Цифровое прототипирование
Цифровое прототипирование дает отделам концептуального проектирования, проектирования, производства, продаж и маркетинга возможность виртуально исследовать готовый продукт до его создания. Промышленные дизайнеры , производители и инженеры используют цифровое прототипирование для проектирования, итерации, оптимизации, проверки и визуализации своих продуктов в цифровом виде на протяжении всего процесса разработки продукта. Инновационные цифровые прототипы могут быть созданы с помощью CAutoD посредством интеллектуальных и почти оптимальных итераций, отвечающих множеству целей проектирования (таких как максимальная производительность, энергоэффективность, высочайшая скорость и экономическая эффективность), определения множества показателей качества и сокращения затрат на разработку и времени. на рынок. Маркетологи также используют цифровое прототипирование для создания фотореалистичных изображений и анимации продуктов перед их производством. Компании часто применяют цифровое прототипирование с целью улучшения взаимодействия между участниками разработки продуктов, ускорения вывода продуктов на рынок и содействия инновациям в продуктах.
Цифровое прототипирование выходит за рамки простого создания дизайна продукта в 3D. Это дает командам разработчиков продукта возможность оценить работу движущихся частей, определить, выйдет ли продукт из строя, и увидеть, как различные компоненты продукта взаимодействуют с подсистемами — пневматическими или электрическими. Моделируя и проверяя реальные характеристики конструкции продукта в цифровом виде, производители часто могут сократить количество физических прототипов, которые им необходимо создать, прежде чем продукт может быть изготовлен, сокращая затраты и время, необходимые для физического прототипирования. [1] Многие компании используют цифровое прототипирование вместо физического прототипирования или в дополнение к нему. [2]
Цифровое прототипирование меняет традиционный цикл разработки продукта: проектирование>сборка>тестирование>исправление на проектирование>анализ>тестирование>сборка. [3] Вместо того, чтобы создавать несколько физических прототипов, а затем тестировать их, чтобы проверить, будут ли они работать, компании могут проводить тестирование в цифровом формате на протяжении всего процесса, используя цифровое прототипирование, сокращая количество физических прототипов, необходимых для проверки проекта. Исследования показывают, что, используя цифровое прототипирование для выявления проблем проектирования, производители получают меньше заказов на внесение изменений в дальнейшем. [4] Поскольку геометрия цифровых прототипов очень точна, компании могут проверять пересечения, чтобы избежать проблем при сборке, которые приводят к необходимости внесения изменений на этапах тестирования и производства. [5] Компании также могут выполнять моделирование на ранних этапах цикла разработки продукта, чтобы избежать сбоев на этапах тестирования или производства. Используя подход цифрового прототипирования, компании могут тестировать в цифровом виде более широкий диапазон производительности своего продукта. [5] Они также могут быстро протестировать итерации проектирования, чтобы оценить, являются ли они пере- или недостаточно разработанными компонентами.
Исследования Aberdeen Group показывают, что производители, использующие цифровое прототипирование, создают вдвое меньше физических прототипов, чем средний производитель, выходят на рынок на 58 дней быстрее, чем в среднем, и испытывают на 48 процентов меньшие затраты на прототипирование. [6]
История цифрового прототипирования
[ редактировать ]Концепция цифрового прототипирования существует уже более десяти лет, особенно с тех пор, как такие компании-разработчики программного обеспечения, как Autodesk, PTC, Siemens PLM (ранее UGS) и Dassault, начали предлагать программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР), способное создавать точные 3D-модели.
Можно даже утверждать, что подход управления жизненным циклом продукта (PLM) стал предвестником цифрового прототипирования. PLM — это интегрированный, основанный на информации подход к жизненному циклу продукта, от разработки до утилизации. [7] Основным аспектом PLM является координация и управление данными о продукте среди всего программного обеспечения, поставщиков и членов команды, участвующих в жизненном цикле продукта. Компании используют набор программных инструментов и методов для интеграции людей, данных и процессов для поддержки отдельных этапов жизненного цикла продукта или для управления жизненным циклом продукта от начала до конца. [8] PLM часто включает в себя визуализацию продукта, чтобы облегчить сотрудничество и взаимопонимание между внутренними и внешними командами, которые участвуют в некоторых аспектах жизненного цикла продукта.
