想要獲得正確的模擬分析結果的兩項必要知識
我的工作是給予導入３Ｄ ＣＡＤ設計或是設計者使用ＣＡＥ的運用上的技術支援服務。所以我過去看過很多客戶工作的實際狀況。在和客戶開始專案前，一定會先進行業務分析。此時也會進行成本分配的調查，往往會被試作品的製作、設計變更或是伴隨而來的產線變更、模具修改的成本之大感到驚訝。為了盡量縮小這些成本花費，當然就是盡可能少做試作品、盡可能不要修模才對。
為了達到這個目的，設計出來的產品就必須從很多種意義上去確認是否有足夠的「健全性」。所謂的「健全性」，就是指以下的東西：
１．產品在受力之時，是否會壞掉？
２．產品在受到振動力時，是否會壞掉？
３．產品在受到高溫之時，是否會變形？
等等。
確認這些健全性的方法之一是進行實驗。從實驗之中也能獲得很多有益的資訊，但相反來看，實驗也有很花時間、成本又高等缺點。
這時候值得注目的方法就是「模擬分析」。也是縮寫成ＣＡＥ的「電腦輔助工程分析（Computer Aided Engineering）」。模擬分析在以前算是專門性比較高的工作，通常都是具有專門知識的人來執行，但現在出現了很多不需要專門知識也能使用的模擬分析軟體，就改變了這個現象。
現在則是只要按下一個指令，就能把已經繪製好的３Ｄ幾何模型簡單輕鬆的模擬分析出來。一般來說需要專門知識的各種模擬分析條件也可以靠引導精靈（Wizard）的形式來設定，各種材料的特性也只要從軟體內建的材料資料庫中選取即可。
然後就可以藉著軟體看到實際上不存在的應力造成的變形，彷彿是做過實驗一樣，明白受到外力以後的結果。
我不是打算要批評這樣的軟體，而是要強調使用這些ＣＡＥ軟體時，有些必須知道的事情。
這些必須知道的事情，有以下兩件：
第一個是「材料力學」。這可以說是設計產品者的基本中之基本。如果不懂材料力學，當然就不可能知道應力的意義。也就會毫不懷疑地盲從模擬分析軟體跑出來的結果。分析模擬軟體計算出來的應力，如果超出材料本身的容許應力（降伏應力），這個產品在強度上就無法令人期待了。而所謂的強度上無法令人期待，就是「可能會被破壞掉」。如果不懂這一段中提及的「應力」或是「降伏應力」等等術語的話，強烈建議先回去看一下材料力學的內容。
第二個，就是「有限元素法」。在有限元素法中，是有個標準程序的。模擬分析就是依照這個標準程序進行下去。在給設計者使用的很多模擬分析軟體中，處理時往往會將這些程序幾乎完全隱藏起來。甚至可以稱之為「黑箱作業」。（如圖１）
圖１ 分析模擬就跟自動販賣機一樣，都是「黑箱作業」（Black Box）
好比說，果汁的自動販賣機也是一種黑箱作業。就算我們不懂自動販賣機的內部運作方式，只要投入硬幣、按下想喝的果汁按鈕，還是可以拿到果汁。如果有限元素法的黑箱作業之完成度也能像果汁自動販賣機的黑箱作業一樣高的話那就太棒了，問題是有限元素法的黑箱作業運作當中，還是有些訣竅在，要知道這些訣竅，才能跑出正確的分析模擬結果。
而最近市面上給設計者使用的分析模擬軟體，都是寫成就算不懂材料力學或有限元素法，還是可以一招用到底的樣子。這樣做有其好處，但也有其壞處。
去認識黑箱作業的內容，一見之下可能會覺得這是浪費時間，但明白模擬的設定意義之本質，一定更會讓模擬分析的應用發揮更大的效果。
最重要的是，「正確之分析模擬」，就是建立在理解材料力學與有限元素法之上。這一點請千萬不要忘記（如圖２）。
圖２ 所謂的正確之分析模擬
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老栗的「休息一下專欄」：聽過機器人世界盃（RoboCup）嗎？
從有限元素法基礎理論完成之後迄今已經６０年。如果沒出現有限元素法，甚至可以說也做不出太空梭呢。但聽到六十年這個數字，大家會覺得很長嗎？還是很短？
這讓我想起一個故事。有一次因為工作的關係，有機會和北野宏明老師（京都大學工程博士／索尼電腦科學研究所所長）一起聊天。
北野老師也是機器人世界盃（不是機器戰警＝RoboCop喔）這個以機器人來進行足球比賽活動的創始者。而這個機器人世界盃是為了推動人工智能與機器人工程的研究目的而建立的國際共同研究計畫。至今為止已經舉辦了不知道多少屆的大賽，而有來自世界各國超過５００個的團體參加比賽（譯註：其實就連疫情期間也有舉辦－－－改為線上舉行。２０２３年則恢復為實體比賽）。這個比賽和日本人熟知的機器人競賽（Robo Contest）不一樣，因為這個比賽是人類完全不可以介入機器人操作、完全是由機器人自律動作的比賽。有很多比賽的實況轉播都有上傳至YouTube上，請大家務必找來看看。可能會看到上癮。而我個人推薦的是２００８年在中國舉行的國際大賽冠軍賽：
而這個計畫的目標宣示得非常簡明易懂：「在２０５０年前，開發出完全自主仿人機器人隊，能贏得對人類足球世界冠軍隊。」。當然這並不是這個計畫的真正目的，其真正目的是希望藉由達成這個目標，而將所需要的相關各種技術投影到實際社會之中，可以說是一種指標性的計畫。在我第一次聽到北野老師述說這個計劃時，心中不禁在偷笑：「這是甚麼白癡計劃？！」。我想讀者們恐怕也有不少人是這麼想的吧？而北野老師彷彿看透了我的心思，於是就開始了一口氣式的說明。
北野老師先問了以下三個問題：解析出所謂絕對無法分析完的人類ＤＮＡ需要多久時間？電腦要贏過據說絕對不可能下贏的世界西洋棋冠軍需要多久時間？從萊特兄弟開始飛行的實驗到人類可以登月為止的時間又需要多久？
三者的答案都是「六十年左右」。好比說，當萊特兄弟輕輕地從地面浮上空中時，又有誰能想像得到六十年後人類竟然可以登陸月球？這樣想起來，這個機器人世界盃到２０５０年要能擊敗人類的世界冠軍突然就變得很現實了。順帶一提北野老師也是可以寫出辯論書的理論家，所以將這個原本讓我覺得只是夢想的計劃，僅僅花了幾分鐘，就讓我覺得「難不成還真的可以辦到．．．」，真是相當厲害。
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