1、下世代塑料成型的创新与革命: CAE模拟趋动人工智能在工业4.0的应用2总部设于台湾新竹，全球员工数250人全球拥有12个直接销售与服务据点全球超过180家通路商与300个以上销售据点美国-底特律苏州厦门东莞印度泰国荷兰全球经销据点大中华区: 中国、香港东北亚: 日本、韩国东南亚: 印度、马来西亚、菲律宾、新加坡、泰国、越南美洲: 美国、加拿大、巴西、哥斯达黎加、墨西哥、阿根廷欧洲: 葡萄牙、土耳其、客罗埃西亚、英国、法国、德国、 捷克、丹麦、芬兰、匈牙利、爱尔兰、义大利、卢森堡、 奥地利、比利时、挪威、斯洛维尼亚、波兰、希腊、 斯洛伐克、西班牙、瑞士、瑞典大洋洲: 澳洲、新西兰越南3全球超过
2、3,800家知名企业的选择，涵盖众多行业领域全球客户汽机车与航天航空高科技/电子产业其它产业4产业应用-汽车工业 外装/内装、引擎盖下零件、车灯、车用电子、复材部件等等5产业应用-电子/消费性产品6产业应用-医疗/光学/材料产业7一辆汽车有多少零件?一般乘用轿车由大约一般乘用轿车由大约1万个不可拆解的独立零部件组成万个不可拆解的独立零部件组成8一个好产品，需要历经千千万万个复杂程序9射出成型常见的挑战与问题SplayVoidFiber FloatingFlashBurn MarkGate BlushWhitenHazinessWeld lineEjecting MarkSink Mark10C
3、AE: 集成所有工程科学与应用知识的人工智能系统11以CAE为核心 : 整合智能设计与智能制造Material Plastics Metal CompositeDesign Part Design Mold Design OptimizationManufacturing Injection Molding Extrusion Thermoforming Blow Molding Compression 3D Printing Die casting moreProduct Electronics Automotive Aerospace Energy Medical Commodity De
4、fense moreTest, Certify, Validate, Verify, Inspect, Guide, Troubleshooting, Optimize, EducateSimulation-Driven Innovation PlatformMoldex3DCertified12工业革命 : 1.0 到 4.0工业革命1.0 透过大力与蒸气机，以机器取代手工工业革命2.0 电力开始广泛应用，生产线推动大量生产工业革命3.0 IT自动化生产，利用电子与信息技术进一步实现以PLC为基础的生产自动化工业革命4.0 物联网与大数据所带来的智能制造18世纪末20世纪初期1970年起今日
5、13工业4.0 智能设计/制造核心元素 : 6M+6C模型Source : Source: 李杰(2014)，新制造革命， Forbes China pp.72-83, 2014年10月Industry 4.014工业4.0 : 迎接虚实整合的未来模具机台材料Material :材料特性的掌握是产品设计/分析/加工/应用的关键16CAE分析结果的精确性，依赖正确材料数据库的建立Viscosity：黏度数据为不同温度与剪切速率下的材料黏度，影响材料的填充分析结果，对于填充压力和锁模力预测有影响PVT：比容数据是材料在不同压力与温度下的比容积变化，影响保压分析结果，对于缩痕、收缩率的预测有影响He
6、at Capacity：比热与冷却分析有关，影响波前温度变化，成型周期等Thermal Conductivity：热传导系数与冷却分析有关，影响波前温度变化，成型周期等Mechanical Properties：机械属性包含杨氏模量、剪切模量、泊松比、CTE等，影响翘曲分析的准确性17Moldex3D材料研究中心 自2008年成立专业量测实验室，备有多台仪器针对塑橡胶的流变性、热性质、机械性质进行量测，为亚洲最大塑料量测实验室，累积超过6000支材料量测委托。18Moldex3D材料研究中心运作方式核心科学研究料商及跨实验室合作应用与产出技术研究开发材料量测技术加工制程技术量测机台开发销售塑料
7、材料教育知识新开发之理论推广材料量测服务材料CAE方程式与参数基础研究阶段产品与服务开发阶段高分子物理材料流变学人才机台、设备平台、商品、服务19Moldex3D材料研究中心利用量测，掌握材料成形与效能特性室温熔融温度充填压力保压压力大气压力压力增加体积收缩量20Moldex3D材料研究中心设备 量测能量的成长Netzsch DMA(国科)FoamatEasyperm无转子硫化仪 (优肯)微型射出机 (映通)高温型PVT (高铁)PVTC (优肯)21Moldex3D材料研究中心结晶动力学研究SR=0.002 S-1SR=0.02 s-1SR=0.2 S-1SR=2.0 s-122黏弹性引入的
8、流动不稳定性Jetting : Instability in Viscoelastic Flow23成型过程引入的微观结构/力学性能变化Molding-Induced Microstructure and Performance Issues Polymer matrix : Molecular orientation, crystallization, morphologyetc Filler : micro-structure Molded part : composite from the microscopic viewMold UnitHopperRaw PlasticScrew U
9、nitScrew Motor DriveBarrelHeaters24 Seatback Polyamide with 40% CF Most (8/9) predictions satisfied 15% validation criteriaMoldex3D长纤取向预测实例验证U.S. DOE ProjectModel Experiment Comparison of First Eigenvalue of Second Order Orientation Tensor for Polyamide with 40% CF Molded with Low Back Pressure and
