Цифровое прототипирование - Digital prototyping

Не путать с Быстрое 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 цифровые прототипы 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 с помощью интеллектуальных и почти оптимальных итераций, достижения нескольких целей проектирования (таких как максимальная производительность, энергоэффективность, максимальная скорость и рентабельность), определения нескольких показателей качества и сокращения заемных средств разработки и времени выхода на рынок. Маркетологи также используют цифровое прототипирование для создания фотореалистичные визуализации и анимация продуктов до производства. Компании часто применяют цифровое прототипирование с целью улучшения взаимодействия между заинтересованными сторонами, занимающимися разработкой продукта, более быстрого 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. Путем моделирования и проверки реальных характеристик конструкции продукта в цифровом виде производители часто могут уменьшить количество физических прототипов, которые им необходимо создать, прежде чем продукт может быть изготовлен, что снижает затраты и время, необходимые для создания физического прототипа.[1] Многие компании используют цифровое прототипирование вместо или в качестве дополнения к физическому прототипированию.[2]

Цифровое прототипирование меняет традиционный цикл разработки продукта с проектирования> сборки> тестирования> исправления на дизайн> анализ> тестирование> сборка.[3] Вместо того, чтобы создавать несколько физических прототипов, а затем тестировать их, чтобы увидеть, будут ли они работать, компании могут проводить тестирование в цифровом виде на протяжении всего процесса, используя цифровое прототипирование, уменьшая количество физических прототипов, необходимых для проверки конструкции. Исследования показывают, что, используя цифровое прототипирование для выявления проблем проектирования заранее, производители получают меньше заказов на внесение изменений.[4] Поскольку геометрия цифровых прототипов является очень точной, компании могут проверять пересечения, чтобы избежать проблем сборки, которые генерируют заказы на изменение на этапах тестирования и производства.[5] Компании также могут выполнять моделирование на ранних этапах цикла разработки продукта, чтобы избежать отказов на этапах тестирования или производства. Используя подход цифрового прототипирования, компании могут в цифровом виде протестировать более широкий спектр характеристик своих продуктов.[5] Они также могут быстро протестировать итерации дизайна, чтобы оценить, являются ли они чрезмерно или недоработанными.

Исследование, проведенное Aberdeen Group, показывает, что производители, использующие цифровое прототипирование, создают половину физических прототипов, чем средний производитель, выходят на рынок на 58 дней быстрее, чем в среднем, и получают на 48 процентов меньшие затраты на прототипирование.[6]

История цифрового прототипирования

Концепция цифрового прототипирования существует уже более десяти лет, особенно с тех пор, как компании-разработчики программного обеспечения, такие как Autodesk, PTC, Siemens PLM (ранее UGS) и Dassault, начали предлагать программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD), способное создавать точные 3D-модели.

Можно даже утверждать, что управление жизненным циклом продукта (PLM) подход был предвестником цифрового прототипирования. PLM - это интегрированный информационный подход к жизненному циклу продукта, от разработки до утилизации.[7] Важным 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 для облегчения сотрудничества и взаимопонимания между внутренними и внешними командами, которые участвуют в каком-либо аспекте жизненного цикла продукта.

Хотя концепция цифрового прототипирования была давней целью производственных компаний в течение некоторого времени, только недавно цифровое прототипирование стало реальностью для малых и средних производителей, которые не могут позволить себе внедрять сложные и дорогие PLM-решения.

Цифровое прототипирование и PLM

Крупные производственные компании полагаются на PLM, чтобы связать иным образом не связанные между собой разрозненные виды деятельности, такие как разработка концепции, проектирование, инжиниринг, производство, продажи и маркетинг. PLM - это полностью интегрированный подход к разработке продукта, требующий инвестиций в прикладное программное обеспечение, внедрение и интеграцию с системами планирования ресурсов предприятия (ERP), а также обучение конечных пользователей и опытный ИТ-персонал для управления технологией. Решения PLM очень индивидуальны и сложны в реализации, часто требуя полной замены существующей технологии. Из-за высоких затрат и ИТ-опыта, необходимого для покупки, развертывания и эксплуатации PLM-решения, многие производители малого и среднего бизнеса не могут внедрить PLM.

