2024 CAD的未來(lái)趨勢

在2024 年，不斷變化的客戶(hù)需求和充滿(mǎn)活力的全球環(huán)境將決定CAD的發(fā)展前景。
在宏觀(guān)經(jīng)濟充滿(mǎn)不確定性的背景下，兩個(gè)全球驅動(dòng)因素—Digital Thread和可持續發(fā)展倡議成為對當前形勢的有力手段。本文探討未來(lái)一年影響 CAD 發(fā)展的趨勢，強調適應、創(chuàng )新和可持續發(fā)展將成為推動(dòng)設計過(guò)程進(jìn)步的主要動(dòng)力。
在數字轉型時(shí)代，設計過(guò)程面臨著(zhù)新的數據挑戰。Digital Thread作為一種策略性解決方案，將數字產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造和服務(wù)的數據流程無(wú)縫連接，而將這一變革趨勢融入設計流程的責任落在了設計團隊身上。要求設計工程師探索如何有效利用增量制造和擴增實(shí)境（AR）等顛覆性技術(shù)，以滿(mǎn)足公司不斷演變的業(yè)務(wù)需求。
此外，設計工程師還肩負著(zhù)協(xié)助公司實(shí)現可持續發(fā)展目標的重要責任。成熟且無(wú)縫整合到設計環(huán)境中的 CAD 工具，能夠幫助工程師輕松地優(yōu)化可持續發(fā)展，透過(guò)策略性地使用模擬和生成式設計等功能，工程師可以評估材料選擇對產(chǎn)品性能的影響，從而減少多余的廢物和能源消耗。
隨著(zhù)Digital Thread貫穿整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，并且與可持續發(fā)展計劃相互交織，設計團隊必須重新審視工作中不斷變化的現實(shí)。 核心問(wèn)題變得明確—產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工程工作的背景如何轉變，設計團隊又該如何適應這些不斷變化的動(dòng)態(tài)？

設計工程師的作用—Digital Thread
由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程始于設計團隊并由其推進(jìn)，設計工程師在公司的Digital Thread策略中扮演著(zhù)關(guān)鍵角色，他們不僅肩負著(zhù)與Digital Thread保持聯(lián)系，還在整合增量制造和擴增實(shí)境等創(chuàng )新技術(shù)方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要作用。
在增量制造方面，設計工程師采用尖端技術(shù)，利用三維打印的獨特功能創(chuàng )造出復雜且優(yōu)化的設計。這種方法有利于快速制作原型，并能創(chuàng )建復雜的幾何形狀和晶格結構，這是傳統方法難以實(shí)現。透過(guò)將增量制造設計（DfAM）整合到設計工具中，設計工程師在將傳統制造的零件與三維打印零件相結合時(shí)，可以避免繁瑣的上下文切換過(guò)程。同時(shí)，AR的整合為協(xié)作引入了新的維度。
設計工程師使用 AR 對虛擬原型進(jìn)行檢查、共享和協(xié)作，從而實(shí)現實(shí)時(shí)互動(dòng)和快速設計迭代。透過(guò)將這些技術(shù)整合到工作流程中，設計工程師可以促進(jìn)高效溝通，加快決策進(jìn)程。 這種方法不僅能讓設計團隊走在技術(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 : 數位線(xiàn)程無(wú)限循環(huán)

隨著(zhù)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 設計任務(wù)過(guò)渡到制造準備或有限元分析等補充流程的中斷，浪費了寶貴的時(shí)間。這種做法會(huì )造成錯誤，因為不同的模型副本會(huì )同時(shí)用于不同的環(huán)境。 因此，整個(gè)組織需要團結起來(lái)，承認在 CAD 環(huán)境中的原始 CAD 文件上執行這些任務(wù)的效率要高得多，采用這種整合方法是設計工程師及其更廣泛的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團隊必須共同應對的組織變革管理（OCM）挑戰。

