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如何加速工业产品设计中的原型制作

2024.12.13 33分钟阅读

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介绍
Introduction

原型制作是产品设计中的一个重要步骤,可以确保从设计师到开发人员,每个人都对产品的功能和外观有共同的理解。为产品开发过程的下一阶段提供明确的方向必须从原型开始。

 

概念到原型再到最终产品的快速转变能力,在保持对各种市场因素的控制方面产生了巨大的影响。它在与团队沟通方面发挥着至关重要的作用,并提供了一种切实可行的方式来展示产品的潜力。

 

原型制作可能很繁琐,需要不断迭代,直到达成共识。联泰集群解决方案通过改进硬件实现了更快、更高效的产品开发。我们还希望提供一些促进原型制作的关键方法和技术,使该行业的公司能够借此一定程度上保持领先地位。

 

利用人工智能和机器学习
Leveraging AI & Machine Learning

成功的产品开发始于一个明确的想法、目标和设计,构成了整个项目的基础。发展阶段是个人和团队的任务。无论如何,人工智能可以以独特的方式提供帮助。

  • 预测分析
虽然在产品开发之前应该已经对这一步进行了评估,但时间序列分析等机器学习算法可以分析市场需求。这种早期市场研究有助于在生产的早期阶段验证产品。
  • 人工智能驱动设计
虽然人工智能不能帮助构思和创造发明,但它可以帮助设计过程。从视觉上看,人工智能工具可以帮助设计师通过基于提示的生成人工智能轻松迭代变化,创造出可以给公司打上品牌的独特模式。
绘画和构思是将思想带到纸上的最人性化的形式。产品总是从草图开始,草图可以被提示到生成式人工智能中,以创建逼真的渲染。虽然渲染可能不会最终出现在产品的生产模型中,但它们会影响产品的设计元素和考虑因素,并为进一步的设计过程提供起点。

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在定量方面,人工智能和机器学习算法在解决优化问题方面表现出色。除了模拟工作流程,利用机器学习模型调整参数以优化结果,都可以证明是非常有用和快速的方法之一。

  • 自动化

人工智能工具已经出现在模拟工作流程中,用于自动化重复性任务。可以立即模拟模型的更新,以加速结果。自动化还可以优化原型制造过程,通过 3D 打印机或 CNC 机床更快地推出迭代零件。

 

使用优化的 GPU

和硬件加速原型制作

Accelerating Prototyping with Optimized GPUs and Hardware

用于模拟、渲染和分析的应用程序首先被编程为仅在 CPU 上运行。GPU 加速的通用计算非常年轻,自用于编程 NVIDIA GPU 的 CUDA 推出以来,大约有 10-15 年的历史。尽管在科技行业,10-15 年似乎是一段非常长的时间,但它仍在取得突破。在过去的 3-5 年里,流体模拟、渲染和基于 CAD 的应用程序正在向 GPU 加速迈进。

 

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  • CAD 与 GPU 实时可视化
在西门子 NX、达索 SOLIDWORKS 等 CAD 软件中设计 3D 原型模型是一个必不可少的工作流程。高性能 GPU 可提供更流畅的 CAD 建模性能,带来更愉快的建模体验,特别是在高多边形设计中。我们建议使用具有高核数 CPU 和充足 RAM 的系统,以及高性能 GPU,如 RTX 4090 D 或 RTX A6000。具有更多内存的 GPU 可让您将模型存储在快速内存中,以实现更快、更流畅的操作。
  • 渲染和模拟
通常,产品设计需要模拟,特别是在开发车辆或气流时,空气动力学是设计零件的关键组成部分。使用基于 CPU 的解决方案,在高保真模型上进行渲染和模拟可能需要数小时甚至数天。然而,许多 CFD 求解器,如 Ansys Fluent、STAR-CCM+ 和PowerFlow,都采用了 GPU 加速来实现更快的求解时间。
高性能 GPU 允许更快的评估,以模拟真实世界场景的环境。例如,与仅使用 CPU 相比,航空航天工程师使用强大的 GPU 在很短的时间内模拟碰撞测试或空气动力学性能,这使他们能够更快、更有效地优化设计参数。
一些工程师可能担心的是这些求解器在 GPU 上的准确性,但经过大量的测试,联泰集群在 CPU 和 GPU 上模拟 CFD 模型时发现偏差很小。联泰集群建议使用内存大的 GPU,例如 NVIDIA L20 48GB 用于可以单精度计算的工作负载,或 NVIDIA A 架构 40GB Active 用于双精度工作负载。

数字到物理-3D

打印和增强现实

Digital to Physical - 3D Printing and Augmented Reality

将原型模型从数字转换为物理是最终确定产品视觉和物理感觉的重要一步。公司可以使用精确的材料创建工作原型,但有许多方法可以接近预生产模型,包括 3D 打印和 AR,从而降低成本和时间。这两种方法都需要强大的 GPU 加速硬件来进行 CAD 建模,并在 VR/AR 头戴式设备中运行流畅的图形。

  • 3D 打印
3D 打印技术激发了快速原型制作的概念,其他制造技术,如注塑成型和数控加工,也可用于快速原型制作。而 3D 打印仍然是最适合这一过程的方法之一。
3D 打印材料和工艺的最新进展扩大了原型制作的可能性。借助用于树脂、金属和热塑性塑料的多材料 3D 打印机,现在可以创建与最终产品非常相似的预生产原型。这种能力使设计师能够在进行全面生产之前微调产品的手感,确保最终设计满足所有要求。
  • 虚拟和增强现实
技术的进步为创新的原型制作方法打开了大门。使用虚拟现实(VR)和增强现实(AR)等新兴技术进行原型制作已经改变了设计师和工程师使用原型的方式。
借助 VR,设计师可以通过创建沉浸式环境与虚拟原型进行交互,从而无需物理模型即可对产品特征、空间关系和功能进行详细检查。同样,AR 可以将虚拟 3D 原型叠加到物理环境上,使他们能够检查产品在预期环境中的外观和功能。例如,汽车制造商利用增强现实来测试汽车驾驶室内的人体工程学。

结论

Conclusion

在当今竞争激烈的市场中,加快原型制作过程有助于公司保持领先地位。从设计师、工程师到利益相关者,每个人现在都在统一的目标道路上。整合人工智能驱动设计、3D 打印、AR/VR 等尖端技术,并利用高端 GPU 等强大的计算资源,大大缩短了从概念到最终产品的时间。

 

投资适当的 HPC 硬件可以加快迭代速度,改善决策,甚至简化用户测试。因此,不仅缩短了上市时间,而且使您的产品与市场需求和质量期望相一致,快快联系联泰集群的工程师来为您的设计保驾护航。

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