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前沿观察:如何开启产品设计新未来?

2020/5/21    来源:e-works    作者:e-works  吴星星      
关键字:创成式设计  CAD  Creo 7.0  
企业的CAD工具不应只局限于提供基本功能,而应成为产品创新的秘密武器,让设计变得更为轻而易举,进而为企业提供强有力的竞争优势。

    一直以来,CAD技术都处于不断发展与探索之中,企业通过应用CAD技术,起到了提高设计效率、优化设计方案、减轻设计人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计标准化等作用。但在产品设计飞速发展的今天,企业的CAD工具不应只局限于提供基本功能,而应成为产品创新的秘密武器,让设计变得更为轻而易举,进而为企业提供强有力的竞争优势。

    那么,在产品设计中,如何帮助设计师改进概念设计探索,提高工程效率,更快地交付更好的产品?如何克服设计过程中仿真专业的高技术门槛和传统工具计算时间长等问题?多体设计有哪些妙用?在如今这种快节奏的世界里,如何高效设计与生产?通过对这些问题的探讨,希望窥见产品设计发展的新未来、新方向、新趋势。

【创成式设计正在颠覆产品设计】

    什么是创成式设计?不同于传统CAD的建模方法,创成式设计是基于算法和程序,从一系列系统设计要求中自动创建最佳设计的方法。当然,创成式设计也可以简单理解为一个人机交互、自我创新的过程。经过多年的发展,创成式设计已经成为一个新的交叉学科,通过与人工智能、高性能计算等先进技术的深度结合,使得很多先进的算法都应用到产品设计中来,从而可以处理超出人类能力的复杂性,使计算机成为设计工程师的智能助手。

    正如创新的思维会让产品更富魅力,创成式设计方法是对产品设计的彻底颠覆。尤其在工业领域,无数的工程师都在期盼通过创成式设计软件的“超能力”,提高产品设计的质量、可制造性和差异化。作为创成式设计的领导者,PTC在今年4月推出了Creo 7.0一站式解决方案,不仅能够帮助设计工程师根据工程要求和制造约束快速创建优化的设计,而且对于零经验的设计者也能极速完成可制造的设计。

    具体而言,Creo 7.0结合了Frustum创成式设计技术,工程师只需要告诉产品设计要求,Creo 7.0软件即可自动创建一个或多个设计方案,换句话而言,Creo 7.0软件可以替代设计工程师自动完成设计。同时,Creo 7.0使用CPU或显卡GPU并行计算和云计算的技术,使得创成式设计的计算速度有了颠覆性的提升,例如,设计工程师在进行雪地摩托车前悬架设计时,就利用了Creo 7.0创成式设计的高阶能力,快速自动创建了三种设计方案。

基于Creo 7.0的创成式设计案例

基于Creo 7.0的创成式设计案例

    笔者认为,创成式设计正在推动新一代CAD和工业产品设计革命。因为创成式设计为产品设计带来了无尽的可能性,所以设计工程师的角色有望从根本上向更高级别的产品设计进行转变。目前,越来越多的工程师正在利用创成式设计软件来探索以前从未涉及过的设计方案。例如,GE支架通过重新设计,比原始设计重量减轻了75%,同时进行了优化以保持材料的屈服应力。

【实时仿真有助于产品设计更快决策】

    在传统的仿真分析流程中,工程师需要对整个设计生命周期过程开展各种分析,并且在分析过程中,工程师需要对设计进行修改、重新运行分析,然后再根据结果修改设计,直到分析结果满意为止。近几年,实时仿真分析横空出世,通过使用实时仿真替代传统分析,可为工程师带来大幅度的灵活性,不仅有助于工程师在更短时间内做出更好的设计决策,而且能推动企业不断创新并加速向市场推出新产品。

    在Creo 7.0的Creo Simulation Live中,PTC与Ansys继续战略合作,新加入了流体动力学分析功能,使设计人员更快地进行迭代,更高效地进行产品设计。值得一提的是,受制于仿真专业的高技术门槛和传统工具计算时间长的问题,已经在Creo 7.0中被极大克服。通过将Ansys实时仿真引擎内嵌于Creo 7.0,不仅无仿真专业背景的普通设计工程师可以实现边设计边仿真,而且仿真速度得到进一步提升,仿真结果也更为精确。例如,利用Creo 7.0新增的实时流体仿真功能对鼓风机内流速、气压进行分析,计算时间从小时级缩短至分钟或秒级。

