2024 CAD的未來趨勢

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)濟充滿不確定性的背景下，兩個全球驅(qū)動因素—Digital Thread和可持續(xù)發(fā)展倡議成為對當前形勢的有力手段。本文探討未來一年影響 CAD 發(fā)展的趨勢，強調(diào)適應、創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展將成為推動設(shè)計過程進步的主要動力。
在數(shù)字轉(zhuǎn)型時代，設(shè)計過程面臨著新的數(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，而將這一變革趨勢融入設(shè)計流程的責任落在了設(shè)計團隊身上。要求設(shè)計工程師探索如何有效利用增量制造和擴增實境（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。成熟且無縫整合到設(shè)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(xù)發(fā)展，透過策略性地使用模擬和生成式設(shè)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Digital Thread貫穿整個產(chǎn)品開發(fā)周期，并且與可持續(xù)發(fā)展計劃相互交織，設(shè)計團隊必須重新審視工作中不斷變化的現(xiàn)實。 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)計團隊又該如何適應這些不斷變化的動態(tài)？

設(shè)計工程師的作用—Digital Thread
由于產(chǎn)品開發(fā)過程始于設(shè)計團隊并由其推進，設(shè)計工程師在公司的Digital Thread策略中扮演著關(guān)鍵角色，他們不僅肩負著與Digital Thread保持聯(lián)系，還在整合增量制造和擴增實境等創(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(shè)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)，這是傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)。透過將增量制造設(shè)計（DfAM）整合到設(shè)計工具中，設(shè)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的整合為協(xié)作引入了新的維度。
設(shè)計工程師使用 AR 對虛擬原型進行檢查、共享和協(xié)作，從而實現(xiàn)實時互動和快速設(shè)計迭代。透過將這些技術(shù)整合到工作流程中，設(shè)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(shè)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，從核心 CAD 設(shè)計任務(wù)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。 因此，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(wù)的效率要高得多，采用這種整合方法是設(shè)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(shè)計工程師的作用—可持續(xù)性
公司在很大程度上依賴設(shè)計團隊的幫助，透過將生態(tài)友好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(shè)計工程師負責做出影響產(chǎn)品環(huán)境足跡的關(guān)鍵決策，而滿足公司可持續(xù)設(shè)計需求的最有效方法是利用成熟的整合 CAD 功能。
對于設(shè)計工程師來說，可持續(xù)產(chǎn)品設(shè)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(xiàn)代CAD 環(huán)境中的強大資源，如有限元分析、生成式設(shè)計和基于參數(shù)的優(yōu)化功能，來實現(xiàn)超越材料選擇的可持續(xù)設(shè)計。
此外，當設(shè)計團隊跨越地域并需要廣泛的專家意見時，高度協(xié)作的設(shè)計環(huán)境可以提高設(shè)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整合模擬工具，優(yōu)化不同設(shè)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(shè)計技術(shù)還可以探索創(chuàng)新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，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(shè)計進行微調(diào)，將對環(huán)境的影響降至最低。

 
圖二 : 應用生成式設(shè)計技術(shù)可以探索創(chuàng)新的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，進一步提高產(chǎn)品的整體效率。

要擴大設(shè)計工具的使用范圍，使用更全面的整合功能，需要進行教育訓練和流程變革。 設(shè)計工程師首先需要學習如何最好地應用整合仿真、制造、生成式設(shè)計和快速成型制造功能，以推動最高效、最有效的設(shè)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(shè)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，將人工智能（AI）融入設(shè)計領(lǐng)域的一種方式是透過生成式設(shè)計技術(shù)。生成式設(shè)計的迭代特性允許快速生成和評估大量的設(shè)計替代方案，使設(shè)計過程更具協(xié)作。將生成式設(shè)計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，Digital Thread可以獲得源源不斷的設(shè)計迭代和見解，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(shè)計工具中應用的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)展目標的創(chuàng)新解決方案。例如，生成式設(shè)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。例如，系統(tǒng)可以識別用戶在各種設(shè)計和位置中應用熟悉的設(shè)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，簡化用戶的工作流程。
此外，AI還可以觀察用戶在設(shè)計特定功能時遇到的困難，并利用其他用戶的成功經(jīng)驗來幫助有困難的用戶，一旦AI檢測到這些困難，便會建議進行教育訓練并提供詳細的提示，以加強對用戶的指導。需要強調(diào)的是，這些AI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。


 
圖三 : 由AI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)。

結(jié)論
在當前宏觀經(jīng)濟因素帶來不確定性的背景下，檢查和改進產(chǎn)品開發(fā)周期的責任落在設(shè)計團隊，尤其是設(shè)計工程師。利用整合到 CAD 環(huán)境中的創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)，設(shè)計工程師可以在保持Digital Thread的同時，推動設(shè)計實現(xiàn)公司的總體可持續(xù)發(fā)展目標。
2024 年，當Digital Thread與可持續(xù)發(fā)展計劃交織在一起時，設(shè)計工程師面臨的現(xiàn)實是，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 ）