前沿技术如何赋能产品设计?

前沿技术如何赋能产品设计?

近年来,由增强现实(AR)技术、增材制造(AM)技术、仿真技术等前沿技术和CAD设计相结合,开创了制造业产品设计的新思维,掀起了一轮声势浩大的产品设计变革浪潮。

当前,全球的制造业正在阔步前进的道路上,同时也面临着来自市场、资源与环境、劳动力、成本、企业盈利能力等方面的压力。近年来,由增强现实(AR)技术、增材制造(AM)技术、仿真技术等前沿技术和CAD设计相结合,开创了制造业产品设计的新思维,掀起了一轮声势浩大的产品设计变革浪潮,同时引发了公众对制造业传统产品设计的发展瓶颈和未来发展的深度思考。

AR技术正在连通产品设计的物理世界和数字世界

AR技术,可以简单地理解为将计算机图形叠加到现实世界的实时视图上,通过先进的计算机视觉功能识别和跟踪对象与空间,捕获工作环境,以及启用虚拟工作指令等创作体验,让产品设计的物理世界和数字世界保持实时连通。在产品设计过程中,AR的价值主要表现为:可视化和交互。具体而言,AR的可视化,有助于把产品的三维设计模型与实际世界重叠从而强化用户的视觉感受;AR的交互,则表现为借助于AR界面来操作产品设计模型,包括修改数字设计模型、设计协同评审、数字体验等。

作为一家在AR技术方面有着众多领先技术的公司,PTC率先将AR技术引入了三维设计软件Creo中。在其最新版本Creo 6.0中,进一步优化了产品设计工程师对AR的可视化体验。例如,设计工程师可以随时将产品的3D表示与工厂车间等背景叠加在一起,即使3D表示有修改,也只需重新发布就可以,在上下文中按比例即可查看最新设计;同时,Creo 6.0在保护设计者的知识产权的基础上,支持将更多的相关人员引入设计流程中。

1.jpg

基于Creo 6.0的AR创作和发布

其次,PTC借助AR技术真正改善了制造业产品设计的互动方式,消除了传统CAD和PLM工具的复杂性。在产品设计阶段,利用AR来演示产品的过去、现在和未来状态;在流程方面,可通过AR访问产品的物料清单、CAD文件、工作指令和服务流程。例如,使用Creo AR Design Share,设计人员可一次发布多达10个体验,并对每个体验进行全面的管理控制。同时,借助基于云的AR,Creo和Windchill的用户可以简化产品开发流程,提高产品质量并推动创新。此外,产品设计工程师还可以发布用于HoloLens和以二维码形式呈现的体验。

据悉,波音、福特和奥迪等大型工业公司已经使用了AR技术,他们不仅利用AR技术推动了相关人员的协作,而且也作为展示和审查他们的产品设计方案中的一种方式,以在生产过程之前对最终设计产品获得更加真实的感觉。笔者认为,从PC时代使用键盘鼠标交互,到移动时代通过指尖交互,再到智能化时代可以通过各种传感器交互,在交互手段不断升级的趋势下,AR通过将现实世界、虚拟信息和人连接起来,为人们提供了崭新的智能化交互方式。笔者相信,随着硬件与网络的升级,以及算法和数据的积累,未来AR技术在产品设计上应用也会越来越多。

增材制造技术帮助设计师突破自身思维束缚

增材制造,俗称3D打印,自1986年首家增材制造公司3D Systems成立以来,由于其能快速制造出各种形态的结构组织,对传统的产品设计、工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响,是制造业最具代表性的颠覆性技术之一。目前,在各国政府和市场的共同推动下,增材制造技术的发展速度正不断加快。

