จะรู้ได้อย่างไรว่าผล Simulation ถูกต้อง

คำถามนี้เป็นคำถามคลาสสิกที่ผู้ใช้งาน Simulation แทบทุกคนจะถามถึง  หรือคำถามก็อาจจะมีรูปแบบที่แตกต่างจากนี้เล็กน้อย เช่น โปรแกรมนี้มีความแม่นยำแค่ไหน,  มีความคลาดเคลื่อนกี่เปอร์เซนต์, มีสถาบันหรือหน่วยงานไหนรับรองว่าโปรแกรมนี้ถูกต้องหรือไม่ เป็นต้น  ไม่ว่าคำถามจะมาในรูปแบบไหนเราก็สรุปง่ายๆได้ว่าสิ่งที่ทุกๆคนต้องการรู้คือ "ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์นั้นถูกต้องหรือไม่"

ก่อนจะตอบคำถามนี้ผมขอทำความเข้าใจกับทุกๆท่านก่อนว่า  โปรแกรม Simulation ไม่ว่าจะเป็นโปรแกรมไหนก็ตาม  มันคือเครื่องมือชิ้นหนึ่งเท่านั้น  ดังนั้นผลที่ได้จะถูกหรือผิดก็ขึ้นอยู่กับวิธีการใช้งานของเราว่าถูกต้องมากน้อยแค่ไหน  ผมขอยกตัวอย่างเปรียบเทียบโดยสมมติว่า โปรแกรม Simulation คือเครื่องคิดเลข  ถ้าหากเรากดเครื่องคิดเลขได้ถูกต้องผลลัพธ์ที่ได้ก็ย่อมถูกต้อง  แต่ถ้าเรากดเครื่องคิดเลขผิด  เครื่องคิดเลขก็ย้งแสดงผลลัพธ์ให้เราอยู่ดี  เพียงแต่ว่าผลลัพธ์ที่แสดงออกมานั้นผิด

ในโปรแกรม SolidWorks Simulation จะต้องกำหนดค่า(เปรียบกับการกดเครื่องคิดเลข) ดังต่อไปนี้  เพื่อให้โปรแกรมสามารถคำนวณได้
1. Geometry  คือ โมเดล 3D ที่เราเขียนหรือนำเข้ามาจากโปรแกรมอื่นๆ
2. Material  คือ คุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ทำชิ้นงานจริง
3. Loads  คือ แรงกระทำที่ทำกับชิ้นงาน เช่นแรงดึง  แรงบิด  ความดัน ฯลฯ
4. Fixture  คือ ลักษณะการยึดชิ้นงาน เช่น การยึดแน่น  การยึดแบบบานพับ ฯลฯ
การกำหนดค่าทั้ง 4 อย่างข้างต้นจะส่งผลกระทบต่อคำตอบมากน้อยแตกต่างกันดังรูปข้างล่าง

จากรูปจะเห็นว่าการกำหนดค่า Fixture ส่งผลกระทบต่อผลลัพธ์มากที่สุด  ดังนั้นจึงเป็นจุดที่ควรระวังมากที่สุด  ส่วนการกำหนดค่าอื่นๆก็จะส่งผลต่อคำตอบลดหลั่นกันไป

นอกจากนี้เครื่องคิดเลขก็มีหลายหลายราคา  ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับฟังชั่นที่เครื่องคิดเลขเครื่องนั้นๆมี เช่น เครื่องคิดเลขราคาหลักสิบหรือหลักร้อยก็ใช้บวก ลบ คูณ หารได้แค่นี้  ส่วนเครื่องคิดเลขราคาหลักพันก็อาจจะคำนวณเลขยกกำลัง  แก้สมการ  หรือเขียนกราฟได้  เป็นต้น  โปรแกรม Simulation ก็เช่นเดียวกัน  ถ้าเราต้องการวิเคราะห์ความแข็งแรงของโลหะทั่วไป  ก็อาจจะใช้โปรแกรม Simulation ที่ฟังชั่นไม่ต้องเยอะมาก  แต่ถ้าจะวิเคราะห์งานที่มีความซับซ้อน เช่น การยุบตัวของรถที่ชนกัน  หรือการวิเคราะห์การหล่อโลหะ เป็นต้น  ก็ต้องใช้โปรแกรม Simulation ที่มีสมการสำหรับคำนวณด้วย  ผลการวิเคราะห์ที่ได้จึงจะน่าเชื่อถือ

สำหรับโปรแกรม SolidWorks Simulation ก็มีฟังชั่นที่หลากหลายให้เราเลือกใช้  เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ถูกต้องตามที่เราต้องการ โดยคลิกที่นี่เพื่อเข้าไปดูบทความเกี่ยวกับฟังชั่นต่างของ SolidWorks Simulation ได้

เรื่องสุดท้ายที่ส่งผลกระทบต่อคำตอบคือความละเอียดของ Mesh  ถ้าหาก Mesh มีความละเอียดมากจะทำให้จำลองรูปร่างของโมเดลได้เหมือนจริง  จึงทำให้ผลลัพธ์ที่ได้มีความถูกต้องมากขึ้น  เพียงแต่ว่ายิ่ง Mesh มีความละเอียดมากเท่าใด  โปรแกรมก็ต้องใช้เวลาในการคำนวณเท่านั้น  ดังนั้นการกำหนดความละเอียดที่เหมาะสมจะทำให้ได้ผลลัพธ์ที่น่าเชื่อถือและคำนวณได้เร็วอีกด้วย  การหาขนาดของ Mesh ที่เหมาะสมสามารถพิจารณาได้จากรูปต่อไปนี้

จากกราฟจะเห็นว่าเมื่อเพิ่มความละเอียด Mesh ให้มากขึ้น  ผลลัพธ์ที่ได้จะใกล้เคียงค่าที่ถูกต้อง(ได้จากการทดลองจริง)มากขึ้น  จนถึงจุดๆหนึ่งที่ถึงแม้ว่าจะเพิ่มความละเอียด Mesh แต่ก็ไม่ทำให้ผลลัพธ์ที่คำนวณได้แตกต่างจากเดิม  เราก็จะได้ความละเอียด Mesh ที่เหมาะสม  และผลลัพธ์ที่ได้ก็มีความน่าเชื่อถือ  เราเรียกค่าผลลัพธ์ที่มีแนวโน้มว่าค่าจะเริ่มนิ่งว่า ผลลัพธ์มีการลู่เข้า(convergent)

สรุปคือผลลัพธ์จะมีความถูกต้องมาน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับ

1. กำหนดค่าการวิเคราะห์ต่างๆได้ถูกต้องเพียงใด ได้แก้ โมเดล  คุณสมบัติวัสดุ  แรงกระทำ  จุดจับยึด

2. เลือกฟังชั่นการวิเคราะห์ให้เหมาะสมกับผลลัพธ์ที่เราต้องการ

3. Mesh มีความเหมาะสมเพียงใด