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前沿观察:智能互联正成为产品设计的新方向

2018/8/16    来源:e-works    作者:吴星星      
关键字:关键字:PTC  Creo5.0  
日益智能互联的产品设计,也带给了设计与工程人员一系列思考:如何改进智能产品设计?如何用正确的数据流实现组织延伸?
    物联网、传感器等技术的发展,使得越来越多的非智能产品转变为智能产品,原先单纯由机械和电子部件组成的产品,现在已进化为各种复杂的系统和平台,硬件、传感器、数据储存装置、微处理器和软件,产品以多种多样的方式组合成新产品,产品的发展方向日益智能化、互联化。
 
    显然,现有的新产品开发流程已经不能满足智能互联产品设计的需求,企业必须要有快速、灵活、多变的产品变型设计工具来满足当下智能互联产品设计的需求。日益智能互联的产品设计,也带给了设计与工程人员一系列思考:如何改进智能产品设计?如何用正确的数据流实现组织延伸? 
 
    (一)改进智能产品设计
 
    1、构建虚拟传感器——Creo Product Insight
 
    目前来看,很多企业做新产品开发的依据,更多是依赖终端用户获取反馈或委托调查公司。新产品设计亦是如此,更多依赖物理原型,无法高效分析和运用来自原型、检查设备和现场部署的产品运行情况的多股数据流,也无法发现新产品、功能等可能为企业带来的新业务机会,更不用提找出并修正设计缺陷,提高下一代产品质量。
Creo Product Insight提供产品数据分析的功能
 
    Creo Product Insight提供产品数据分析的功能
 
    Creo Product Insight扩展程序,在CAD模型中嵌入数字传感器,通过PTC ThingWorx把数字传感器和物理传感器的数据互联,让用户从CAD模型就能看到产品的实际使用数据和运行情况数据。这样,产品设计师可以从测试平台或现场收集到实际产品数据,然后反馈到CAD模型,进而做出更好、更明智的设计决定。
 
    2、拓扑优化技术
 
    作为近三十年来国际工程结构与产品创新设计领域的研究的热点之一,拓扑优化技术已成为数字化建设的核心技术,也是当下产品创新设计不可或缺的支持理论和重要技术。这主要是由于拓扑优化技术能从力学原理出发,通过优选材料分布方式、结构构型、构件尺寸等途径,帮助设计人员从众多可能的设计方案中获得最优的结构形式。
Creo 5.0 中的拓扑优化研究
 
    Creo 5.0 中的拓扑优化研究
 
    PTC Creo 5.0引入了拓扑优化,其全新的Creo Topology Optimization功能模块,帮助设计师摆脱了现有设计和思考过程的约束,通过给定的目标和限制自动创建经过优化的零件。此外,在Creo5.0中工程师可以使用许多控件来实现更多可用的配置,这些配置包括制造约束,例如限制构件空间内构件的尺寸,规定构件必须是关于平面对称的、或可挤压的、或者可以从模具中拉出等。
 
    (二)用正确的数据流实现组织延伸
 
    1、物联网——ThingWorx
 
    物联网平台是科技和文化环境自然演变的产物,在物联网终端与采集自终端的数据最终所驻留的存储库之间发挥着中间件的作用。在物联网问世之前,设计师需要先设想产品的性能,然后在仿真和设计软件中观察性能。如今,这一切正悄然改变,物联网已为消费者、企业、特别是设计工程师带来巨大的优势。
 
    ThingWorx是PTC推出的物联网平台,其基础是ThingWorx Foundation。其中,ThingWorx Foundation作为基础应用程序启用平台,主要包括数字化映射、连接管理、数据管理、开发工具、报告和基础分析等功能。Creo与ThingWorx通过协同工作,为设计师提供更真实详尽的产品和服务信息,优化设计决策,从而助力设计师打造智能互联产品。
 
    2、增强现实技术(AR)
 
    AR自出现以来,就被人们寄予无限厚望,它深深地影响了人类对信息的体验方式,也给制造业的产品设计、生产制造、市场营销、设备维修等环节带来了深刻变革。例如在设计阶段,AR可以帮助研发部门用最短的时间正确理解产品;在生产制造阶段,工人可借助AR的全息画面进行标准化操作,避免出错;在市场营销环节,基于AR技术可以做到突破空间限制,打通线上线下渠道;在设备维修环节,借助AR给予维修人员现场指导、远程协助。
Creo 5.0的AR体验——自行车的数字模型(左侧)和实物(右侧)
 