Цифровое прототипирование - это жизнеспособная альтернатива PLM для этих малых и средних производителей. Как и PLM, цифровое прототипирование стремится связать иным образом не связанные между собой разрозненные виды деятельности, такие как разработка концепции, проектирование, инжиниринг, 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 материалов завершены.[9] Цифровое прототипирование направлено на решение многих из тех же проблем, что и PLM, без необходимости настраивать всеохватывающее развертывание программного обеспечения. С помощью цифрового прототипирования компания может решать одну задачу за раз, делая 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.
  • С помощью цифрового прототипирования производители могут отделить деятельность по разработке продукта от управления операциями.
  • Решения для цифрового прототипирования не нужно интегрировать с ERP (но может быть), программным обеспечением для управления взаимоотношениями с клиентами (CRM) и управления проектами и портфелем (PPM).[9]

Рабочий процесс цифрового прототипирования

Рабочий процесс цифрового прототипирования включает использование единой цифровой модели на протяжении всего процесса проектирования, чтобы устранить пробелы, 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

Фаза концептуального проектирования включает в себя ввод данных клиентов или требований рынка и данных для создания дизайна продукта. В рабочем процессе цифрового прототипирования дизайнеры работают в цифровом виде с самого первого эскиза на протяжении всего этапа концептуального проектирования. Они фиксируют свои проекты в цифровом виде, а затем делятся этими данными с командой инженеров, используя общий формат файла. Затем данные промышленного образца 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 визуализации, чтобы принимать обоснованные решения по дизайну продукта. Дизайнеры могут создавать и визуализировать несколько итераций дизайна, изменяя такие вещи, как материалы или цветовые схемы, прежде чем концепция будет окончательно оформлена.

Инженерное дело

На этапе проектирования рабочего процесса цифрового прототипирования инженеры создают трехмерную модель продукта (цифровой прототип), интегрируя проектные данные, разработанные на этапе концептуального проектирования. Команды также добавляют данные проектирования электрических систем к цифровому прототипу во время его разработки и оценивают взаимодействие различных систем. На этом этапе рабочего процесса все данные, связанные с разработкой продукта, полностью интегрированы в цифровой прототип. Работая с данными о механических, электрических и промышленных конструкциях, компании проектируют каждую деталь продукта на этапе проектирования рабочего процесса. На данный момент 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, прогиб и движение для проверки конструкции
  • Проверьте, как движущиеся части будут работать и взаимодействовать
  • Оцените различные решения проблем с движением
  • Проверьте, как дизайн функционирует в реальных условиях
  • Проведение анализа напряжений для анализа выбора и перемещения материала
  • Проверить прочность детали

Включая интегрированные расчеты, моделирование напряжения, прогиба и движения 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 инструментальной цепочки, включающая виртуальное тестирование, доступна для разработки функций автоматического вождения в автомобильной промышленности.[11]

Также на этапе проектирования рабочего процесса цифрового прототипирования инженеры создают документацию, необходимую производственной группе.

Производство

В рабочем процессе цифрового прототипирования производственные группы участвуют в процессе проектирования. Эти данные помогают инженерам и производственным экспертам совместно работать над цифровым прототипом на протяжении всего процесса проектирования, чтобы гарантировать рентабельность производства продукта. Производственные группы могут видеть продукт именно таким, как он задуман, и предоставлять информацию о возможности производства. Компании могут выполнять моделирование формования цифровых прототипов пластиковых деталей и пресс-форм для литья под давлением, чтобы проверить технологичность своих конструкций и выявить потенциальные производственные дефекты до того, как они начнут резать пресс-формы.

Цифровое прототипирование также позволяет производственным группам делиться подробными инструкциями по сборке в цифровом формате с производственными группами. В то время как бумажные сборочные чертежи могут сбивать с толку, трехмерная визуализация цифровых прототипов однозначна. Это раннее и четкое сотрудничество между производственными и инженерными группами помогает минимизировать производственные проблемы в цехе.

Наконец, производители могут использовать цифровое прототипирование для визуализации и моделирования планировок производственных помещений и производственных линий. Они могут проверять наличие помех для выявления потенциальных проблем, таких как нехватка места и столкновения оборудования.

Вовлечение клиентов

Заказчики участвуют в рабочем процессе цифрового прототипирования. Вместо того, чтобы ждать завершения физического прототипа, компании, использующие цифровое прототипирование, вовлекают клиентов в процесс разработки продукта на ранней стадии. Они демонстрируют клиентам реалистичные изображения и анимацию цифрового прототипа продукта, чтобы они знали, как продукт выглядит и как он будет работать. Такое вовлечение клиентов на раннем этапе помогает компаниям получить одобрение заранее, чтобы они не тратили время на проектирование, разработку и производство продукта, который не соответствует ожиданиям клиентов.

