張成,創(chuàng)客,產(chǎn)品及市場分析師。在 CAD和 PLM領(lǐng)域有近七年工作經(jīng)驗(yàn),并對IOT,機(jī)器視覺及 VR行業(yè)有強(qiáng)烈的興趣愛好。畢業(yè)后一直供職于某 PLM公司,業(yè)余時間創(chuàng)立 3D打印機(jī)公司 ,并致力于DIY三維重構(gòu)軟件。作為開源軟件和硬件的倡導(dǎo)者和實(shí)踐者,一直積極參加及建設(shè)當(dāng)?shù)氐膭?chuàng)客空間的活動中。(zebrajack@163.com,微信:Zebrajack)
20世紀(jì) 60年代,CAD開始進(jìn)入工程師的手中。但一直到 90年代初,CAD對大部分工程師來說依然是個高大上的玩意,并不是每個工程師都可以用這么昂貴的工具。這種現(xiàn)象終于隨著 Windows平臺的普及以及 PC產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展逐步瓦解,CAD終于可以以相對廉價的成本成為每個工程師的助手。20年過去后,我們又進(jìn)入了另一個技術(shù)革新的快車道:移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算等接踵而來。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計隨著時代的潮流不斷變化,那 CAD在新形勢下的動向便成為一個很有趣的話題。人們總是高估短期而低估長期科技能力,CAD軟件的創(chuàng)新也遵循同樣的道理。
一、系統(tǒng)工程和 IOT(物聯(lián)網(wǎng) )
隨著智能傳感器的價位不斷降低,智能產(chǎn)品和行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的呼聲越來越高。顯然產(chǎn)品不再是一錘子買賣,生產(chǎn)商和終端用戶的交互越來越多。無論是可能出現(xiàn)的新型商業(yè)模式,還是更高效的營銷和售后模式,這些都對產(chǎn)品的設(shè)計產(chǎn)生了極大的影響。
1.系統(tǒng)工程
智能的產(chǎn)品意味著軟件和硬件的深度融合。有別于以前離散的硬件和軟件團(tuán)隊,當(dāng)下產(chǎn)品中的自動化和軟件的比重越來越大。如何將眾多傳感器有效嵌入到原來的硬件產(chǎn)品中,如何保證產(chǎn)品后續(xù)更便捷的升級和維護(hù),這些無疑都拓展了傳統(tǒng)的 CAD功能。CAD不再僅僅著重于機(jī)械部分,而是以三維模型為紐帶,將軟控部分的設(shè)計雜糅進(jìn)來。傳統(tǒng)的軟件廠商已經(jīng)行動起來了,達(dá)索 V6平臺提出了 RFLP(Requirement → Function → Logic →physics)的系統(tǒng)工程解決方案。顯然他可以為系統(tǒng)工程建模,可以記錄系統(tǒng)從需求到電子模型的演化及蹤跡。貫串其中的多學(xué)科的仿真能在早期驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。
達(dá)索及其他廠商首先針對的是復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計:比如飛機(jī)汽車的設(shè)計。但這對其他行業(yè)也有啟示。這種啟示不一定是工具層面上的,更應(yīng)該對設(shè)計方法論的探索和養(yǎng)成。
2.IOT反饋的設(shè)計
IOT是個很大的命題。其顯著的特點(diǎn)是提高產(chǎn)品的運(yùn)營效率。但對于CAD設(shè)計來說,顯然收集過來的數(shù)據(jù)對進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品有很大的參考作用。針對不同區(qū)域和不同人群下的變形設(shè)計也好;針對硬件和軟件迭代設(shè)計也好,它都有明確的量化和指導(dǎo)意義。當(dāng)阿里巴巴在提攜 C2B的淘工廠時,我們的工廠也應(yīng)該思考一下如何從設(shè)計層面深化 C2B。