Хотя концепция цифрового прототипирования уже давно является целью производственных компаний, только недавно цифровое прототипирование стало реальностью для малых и средних производителей, которые не могут позволить себе внедрение сложных и дорогих PLM-решений.
Цифровое прототипирование и PLM
[ редактировать ]Крупные производственные компании полагаются на PLM для объединения несвязанных между собой разрозненных видов деятельности, таких как разработка концепций, проектирование, проектирование, производство, продажи и маркетинг. PLM — это полностью интегрированный подход к разработке продуктов, который требует инвестиций в прикладное программное обеспечение, внедрение и интеграцию с системами планирования ресурсов предприятия (ERP), а также в обучение конечных пользователей и опытный ИТ-персонал для управления технологией. PLM-решения очень индивидуальны и сложны в реализации, часто требуя полной замены существующей технологии. Из-за высоких затрат и ИТ-специалистов, необходимых для приобретения, развертывания и эксплуатации решения PLM, многие малые и средние производители не могут внедрить PLM.
Цифровое прототипирование является жизнеспособной альтернативой PLM для малых и средних производителей. Как и PLM, цифровое прототипирование стремится связать несвязанные между собой разрозненные действия, такие как разработка концепции, проектирование, проектирование, производство, продажи и маркетинг. Однако, в отличие от PLM, цифровое прототипирование не поддерживает весь процесс разработки продукта от концепции до утилизации, а скорее фокусируется на части процесса от проектирования до производства. Царство цифрового прототипирования заканчивается, когда цифровой продукт и инженерная спецификация готовы. [9] Цифровое прототипирование направлено на решение многих из тех же проблем, что и PLM, без использования тщательно настраиваемого и всеобъемлющего развертывания программного обеспечения. С помощью цифрового прототипирования компания может решать одну потребность за раз, что делает этот подход более распространенным по мере роста ее бизнеса. Другие различия между цифровым прототипированием и PLM включают:
- В цифровом прототипировании участвует меньше участников, чем в PLM.
- Цифровое прототипирование имеет менее сложный процесс сбора, управления и обмена данными.
- Производители могут отделить деятельность по разработке продукции от управления операциями с помощью цифрового прототипирования.
- Решения для цифрового прототипирования не нуждаются в интеграции с ERP (но могут быть), программным обеспечением для управления взаимоотношениями с клиентами (CRM) и управления проектами и портфелями (PPM). [9]
Рабочий процесс цифрового прототипирования
[ редактировать ]Рабочий процесс цифрового прототипирования предполагает использование единой цифровой модели на протяжении всего процесса проектирования, чтобы устранить разрывы, которые обычно существуют между рабочими группами, такими как промышленный дизайн, проектирование, производство, продажи и маркетинг. В большинстве производственных компаний разработку продукта можно разбить на следующие общие этапы:
- Концептуальный дизайн
- Инженерное дело
- Производство
- Вовлечение клиентов
- Маркетинговые коммуникации
Концептуальный дизайн
[ редактировать ]Этап концептуального проектирования включает в себя учет отзывов клиентов или требований и данных рынка для создания дизайна продукта. В рабочем процессе цифрового прототипирования дизайнеры работают в цифровом формате, с самого первого эскиза, на протяжении всего этапа концептуального проектирования. Они фиксируют свои проекты в цифровом виде, а затем передают эти данные команде инженеров, используя общий формат файла. Данные промышленного дизайна затем включаются в цифровой прототип для обеспечения технической осуществимости.
В рабочем процессе цифрового прототипирования дизайнеры и их команды просматривают данные цифрового дизайна с помощью высококачественных цифровых изображений или визуализаций, чтобы принять обоснованные решения по проектированию продукта. Дизайнеры могут создавать и визуализировать несколько итераций дизайна, меняя такие вещи, как материалы или цветовые схемы, прежде чем концепция будет окончательно сформулирована.
Инженерное дело
[ редактировать ]На этапе проектирования рабочего процесса цифрового прототипирования инженеры создают 3D-модель продукта (цифровой прототип), интегрируя проектные данные, разработанные на этапе концептуального проектирования. Команды также добавляют данные о проектировании электрических систем в цифровой прототип во время его разработки и оценивают, как взаимодействуют различные системы. На этом этапе рабочего процесса все данные, связанные с разработкой продукта, полностью интегрируются в цифровой прототип. Работая с данными механических, электрических и промышленных конструкций, компании проектируют каждую деталь продукта на этапе проектирования рабочего процесса. На этом этапе цифровой прототип представляет собой полностью реалистичную цифровую модель готового продукта.
