產(chǎn)品開發(fā)過程瓶頸 - 原型機開發(fā)及測試

新產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前，需要進行原型機測試，以確保產(chǎn)品的性能符合客戶的要求。某些測試只需要簡單的物理 樣機，而其它測試（例如結(jié)構(gòu)完整性測試）可能需要功能齊全的物理原型機。功能齊全的原型機比較昂貴，需要較 長的制造時間，并會延長產(chǎn)品開發(fā)周期。尤其在需要許多原型機時更是如此。原型機測試通常會發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計上的 問題，這就要求重新制造原型機并進行測試以檢查修改后的設(shè)計。通常，在產(chǎn)品設(shè)計最終定型之前，需要經(jīng)歷數(shù)次 成本高昂的設(shè)計－原型機迭代。

隨著二十世紀九十年代信息技術(shù)的高速發(fā)展,產(chǎn)品開發(fā)過程從原型機制造－測試過程發(fā)展成為一種全新的產(chǎn) 品開發(fā)方法，即借助計算機輔助設(shè)計(CAD) 技術(shù)來開發(fā)產(chǎn)品。工程師開始使用有限單元方法（通常稱為有限單元分 析(FEA)）來分析目標設(shè)計的計算機模型，從而節(jié)省了制造和測試原型機所需的費用和時間。利用FEA，工程師可以 在各種強度下仿真設(shè)計模型的反應(yīng)，并使用這些結(jié)果來改進設(shè)計性能，最大程度地減少對物理原型機的需求。

什么是設(shè)計分析？

用最簡單的話來說，設(shè)計分析是一種用于在計算機上模擬物理行為的強大的軟件技術(shù)。它會壞嗎？它會變形嗎？它會不會變得過熱？對于這些類型的問題，設(shè)計分析能夠給出明確的答案。工程師不需要制造原型機并精心制 訂測試計劃來分析產(chǎn)品的物理行為，只需在計算機上快速而精確地獲得這些信息。由于設(shè)計分析可以最大限度地減 少甚至避免對物理原型機和測試的需要，因此，在過去的十年中，這種技術(shù)已成為主流技術(shù)，在制造業(yè)作為一種重要的產(chǎn)品開發(fā)工具使用，并且?guī)缀鯌?yīng)用于所有工程領(lǐng)域。

紅色區(qū)域表示潛在的故障 機械工程領(lǐng)域最常用的設(shè)計分析應(yīng)用程序是應(yīng)力分析。工程師通過對某個零件的應(yīng)力（包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng) 力）進行研究，確定它是否會出現(xiàn)故障以及是否需要對設(shè)計進行修改以避免這些潛在問題的發(fā)生。設(shè)計分析還用于 確定零件變形的可能性、零件和裝配體的共振頻率和振動模式、動力特性和地震反應(yīng)、接觸應(yīng)力、溫度分布等等。 同時，設(shè)計分析還可用于分析流體：流體在管道中是氣體還是液體、引擎進氣管的空氣和燃料的混合情況，以及熔 融塑料在模具中的填充情況。設(shè)計分析真正的作用在于能夠在不制造任何物件的情況下精確地執(zhí)行這些類型的研究中的任一種。所需的只是一個由計算機輔助設(shè)計軟件(CAD)產(chǎn)生的數(shù)字模型。

設(shè)計分析一體化

早期的設(shè)計分析軟件包是相互獨立且專業(yè)程度非常高的應(yīng)用程序,與計算機輔助設(shè)計軟件并不相連。自二十世紀九十年代中期起，隨著以下重大技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)主流開始從物理原型機轉(zhuǎn)變?yōu)槿S設(shè)計分析：

- 三維實體建模軟件變得更強大、價格更低廉、更易于使用；
- 設(shè)計分析軟件更強大、價格更低廉，更易于非專業(yè)人士使用；
- Microsoft? Windows? 操作系統(tǒng)使用戶在PC上使用CAD和分析應(yīng)用程序成為可能；
- 計算機硬件性能更加強大、穩(wěn)定，價格更低廉。


今天，臺式機達到了二十世紀八十年代大型機的計算能力，價格卻只是大型機的零頭。高級設(shè)計分析工具的 發(fā)展，使得制造商可以充分利用價格適中的計算能力以及主流設(shè)計分析的優(yōu)勢。強大的組合利用3D 實體建模和設(shè)計分析軟件結(jié)合所產(chǎn)生的強大功能，工程師現(xiàn)在可以在計算機中測試設(shè)計，而不需要對設(shè)計進行原型機－測試迭代。 CAD 模型變成了虛擬的原型機，并且分析設(shè)計已經(jīng)替代了物理測試，實現(xiàn)了更快、成本更低廉、效果更佳的產(chǎn)品開 發(fā)。這樣，產(chǎn)品更具創(chuàng)新性，更可靠，更適合市場需要。