二、創(chuàng)客運(yùn)動
1.開源 CAD及細(xì)分市場的 CAD
對于眾多的草根創(chuàng)客而言,購買昂貴的工業(yè)設(shè)計軟件顯然不靠譜。但是他們的需求其實(shí)并不需要過于復(fù)雜的功能。在這種情況下,一些開源或者免費(fèi)的 CAD開始在創(chuàng)客間逐步流行起來。比如 FreeCAD, open SCAD,tinkerCAD等?;蛟S對很多專業(yè)人員來說,這些軟件很小兒科。但是專業(yè)的軟件往往需要耗費(fèi)更長時間學(xué)習(xí)。而這類開源軟件往往能夠快速解決其需求。
除了免費(fèi)的軟件,市場上也出現(xiàn)了針對創(chuàng)客群體的 CAD,比如Autodesk的 Fusion360,它主打在線存儲及線上協(xié)同。當(dāng)然其設(shè)計功能遠(yuǎn)比開源的軟件強(qiáng)大。但是又有別于傳統(tǒng)的三維 CAD,它將分形建模,直接建模雜糅在一起。這種方法保證了其具有易操作性。
重點(diǎn)提一下分形建模,自從 PTC將分形建模(又稱作自由塑性)引入到參數(shù)建模的環(huán)境中,它已逐漸在其他軟件中變成了標(biāo)配。有別于專業(yè)的CG設(shè)計師需要深厚的美術(shù)功底。分形建模明顯將控制自由曲面的難度系數(shù)降低。這樣,創(chuàng)客就可以快速掌握曲面造型的方法。
2.3D打印機(jī)的流行
打印機(jī)的再次流行除了專利開放以外,很重要的原因在于眾多創(chuàng)客需要利用 3D打印機(jī)做出產(chǎn)品。對大部分創(chuàng)客而言,商業(yè)化并不是其意愿。這種情況下,只有打印機(jī)才能幫助他們快速地以低成本的方法構(gòu)建出產(chǎn)品。
創(chuàng)客們需要在 CAD和獨(dú)立的前處理軟件間倒騰數(shù)據(jù)。尤其是當(dāng)有些第三方數(shù)據(jù)破損的情況下,事情就會變得更加復(fù)雜。如何簡化這些流程就變得尤為重要。好在主流軟件也在逐步將打印數(shù)據(jù)的處理融入進(jìn)來。但是在數(shù)據(jù)修復(fù)和修改上依然有改進(jìn)的空間。
三、云計算
云計算這類底層架構(gòu)的技術(shù)是彈性計算能力的骨架。雖然說 CAD和設(shè)計工具當(dāng)下并沒有受到很大的影響。但已經(jīng)有若干公司在這個領(lǐng)域耕耘了,其中 onshape是典型代表。我們需要關(guān)注其最重要的兩個特點(diǎn)。
1.無限量計算資源
最容易想到的便是 CAE有限元分析通過分布式算法加快運(yùn)算的進(jìn)程。對企業(yè)來說不需要購買和升級昂貴的硬件來支持這類高性能運(yùn)算。同時這為 CAE軟件的研發(fā)提出了新的要求:基于分布式運(yùn)算的研發(fā)?;蛟S在很多人眼里,將 CAD搬到云端沒有太大必要,但是他對于簡化 CAD龐大的數(shù)據(jù)管理將會是個很大的福音:PDM和 CAD將會合二而一,不需要將數(shù)據(jù)不斷地 checkin/out工程師們可以做到真正的實(shí)時協(xié)同,可以在線合并不同的設(shè)計(不沖突的情況下)。
2.IT運(yùn)維的簡化
傳統(tǒng)設(shè)計軟件的分發(fā)是個非常繁瑣的事情,需要不斷重新安裝最新版本,利用管理工具來統(tǒng)一模板等。但是很多繁瑣的事情將變成歷史。基于云的CAD將可以讓設(shè)計師在任何地點(diǎn),任何時間,任何設(shè)備上同步最新的部署。
暢想一下近期和可能預(yù)見的未來,以下幾點(diǎn)應(yīng)該會引起更多的關(guān)注。
