案例研究
「在這場百年一遇的革命中，我們相信必須創新業務流程以縮短前置時間，才能讓日本製造業永續發展。藉由導入即時 CAE，我相信我們找到了能縮短開發與生產準備所需時間的方法。我希望透過增加即時 CAE 的使用範圍，同時使用實際現象和傳統分析進行驗證，進一步改善業務流程。」
— Yuki Suzuki，Toyota 工程師
Toyota 的全球願景是藉由在全球各地豐富生命和社會，實現「感動的時刻，超越您的期待」，引領未來的移動服務社會。為了達成此目標，Toyota 的每個人都致力於打造高品質的產品，不斷追求領先時代一步的創新。他們保持著貼近全球環境的意識，目標是在 2050 年前透過多種途徑方法達到碳中性。為達成這些目標，Toyota 的動力系統製造基礎工程部門 (Powertrain Manufacturing Fundamental Engineering Division) 透過即時電腦輔助工程 (CAE)，與產品設計和製造部門合作，徹底提高效率和縮短開發時間，從而提高產品和生產線概念的競爭力。
挑戰
汽車產業正面臨全球暖化與空氣污染等環境挑戰。為了因應這個問題，汽車製造商已訂下目標，要在 2035 年前將 CO2 排放量從 2019 年水平降低超過 50%，以達成碳中和的目標，迫使汽車製造商將重點轉移到更能永續發展的傳動系統。在競爭激烈的市場中，車輛電動化所帶來的產品開發挑戰，如資源不足、獲利能力降低等，使得這些目標更加複雜。
為解決這些問題，Toyota 必須大幅改善效率並縮短開發時間，以提高生產力。
工程解決方案
Toyota 使用 Ansys Discovery 模擬軟體來研究新產品，並針對生產線上的問題進行疑難排解，協助公司在生產現場做出立即的決策。
具體而言，模擬可讓 Toyota 在三個關鍵領域採用即時 CAE 策略。
- 藉由辨識 CAE 分析所需的元素以及可省略的元素，前期機制解析的累積提升了 CAE 分析的技術能力。
- 電腦演進的加快，包括 GPU 效能和自動網格產生等速度。
- 與 CAD 和 3D 模型相關的數位化策略已經發展成熟。
效益
在一個案例中，關鍵生產線設備的錨定螺栓區域的地板表面受損，導致輸送系統在加速和減速時產生明顯震動問題。實際現場檢查發現地面表面有裂痕，表示需要迅速採取對策。
過去，Toyota Motor Corporation 主要使用 CAE 進行定量評估。花了很多時間將個別需求回饋至現場，以及檢查細節以取得分析結果。透過使用即時模擬式 CAE，分析部門的成員可以前往發生問題的實際現場，例如設計師的工作地點，或是生產現場所在的工廠，並透過在該現場分析資料來加速決策以解決問題。
為此：
- Discovery 軟體能夠辨識並排除分析元素，並縮小分析點以在現場開發立即對策，滿足高緊迫性的需求。
- 初步分析顯示錨定螺栓區域承受極大壓力。根據結果，Toyota 提出具有額外支撐裝置的對策，將錨定螺栓負載降低 40%。
- 作為驗證，與詳細分析的比較也確認了在實施對策前後，分析結果的趨勢與本次分析的結果一致。
- 整體而言，使用 Discovery 軟體進行即時現場反應分析，與其他詳細的 CAE 方法相比，研究時間縮短了 93%。從分析得到的驗證結果，會顯示對於快速研究有效解決方案而言關鍵的趨勢。
現場剛性分析與討論可及早找出對策。
另一個使用案例則是利用即時 CAE 來維持恆溫室內的均勻溫度，恆溫室的設計可維持高溫、高濕或低濕的條件。初步的狀況分析顯示，空氣因室內設備而無法順利循環。根據恆溫室的位置，也觀察到有溫度的差異。考慮到大規模空間資料，有必要在 Discovery 軟體的協助下導入即時 CAE。
為此，
- 在 Discovery 軟體中進行的參數研究，透過將鼓風機放置在最佳位置，大幅降低恆溫室的溫度不均勻性。
- Discovery 軟體能夠立即產生無條件參數研究的有效條件，因為它能夠快速分析更大型資料集，例如恆溫室。
利用分析時間短的優勢，從參數研究中提出最佳條件
儘管恆溫條件的尺寸和規模龐大，Toyota 仍能在分析過程中找出哪些元素是需要的、哪些是可以省略的，從而簡化模型。
在未來，藉由 Ansys 工具和求解器的協助，Toyota 也計畫建立可供設計師和現場人員使用的即時 CAE 環境。
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