尤其在增材制造3D软件方面,人们逐渐意识到了3D软件在增材制造过程中的重要性,包括从设计、模拟到工作流程管理和安全。以PTC Creo为例,真正消除了3D CAD和增材制造之间的差距。在其最新版本Creo 6.0中,增加了更多晶格建模、构建方向、优化、支持切片和3MF等全新功能,让设计师在设计产品时充分专注设计工作本身,突破自身思维束缚,设计出更复杂、更灵活的产品。

2.jpg

基于Creo 6.0设计的增材制造产品


具体到晶格建模方面,除了Creo原来标准的2.5D和3D晶格,在Creo 6.0中,设计师还可以构建由公式驱动的晶格,例如陀螺仪、随机泡沫或共形晶格,并使用Creo几何体定义自定义晶格;在构建方向上,基于Creo 6.0,设计师不仅可以定义将设计打印出来的最佳方向,也可以分析和优化构建方向,以最大限度缩短打印时间、减少支撑结构或提高托盘的利用率,并利用此方向来驱动晶格设计;在优化方面,Creo 6.0不仅支持拓扑优化中的装配,同时还提供了一个改进的结果窗口,其中包含更多控件,使设计师可以更彻底地查询并用动画显示结果。

笔者认为,随着增材制造技术的不断进步,未来的制造不仅可以实现个性化、定制化发展,也可以实现规模化发展,这需要增材制造产业链的各方人员共同努力来促成。例如增材制造的软件厂商,如何革新设计工具才能更加智能化、更加简单高效;如何革新设计工具才能更好地支撑设计效率的提升、降低设计专业度的要求?……解决了这些问题,增材制造技术融入人们生产生活的方方面面必将指日可待!

仿真技术确保设计师在产品设计时获得实时反馈

中国工程院李伯虎院士曾说过:“高效能仿真技术可以研究已发生、尚未发生或设想的现象,可以研究难以达到的微观、中观或宏观的世界,具有综合、协同、继承和互操作的特性,因而成为现代科学研究中求解高度复杂问题的重要科学手段。”如今,随着仿真技术逐渐普及到产品的整个生命周期,CAD和CAE的集成越来越紧密。如何开发更加复杂的产品,更快地将产品推向市场?如何让没有基础的设计师使用起仿真技术也不会有任何障碍呢?这些需求都促使设计师重新思考当下的产品设计模式。

PTC Creo 6。0中,凭借ANSYS提供支持的Creo Simulation Live,让上述想法变成了现实。作为一款真正面向设计工程师的强大仿真工具,Creo Simulation Live能实时提供洞察并指导设计决策。具体而言,设计师只需要定义一些简单的条件,软件则会在后台运行,从而在Creo建模环境中提供即时的动态设计反馈。同时,该工具无需高级FEA分析师的专业技能,设计师即使零仿真基础经过简单学习也可快速上手。

3.jpg

基于Creo Simulation Live的应用案例


尤其设计师在创建和测试多种设计变体时,更能发现Creo Simulation Live的优势所在。优势一在于实时性,即直接在建模环境中就可对零件和装配结果进行瞬时模拟;优势二表现为交互性,当设计师编辑、创建或更高设计时,仿真分析会动态更新;优势三是易用性,无需准备几何体、网格化或等待结果,也无需在窗口间进行切换,在几分钟内就可运行第一次模拟。可以说,Creo Simulation Live真正帮助设计师在设计过程中及早发现问题,降低解决问题的难度和成本;同时还能更快地探索更多其他设计方案。

笔者认为,尽管当下仿真技术已无处不在,但协助设计师在产品生命周期中尽早识别设计风险依然是仿真工具的首要任务。相比于传统模拟工具,Creo Simulation Live这款更及时、更易用的仿真工具,确保了设计师在建模环境中就可实时看到设计决策的影响,这对企业加快产品创新、帮助设计师更快地构建更好的产品,显然非常有益。



彩83彩票平台 天鸿彩票平台 天天彩票平台 平安彩票 大盈彩票平台 平安彩票 信博彩票平台 达人彩票平台 易投彩票平台 网易彩票