Инженеры тестируют и проверяют цифровой прототип на протяжении всего процесса проектирования, чтобы принять наилучшие проектные решения и избежать дорогостоящих ошибок. Используя цифровой прототип, инженеры могут:
- Выполняйте комплексные расчеты, а также моделируйте напряжения, прогибы и движения для проверки проектов.
- Проверьте, как движущиеся части будут работать и взаимодействовать
- Оцените различные решения проблем движения.
- Проверьте, как конструкция функционирует в условиях реальных ограничений.
- Провести анализ напряжений для анализа выбора материала и смещения.
- Проверьте прочность детали
Включив комплексные расчеты, моделирование напряжений, отклонений и движений в рабочий процесс цифрового прототипирования, компании могут ускорить циклы разработки за счет минимизации этапов физического прототипирования. [10] Благодаря внедрению цифрового прототипа частично или полностью автоматизированного транспортного средства и его набора датчиков в динамическое совместное моделирование транспортного потока и динамики транспортного средства, новая методология набора инструментов, включающая виртуальное тестирование, становится доступной для разработки функций автоматического вождения в автомобильной промышленности. [11]
Также на этапе проектирования рабочего процесса цифрового прототипирования инженеры создают документацию, необходимую производственной команде.
Производство
[ редактировать ]В рабочем процессе цифрового прототипирования производственные группы участвуют в процессе проектирования на ранних этапах. Эти данные помогают инженерам и экспертам-производителям вместе работать над цифровым прототипом на протяжении всего процесса проектирования, чтобы обеспечить экономичное производство продукта. Производственные группы могут увидеть продукт именно таким, каким он задуман, и внести свой вклад в технологичность. Компании могут выполнять моделирование формования на цифровых прототипах пластиковых деталей и литьевых формах, чтобы проверить технологичность своих конструкций и выявить потенциальные производственные дефекты до того, как они начнут резать оснастку для пресс-формы.
Цифровое прототипирование также позволяет производственным командам обмениваться подробными инструкциями по сборке с производственными командами в цифровом виде. Бумажные сборочные чертежи могут сбивать с толку, но 3D-визуализации цифровых прототипов однозначны. Такое раннее и четкое сотрудничество между производственными и инженерными командами помогает свести к минимуму производственные проблемы в цехах.
Наконец, производители могут использовать цифровое прототипирование для визуализации и моделирования планировок заводов и производственных линий. Они могут проверять наличие помех, чтобы обнаружить потенциальные проблемы, такие как нехватка пространства и коллизии оборудования.
Вовлечение клиентов
[ редактировать ]Клиенты участвуют в рабочем процессе цифрового прототипирования. Вместо того, чтобы ждать завершения физического прототипа, компании, использующие цифровое прототипирование, заранее привлекают клиентов к процессу разработки продукта. Они показывают клиентам реалистичные изображения и анимацию цифрового прототипа продукта, чтобы они знали, как продукт выглядит и как он будет функционировать. Такое раннее вовлечение клиентов помогает компаниям заранее получить одобрение, чтобы они не тратили время на проектирование, проектирование и производство продукта, который не соответствует ожиданиям клиента.
Маркетинг
[ редактировать ]Используя данные 3D CAD из цифрового прототипа, компании могут создавать реалистичные визуализации, рендеринг и анимацию для продвижения продукции в печати, в Интернете, в каталогах или в телевизионной рекламе. Без необходимости создавать дорогие физические прототипы и проводить фотосессии компании могут создавать виртуальные фотографии и кинематографию, практически неотличимые от реальности. Одним из аспектов этого является создание среды освещения для объекта, области нового развития.
Реалистичные визуализации помогают не только маркетинговым коммуникациям, но и процессу продаж. Компании могут отвечать на запросы предложений и участвовать в торгах по проектам, не создавая физических прототипов, используя визуализацию, чтобы показать потенциальному клиенту, каким будет конечный продукт. Кроме того, визуализация может помочь компаниям более точно предлагать ставки, повышая вероятность того, что у всех будут одинаковые ожидания в отношении конечного продукта. Компании также могут использовать визуализации, чтобы облегчить процесс проверки после того, как они защитили бизнес. Рецензенты могут взаимодействовать с цифровыми прототипами в реалистичных средах, что позволяет проверять проектные решения на ранних этапах процесса разработки продукта.
