使用 Autodesk 結構分析軟體的選擇與時機

Autodesk 在"結構分析"軟體產品總共有以下幾個選擇：

1. Inventor 應力分析
2. Inventor 框架分析
3. Inventor Nastran (原名 Nastran In CAD，2020版開始更名)
4. Nastran
5. Simulation Mechanical(已停止更新)
6. Robot Structure Analysis
7. Sim 360 (Fusion 360)

對 Autodesk 自己的一般業務人員或員工來說，
這麼多種結構模擬分析軟體，其實也不太搞得清楚中間的差異，
更不用說 CAD 經銷商或是一般的使用者。

這幾套結構分析軟體可以作個簡單分類：
整合在 CAD 環境中的 Inventor 應力分析 、Inventor 框架分析 、Inventor Nastran（原名Nastran In CAD ，支援Inventor、 Solidworks)、Sim 360(Fusion 360)；
獨立執行的 Autodesk Nastran、Autodesk Simulation Mechanical、Robot Structure Analysis。

以下試著簡單將各別軟體作一個簡單的介紹，跟說明適合的使用時機。

首先來看第一個 Inventor 應力分析，參考：Inventor 應力分析簡介
Inventor 應力分析可以說是 Autodesk 眾多結構分析軟體中最簡單 、最基礎的結構模擬分析軟體，
只要是有基本力學概念的工程師都很適合用 Inventor 應力分析；
功能是將設計的零組件模型轉成以四面體加板元素混合的 CAE 模型(網格)，
加上適當的邊界條件設定 (約束、負載、接觸等)，
就可以很快的進行一個算變形 、應力 、反作用力的模擬以及模態 (自然頻率) 的模擬，
優點就是方便 、易學 、易用，
缺點是功能有限，
但是對一般的結構模擬分析來說，應該可以滿足超過70%的結構基本模擬需求，
如變形量跟應力分佈。

第二個 Inventor 框架分析，
這個功能必需搭配 Inventor 框架產生器使用，
基本上專門對樑結構進行設計與模擬，
對一般機械結構來說，像型鋼 、鋁擠型類的架子都有機會可以用到，
但是對一般的零組件來說就完全幫不上忙，
這個功能在使用上另外一個困難在於型鋼會被簡化為線架構，
模擬設定與結果的檢視上不如 Inventor 應力分析那麼直覺，
一般的機械工程師可能很難理解其設定與結果解讀，
實務上很少看到有人在用，
不是不好用，主要是不知道該如何使用，
這個功能應該是 Autodesk 併購 Robot Structure Analysis 之後，將部份樑結構模擬功能搭配Inventor 框架產生器幾何放進 Inventor 專業版。


再來看 Inventor Nastran (原名 Nastran In CAD)，參考：Nastran In CAD 簡介
基本上算是將 Autodesk Nastran 結合 CAD 操作介面的模擬功能精簡版，
雖說功能精簡但是一點也不簡單，
從模擬功能選擇總共有19種模擬功能可以選擇：

線性靜力
正規模態
線性挫曲
預應力靜力
預應力正則模態
非線性靜力
非線性挫曲
直接暫態響應
模態暫態響應
衝擊分析
非線性暫態響應
直接頻率響應
模態頻率響應
隨機響應
多軸向疲勞
振動疲勞
線性穩定狀態熱傳導
非線性穩定狀態熱傳導
非線性暫態熱傳導

對一般機械工程師來說，
光是想要理解以上這些模擬功能名詞的用途，跟應用上的差異應該就很辛苦，
就算大學 、研究所階段有學過 CAE，
通常也不會有機會、也不可能作過以上這全部 19 項。

NIC 這些模擬功能幾乎支援了 Autodesk Nastran 的大多數功能，
只是拿掉了一些進階設定的功能，無法在 CAD 環境下進行設定；
可是若會 Nastran 語法，其實可以利用 Nastran In CAD 當前處理器，
產生 .nas 檔進行編輯，再丟到 Nastran 求解器進行模擬計算；
在這 19 項模擬功能中，也有對應前述的 Inventor 應力分析可以作的線性結構靜力分析，
但是增加了對複合材料、熱變形、1 維元素的支援，功能比應力分析強大許多，
可是操作上就比較麻煩，對系統資源要求也比較高。

