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雲平台協助CAD/CAM設計製造整合
基於MBD模型設計自動化

【作者: 陳念舜】   2024年11月05日 星期二

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順應近年來製造業數位化、數位優化等轉型趨勢,包含CAD/CAM系統軟體既可供業界在建立數位分身(Digital twin)模型所需數據;以及當生成式AI浪潮興起後,若能經過MBD模型整合,用來驅動數位模擬分析、設計、製造程序,由雲平台實現設計製造自動化。


有別於現今發展已相當成熟的製造業涵蓋多個部門,各司其職:如設計部主責產品研發設計、製造部門專司產品生產製造、行銷部門負責產品推廣宣傳、銷售部門則專注於產品銷售等。所有部門均圍繞「產品」展開不同工作,因此企業各部門的資料本質上具有互通性,需要頻繁溝通交流,並確保資料維持在最新狀態。


然而,目前各部門其實都擁有獨立的業務系統,分別來自不同開發平台、廠商;設計師和工程師面臨的挑戰,也不僅侷限既有部門,而造成資料互通存在鴻溝,彼此傳輸及交流受阻,最終恐影響產品品質,甚至引發問題難以收拾。


且隨著新世代產品開發的複雜性日益增加,簡化的工具和流程對於維持效率和創新非常重要。企業傳統上必須對伺服器軟、硬體和用於維護和備份的IT人員進行大量投資,以有效解決許多設計協作挑戰,卻非所有公司都能滿足此資源。反之,對於PDM可能無法滿足其需求的企業來說,也可以使用雲端協作等其他選項。


對於台灣中小企業而言,為了支援更多用戶的需求,必須解決常見的資料管理問題,又不需要大量的基礎設施。此時,利用基於雲端的平台和使用者友好的資料管理工具,可以提供強大且可擴展的解決方案,從而增強協作、簡化工作流程並降低IT開銷;透過民主化資料管理,,可確保適用於所有用戶都能有效管理其CAD 資料,在設計過程中實現更高的效率和可用性。



圖一 : 隨著新世代產品開發的複雜性日益增加,簡化的工具和流程對於維持效率和創新非常重要。
圖一 : 隨著新世代產品開發的複雜性日益增加,簡化的工具和流程對於維持效率和創新非常重要。

提高設計製造流程靈活彈性 加快產品開發與上市時間

如實威國際公司近期引進新版SOLIDWORKS Ultimate旗艦版端到端套裝軟體,則為此提供了一套提供專業設計師和工程師的基礎解決方案,可以擴展到產品開發的各個方面,協助簡化而加快由概念到成品的產品開發流程,更快速與企業內外部團隊與夥伴合作。


並以3D模型設計為模擬、製造、行銷和管理工具奠定了基礎,使部門、資料和流程保持緊密連結,徹底打破企業不同部門各自為政的現象,讓產品開發流程的設計、模擬、加工、行銷、協作、管理等各個業務環節的資料鏈路暢通無阻;且是可拓展的解決方案,能為公司處於從初創到持續發展的任何階段奠定了基礎。一旦業務擴展到設計以外的領域時,即可以利用SOLIDWORKS Ultimate中的工具來滿足當前的產品開發需求,並克服未來的挑戰。


實威國際副總經理彭聖介表示,因此讓該軟體備受新創公司青睞,還能加上模擬分析與驗證功能,期望藉此優化產品及加快上市時間。進而管理文件資料(Data Management),確保每個生產階段都能取得最新版本資訊,以便未來雲平台的不同設計環境協同作業。


目前也有客戶導入SOLIDWORKS Ultimate,在設計階段充份利用曲面設計、渲染、異型孔精靈、大型組件、工程圖等功能;接著於驗證階段,進行阻力與負載、FEA有限元素分析、運動模擬;到了管理階段,透過零件關聯性管理,維持最新版本資訊,並提供更好的客戶體驗;3DE Works,則包含遠端協同作業、雲端儲存分享、外部廠商合作等。


彭聖介進一步分析目前製造業數位轉型成功的3P關鍵要素:產品(PRODUCT,須具有前瞻性、系統整合性、功能優化擴展)、人(PEOPLE,服務量足質精、顧問諮詢能力、廣泛培訓基礎)、程序(PROCESS)。


尤其是在其中「程序面」,必須透過創建設計規範,協助實現降本增效,包含「設計標準化」,用於降低成本、提高品質和可靠性、簡化維護和服務;「設計參數化」,盡量減少圖紙,而是利用數據驅動模型,實現快速定制、提高設計效率,減少錯誤和重複性工作;「系列化、模組化」,可用來產品開發的速度更快,容易維護和升級,促進創新與重用而降低成本。並在多領域、部門的協同設計時,以模型為中心,不限人數、時、地,分別實現設計模擬、機電、設計製造等一體化。