四、機(jī)器學(xué)習(xí)(大數(shù)據(jù)和機(jī)器智能結(jié)合)驅(qū)動的CAD設(shè)計
關(guān)于人工智能,很多激進(jìn)的人認(rèn)為這在未來一定會發(fā)生,并認(rèn)為未來機(jī)器會控制 98%的人。底層的技術(shù),當(dāng)下有公司在做,但沒有太形成規(guī)模。筆者站在中立的立場來看,認(rèn)為其依然處于初期。假如說未來的機(jī)會是將所有的任務(wù)打上 AI的標(biāo)簽的話。那么智能的 CAD當(dāng)然是個值得討論的話題。endprint
就目前來說,我們是可以嘗試將設(shè)計本身半自動化的。有別于傳統(tǒng)的基于“知識工程”下的設(shè)計自動化,軟件工程師在探索利用機(jī)器學(xué)習(xí)研究零件間的上下文及裝配關(guān)系。想象一下,當(dāng)軟件盡可能地將行業(yè)類的模型都學(xué)習(xí)了一遍,那么它就可以主動地為設(shè)計提供可靠的建議。當(dāng)然,當(dāng)我們綜合了機(jī)構(gòu)的上下文,設(shè)計理論的上下文以后,它會變得越發(fā)強(qiáng)大。
五、3D打印的成熟
當(dāng)3D打印發(fā)展到一定程度,就可以打印功能性的零件。但當(dāng)下可能的趨勢更強(qiáng)調(diào)增材制造和減材制造的融合。尤其是針對金屬打印來說,先利用直接 /選擇性激光燒結(jié)打印出零件,再利用傳統(tǒng)的 NC機(jī)床進(jìn)行精加工。但這種混合加工對我們的 CAD/CAM提出了挑戰(zhàn),如何控制激光的功率和溫度來保證打印質(zhì)量,如何安排和控制這種混合加工的流程。這些問題依然等待我們?nèi)?shí)踐和完善。
其實(shí)更令我們覺得激動人心的是基于各類新材料的設(shè)計和加工。比如各類合金粉末,微觀層面上融入石墨烯,還有高性能陶瓷粉末的打印等。材料的長足進(jìn)步會大大影響設(shè)計理念,尤其是增材制造可以在各個局部融入不同的材料。這個時候的設(shè)計,仿真驗(yàn)證,工藝和制造不再是被割裂的,而是合并在一起。這才是真正的面向制造的設(shè)計??梢韵胂蟮贸觯簜鹘y(tǒng)離散型制造業(yè)冗長的工藝流程會大大縮短。
六、向自然界學(xué)習(xí)
這一項很大部分是由打印機(jī)技術(shù)成熟而驅(qū)動。我們都知道很多時候大自然的選擇就是進(jìn)化了多年的最優(yōu)設(shè)計。但是由于其造型過于復(fù)雜,導(dǎo)致了其無法加工。比如說鏤空的鳥骨頭便是個典型的例子。尤其是在醫(yī)療器械領(lǐng)域,這類設(shè)計變得尤為重要。
當(dāng)造型本身可以突破傳統(tǒng)加工的限制,我們的幾何拓?fù)鋬?yōu)化可以不再拘泥于特定的邊界條件。尤其是當(dāng)我們能靈活調(diào)配幾何中的材料,那就越發(fā)的變得自由。
七、VR(包含 AR)行業(yè)的崛起
VR行業(yè)仍處于初期,但科技人員普遍都認(rèn)為它會迅猛地發(fā)展。首先各大硬件廠商如雨后春筍那樣推出各種消費(fèi) 3D內(nèi)容的頭盔和眼鏡。隨著VR的普及,如何獲取適配 VR頭盔的 3D內(nèi)容便是一個值得我們思考的問題。
長期以來,CAD都是專業(yè)人士的活兒。但是 VR的消費(fèi)化卻促使普通人能夠如拍照片那樣創(chuàng)建三維內(nèi)容。但顯然我們不太可能沿用傳統(tǒng) CAD的做法,很多人都憧憬著利用深度傳感器來重構(gòu)三維模型。Intel已經(jīng)力推在筆記本和移動設(shè)備上附加此傳感器。但是在易用性和精度上,軟件的算法依然有缺陷。未來到底會如何完善和發(fā)明出新方法來,這些依然不得而知。
這是個巨變的年代,CAD這個行業(yè)注定要迎來更多新的元素?;蛟S盤點(diǎn)工具本身對我們的工作并沒有多大影響。權(quán)當(dāng)梳理一下前沿趨勢,留個底,攢點(diǎn)談資吧。endprint