พัฒนาการของโปรแกรม
นับตั้งแต่มีการพัฒนาโปรแกรมทั้งจาก R&D ของบริษัทต่าง ๆ หรือตามมหาวิทยาลัยมีการพยายามที่เพิ่มความสามารถของโปรแกรมให้หลากหลายจากจุดเริ่มต้นที่นำโปรแกรมมาอธิบายพฤติกรรมของโลหะแผ่น ไปจนกระทั่งการทำโมเดลของชิ้นงาน และเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ นั้น ในปัจจุบันความสามารถสำคัญของโปรแกรมที่จำลองกระบวนการชิ้นรูปโลหะแผ่นมีดังนี้

1. สามารถอธิบายพฤติกรรมของวัสดุได้ถูกต้อง ( Nonlinear stress/strain relutionship anisotropy )
2. สามารถสร้าง 3D model เพื่อใช้แทนแม่พิมพ์หรือDie Faceในโปรแกรม
3. สามารถกำหนดการเคลื่อนไหวของแม่พิมพ์ หรือ Tool โดยใช้ load หรือ displacement function
4. สามารถคำนวณ GAP หรือระยะห่างระหว่าง Die face และรวมถึงการคำนวณแรงเสียดทานด้วย
5. แสดงผลในรูปแบบที่ง่ายต่อการเข้าใจและเป็นมาตรฐาน

ในโปรแกรมที่เขียนขึ้นมาจากสถาบันต่าง ๆ นั้น ส่วนใหญ่จะยึดถือแนวทาง 1-5 เป็นหลัก และในบางครั้ง โปรแกรมทางด้าน FEA ที่เป็น General Purpose หรือใช้งานทั่วไปที่สามารถแก้ปัญหาในลักษณะ Nonlinear ได้ ก็ถูกนำมาพัฒนาต่อยอดขึ้นไปเป็นโปรแกรมที่ใช้จำลองการขึ้นรูปโลหะแผ่นเช่นกันการพัฒนาส่วนใหญ่ก็จะเป็น 3D Finite Element Program แต่บ่อยครั้งที่ 2D ก็ถูกนำมาใช้งายเหมือนกัน

การวิเคราะห์ใน 2 มิติ หรือ 2D นั้น เกือบ 100% คือการนำเอา Section ของงานมาวิเคราะห์ หรือเรียกว่า Section Analysis ซึ่งข้อดีของมันคือ การวิเคราะห์ต้องการข้อมูลน้อยกว่า 3 มิติ และเวลาในการคำนวณมีความเร็วสูงอาจจะเสร็จภายในเวลาไม่กี่นาที แต่ทั้งนี้ 2D ก็ให้คำตอบที่น้อยกว่า และอาจต้องใช้ประสบการณ์อย่างมากในการตีความผลลัพธ์ที่ได้ก่อนนำไปใช้

ในการวิเคราะห์ในระบบ 3D Finite Flement Analysis ชิ้นงานและแม้กระทั้งตัวแม่พิมพ์เองจะถูกแบ่งย่อยเป็นชิ้นเล็ก ๆ ที่เรียกว่า Element จากนั้น สมการ หรือ Equation ต่าง ๆ ที่ต้องใช้ในการแก้ปัญหาก็จะนำเข้าไปคำนวณตาม Element ต่าง ๆ ความละเอียดแม่นยำของผลลัพธ์ก็จะขึ้นอยู่กับขนาดของ Element ที่เราแบ่ง ซึ่งถ้า Element ยิ่งเล็กก็ยิ่งสามารถอธิบายได้ละเอียดมากขึ้นแต่ก็จะกินเวลาในการคำนวณมากขึ้นด้วย (ดูรูปที่ 3 )

ในส่วนการแก้ปัญหาหรือที่เรียกกันว่า Solver นั้น ปัจจุบันยังถูกพัฒนาออกมาเป็น 2 แบบ ก็คือ implicit และ explicit ซึ่งในแต่ละ Solver นั้น ก็มีข้อดีข้อเสียต่างกันไป ซึ่ง solver ตัวแรกคือ implicit นั้น ใช้การคำนวณแบบแม่นตรง ซึ่งจะให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ แต่ก็จะมีปัญหาในการคำนวณโดยเฉพาะปัญหา nonlinear และมีการคำนวณเรื่องของ gap/contact ซึ่งล้วนแต่เป็นสิ่งที่จะต้องเกิดขึ้นในการวิเคราะห์ การขึ้นรูปโลหะแผ่นทั้งสิ้น

แต่สำหรับ Explicit Solver นั้น จะใช้เทคนิคในการข้ามหรือไม่สนใจปรากฏการณ์บางอย่างซึ่งจะไม่ถูกนำมาคำนวณเพื่อลดการทำงานที่ไม่สำคัญดังนั้น explicit จึงมีความรวดเร็วมากกว่าในการแก้ปัญหาทางด้านการชิ้นรูปในลักษณะต่าง ๆ ไม่เฉพาะโลหะแผ่นเท่านั้น โดยเฉพาะงานจริงที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมนั้นมักจะมีองค์ประกอบมากและเป็นปัญหาที่มีขนาดใหญ่

การพัฒนาต่อเนื่องก็ยังดำเนินต่อไป มีการพัฒนาการวิเคราะห์ที่สามารถแยกหรือแบ่งชิ้นงานที่เกิดจากกระบวนการอย่างเช่น การ Trim หรือการ Blank โลหะแผ่น นอกจากนี้ยังมีการนำเอา solver ทั้ง implicit และ explicit มาใช้ร่วมกันในการวิเคราะห์เพื่อผสมผสานข้อดีของแต่ละ solver ตัว อย่างเหมาะสม

การพัฒนา User Interface และการเชื่อมโยงโปรแกรมวิเคราะห์กับโปรแกรมทางด้าน CAD เพื่อการทำงานที่ง่ายสะดวกและรวดเร็วมากยิ่งขึ้น มีการพัฒนาแยกย่อยในตัว Solver ออกไปอีกเป็น One-step solver และ Multi-step solver เพื่อความสะดวกในการดำเนินการแก้ปัญหาโดย One-step จะมีความรวดเร็วกว่า Mulit-Step มาก ( ดูรูปที่ 4 แสดงการวิเคราะห์ oilpan โดยใน one-step solver. )

จากแนวทางการพัฒนาที่หลากหลายนี้ทำให้เกิด Stamping Simulation software จากหลายบริษัทและก็มีเทคนิคเฉพาะด้านแตกต่างกันไปรวมไปถึง solver ที่ใช้ก็เช่นกัน การที่จะเลือกว่าจะใช้ software ใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ของปัญหาของแต่ละบริษัทซึ่งอาจจะมีจุดวิกฤตที่ต่างกัน

เขียน Trevor Dutton John Miles Ed Pask Ove Arup & Partners
แปล CAEMAN