在「產品面」經由設計製造協同整合平台驅動創新,以3D數據為單一資料源,SOLIDWORKS Ultimate扮演產品建模的角色,可隨時隨地針對產品需求,橫跨設計、模擬、協作、管理、行銷、製造等5大領域,分別提供「基於模型」的圖紙、標註、模擬分析、電氣佈線、視覺化,以及工藝、加工、3D列印、質檢、裝配等,省下了轉檔的時間和誤差,設變更為輕鬆,結合該平台具有服務12大產業的基礎。彭聖介認為:「這也是SOLIDWORKS從軟體產品轉型為品牌的好處,可以有各種應用程式支援。」



圖二 : SOLIDWORKS Ultimate扮演產品建模的角色,可隨時隨地針對產品需求,橫跨設計、模擬、協作、管理、行銷、製造等5大領域。
圖二 : SOLIDWORKS Ultimate扮演產品建模的角色,可隨時隨地針對產品需求,橫跨設計、模擬、協作、管理、行銷、製造等5大領域。

進而提出設計和生產過程的自然演變,依序為基於圖紙;以模型為中心,3D模型+2D圖紙。最後則是基於模型定義(Model Based Definition;MBD)3D模型標註屬性,2D圖紙僅供參考;以及基於美國國家標準和技術委員會提出的3D企業級別模型定義的企業(MBE)分為7級(Level 1~7),目前台灣約處於Level 3~4階段,可由系統取代人力管理資料,於雲端協作;最終讓機器、CAD/CAM彼此能對話溝通,將更方便進行自動化模擬分析,確保品質。


藉此透過模型來驅動AI、數位分身。並導入逆向設計、數位化後,用於模擬分析和拓樸優化設計;利用DfAM(Design for Additive Manufacturing)拓樸優化和晶格結構設計,打造符合強度的輕量化產品且減少能源消耗,依序完成從標準化、參數化為系列模組的智慧製造流程,產出高價值的航太、生醫產品。


彭聖介指出,目前即將克服的新挑戰是Simulation模擬分析,需要高學歷專業人員、高成本軟體、高效能硬體設備,但TCO居高不下;Management,要求多使用者/多地點、資料重用、審後流程/版本、資料保全/權限。SOLIDWORKS Ultimate則只要透過達梭3DEXPERIENCE雲平台,就能按需定價,並使用高階CATIA軟體優化及平滑化功能、分析強度。


SOLIDWORKS軟體本身也從桌面到雲端、產品到平台的混合模式發展,於3D EXPERIENCE平台囊括了研發設計、模擬驗證、數據管理等模組。強調SaaS(軟體即服務)就是未來,必須能在任何時間24/7、任何地點都易於安裝和部署、快速實施而毋須IT管理、兼顧資料安全存取,達到更低的整體擁有成本。



圖三 : 基於模型定義(Model Based Definition;MBD)3D模型標註屬性,最終讓機器、CAD/CAM彼此能對話溝通,方便進行自動化模擬分析,確保品質。
圖三 : 基於模型定義(Model Based Definition;MBD)3D模型標註屬性,最終讓機器、CAD/CAM彼此能對話溝通,方便進行自動化模擬分析,確保品質。

SOLIDWORKS Ultimate旗艦版問世 邁向跨部門協作新境界

目前SOLIDWORKS Ultimate軟體還增加了靈活的雲端專業設計工具、產品發佈和結構管理、用於文檔和行銷內容的雲端沉浸式工具;以及按需學習體驗,實現並加快了任何產品開發工作流程的無縫協作,可以隨時隨地進行設計。包括龐大的扣件和五金零件庫,以及來自全球製造商的5000多萬個零件的線上目錄;專業化的設計工具,用於佈線、大型組合設計能力、焊接、模具設計、鈑金等。


從革命性的CAD/ECAD整合到強大的Simulation模擬功能,再到高效的PDM管理系統每一項更新,都是為了提升設計效率。透過統一設計、工程、模擬、製造和上市活動,SOLIDWORKS Ultimate消除了,實現了快速反覆運算和卓越的產品交付。


其中「設計」部門為所有產品開發的源頭,透過桌面或雲端的SOLIDWORKS Ultimate 旗艦版,可讓用戶持續設計產品的零件、組合件及2D工程圖;現在還可以利用基於瀏覽器的SOLIDWORKS App,在任何設備上隨時隨地進行設計,並提供基於參數建模、自由樣式曲面造型及其他專用建模工具,以確保以最簡單、最快速的方式呈現企業的創意。


在完成「結構設計」後,通常需要進行FEA有限元素分析模擬,SOLIDWORKS Ultimate旗艦版能讓企業利用雲端計算進行各類常見的模擬驗證,包含運動和動力學分析、線性靜態應力分析、模態頻率分析以及熱分析等,不僅能減少不必要的實物原型製造;還能在業務流程的早期階段進行設計優化,從而縮短產品成熟度的週期,降低企業的研發成本及廢品排碳。