Маркетинг

Используя данные 3D CAD из цифрового прототипа, компании могут создавать реалистичные визуализации, рендеринг и анимацию для продвижения продуктов в печатном виде, в Интернете, в каталогах или в телевизионных рекламных роликах. Без необходимости создавать дорогие физические прототипы и проводить фотосессии, компании могут создавать виртуальную фотографию и кинематограф, почти неотличимые от реальности. Одним из аспектов этого является создание среды освещения для объекта, области нового развития.

Реалистичные визуализации помогают не только в маркетинговых коммуникациях, но и в процессе продаж. Компании могут отвечать на запросы предложений и делать ставки на проекты без создания физических прототипов, используя визуализации, чтобы показать потенциальному заказчику, каким будет конечный продукт. Кроме того, визуализация может помочь компаниям более точно назначать ставки, повышая вероятность того, что все будут иметь одинаковые ожидания в отношении конечного продукта. Компании также могут использовать визуализацию для облегчения процесса проверки после того, как они обезопасили свой 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

Для поддержки рабочего процесса цифрового прототипирования компании используют инструменты управления данными, чтобы координировать работу всех команд на каждом этапе рабочего процесса, упростить пересмотр проекта и автоматизировать процессы выпуска цифровых прототипов, а также управлять инженерными ведомостями материалов. Эти инструменты управления данными соединяют все рабочие группы с критически важными данными цифрового прототипирования.[12]

Цифровое прототипирование и устойчивость

Компании все чаще используют цифровые прототипы, чтобы понять факторы устойчивости при разработке новых продуктов и помочь удовлетворить потребности клиентов в устойчивых продуктах и ​​процессах. Они сводят к минимуму использование материалов, оценивая несколько сценариев проектирования, чтобы определить оптимальное количество и тип материала, необходимого для соответствия спецификациям продукта.[13] Кроме того, за счет уменьшения количества требуемых физических прототипов производители могут сократить отходы материалов.

Цифровое прототипирование также может помочь компаниям уменьшить углеродный след своей продукции. Например, WinWinD, компания, которая создает инновационные ветряные турбины, использует цифровое прототипирование для оптимизации производства энергии ветряными турбинами в различных ветровых условиях.[14] Кроме того, обширные данные о продуктах, предоставляемые Digital Prototyping, могут помочь компаниям продемонстрировать соответствие растущему числу экологических норм и добровольных стандартов устойчивого развития, связанных с продуктами.

Рекомендации

  1. ^ Aberdeen Group, «Переход от 2D-чертежей к эталонному отчету по 3D-моделированию», сентябрь 2006 г., стр. 6.
  2. ^ «Программное обеспечение Ideenmanagement» (на немецком). Иван Йович. Получено 3 июня, 2020.
  3. ^ Джефф Роу, «Виртуальная реальность», Cadalyst, 2 марта 2006 г.
  4. ^ Aberdeen Group, «Переход от 2D-чертежей к эталонному отчету по 3D-моделированию», сентябрь 2006 г., стр. 7.
  5. ^ а б Aberdeen Group, «Дополнительные стратегии цифрового и физического прототипирования: как избежать проблем с разработкой продукта», февраль 2008 г., стр. 11.
  6. ^ Aberdeen Group, «Отчет о переходе от 2D-чертежей к 3D-моделированию», сентябрь 2006 г.
  7. ^ Джон Тереско, «Революция PLM», IndustryWeek, 1 февраля 2004 г.
  8. ^ «Менеджмент инноваций». Университет Торонто. Получено 3 июня, 2020.
  9. ^ а б IDC, «Цифровое прототипирование: Autodesk повышает конкурентоспособность мировых производителей малого и среднего бизнеса», октябрь 2008 г.
  10. ^ Джефф Роу, «Autodesk приобретает ALGOR», MCADCafe, 12 января 2009 г.
  11. ^ 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. Получено 23 декабря 2018.
  12. ^ Быстрое прототипирование цифровых систем. Джеймс О. Хэмблен, Майкл Д. Фурман. 8 мая 2007 г. ISBN  9780306470516. Получено 3 июня, 2020.
  13. ^ In Hope Neal’s 17 октября 2008 г. Технологии производственного бизнеса в статье «Умный дизайн продукта: экологичность становится все проще, - пишет она. - Цифровое прототипирование может помочь предотвратить чрезмерную застройку, помогая дизайнерам создавать виртуальные прототипы продуктов, которые они разрабатывают, чтобы они могли видеть, как они будут работать в реальных условиях. Это может минимизировать потребность в материалах ».
  14. ^ Увидеть Отчет об устойчивом развитии на Autodesk.com.