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技术 | 三维化引领未来产品设计

 在过去,国内的产品设计一般都是边使用边改进,这种设计方法在以往的追赶型经济下保障了企业开发周期短、投入少、回报快的短平快需求。但是,随着消费市场的升级,企业开发流程的完善,产品开发已经变成了开发周期短、投入大、回报慢的大投入开发模式了。

为了达到这个目标,企业必须做到市场定位明确、产品功能完善、产品性能无重要缺陷。因此,除了做好开发前的市场调查和市场分析,企业更重要的是要改变原有的产品开发模式。

三维设计技术的出现,大大提升了产品的研发能力和创新能力,对企业的产品开发带来了革命性的突破。

三维设计技术对产品开发的影响

标准件库的建立

三维立体建模经过这么多年的发展后,大部分有条件的大公司都会建立自己产品的三维模型以供客户观看和了解。我们只需要要求供货商将该模型以通用模型接口调出即可输入自己的三维模型库中(这种通用模型数据并不包含产品的设计过程和加工工艺)。除了调用供货商的模型数据,公司研发部门进行开发的过程中也应当注重对模型库的积累。这样公司模型库中的零件无需再自行设计,产品的开发周期也将得到提高。一个成熟的三维模型库至少提高20%的设计效率。

电子元器件三维库的建立

常规电路板上的电子元器件很少会有专门定制的情况出现,只要将所有电子元器件的三维模型和电子设计软件里面的封装库一一对应起来,利用电路设计软件便方便快捷的导出1:1的三维模型。在电路板未打样前就进行装配试验,结构设计和电路设计同步进行、同步调整。这样原来需要三次打样改进的方案现在仅需要两次打样就能完成,原来需要靠卡尺量、靠语言交流的协调配合就能在电脑中精确的完成。利用这种方法可以统一结构设计和电路设计的设计基准以降低装配偏差。

3D扫描设备的应用

在3D扫描设备的帮助下,我们可以将现实中的3D场景扫描进入计算机的二进制代码中。这样一个产品在没有进行生产前我们就能对他的应用场景进行模拟。在发现产品的不足后直接进行改进,而不是等待产品打样完成后再测试改进。在生产一些价值较大的产品时也能邀请客户体验后进行无备货的订单式生产。这种方式能在降低产品开发投资的同时,较大的改善产品的设计缺陷。

结构优化设计

一直以来设计行业都是靠经验的积累和灵光一现的创新发展的,但是电子技术的发展给设计行业带来了新的希望与新的挑战。我们设计行业加入了“机器人”设计师。将我们的设计需求抽象成约束条件,将现有的设计条件输入为设计变量,最后利用目标函数来衡量设计的好坏。这种设计方案摆脱了人类设计经验的束缚,可以在约束条件下达到设计目标的极限。虽然前期需要投入较大资源来开发目标函数,任何对函数的点滴优化都需要巨大的投入才能得到。但是在部分对性能有苛刻需求的场合这些技术可以保证产品的优势,并且同类条件下的目标函数可以通用以降低后期的使用成本。利用计算机设计完成的模型也即是三维模型,可以直接与公司其他三维模型进行交互。

产品的形象设计

随着消费市场的发展,消费者对产品的外形美观有了更高的要求。一个功能完善性能成熟的产品一般也只是该市场的基础产品,在此基础上能做到外形美观、辨识度强才能在市场上获得最大的利润。外观设计是对新技术接受最快的行业,一个优秀的设计工具能几十倍的提高外形设计的工作速度。如果在有产品的三维模型的基础上再进行外形设计,能有效的加快设计的进度。在设计过程中同步的改进产品的结构也能减少很多产品的打样次数。

 

三维设计技术对产品生产过程的指导优化

产品性能评估

在产品设计完成后,公司可以对产品进行有限元分析、温度分析、运动分析等性能评估工具。这些分析功能在大部分三维设计软件中都有提供。这些分析功能对产品的投产能提供可靠的理论依据,这样能降低公司对有经验的人才的依靠。

装配工艺评估

利用三维软件的装配功能和先进的设计方法可以非常直观的进行产品的装配设计工作。这样产品的设计过程可以降低对有丰富经验员工的需求。在产品设计完成后投入生产前召集装配部门员工代表对产品可装配性能进行评估可以有效的保证产品的可装配性能。做到一次试产直接投产更甚者试产投产合二为一,试产前直接确定装配工艺、装配顺序。不需试产即确定投产后的装配工艺文件。

加工文件

有了三维数据再通过专业软件处理即可方便快捷的生成车、铣、钻、刨等自动机床的加工文件。这些由设计软件自动生成加工文件一般还需人工对其进行调整,验证加工的准确性和加工的经济性。但是这也足以极大提高加工程序编写的效率了,而三维化的设计文件是前提条件。由于设计图纸不仅包含设计信息还包含很多加工及装配的信息,在有三维化模型的条件下我们还是经常需要出具二维图纸。在三维软件的帮助下我们修改图纸的步骤也获得了极大的便捷,修改三维模型后二维图纸也可以自动进行更新,我们仅需再校对一次即可。在生产复杂零件时在图纸上附上经过渲染的正二测图也可以提高工人识图的能力,不会出现生产错误零件却不自知的情况。

快速成型

在3D打印厂商技术员的协助下,最快我们可以在一天内就把我们的设计成果用3D打印技术生产出来。3D打印的产品在结构强度、表面处理方面有一些缺陷,在产品精度、材料组合性上却有很大的优势,作为一种验证设计的样品模型3D打印无疑是非常经济且具有效率的。如此方便快速的打样方案成品价格最低却可以达到2元/g,我不得不感慨技术创新带来的是我无法想象的世界。由于3D打印技术对材料加工方式的革命性突破,除了利用3D打印技术进行打样分析之外,一些特别的产品完全可以利用该技术直接生产成品销售。这些产品可以是定制化程度非常高的医疗器械,也可以是大家餐桌上的甜点,还可以是飞机上的非重要零件。随着3D打印技术的进步我们以后也会有越来越多的机会使用该技术进行产品的生产,这项技术也依赖于三维化的模型结构来进行生产的。

随着现代社会的快速发展,用户对产品外形美观度、结构便携度、使用方便度、功能的齐全度的要求也高了,产品设计过程中需要考虑的约束条件越来越复杂。为了突破这些方面的需求,产品的设计也将需要跟随时代的潮流进步。未来我们的设计工作可以在虚拟现实中进行,产品设计的门槛和设计难度将极大的降低,设计工作可以像小时候玩橡皮泥一样简单。只要接入设计平台,每个人都可以发挥自己的想法,再能获得部分人的认可就可以进行批量化的定制生产。而3D打印技术的飞速发展也将保障各种复杂的设计的可加工性,用户可以得到所见即所得的设计效果。


文章来源:e-works


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点击次数:  更新时间:2017-03-01 15:00:15  【打印此页】  【关闭