杰伊·特德斯基著
Jay Tedeschi是Autodesk公司的资深社区传道者。
海洋
Advanced Research使用数字原型设计了这个未来主义
一艘双体船，展示它在奥卡斯岛附近的处女航。
自波音公司使用CAD/CAM组装777飞机的虚拟模型并识别部件的配合和干扰以来，已经过去了近20年。飞机的设计和生产团队在建造任何东西之前就解决了这些问题，第一架原型机顺利飞行。那么，为什么随着梅赛德斯W204 c级轿车去年1月的首次亮相，数字原型设计又一次成为了新闻呢?
在第一架777飞机起飞后的几年里，数字原型技术发生了很多变化。梅赛德斯-奔驰让汽车的设计通过了1500万英里的虚拟道路，然后才建立了一个实体模型。仿真代表了车辆设计在运行中的物理动力学，从空气动力学到制动摩擦。
c级模拟还说明了一个微妙但重要的转变:数字原型作为一种设计方法的演变。一份阿伯丁研究报告(《数字产品开发基准报告》，2007年3月)证实了这一转变。研究发现，那些达到收入、成本、发布日期和质量目标的一流制造商更有可能采用数字原型技术。
一种方法，多种方法
作为一种实践，数字原型将形式和功能结合在一起来解决问题或推动创新。整个开发团队可以使用模拟来表示产品在操作条件下的美学和功能。这是一个合乎逻辑的替代方案，可以分别开发产品设计和工程的各个方面。
数字 利用原型技术对双体船进行了模拟和微调 施工前的组件和最终组装。礼貌、海洋 先进的研究。 |
例如，机械工程师可以评估热特性，如家用熨斗的传热和分布。加热、冷却和再加热的持续循环对外壳和安装在加热元件附近的所有其他组件都有深远的影响，在对这些组件进行结构和疲劳寿命分析时必须考虑到这一点。通过将热性能和结构性能数据合并到一个单一的数字模型中，工程师可以评估设计，以确定某个组件是否可能失效。
数字原型(DP)可以被设计团队在设计周期的任何时候使用，从概念设计到生产。这是理解性能的一种方法，也是迈向设计优化的一步。
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数字原型的基本知识 根据2007年3月Aberdeen Research对数字产品开发的基准研究，一流的制造商甚至可能不会使用3D实体建模。但他们使用的是数字模拟。不管产品团队使用什么工具，数字原型的实践包括以下关键元素: 数字通信:研究发现，表现最好的制造商更有可能在工程和制造团队之间使用数字通信，而不是基于纸张的渠道。 数字管道:数字通信需要的不仅仅是电子邮件系统。当设计和制造信息和反馈可以通过电子方式访问时，团队将从多方位的信息流中受益。例如，工程师可以利用生产洞察力进行评估 过程中的惯例，甚至工业设计师、工程师和制造人员使用的工具，都可能在数字化管道中制造障碍。例如，工业设计师可能在纸上、粘土上或甚至使用特定任务的软件开发概念。但很难将模拟信息——甚至数字信息——转换成与工程师使用的电子表格或FEA软件或自动化生产的机器控制程序兼容的格式。 功能设计:大多数实体建模软件专注于3D几何。这只是数字原型的一个方面，它代表了更多的意图而不是现实。在操作条件下模拟3D设计功能的前沿应用程序可以将设计的美学和性能方面结合在一起。团队在构建物理原型之前获得了解决问题的洞察力和理解。 |
海洋高级研究使用DP模拟和微调未来双体船的设计，使船的框架，弹簧和船体可以使船只掠过水面。然后，真正的双体船在华盛顿州奥卡斯岛附近的处女航中获得了类似的结果。全球电梯/自动扶梯制造商通力使用DP解决故障，并将新技术整合到客户安装的系统中。
将几何和性能数据集成到单个模型中来模拟功能本身并没有什么风险——除非设计团队害怕发现他们的假设是错误的。尽早将这种技术引入设计过程的价值在于，它有助于消除无效的设计选项，并将最有利的选项隔离开来。
更重要的是，不需要特殊的工具。我们的小型设备工程师可能会使用将热或疲劳分析结果与正在设计的铁的结构模拟输入相链接的软件。工程师可以使用任何支持基于机制-行为的装配建模的现代CAD软件。同时理解形式和功能的主要概念并没有改变，尽管执行过程发生了变化。
模拟就是相信
另一种理解数字原型过程的方法是考虑3D实体建模和数字仿真之间的区别。实体模型可以通过动画来显示预期的行为，例如电枢的旋转。当我们使用这些动画时，我们愿意暂停现实，但事实是它们并不能代表设计的实际功能。工程师从经验中知道，3D设计软件不能单独建模扭矩或摩擦数据。他或她很可能必须包括某种类型的规则或基于参数的方法，以允许在设计计算中使用这些数据。