    Creo 5.0的AR体验——自行车的数字模型(左侧)和实物(右侧)
 
    PTC就将设计与AR进行了深度结合,在其Creo 5.0产品中包含了一个免费的AR组件。设计师只需遵循三个步骤:在Creo中打开或创建模型——设置空间目标,然后发布AR体验——在免费应用程序中打开AR体验,即可创建AR体验,向其他人阐述自己的设计想法,并得到即时反馈。此外,AR体验的管理员可以删除体验并设置限制和权限。
 
    3、增材制造技术
 
    当前,正在爆发的增材制造革命,对传统制造技术带来颠覆性创新和无限可能,有望促进个体的工业设计力量与大型工业系统的充分融合。增材制造技术用途广泛,不仅可用于创建样机、简单零件,还可以创建具有极高技术含量的终极产品及各种事物,如飞机零件、环保建筑和救生医疗植入物,甚至可以使用人类细胞层创建人造器官。
在Creo 5.0中,通过参数控制的晶格结构优化零件
 
    在Creo 5.0中,通过参数控制的晶格结构优化零件
 
    PTC Creo 5.0扩展了Creo 4.0的增材制造功能,设计师不仅可以选用从塑料到金属的各种材料,还可创建、优化、验证和打印各种设计结构,实现了真正的设计即产品。同时,借助由参数控制的晶格结构,可以优化零件,从而满足各种设计要求。例如,通过创建可定制的支撑结构,并利用经过优化的用于金属打印流程的晶格功能,设计师就能按照最理想的结构形式来设计产品。
 
   4、仿真技术
 
    越来越多的企业认识到,智能互联的产品设计离不开仿真技术。尤其随着Digital Twin——这一新兴技术的出现,更是将仿真技术的应用扩展到各个运营领域。例如在产品研发阶段,设计师能够利用仿真软件进行设计探索,并通过构建精确的数字模型来了解实际的产品性能;在设备维护阶段,将现场产品性能数据与工程仿真的结果相结合,以预测产品在工作条件下的未来性能,大幅提高设备的运营性能。
在Creo 5.0中,使用仿真对设计进行分析
 
    在Creo 5.0中,使用仿真对设计进行分析
 
    PTC Creo 5.0提供了一系列可互操作的仿真解决方案,而且全部采用简化的用户界面和直观的工作流。设计或者工程人员通过采用Creo Simulate 、 Creo Parametric 、Creo Flow 等仿真解决方案,对产品的Digital Twin进行三维可视化与仿真优化,从而发现以往产品研发过程中出现的问题,继而在下一代产品研发过程中进行持续改进,使得产品性能更加智能和稳定。
设计智能互联产品的五个步骤
 
    设计智能互联产品的五个步骤
 
    正如独立研究和咨询公司Tech-Clarity总裁Jim Brown,在其《选择智能互联产品设计解决方案时要考虑的重要事项》一文中提到:设计智能互联产品,需要理清连接过程的设计融合了哪些步骤和问题;然后再针对每个步骤的潜在解决方案研究设计考虑事项以及可能被问到的关键问题。PTC Creo 5.0作为一款集增强现实、拓扑优化、增材制造、物联网、仿真等多种先进技术于一体的新一代智能化创新设计工具,包含有数百个新增功能,可以很好地支持开发智能互联产品所需要的跨职能要求、设计、团队、项目和协作。
 
    笔者认为,产品设计行业正在快速变化,随着越来越多的智能互联的功能需要恰当地嵌入到产品中,设计人员不仅需要在早期设计阶段考虑产品数据挖掘、性能指标等的影响,还需要综合考虑产品未来应用的升级、更新。设计工具由此被赋予了新的含义,需要考虑从设计端到制造端的所有环节。PTC凭借其全面的CAD功能,显然已经做好十足的准备,帮助客户随时应对智能互联产品设计过程中的种种挑战。

     更多资料下载

    《选择智能互联产品设计解决方案时需要考虑的重要事项》电子书
 
    《智能互联产品设计》信息图
 
    《设计智能互联产品》白皮书
责任编辑:熊东旭
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