等到產品經過數位設計、模擬分析驗證後,最終仍須在車間完成加工生產。SOLIDWORKS Ultimate旗艦版提供了豐富的解決方案,無論業者透過3D列印或是傳統機加工應用,都能協助生產工程師檢查產品的可製造性,並建立及驗證CNC加工程式。


利用先進的CAM軟體工具與基於雲端的3D工具機加工程式設計解決方案結合,可基於規則的加工,增強程式設計過程並加快報價速度。同時支援各類常見的機加工操作,例如三軸車/銑削、線切割、2D排樣及切割等,確保高效與準確生產,實現首件量產即成功的願景。


此外,SOLIDWORKS Ultimate 旗艦版還能在「行銷」端協助企業,以最佳方式展示產品,包括栩栩如生的渲染圖片、高品質的技術手冊及各類互動式視覺化圖片等,將充分展現產品特性,最終獲得客戶的認可,幫助企業贏得更多訂單。


雲平台協同設計製造 融入12大品牌應用模組

值得一提的是,基於現今企業各部門間的「協作」溝通及會議皆離不開產品資料的支援,基於雲端計算的BOM和產品生命週期管理工具,安全可靠,隨時可用來協作與管理,大大改善了團隊之間的溝通。SOLIDWORKS Ultimate旗艦版也透過協作和業務生產力工具,如SOLIDWORKS專案規劃工具和虛擬會議板,能有效提高溝通效率,將各部門的想法和資訊串聯,以確保每位員工都能充分參與,從而最大化溝通成果,即時瞭解最新的產品情況並積極參與其中。


整體來說,SOLIDWORKS Ultimate 旗艦版包含多個模組,每個模組在相應領域都能提供不同價值。無論是設計任務、流程梳理還是專案管理,都能充分幫助企業靈活應對各種需求,並為未來做好準備。


進而經過良好的管理來促進業務流程的流轉,包括安全的資料儲存環境,以確保資料始終保持最新且隨時可調用。SOLIDWORKS Ultimate旗艦版的雲端服務,則能幫助企業保存和管理各類資料,建立統一且單一的正確資料來源。不必匯出或導入,即可無縫地將CAD資料導入下游,進而提高準確性並消除移動或重覆資料的需要。


這使得企業各部門及所有流程環節能夠即時調用最新資料,從概念及結構設計、分析模擬、BOM表生成、產品生產到宣傳資料製作及設計變更的每一步,都能從同一個位置獲得最新資訊,避免過期數據影響業務;甚至為委外代(分)工的供應鏈合作夥伴,提供便捷的共用和標記功能。


SOLIDWORKS PDM的新增功能還優化了可存取性,以協助用戶更好地瞭解組裝結構,並改善修訂管理。從Command Manager 工具列中的新PDM 索引標籤快速存取SOLIDWORKS PDM 功能;使用與SOLIDWORKS FeatureManager相同順序的物料清單,輕鬆瞭解組裝結構的順序。


結語


圖四 : 即使面對AI人工智慧和機器學習,SOLIDWORKS也可以在設計過程和最終設計等兩個領域發揮作用,發揮人類的集體知識和專長來設計下一代產品。
圖四 : 即使面對AI人工智慧和機器學習,SOLIDWORKS也可以在設計過程和最終設計等兩個領域發揮作用,發揮人類的集體知識和專長來設計下一代產品。

因此,SOLIDWORKS改變了團隊合作的方式,確保每個成員都能存取最新的資料和工具而提高效率,並培養了更具創新性和敏捷性的設計環境。利用雲端服務的力量打破孤立,增強即時協作;並借助SOLIDWORKS 和 3DEXPERIENCE平台的強大功能,可以將生產力和創造力提升到新的水平。


即使面對AI人工智慧和機器學習(Machine learning),SOLIDWORKS也可以在設計過程和最終設計等兩個領域發揮作用。若從「最終設計」的角度來看,便是在設計產品時利用人類的集體知識和專長來設計下一代產品,並將之蒐集用於後續使用者,實現工作流程自動化。


這正是基於雲端的3 DEXPERIENCE平台等解決方案的優勢,得以透過存儲和追蹤設計週期的全部歷史記錄來獲取所有知識。同樣基於SOLIDWORKS瀏覽器的角色,如3D Creator 也嵌入了機器學習演算法或工作流程模式,可自動執行任務。例如:設計助理功能,即可利用AI提供設計指導,根據至今完成的工作建議,或預測下一步應該選擇什麼?還有用於組合和草圖繪製的AI工具,可自動執行相關任務,並幫助解決問題。


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