10、Slow Fill SpeedSource: US DOE Plan 20178/9 (89%) achievement25 Predict fiber orientation due to cross-section shape of flat fiber improving warpage deformationMoldex3D 扁平纤维取向与翘曲预测Flat fiberNormal fiberFlat FiberNormal Fiber26 Coupling Flow field and fiber orientation to Simulation Anisotropic Flow i
11、n Injection molding the flow advances faster near the edge than in the centerMoldex3D R17 : IISO纤维流动耦合模型: Fiber-Flow Coupling for Injection MoldingPlug flowShort fiberLong fiberConcave contourConvex contourBASF Plate- 50%GF/PA6627Moldex3D R17 : IISO纤维流动耦合模型“iARD-RPR model” : 短纤CouplingRT = 3000 & CS
12、R = 10decupling 28US. DOE & PNNL 2015 , Predictive Engineering Tools for Injection-Molded Long-Carbon-Fiber Thermoplastic CompositesNguyen, B. N., L. S. Fifield, S. A. Kijewski, M. D. Sangid, J. Wang, F. Costa, C. L. Tucker III, R. N. Mathur, U. N. Gandhi, and S. Mori, Predictive Engineering Tools f
13、or Injection-Molded Long-Carbon-Fiber Thermoplastic Composites. FY 2015 Second Quarterly Report, the US Department of Energy, Pacific Northwest National Laboratory PNNL-24259 (PNNL Report under Contract DE-AC05-76RL01830) (2015).Moldex3D R17 : IISO纤维流动耦合模型长纤 : 50wt%LCF/PA6629 Coupling Flow field and
14、 fiber orientation to Simulation Anisotropic Flow Compression molding: GMT. SMC with High fiber concentration: 20 vol% Effect of High fiber orientation on flow behaviorMoldex3D R17 : IISO纤维流动耦合模型-压缩成形应用Fiber Coupling for Compression MoldingX-axis uni-direction fiber alignment 2D (Planar) RandomSourc
15、e : : 从软件研发走向量测设备的自主研发高温高温 pvTpvTC 热固材料热固材料31Moldex3D : 从软件研发走向量测设备的自主研发温度sensor布局优化冷却系统均匀性Machine :机台特性的掌握是产品质量与产能的关键33机台动态特性的考虑 : 模具之外Machine Response : More than injection molding inside the mold Consider System Dynamics of Injection Molding machineNozzleScrewMotor34机台速度/压力响应曲线是它的心电图Machine Respo
16、nse Dynamics Consideration Injection SettingsMachine ResponseSetupResponse“Electrocardiogram (ECG)” of the Molding Machine35透过机台鉴定手法取得机台动态响应特性Machine Dynamics Consideration : Process-Control Perspective36透过机台鉴定手法取得机台动态响应特性Injection Molding Machine Dynamics Characterization37 射出机台中存在机械特性: 速度/压力的响应 Mo
17、ldex3D的分析中可将机台的机械响应于分析结果中呈现考虑机台动态特性: 串连分析与成型条件机台整合带来更贴近实际生产的CAE分析结果于Moldex3D的真实机台加工条件设定与实际机台结果的比对38工业4.0+4.0+Moldex3D的实现例子第一阶段第三阶段第二阶段第三阶段39Moldex3D机台鉴定AppMachine Response Characterization AppMoldex3D MRC Cloud ServiceMachine “Electrocardiogram (ECG)” fileFor Moldex3D simulation40Moldex3D R17 : 螺杆射出
