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)濟充滿不確定性的背景下，兩個全球驅(qū)動因素——數(shù)字主線和可持續(xù)發(fā)展倡議——成為對當前形勢的有力回應。 這篇文章為探討未來一年影響 CAD 發(fā)展的趨勢奠定了基礎，適應、創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展將成為推動設計過程向前發(fā)展的動力。

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型時代，設計過程面臨著新的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)。 數(shù)字主線作為一種戰(zhàn)略解決方案，將數(shù)字產(chǎn)品開發(fā)、制造和服務數(shù)據(jù)流聯(lián)系在一起。 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。 這就要求設計工程師探索如何有效利用增材制造和增強現(xiàn)實(AR)等顛覆性技術(shù)，以滿足公司不斷發(fā)展的業(yè)務需求。

此外，設計工程師還肩負著協(xié)助公司實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標的重要責任。 成熟且無縫集成到設計環(huán)境中的 CAD 工具可幫助工程師毫不費力地優(yōu)化可持續(xù)發(fā)展。 通過戰(zhàn)略性地使用仿真和生成設計等功能，工程師可以評估材料選擇對產(chǎn)品性能的影響，從而有助于減少多余的廢物和能源消耗。

隨著數(shù)字主線貫穿整個產(chǎn)品開發(fā)周期，并與可持續(xù)發(fā)展計劃相互交織，設計團隊發(fā)現(xiàn)自己不得不重新審視工作中不斷變化的現(xiàn)實。 核心主題變得顯而易見——產(chǎn)品開發(fā)和工程工作的背景如何轉(zhuǎn)變，設計團隊如何適應這些不斷變化的動態(tài)?

設計工程師的作用——數(shù)字主線

由于產(chǎn)品開發(fā)過程中的一切都始于設計團隊，并通過設計團隊推進，因此設計工程師在公司的數(shù)字主線戰(zhàn)略中扮演著關鍵角色。 設計工程師不僅肩負著與數(shù)字主線程保持聯(lián)系的責任，還在整合增材制造和增強現(xiàn)實等創(chuàng)新技術(shù)方面發(fā)揮著至關重要的作用。

在增材制造方面，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)造出復雜而優(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(jié)構(gòu)，否則傳統(tǒng)方法將無法實現(xiàn)。 通過將增材制造設計(DfAM)集成到設計工具中，設計工程師在將傳統(tǒng)制造的零件與三維打印零件相結(jié)合時，可以避免繁瑣的上下文切換過程。 同時，AR 的集成為協(xié)作引入了新的維度。 設計工程師使用 AR 對虛擬原型進行檢查、共享和最終協(xié)作，從而實現(xiàn)實時互動和快速設計迭代。 通過將這些技術(shù)整合到工作流程中，設計工程師可以促進高效溝通，加快決策進程。 這種方法不僅能讓設計團隊走在技術(shù)進步的前沿，還能確保他們的公司保持敏捷、創(chuàng)新，并與更廣泛的數(shù)字主線戰(zhàn)略保持聯(lián)系。

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，從核心 CAD 設計任務過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間。 這種做法會造成錯誤，因為不同的模型副本會同時用于不同的環(huán)境。 或者，整個組織需要團結(jié)起來，承認在 CAD 環(huán)境中的原始 CAD 文件上執(zhí)行這些任務的效率要高得多。 采用這種集成方法是設計工程師及其更廣泛的產(chǎn)品開發(fā)團隊必須共同應對的組織變革管理(OCM)挑戰(zhàn)。

設計工程師的作用——可持續(xù)性

公司在很大程度上依賴設計團隊的幫助，通過將生態(tài)友好型實踐和考慮因素納入產(chǎn)品開發(fā)流程來實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。 設計工程師負責做出影響產(chǎn)品環(huán)境足跡的關鍵決策。 設計工程師滿足公司可持續(xù)設計需求的最有效方法是利用成熟的集成 CAD 功能。

對于設計工程師來說，可持續(xù)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。 設計工程師可以利用當今現(xiàn)代 CAD 環(huán)境中的強大資源，如有限元分析、生成設計和基于參數(shù)的優(yōu)化功能，來實現(xiàn)材料選擇之外的可持續(xù)設計。 此外，當設計團隊跨越地域，需要廣泛的專家提供意見時，高度協(xié)作的設計環(huán)境可以提高設計過程的效率。 這樣，來自整個組織的工程專家就可以借助各種集成模擬工具，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。 此外，應用生成設計技術(shù)還可以探索創(chuàng)新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而進一步提高產(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計進行微調(diào)，從而將對環(huán)境的影響降至最低。

要擴大設計工具的使用范圍，使用更全面的集成功能，需要進行培訓和流程變革。 設計工程師首先需要學習如何最好地應用集成仿真、制造、生成設計和快速成型制造功能，以推動最高效、最有效的設計流程。 然后，企業(yè)必須接受相關的流程變革。 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可持續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)，從而引導公司實現(xiàn)其可持續(xù)發(fā)展目標。

應用人工智能是什么?

我們看到，應用人工智能(AI)融入設計領域的一種方式是通過生成設計技術(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，從而使設計過程更具協(xié)作性。 將生成式設計集成到工程工作流程中，可以在不中斷數(shù)字線程的情況下探索大量潛在的設計替代方案。 通過生成式設計，數(shù)字主線可獲得源源不斷的設計迭代和見解，從而建立起對產(chǎn)品演變的全面、相互關聯(lián)的理解。

由于生成式設計工具中應用的人工智能算法可以優(yōu)先考慮資源效率、減輕重量以及設計過程中考慮的其他環(huán)境因素，因此這些工具可以提出符合公司可持續(xù)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(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。

應用人工智能還可以通過分析用戶的積極和消極傾向，幫助他們改善 CAD 用戶體驗。 例如，系統(tǒng)可以識別用戶在各種設計和位置中應用熟悉的設計模式(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收集和應用這些模式，從而簡化用戶的工作流程。

此外，人工智能還可以觀察用戶在設計特定功能時遇到的困難。 它可以利用其他用戶的成功經(jīng)驗來幫助有困難的用戶，一旦人工智能檢測到，就會建議進行培訓并提供詳細的提示，以加強對用戶的指導。 需要強調(diào)的是，這些人工智能驅(qū)動的增強功能是否有效，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。

結(jié)論

在宏觀經(jīng)濟因素帶來不確定性的今天，檢查和改進產(chǎn)品開發(fā)周期的責任在于設計團隊，尤其是設計工程師。 利用集成到 CAD 環(huán)境中的創(chuàng)新設計技術(shù)，設計工程師可以在保持數(shù)字主線的同時，推動設計實現(xiàn)公司的總體可持續(xù)發(fā)展目標。 2024 年，當數(shù)字主線與可持續(xù)發(fā)展計劃交織在一起時，設計工程師面臨的現(xiàn)實是，他們需要快速適應正在發(fā)生變化的世界環(huán)境。

作者：PTC CAD 部門總經(jīng)理 Brian Thompson