2024 CAD的未来趋势

在2024 年，不断变化的客户需求和充满活力的全球环境将决定CAD的发展前景。
在宏观经济充满不确定性的背景下，两个全球驱动因素—Digital Thread和可持续发展倡议成为对当前形势的有力手段。本文探讨未来一年影响 CAD 发展的趋势，强调适应、创新和可持续发展将成为推动设计过程进步的主要动力。
在数字转型时代，设计过程面临着新的数据挑战。Digital Thread作为一种策略性解决方案，将数字产品开发、制造和服务的数据流程无缝连接，而将这一变革趋势融入设计流程的责任落在了设计团队身上。要求设计工程师探索如何有效利用增量制造和扩增实境（AR）等颠覆性技术，以满足公司不断演变的业务需求。
此外，设计工程师还肩负着协助公司实现可持续发展目标的重要责任。成熟且无缝整合到设计环境中的 CAD 工具，能够帮助工程师轻松地优化可持续发展，透过策略性地使用模拟和生成式设计等功能，工程师可以评估材料选择对产品性能的影响，从而减少多余的废物和能源消耗。
随着Digital Thread贯穿整个产品开发周期，并且与可持续发展计划相互交织，设计团队必须重新审视工作中不断变化的现实。 核心问题变得明确—产品开发和工程工作的背景如何转变，设计团队又该如何适应这些不断变化的动态？

设计工程师的作用—Digital Thread
由于产品开发过程始于设计团队并由其推进，设计工程师在公司的Digital Thread策略中扮演着关键角色，他们不仅肩负着与Digital Thread保持联系，还在整合增量制造和扩增实境等创新技术方面发挥着至关重要作用。
在增量制造方面，设计工程师采用尖端技术，利用三维打印的独特功能创造出复杂且优化的设计。这种方法有利于快速制作原型，并能创建复杂的几何形状和晶格结构，这是传统方法难以实现。透过将增量制造设计（DfAM）整合到设计工具中，设计工程师在将传统制造的零件与三维打印零件相结合时，可以避免繁琐的上下文切换过程。同时，AR的整合为协作引入了新的维度。
设计工程师使用 AR 对虚拟原型进行检查、共享和协作，从而实现实时互动和快速设计迭代。透过将这些技术整合到工作流程中，设计工程师可以促进高效沟通，加快决策进程。 这种方法不仅能让设计团队走在技术进步的前沿，还能确保他们的公司保持敏捷、创新，并与更广泛的Digital Thread策略保持联系。


 
图一 : 数位线程无限循环

随着公司努力将更具创新性、更高质量的产品更快地推向市场，从核心 CAD 设计任务过渡到制造准备或有限元分析等补充流程的中断，浪费了宝贵的时间。这种做法会造成错误，因为不同的模型副本会同时用于不同的环境。 因此，整个组织需要团结起来，承认在 CAD 环境中的原始 CAD 文件上执行这些任务的效率要高得多，采用这种整合方法是设计工程师及其更广泛的产品开发团队必须共同应对的组织变革管理（OCM）挑战。

设计工程师的作用—可持续性
公司在很大程度上依赖设计团队的帮助，透过将生态友好实践和考虑因素纳入产品开发流程来实现可持续发展目标。设计工程师负责做出影响产品环境足迹的关键决策，而满足公司可持续设计需求的最有效方法是利用成熟的整合 CAD 功能。
对于设计工程师来说，可持续产品设计远不止于了解材料选择对产品碳足迹的影响。它们可以利用现代CAD 环境中的强大资源，如有限元分析、生成式设计和基于参数的优化功能，来实现超越材料选择的可持续设计。
此外，当设计团队跨越地域并需要广泛的专家意见时，高度协作的设计环境可以提高设计过程的效率。这样，来自整个组织的工程专家就可以借助各种整合模拟工具，优化不同设计方案的能耗、排放和材料使用，从而改善产品对环境的影响。应用生成式设计技术还可以探索创新的轻质结构，进一步提高产品的整体效率。最后，基于参数的优化技术使工程师能够对设计进行微调，将对环境的影响降至最低。

 
图二 : 应用生成式设计技术可以探索创新的轻质结构，进一步提高产品的整体效率。

要扩大设计工具的使用范围，使用更全面的整合功能，需要进行教育训练和流程变革。 设计工程师首先需要学习如何最好地应用整合仿真、制造、生成式设计和快速成型制造功能，以推动最高效、最有效的设计流程。然后，企业必须接受相关的流程变革。一旦正确的工具和流程到位，设计工程师就能最有效地促进可持续产品的开发，从而引导公司实现其可持续发展目标。

应用人工智能是什么？
我们看到，将人工智能（AI）融入设计领域的一种方式是透过生成式设计技术。生成式设计的迭代特性允许快速生成和评估大量的设计替代方案，使设计过程更具协作。将生成式设计整合到工程工作流程中，可以不中断数字线程。透过生成式设计，Digital Thread可以获得源源不断的设计迭代和见解，从而建立对产品演变的全面、相互关联的理解。
由于生成式设计工具中应用的AI算法可以优先考虑资源效率、减轻重量以及设计过程中的其他环境因素，这些工具可以提出符合公司可持续发展目标的创新解决方案。例如，生成式设计可以在不影响强度的情况下建议使用更少材料的结构，或建议采用特定的几何形状来提高最终产品的能效。
应用AI还可以透过分析使用者的积极和消极倾向，帮助改善CAD用户体验。例如，系统可以识别用户在各种设计和位置中应用熟悉的设计模式（如连续使用同一组CAD特征）。 然后，系统可以智能地建议自动收集和应用这些模式，简化用户的工作流程。
此外，AI还可以观察用户在设计特定功能时遇到的困难，并利用其他用户的成功经验来帮助有困难的用户，一旦AI检测到这些困难，便会建议进行教育训练并提供详细的提示，以加强对用户的指导。需要强调的是，这些AI驱动的增强功能是否有效，取决于能否获取用户的使用模式数据，而在 SaaS 提供的产品中，这一因素很容易获取。


 
图三 : 由AI驱动的增强功能是否有效，取决于能否获取用户的使用模式数据。

结论
在当前宏观经济因素带来不确定性的背景下，检查和改进产品开发周期的责任落在设计团队，尤其是设计工程师。利用整合到 CAD 环境中的创新设计技术，设计工程师可以在保持Digital Thread的同时，推动设计实现公司的总体可持续发展目标。
2024 年，当Digital Thread与可持续发展计划交织在一起时，设计工程师面临的现实是，他们需要快速适应不断变化的全球环境。
（本文作者Brian Thompson 为PTC CAD 事业部总经理 ）