出來。生產商要再磨去22.5%的鎢鋼，才真的製成球體的滾珠軸承。可想而知，這會多耗用很多原料和能源。
高松年表示，製造方法本身並無問題，只是需要進行優化。他進行軟件模擬測試後發覺，若模具的形狀稍為改長一點（由半球體變成半橢圓），施加的壓力稍為細一點，兩件模具不要壓得太近，那凸出來、需要磨走的部分就會大幅減少至12.5%。結果，該五金廠得以節省生產成本。
明報記者 薛偉傑
攝影 陳淑安、 薛偉傑
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