對機械工程師來說，需要用到一些暫態反應、熱變形熱應力、疲勞壽命、樑加板加四面體混合元素等模擬，
就可以考慮改用 Nastran In CAD 來作，
這些功能都是 Inventor 應力分析所作不到的功能。

有支援 Inventor 跟 Solidworks 兩套 3D CAD。

再來看 Autodesk Nastran，
這一套應該是目前 Autodesk 可銷售的結構分析軟體中，
在模擬功能方面最完整 、最強的，
但是對機械工程師來說，也請忽略，
因為這一套是給專門的 CAE 工程師用，
介面設計屬於比較傳統早期 CAE 軟體的形式，
條件設定、結果顯示等都不是普通的難用，
對機械工程師來說，太難學，使用上也太麻煩，
只適合有強烈興趣且熟悉 Nastran 語法的 CAE 進階使用者。

再來是 Autodesk Simulation Mechanical，參考：Autodesk Simulation 簡介
雖然功能不錯，但是因為已經不再推出新版進行商業銷售，
所以對想要購買正式版權來使用的使用者來說也可以忽略不計。

但是若僅僅是個人學習與研究用途，
這一套反而是最推薦機械工程師使用的結構分析軟體，
可以下載免費的教育學習版本或找功德版來進行學習與練習，
雖然操作上比 Inventor 應力分析來得複雜難學，
但是功能上強很多，接近 Autodesk Nastran，
雖然難學，但是比一些類似功能的專業 CAE 軟體來說卻算是相當平易近人的好 CAE 軟體，
尤其是 MES 功能，在一些動靜態線性非線性材料的結構模擬跟落摔模擬上，操作使用相對簡單易學易用。


對機械工程師來說，
Robot Structure Analysis 這一套結構分析軟體可以不用考慮，
不是這一套軟體不好，而是這套軟體主要是用應在土木、建築結構上，
而且偏重在鋼骨結構(樑、Beam)、樓板(板、Plate)的線性、非線性、靜態、模態的模擬分析：

也有加入風場產生風壓的模擬：

主要是強調可以跟建築設計整合在一起。
因此對一般機械工程師來說其實並不實用，
除非公司產品是專門在作鋼構的領域；
但是因為在台灣市場中土木結構有其他更廣為業界所熟悉使用的軟體，
所以這一套在台灣土木結構業界也沒有人在用，
我之前有想要學，但是因為基礎資料需來自建築與土木結構設計，
在缺乏設計資料的情況下，也不知從何用起，
再加上台灣歐特克也沒有人會用，
評估下就放棄投入資源學這一套；
台灣歐特克若想要推這一套軟體，
最好的辦法就是打著免費教育者使用授權讓學校老師、學生大量使用來累積使用者與教材，
但是問題是沒人會教，必須靠學界自己摸索。


最後看Sim 360，
基本上就是在 Autodesk 網路伺服器上執行模擬，
必須把模型上傳到 Autodesk 伺服器 (Fusion 360)，在網路上進行設定跟模擬；
如果公司對研發資料管制很嚴格，要把模型丟上網然後跑模擬，
光是機密問題大概就不可行，
在台灣的公司可以接受這種概念跟使用法的公司應該有限，
所以 Sim 360 也可以先忽略。

這幾套軟體在一般的機械設備公司裡，建議使用的時機如下 :
一般的線性結構靜力分析使用 Inventor 應力分析，
但是若有需要作到樑元素+板元素+3D實體元素進行模擬時建議改用 Nastran In CAD，
當然若是其他的熱變形、疲勞、暫態想應等模擬功能，也不得不使用 Nastran In CAD 作。

至於其他的 Autodesk 結構分析軟體，對機械工程師來說就先把他們忘了吧！
留給專業的 CAE 工程師，或者是委外專案進行，
原因是很少用到的軟體跟功能，就算勉強學，通常不用幾個禮拜就還給講師了。