Соединение данных и команд
[ редактировать ]Для поддержки рабочего процесса цифрового прототипирования компании используют инструменты управления данными для координации всех команд на каждом этапе рабочего процесса, оптимизации пересмотра проекта и автоматизации процессов выпуска цифровых прототипов, а также управления техническими спецификациями материалов. Эти инструменты управления данными подключают все рабочие группы к критически важным данным цифрового прототипирования. [12]
Цифровое прототипирование и устойчивое развитие
[ редактировать ]Компании все чаще используют цифровое прототипирование, чтобы понять факторы устойчивости при разработке новых продуктов и помочь удовлетворить требования клиентов к экологически безопасным продуктам и процессам. Они сводят к минимуму использование материалов, оценивая несколько сценариев проектирования, чтобы определить оптимальное количество и тип материала, необходимые для соответствия спецификациям продукта. [13] Кроме того, сокращая количество необходимых физических прототипов, производители могут сократить материальные отходы.
Цифровое прототипирование также может помочь компаниям сократить выбросы углекислого газа в атмосферу от своей продукции. Например, WinWinD, компания, создающая инновационные ветряные турбины, использует цифровое прототипирование для оптимизации производства энергии ветряными турбинами для различных ветровых условий. [14] Кроме того, обширные данные о продуктах, предоставляемые цифровым прототипированием, могут помочь компаниям продемонстрировать соответствие растущему числу экологических норм, связанных с продукцией, и добровольных стандартов устойчивого развития.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Aberdeen Group, «Контрольный отчет о переходе от 2D-черчения к 3D-моделированию», сентябрь 2006 г., стр. 6.
- ^ «Программное обеспечение Ideenmanagement» (на немецком языке). Иван Йович. Архивировано из оригинала 15 ноября 2015 г. Проверено 3 июня 2020 г.
- ^ Джефф Роу, «Виртуальная реальность», Cadalyst, 2 марта 2006 г.
- ^ Aberdeen Group, «Контрольный отчет о переходе от 2D-черчения к 3D-моделированию», сентябрь 2006 г., стр. 7.
- ^ Jump up to: а б Aberdeen Group, «Дополнительные стратегии цифрового и физического прототипирования: как избежать трудностей при разработке продукта», февраль 2008 г., стр. 11.
- ^ Aberdeen Group, «Контрольный отчет о переходе от 2D-чертежа к 3D-моделированию», сентябрь 2006 г.
- ^ Джон Тереско, «Революция PLM», IndustryWeek , 1 февраля 2004 г.
- ^ «Управление инновациями» . Университет Торонто. Архивировано из оригинала 01 октября 2019 г. Проверено 3 июня 2020 г.
- ^ Jump up to: а б IDC, «Цифровое прототипирование: Autodesk повышает конкурентоспособность мировых производителей малого и среднего бизнеса», октябрь 2008 г.
- ^ Джефф Роу, «Autodesk приобретает ALGOR», MCADCafe , 12 января 2009 г.
- ^ Халлербах, Свен; Ся, Ицюнь; Эберле, Ульрих; Кестер, Франк (3 апреля 2018 г.). «Идентификация критических сценариев для кооперативных и автоматизированных транспортных средств на основе моделирования» . Технический документ SAE 2018-01-1066 . Проверено 23 декабря 2018 г.
- ^ Быстрое прототипирование цифровых систем . Джеймс О. Хэмблен, Майкл Д. Фурман. 8 мая 2007 г. ISBN. 9780306470516 . Проверено 3 июня 2020 г.
- ^ В статье Хоуп Нил « Технологии производственного бизнеса» от 17 октября 2008 г. «Умный дизайн продукта: быть экологичным становится все легче», она пишет: «Цифровое прототипирование может помочь предотвратить перепроизводство, помогая дизайнерам создавать виртуальные прототипы продуктов, которые они разрабатывают, чтобы они могли посмотреть, как они будут работать в реальных условиях. Это может минимизировать потребности в материалах».
- ^ См . отчет об устойчивом развитии на сайте Autodesk.com.