18、动态Barrel 2.0 Compression Dynamics of Screw Tip41Moldex3D于智能制造:基于PVT结果的保压压力曲线的AI优化调整技术: 美国专利US Patent (2016) Computer-implemented simulation method and non-transitory computer medium capable of predicting fiber orientation for use in a molding process42Moldex3D于智能制造: 基于PVT结果的保压压力曲线的AI优化调整技术将将PVT历程结果集
19、中，有助于优化体积收缩率的分布历程结果集中，有助于优化体积收缩率的分布DOE优化优化AI优化优化43工业革命 4.0+Moldex3D Moldex3D4.0+ : 生产制造的科学智能大脑CAE仿真分析AI机器学习大数据44真实射出机台仿真界面与IOT整合45Moldex3D在工业4.0智能制造的愿景现在 : 模流分析解决方案 (软件+材料量测+机台)未来 : 全制程/全工厂模拟与解决方案 (软件系统+材料/成形技术)过去 : 模流分析软件 (软件)46工业革命 4.0+Moldex3D云端智能分析系统建立大数据库大数据库(解决方案库解决方案库/塑料数据库塑料数据库)CAE仿真分析仿真分析AI
20、学习学习机器机器IOT整合整合PLM/MES系统整合系统整合Method : Process/Mold模具与制程的掌握是产品质量稳定性的关键48Moldex3D : 完整全模座分析功能Fixed SideMovable Side1st Ct2nd Ct49Moldex3D : 完整全模座分析功能MI, MPCR, Part, MI, and MP1st Ct2nd Ct50Moldex3D : 热流道成形动态仿真Hot Runner Design 51Moldex3D : 热流道成形动态仿真Virtual Molding : Hot Runner Design 52Moldex3D : 热流道
21、成形动态仿真Virtual Molding : Hot Runner Design 3-B2-B1-B53Moldex3D R17 : 先进制程 CRTM Process SimulationCompression/free flow area : Navier-Stokes solverPly zone : Darcy-Law solver54Moldex3D R17 : 先进制程 CRTM Process SimulationDifferent Ply orientation55Moldex3D R17 : 先进制程 CRTM vs Compression Molding Processe
22、sCRTM processCM process56Moldex3D : 先进制程 PU-Foaming Validation by FOAMAT57Moldex3D : 先进制程 PU-Foaming Validation by FOAMATFinal Height = 172 mm Final Height =176 mm 58Moldex3D : 先进制程 半导体封装仿真59Moldex3D : 先进制程 半导体封装仿真Capillary underfill moldingFan-out Fan-out packagepackage60Moldex3D R17 :半导体封装仿真 点胶制程模
23、拟Die-Attach Process - Dispensing SimulationViscosity 0.1 g/(cm s)Viscosity 1000 g/(cm s)6M与6C的连结 : Modeling是关键工业4.0时代的CAE应用62CAE在工业4.0时代的蛋黄蛋白理论Egg Model for CAE in the Era of Industry 4.0 MATERIAL MACHINE METHODS MEASUREMENT MAINTENANCE MODELING6M CONNECTION CLOUD CYBER CONTENT/CONTEXT COMMUNITY CUS
24、TOMIZATION6C63高分子高速剪切流变研究软件精确度提升验证工业4.0智慧机械示范各类试片成型Connection :成型技术研究中心偕同材料研究与软件提升成型技术研究中心64Cloud : Moldex3D云端服务Moldex3D Cloud Service ScenarioPre/Post ClientPrepare model dataSubmit analysis jobsView analysis resultsCloud Service PortalJob schedulingData managementAccount managementComputing resour
25、ces on-demandComputing FarmMoldex3D Cloud服务 (China) 官网为https:/65Content : Moldex3D 成型理论与实务系列专书66Content : Moldex3D 塑料加工数字教学系统 (MPE)67Moldex3D在工业4.0时代的角色:制造业非常重要的智能平台智慧监控生产制造设计优化基础研发人才培育质量管理项目管理平台整合大数据库新产品、新制程、新技术、新材料、新设备、新仪器等之研发DFM产品设计模具开发机台设定辅助周边实验设计法制成条件优化生产管理优化机台评估与调校质量检测与提升数位教材认证系统职前教育在职训练终生学习学生
26、/新进人员研究专员设计工程师现场工程师生产主管68工业4.0时代的Moldex3D : 串连起智能设计与智能制造From Smart Design to Smart ManufacturingFillingSimulationScrewSimulationPackingSimulationCoolingSimulationMold StructureSimulationWarpage SimulationOptimizationRealistic Machine InterfaceMaterial Modeling :Processing propertiesViscoelasticityMicro-mechanicsStructure SimulationSmart DesignSmart Manufacturing