基于Creo 7.0的实时流体仿真案例

基于Creo 7.0的实时流体仿真案例

    笔者观察,越来越多的实时仿真正被用于工程领域,例如航空航天、汽车、轨道交通、高科技电子产品、能源、医疗等领域。未来,随着5G、人工智能、物联网等大趋势的推动,随着仿真软件、硬件和处理速度方面的进步,随着人们对更智能、更高效的产品设计的追求,将会有更多的设计师采用实时仿真工具。届时,让仿真时间比思考的时间还短,将不再是天方夜谭。

【多体设计让产品设计更高效】

    什么是多体设计?简言之就是在一个零件中可以存在多个实体。这些实体可以独立完成某些操作,例如抽壳、赋予材料等。这一功能有多重要,举个例子,建模时往往会遇到两个实体特征相交,最终会变成一个实体,如果缺乏多体设计功能,在进行抽壳或者定义材料时,只能整体进行,并且,两个实体相交的部分是无法单独取出的。

    相较于之前的版本,多体设计是Creo 7.0全新引入的功能,从这个角度上,Creo 7.0可以称之为是一套全新的设计工具。设计工程师自由高效地处理单一零件中不连贯、接触或重叠的几何结构,从而显著提高用户在构建复杂几何结构时的设计效率。同时,基于全新的多体设计工作流程,设计工程师可以分别管理、呈现和设计几何体,这对创成式设计、仿真和增材制造等领域有极大的帮助。

基于Creo 7.0的多体设计案例

基于Creo 7.0的多体设计案例

    笔者认为,Creo一直是业界主流的产品设计软件,而此次在Creo 7.0中新增加了多体设计的功能,不仅使设计工程师能更高效地完成多个设计任务,同时还使零件设计更易管理、理解和修改。这无疑是锦上添花,对于提高设计工程师在构建复杂几何结构时的设计效率,显然非常有益。而Creo 7.0的多体设计功能究竟还有哪些妙用,还需要设计工程师深入去发掘。

【增材制造帮助设计工程师梦想成真】

    与传统制造工艺流程不同,增材制造是一种自底向上的制造过程,具有较低的材料消耗和高度的定制化能力,尤其能够制造像晶格这样传统方法难以制造的复杂结构。同时,随着人们对于增材制造的零件密度、孔隙率和晶粒结构的最初质疑正在得到克服,增材制造已经形成了非常丰富的技术路线,能进行大批量制造,而且仍然在不断创新。

    借助增材制造技术,设计工程师们有望像哆啦A梦一样,设计制造出大量新奇有趣的产品。幸运的是,来自PTC的Creo 7.0软件可以帮助设计工程师梦想成真。因为,Creo7.0软件提供了一站式的3D打印设计方案,克服了从零件三维设计、轻量化、性能仿真和打印准备的各种技术障碍,一个软件解决了以往四个软件才能解决的问题,这无疑是设计工程师的福音。

基于Creo 7.0的增材制造设计案例

基于Creo 7.0的增材制造设计案例

    同时,在Creo7.0中,PTC对增材制造扩展包进行了改进,不仅能够自动判断产品是否可以打印,而且还能对支撑形状最少化的零件摆放姿态给予建议,自动设计少支撑结构的形状,从而最少化地避免后期手工打磨。此外,Creo7.0还新增了一种随形晶格Delaunay算法,特别适合吸声、减震零件场景和人体骨骼在其内生长的医用零件制造场景。

    笔者观察,在过去的20多年时间中,增材制造已经走过了很长的发展道路,这项技术在今天已经被越来越多的制造企业用于生产认证部件,成为企业的标配。对于设计工程师而言,增材制造技术则大大解放了思维束缚,使得他们可以从产品的需求定义出发,设计更加轻巧、便捷、高效的结构形式,实现产品的功能或性能的跨越。

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责任编辑:程玥
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