相比之下，数字模拟可以包含计算出的材料和结构在物理力影响下的行为。由于数字原型是一种方法而不是一个软件应用程序，因此它首先要努力共享驻留在产品开发不同阶段的信息。工业设计、工程设计、分析和制造部门都有专门的团队、工具和流程。不幸的是，这些核心功能中的每一个都有可能将信息与其他功能隔离开来。但数字原型消除了这种隔离。
数字原型的应用
为了说明这一点，我们以个人电脑为例。功能，而不是美观，通常是制造商的首要任务。有一套标准的必备组件——主板、电源、硬盘、显卡等等，这些通常都是从供应商那里采购的。这些商品部件往往具有标准尺寸，机械和电气工程功能决定了这些部件将如何适应底盘。
一旦底盘的尺寸确定，结构设计通过工程分析和实体建模工具完成，工业设计工作就开始了。因为底盘的设计很大程度上是由部件决定的，例如，热分析可以揭示热量是如何产生的以及在哪里产生的，以及必须在哪里安装通风设备才能将热量从对温度敏感的硬件上转移出去。
因此，工业设计师在美学方面面临着相当数量的功能限制。她还碰巧在工作中使用了一套不同的工具，来渲染产品的视觉、维度和纹理方面。如果她能够访问工程团队工作的实体模型，并看到与该模型相关的数据，她就可以开发PC外壳的多个概念，从而获得更少(如果有的话)和更高的准确性。
与此同时，电气工程团队使用自己的工具，为连接PC内部组件的线路设计了一个点对点的图。由于他们的原理图只是表示需要连接的东西和连接的顺序，车间的制造人员必须使用钉板制作一个物理模型，来建模连接，并确定路由和点之间的距离，这决定了成品中的电线长度。这是一种耗费大量时间来设计计算机布线的方法。
今天的许多设计软件工具允许将相同的原理图数据与各种电气组件的空间位置合并。这些工具不仅自动化线束本身的生产，而且自动化用于记录线束组装的钉板图的生产。
技术可以帮助也可以阻碍合作。但是团队从共享信息中受益。由于DP的目标是利用全面的数字表示，团队可以选择在多大程度上使用这种方法进行设计，不仅是在将其应用到一个组件或其他产品方面，而且在他们使用的工具方面。他们可能坚持2D绘图和手工计算，或者使用3D实体建模工具，或者选择可以读取和使用特定学科程序(如FEA分析)输出的软件应用程序。
它有什么好处?
物理原型让开发团队测试适合度、驱动、操作、仪器和控制。几个世纪以来，这已经足够好了。但传统的物理原型也会使开发过程变得低效、线性。概念的草图，产品的工程，物理原型的建立和评估的问题和调整所需的。每一次原型失败，整个过程都要重新开始。但是，例如，电气工程师可能没有机会“不按顺序”地向工业设计师提出建议，并与他们分享见解，从而帮助设计师避免在无果的工作上花费时间。
数字原型的目标是把所有的几何和功能特征纳入一个单一的模型。因此，DP是一种优于传统线性序列的双向管道方法。在工业设计、工程和制造团队的工作中，信息进出该模型。
数字原型的局限性
尽管数字原型可以增强产品开发，但它也有其局限性。虚拟模拟将显示设计可能如何执行，但它不会为开发团队做出选择。它可以显示出自行车车架所暴露的应力，但这些应力可能是完全可以接受的，而且完全在车架所用材料的结构限制内。数字原型不会显示产品开发的背景，如消费者需求或业务目标。换句话说，开发团队仍然要做设计的工作。他们必须考虑到他们与业务主管、客户和供应商做出的考虑和决定。设计周期和生产力可能会——也可能不会——分别下降和上升。这是因为使用数字原型来解决设计问题的公司可能会选择探索更多的设计选项，产生更多的设计迭代。
他们通常不会做的是生产更多的实物原型。据阿伯丁说，这是一流制造商的标志。该研究公司发现，平均执行者生产2.9个实物原型，而最优秀的执行者生产1.5个，在非常复杂的产品开发中平均节省45天和1.5万美元。显然，数字原型的实践也是良好业务的一种模式策略。
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数字化原型的六个步骤
1.工业设计师打开由机电设计团队设计的印刷线路板、键盘和显示组件。然后，围绕工业设计应用程序中的数据创建住宅设计的概念草图。
2.团队就设备的美学达成一致，外壳设计也最终敲定。
3、4。切换到安装在滑动显示器/盖下面的完整键盘的决定触发了对键盘膜和印刷线路板的重新设计。工业设计工具中的模型数据在机械设计软件中打开，用于定义键盘膜组件的最终形状，以及所有支持电路。
5.通过进行热分析，研究小组确认，外壳内部产生的辐射热不会干扰设备的正常工作。
6.最后，功能和美学数据编译在一个单一的模拟成品。 |
欧特克公司
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