2024 CAD的未來趨勢(shì)

在2024 年，不斷變化的客戶需求和充滿活力的全球環(huán)境將決定CAD的發(fā)展前景。
在宏觀經(jīng)濟(jì)充滿不確定性的背景下，兩個(gè)全球驅(qū)動(dòng)因素—Digital Thread和可持續(xù)發(fā)展倡議成為對(duì)當(dāng)前形勢(shì)的有力手段。本文探討未來一年影響 CAD 發(fā)展的趨勢(shì)，強(qiáng)調(diào)適應(yīng)、創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展將成為推動(dòng)設(shè)計(jì)過程進(jìn)步的主要?jiǎng)恿Α?br/>在數(shù)字轉(zhuǎn)型時(shí)代，設(shè)計(jì)過程面臨著新的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)。Digital Thread作為一種策略性解決方案，將數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)、制造和服務(wù)的數(shù)據(jù)流程無縫連接，而將這一變革趨勢(shì)融入設(shè)計(jì)流程的責(zé)任落在了設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)身上。要求設(shè)計(jì)工程師探索如何有效利用增量制造和擴(kuò)增實(shí)境（AR）等顛覆性技術(shù)，以滿足公司不斷演變的業(yè)務(wù)需求。
此外，設(shè)計(jì)工程師還肩負(fù)著協(xié)助公司實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要責(zé)任。成熟且無縫整合到設(shè)計(jì)環(huán)境中的 CAD 工具，能夠幫助工程師輕松地優(yōu)化可持續(xù)發(fā)展，透過策略性地使用模擬和生成式設(shè)計(jì)等功能，工程師可以評(píng)估材料選擇對(duì)產(chǎn)品性能的影響，從而減少多余的廢物和能源消耗。
隨著Digital Thread貫穿整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期，并且與可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃相互交織，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須重新審視工作中不斷變化的現(xiàn)實(shí)。 核心問題變得明確—產(chǎn)品開發(fā)和工程工作的背景如何轉(zhuǎn)變，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)又該如何適應(yīng)這些不斷變化的動(dòng)態(tài)？

設(shè)計(jì)工程師的作用—Digital Thread
由于產(chǎn)品開發(fā)過程始于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)并由其推進(jìn)，設(shè)計(jì)工程師在公司的Digital Thread策略中扮演著關(guān)鍵角色，他們不僅肩負(fù)著與Digital Thread保持聯(lián)系，還在整合增量制造和擴(kuò)增實(shí)境等創(chuàng)新技術(shù)方面發(fā)揮著至關(guān)重要作用。
在增量制造方面，設(shè)計(jì)工程師采用尖端技術(shù)，利用三維打印的獨(dú)特功能創(chuàng)造出復(fù)雜且優(yōu)化的設(shè)計(jì)。這種方法有利于快速制作原型，并能創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀和晶格結(jié)構(gòu)，這是傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)。透過將增量制造設(shè)計(jì)（DfAM）整合到設(shè)計(jì)工具中，設(shè)計(jì)工程師在將傳統(tǒng)制造的零件與三維打印零件相結(jié)合時(shí)，可以避免繁瑣的上下文切換過程。同時(shí)，AR的整合為協(xié)作引入了新的維度。
設(shè)計(jì)工程師使用 AR 對(duì)虛擬原型進(jìn)行檢查、共享和協(xié)作，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)和快速設(shè)計(jì)迭代。透過將這些技術(shù)整合到工作流程中，設(shè)計(jì)工程師可以促進(jìn)高效溝通，加快決策進(jìn)程。 這種方法不僅能讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)走在技術(shù)進(jìn)步的前沿，還能確保他們的公司保持敏捷、創(chuàng)新，并與更廣泛的Digital Thread策略保持聯(lián)系。


 
圖一 : 數(shù)位線程無限循環(huán)

隨著公司努力將更具創(chuàng)新性、更高質(zhì)量的產(chǎn)品更快地推向市場(chǎng)，從核心 CAD 設(shè)計(jì)任務(wù)過渡到制造準(zhǔn)備或有限元分析等補(bǔ)充流程的中斷，浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間。這種做法會(huì)造成錯(cuò)誤，因?yàn)椴煌哪Ｐ透北緯?huì)同時(shí)用于不同的環(huán)境。 因此，整個(gè)組織需要團(tuán)結(jié)起來，承認(rèn)在 CAD 環(huán)境中的原始 CAD 文件上執(zhí)行這些任務(wù)的效率要高得多，采用這種整合方法是設(shè)計(jì)工程師及其更廣泛的產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)必須共同應(yīng)對(duì)的組織變革管理（OCM）挑戰(zhàn)。

