Mazda 使用 Ansys Speos 觀察車燈的效果

作者：Ansys Advantage 編輯團隊

Mazda Motor Corporation 於 2020 年 1 月 30 日迎接成立百年的里程碑。自 2010 年起，該公司的汽車便透過車輛最佳化平台 SKYACTIV 進行開發，該平台廣納了許多新技術。Mazda 積極投資電腦輔助工程 (CAE)，以利高效開發 SKYACTIV。Ansys Speos 3D 光學分析軟體在 MAZDA3 的內裝與照明開發中，具有舉足輕重的角色，該車款於 2019 年推出，是該公司新世代車款的首款車型。

ANSYS Speos 精準評估汽車照明

在汽車照明技術領域，自從轉換至 LED 以來，其設計自由度已獲得大幅提升。在這項轉變之前，照明與效能在某種程度上取決於供應商的知識。 供應商會使用各種工具提出新燈具的方案。然而，Mazda 無法自力判斷這些建議的優劣，或是親自執行照明分析。Mazda 也必須確保符合各種法規與功能性要求。為了推動開發進度，Mazda 需要在開發週期的早期就評估實際照明效果。

「在其他開發領域，例如碰撞安全與振動噪音，我們在設計階段會使用模擬技術驗證效能，並基於模型進行開發。」Mazda 內外部元件技術開發團隊技術負責人 Minoru Inoue 表示。「然而，在開發內外部設備 (含燈具) 期間，驗證大多是透過實體車進行，因此我們深知自己在光學開發方面已大幅落後。這就是我們為何一直希望能夠在開發初期，就能夠以基於物理提前評估人類感受，包含舒適感與美觀度。」

「我們喜歡 Ansys Speos 的原因，也是其模擬能讓我們在一次分析中，同時評估不同的物理量，包括視覺照明評估所需的亮度，以及符合法規檢測所需的光強度。」Mazda 外部零件開發團隊副理 Yoshiaki Nakaya 補充說明。

「Mazda 仍然支持基於模型的開發流程，但我們建議即便是供應商負責執行，也應該先瞭解零件設計機制 (原理或基礎) 後再進行開發。」Inoue 說道。「我準備了一份文件，向組織內的人員解釋這項工具能幫助我們學習技術，並提高開發效率。最後，我成功說服了他們。」

在導入 Speos 之前，Mazda 於確定開發方向後，仍然需要依原理模型概念多次製作原型，接著才進入細部設計。然後，Mazda 工程師會再製作另一個原型，最後才以最終設計資料製作實際車輛模型。因此，Mazda 在重複製作原型上所費不貲。舉例而言，每個燈具的模具成本，可能耗費幾百萬到一千萬日圓 (約 95,000 美元)。

該公司使用 Speos 後，成功減少了所需的原型數量。平均而言，Mazda 能在製程中減少兩到三個原型，因為 Speos 可協助工程師在設計階段發現並修正問題。

「比方說，有個漏光問題導致照明範圍超出預期區域，這在電腦輔助設計 (CAD) 資料中難以察覺，即便是經驗豐富的工程師，有時也會遺漏。」Nakaya 說道。「然而，在 Ansys Speos 的模擬中，我們能從不同角度檢查這類錯誤。現在幾乎不會有漏光的問題了，因此大幅減少了重複作業。」

Mazda Motor Corporation 在內外照明模擬中使用了 Ansys Speos。該公司利用基於模型開發的結果，成功減少原型數量，不僅省時又降低成本。Speos 還提供一種量化使用者體驗的方法，能合理化工程變更，並提升工作流程效率。

量化人類感受以打造最佳使用者體驗

Mazda 車輛測試與研究部門負責實驗與研究，技藝開發小組則研究人體、感覺、認知與表達，藉此考量顯示設備的可見性與質感等細節。

Mazda 技藝開發小組資深專員 Asami Yonezawa 在導入 Speos 時，負責監督防眩光的開發工作。由於遇到日射導致的眩光問題，她的小組選擇使用 Speos。在部分車型中，中央出風口周圍的銀色電鍍會反射陽光，造成駕駛人在行駛車輛時發生眩光問題。要解決這個問題，必須改變電鍍零件的形狀，導致模具修改額外增加約一千萬日圓的成本。相同的情況也出現在其他車型中，因此小組必須在修改模具前，先採取一些對策。

資深工程師依經驗重新設計電鍍零件，但沒有量化資料能顯示多少光線會讓人眼感到刺眼。即便是像 Yonezawa 這樣專門評估眩光的專員，也只能透過目視檢查，卻無法將其量化。公司希望找到能測量眩光的方法。

Speos 滿足了 Mazda 訂下的三項評估標準：

• 精準分析光量與波長
• 精準分析反射特性
• 重現並量化二維亮度分布

「我們的傳統工具會將設計與造型部門建立的 3D 資料，轉換成另一種檔案，所以在建立網格時會導致準確度劣化。」Yonezawa 說道。「由於 Ansys Speos 讓我們能將 3D CAD 成品直接作為附加元件使用，我們就能在不犧牲準確度之下進行模擬。這是我們特別喜歡的關鍵功能之一。」

Yonezawa 的小組同時也在處理另一個問題：車內零件的反射出現在擋風玻璃內側，讓駕駛人難以清晰透視擋風玻璃。由於無法以量化方式呈現設計問題，Yonezawa 很難讓設計人員瞭解為何需要改善。然而，Speos 提供了量化照明分析，她便能利用這些資料要求設計人員進行改善。

該小組積極使用 Speos 設計 MAZDA3 的燈具與內裝。在新車發表時舉辦的全球媒體試駕中，駕駛人普遍反映 MAZDA3 的視野清晰。

由左至右：Mazda Motor Corporation 的 Asami Yonezawa、Yoshiaki Nakaya 與 Minoru Inoue 利用 Ansys Speos 進行內外部照明模擬。

更有效率的供應商合作關係

自從導入 Speos，Mazda 與供應商的業務關係出現了變化。Mazda 以往採取單向燈具開發流程。例如，公司會提供設計概念與照明影像，讓供應商根據其知識提出方案。如今，Mazda 不再參與細部設計，而是透過模擬自行提出方案交給供應商參考。

「與傳統開發風格不同的是，我們可以在尚未設計燈具周圍區域的階段，就先提出概念以達到成本最佳化目標。」Nakaya 表示。比方說，Mazda 工程師可以使用模擬，將汽車照明安裝設計最佳化，以便後續進行大規模生產。這可以真正節省時間和金錢。

供應商似乎也樂於接受這種改變，因為在早期階段就能決定規格，並由雙方共同準備最佳設計，能讓開發更有效率。Mazda 現在採取一種開發流程，讓工程師與供應商能在使用 Speos 同步模擬時，得以即時共享相同視角，進而快速決定規格。

Speos 不僅改善了 Mazda 與供應商之間的溝通，也促進了公司內部設計與開發部門之間的交流。

「過去總是很難用口頭說明讓人理解車輛還能提升多少，但透過 Ansys Speos視覺化後，就能輕易說服設計人員。」Yonezawa 說道。「一旦設計人員滿意，就會願意接受設計的變更。這甚至能在未製作實體產品下達成，無疑是其中一大優勢。」