設計工程師的作用—可持續性
公司在很大程度上依賴(lài)設計團隊的幫助，透過(guò)將生態(tài)友好實(shí)踐和考慮因素納入產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程來(lái)實(shí)現可持續發(fā)展目標。設計工程師負責做出影響產(chǎn)品環(huán)境足跡的關(guān)鍵決策，而滿(mǎn)足公司可持續設計需求的最有效方法是利用成熟的整合 CAD 功能。
對于設計工程師來(lái)說(shuō)，可持續產(chǎn)品設計遠不止于了解材料選擇對產(chǎn)品碳足跡的影響。它們可以利用現代CAD 環(huán)境中的強大資源，如有限元分析、生成式設計和基于參數的優(yōu)化功能，來(lái)實(shí)現超越材料選擇的可持續設計。
此外，當設計團隊跨越地域并需要廣泛的專(zhuān)家意見(jiàn)時(shí)，高度協(xié)作的設計環(huán)境可以提高設計過(guò)程的效率。這樣，來(lái)自整個(gè)組織的工程專(zhuān)家就可以借助各種整合模擬工具，優(yōu)化不同設計方案的能耗、排放和材料使用，從而改善產(chǎn)品對環(huán)境的影響。應用生成式設計技術(shù)還可以探索創(chuàng )新的輕質(zhì)結構，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的整體效率。最后，基于參數的優(yōu)化技術(shù)使工程師能夠對設計進(jìn)行微調，將對環(huán)境的影響降至最低。

 
圖二 : 應用生成式設計技術(shù)可以探索創(chuàng )新的輕質(zhì)結構，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的整體效率。

要擴大設計工具的使用范圍，使用更全面的整合功能，需要進(jìn)行教育訓練和流程變革。 設計工程師首先需要學(xué)習如何最好地應用整合仿真、制造、生成式設計和快速成型制造功能，以推動(dòng)最高效、最有效的設計流程。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，設計工程師就能最有效地促進(jìn)可持續產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，從而引導公司實(shí)現其可持續發(fā)展目標。

應用人工智能是什么？
我們看到，將人工智能（AI）融入設計領(lǐng)域的一種方式是透過(guò)生成式設計技術(shù)。生成式設計的迭代特性允許快速生成和評估大量的設計替代方案，使設計過(guò)程更具協(xié)作。將生成式設計整合到工程工作流程中，可以不中斷數字線(xiàn)程。透過(guò)生成式設計，Digital Thread可以獲得源源不斷的設計迭代和見(jiàn)解，從而建立對產(chǎn)品演變的全面、相互關(guān)聯(lián)的理解。
由于生成式設計工具中應用的AI算法可以?xún)?yōu)先考慮資源效率、減輕重量以及設計過(guò)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發(fā)展目標的創(chuàng )新解決方案。例如，生成式設計可以在不影響強度的情況下建議使用更少材料的結構，或建議采用特定的幾何形狀來(lái)提高最終產(chǎn)品的能效。
應用AI還可以透過(guò)分析使用者的積極和消極傾向，幫助改善CAD用戶(hù)體驗。例如，系統可以識別用戶(hù)在各種設計和位置中應用熟悉的設計模式（如連續使用同一組CAD特征）。 然后，系統可以智能地建議自動(dòng)收集和應用這些模式，簡(jiǎn)化用戶(hù)的工作流程。
此外，AI還可以觀(guān)察用戶(hù)在設計特定功能時(shí)遇到的困難，并利用其他用戶(hù)的成功經(jīng)驗來(lái)幫助有困難的用戶(hù)，一旦AI檢測到這些困難，便會(huì )建議進(jìn)行教育訓練并提供詳細的提示，以加強對用戶(hù)的指導。需要強調的是，這些AI驅動(dòng)的增強功能是否有效，取決于能否獲取用戶(hù)的使用模式數據，而在 SaaS 提供的產(chǎn)品中，這一因素很容易獲取。


 
圖三 : 由AI驅動(dòng)的增強功能是否有效，取決于能否獲取用戶(hù)的使用模式數據。

結論
在當前宏觀(guān)經(jīng)濟因素帶來(lái)不確定性的背景下，檢查和改進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的責任落在設計團隊，尤其是設計工程師。利用整合到 CAD 環(huán)境中的創(chuàng )新設計技術(shù)，設計工程師可以在保持Digital Thread的同時(shí)，推動(dòng)設計實(shí)現公司的總體可持續發(fā)展目標。
2024 年，當Digital Thread與可持續發(fā)展計劃交織在一起時(shí)，設計工程師面臨的現實(shí)是，他們需要快速適應不斷變化的全球環(huán)境。
（本文作者Brian Thompson 為PTC CAD 事業(yè)部總經(jīng)理 ）