設(shè)計(jì)工程師的作用—可持續(xù)性
公司在很大程度上依賴設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的幫助，透過將生態(tài)友好實(shí)踐和考慮因素納入產(chǎn)品開發(fā)流程來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。設(shè)計(jì)工程師負(fù)責(zé)做出影響產(chǎn)品環(huán)境足跡的關(guān)鍵決策，而滿足公司可持續(xù)設(shè)計(jì)需求的最有效方法是利用成熟的整合 CAD 功能。
對(duì)于設(shè)計(jì)工程師來說，可持續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)遠(yuǎn)不止于了解材料選擇對(duì)產(chǎn)品碳足跡的影響。它們可以利用現(xiàn)代CAD 環(huán)境中的強(qiáng)大資源，如有限元分析、生成式設(shè)計(jì)和基于參數(shù)的優(yōu)化功能，來實(shí)現(xiàn)超越材料選擇的可持續(xù)設(shè)計(jì)。
此外，當(dāng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)跨越地域并需要廣泛的專家意見時(shí)，高度協(xié)作的設(shè)計(jì)環(huán)境可以提高設(shè)計(jì)過程的效率。這樣，來自整個(gè)組織的工程專家就可以借助各種整合模擬工具，優(yōu)化不同設(shè)計(jì)方案的能耗、排放和材料使用，從而改善產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響。應(yīng)用生成式設(shè)計(jì)技術(shù)還可以探索創(chuàng)新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的整體效率。最后，基于參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)使工程師能夠?qū)υO(shè)計(jì)進(jìn)行微調(diào)，將對(duì)環(huán)境的影響降至最低。

 
圖二 : 應(yīng)用生成式設(shè)計(jì)技術(shù)可以探索創(chuàng)新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的整體效率。

要擴(kuò)大設(shè)計(jì)工具的使用范圍，使用更全面的整合功能，需要進(jìn)行教育訓(xùn)練和流程變革。 設(shè)計(jì)工程師首先需要學(xué)習(xí)如何最好地應(yīng)用整合仿真、制造、生成式設(shè)計(jì)和快速成型制造功能，以推動(dòng)最高效、最有效的設(shè)計(jì)流程。然后，企業(yè)必須接受相關(guān)的流程變革。一旦正確的工具和流程到位，設(shè)計(jì)工程師就能最有效地促進(jìn)可持續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)，從而引導(dǎo)公司實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

應(yīng)用人工智能是什么？
我們看到，將人工智能（AI）融入設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種方式是透過生成式設(shè)計(jì)技術(shù)。生成式設(shè)計(jì)的迭代特性允許快速生成和評(píng)估大量的設(shè)計(jì)替代方案，使設(shè)計(jì)過程更具協(xié)作。將生成式設(shè)計(jì)整合到工程工作流程中，可以不中斷數(shù)字線程。透過生成式設(shè)計(jì)，Digital Thread可以獲得源源不斷的設(shè)計(jì)迭代和見解，從而建立對(duì)產(chǎn)品演變的全面、相互關(guān)聯(lián)的理解。
由于生成式設(shè)計(jì)工具中應(yīng)用的AI算法可以優(yōu)先考慮資源效率、減輕重量以及設(shè)計(jì)過程中的其他環(huán)境因素，這些工具可以提出符合公司可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的創(chuàng)新解決方案。例如，生成式設(shè)計(jì)可以在不影響強(qiáng)度的情況下建議使用更少材料的結(jié)構(gòu)，或建議采用特定的幾何形狀來提高最終產(chǎn)品的能效。
應(yīng)用AI還可以透過分析使用者的積極和消極傾向，幫助改善CAD用戶體驗(yàn)。例如，系統(tǒng)可以識(shí)別用戶在各種設(shè)計(jì)和位置中應(yīng)用熟悉的設(shè)計(jì)模式（如連續(xù)使用同一組CAD特征）。 然后，系統(tǒng)可以智能地建議自動(dòng)收集和應(yīng)用這些模式，簡(jiǎn)化用戶的工作流程。
此外，AI還可以觀察用戶在設(shè)計(jì)特定功能時(shí)遇到的困難，并利用其他用戶的成功經(jīng)驗(yàn)來幫助有困難的用戶，一旦AI檢測(cè)到這些困難，便會(huì)建議進(jìn)行教育訓(xùn)練并提供詳細(xì)的提示，以加強(qiáng)對(duì)用戶的指導(dǎo)。需要強(qiáng)調(diào)的是，這些AI驅(qū)動(dòng)的增強(qiáng)功能是否有效，取決于能否獲取用戶的使用模式數(shù)據(jù)，而在 SaaS 提供的產(chǎn)品中，這一因素很容易獲取。


 
圖三 : 由AI驅(qū)動(dòng)的增強(qiáng)功能是否有效，取決于能否獲取用戶的使用模式數(shù)據(jù)。

結(jié)論
在當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)因素帶來不確定性的背景下，檢查和改進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)周期的責(zé)任落在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，尤其是設(shè)計(jì)工程師。利用整合到 CAD 環(huán)境中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)工程師可以在保持Digital Thread的同時(shí)，推動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)公司的總體可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
2024 年，當(dāng)Digital Thread與可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃交織在一起時(shí)，設(shè)計(jì)工程師面臨的現(xiàn)實(shí)是，他們需要快速適應(yīng)不斷變化的全球環(huán)境。
（本文作者Brian Thompson 為PTC CAD 事業(yè)部總經(jīng)理 ）