智能互聯(lián)浪潮下IoT產(chǎn)品設計新方向新方法

物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等技術(shù)的發(fā)展，使得越來越多的非智能產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄墚a(chǎn)品，原先單純由機械和電子部件組成的產(chǎn)品，現(xiàn)在已進化為各種復雜的系統(tǒng)和平臺，硬件、傳感器、數(shù)據(jù)儲存裝置、微處理器和軟件，產(chǎn)品以多種多樣的方式組合成新產(chǎn)品，產(chǎn)品的發(fā)展方向日益智能化、互聯(lián)化。

顯然，現(xiàn)有的新產(chǎn)品開發(fā)流程已經(jīng)不能滿足智能互聯(lián)產(chǎn)品設計的需求，企業(yè)必須要有快速、靈活、多變的產(chǎn)品變型設計工具來滿足當下智能互聯(lián)產(chǎn)品設計的需求。日益智能互聯(lián)的產(chǎn)品設計，也帶給了設計與工程人員一系列思考：如何改進智能產(chǎn)品設計？如何用正確的數(shù)據(jù)流實現(xiàn)組織延伸？

改進智能產(chǎn)品設計

1、構(gòu)建虛擬傳感器——Creo Product Insight

目前來看，很多企業(yè)做新產(chǎn)品開發(fā)的依據(jù)，更多是依賴終端用戶獲取反饋或委托調(diào)查公司。新產(chǎn)品設計亦是如此，更多依賴物理原型，無法高效分析和運用來自原型、檢查設備和現(xiàn)場部署的產(chǎn)品運行情況的多股數(shù)據(jù)流，也無法發(fā)現(xiàn)新產(chǎn)品、功能等可能為企業(yè)帶來的新業(yè)務機會，更不用提找出并修正設計缺陷，提高下一代產(chǎn)品質(zhì)量。

Creo Product Insight提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)分析的功能

Creo Product Insight擴展程序，在CAD模型中嵌入數(shù)字傳感器，通過PTC ThingWorx把數(shù)字傳感器和物理傳感器的數(shù)據(jù)互聯(lián)，讓用戶從CAD模型就能看到產(chǎn)品的實際使用數(shù)據(jù)和運行情況數(shù)據(jù)。這樣，產(chǎn)品設計師可以從測試平臺或現(xiàn)場收集到實際產(chǎn)品數(shù)據(jù)，然后反饋到CAD模型，進而做出更好、更明智的設計決定。

2、拓撲優(yōu)化技術(shù)

作為近三十年來國際工程結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品創(chuàng)新設計領(lǐng)域的研究的熱點之一，拓撲優(yōu)化技術(shù)已成為數(shù)字化建設的核心技術(shù)，也是當下產(chǎn)品創(chuàng)新設計不可或缺的支持理論和重要技術(shù)。這主要是由于拓撲優(yōu)化技術(shù)能從力學原理出發(fā)，通過優(yōu)選材料分布方式、結(jié)構(gòu)構(gòu)型、構(gòu)件尺寸等途徑，幫助設計人員從眾多可能的設計方案中獲得最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。

Creo 5.0 中的拓撲優(yōu)化研究

PTC Creo 5.0引入了拓撲優(yōu)化，其全新的Creo Topology Optimization功能模塊，幫助設計師擺脫了現(xiàn)有設計和思考過程的約束，通過給定的目標和限制自動創(chuàng)建經(jīng)過優(yōu)化的零件。此外，在Creo5.0中工程師可以使用許多控件來實現(xiàn)更多可用的配置，這些配置包括制造約束，例如限制構(gòu)件空間內(nèi)構(gòu)件的尺寸，規(guī)定構(gòu)件必須是關(guān)于平面對稱的、或可擠壓的、或者可以從模具中拉出等。

用正確的數(shù)據(jù)流實現(xiàn)組織延伸

1、物聯(lián)網(wǎng)——ThingWorx

物聯(lián)網(wǎng)平臺是科技和文化環(huán)境自然演變的產(chǎn)物，在物聯(lián)網(wǎng)終端與采集自終端的數(shù)據(jù)最終所駐留的存儲庫之間發(fā)揮著中間件的作用。在物聯(lián)網(wǎng)問世之前，設計師需要先設想產(chǎn)品的性能，然后在仿真和設計軟件中觀察性能。如今，這一切正悄然改變，物聯(lián)網(wǎng)已為消費者、企業(yè)、特別是設計工程師帶來巨大的優(yōu)勢。

ThingWorx是PTC推出的物聯(lián)網(wǎng)平臺，其基礎是ThingWorx Foundation。其中，ThingWorx Foundation作為基礎應用程序啟用平臺，主要包括數(shù)字化映射、連接管理、數(shù)據(jù)管理、開發(fā)工具、報告和基礎分析等功能。Creo與ThingWorx通過協(xié)同工作，為設計師提供更真實詳盡的產(chǎn)品和服務信息，優(yōu)化設計決策，從而助力設計師打造智能互聯(lián)產(chǎn)品。

2、增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）

AR自出現(xiàn)以來，就被人們寄予無限厚望，它深深地影響了人類對信息的體驗方式，也給制造業(yè)的產(chǎn)品設計、生產(chǎn)制造、市場營銷、設備維修等環(huán)節(jié)帶來了深刻變革。例如在設計階段，AR可以幫助研發(fā)部門用最短的時間正確理解產(chǎn)品；在生產(chǎn)制造階段，工人可借助AR的全息畫面進行標準化操作，避免出錯；在市場營銷環(huán)節(jié)，基于AR技術(shù)可以做到突破空間限制，打通線上線下渠道；在設備維修環(huán)節(jié)，借助AR給予維修人員現(xiàn)場指導、遠程協(xié)助。

Creo 5.0的AR體驗——自行車的數(shù)字模型（左側(cè)）和實物（右側(cè)）

PTC就將設計與AR進行了深度結(jié)合，在其Creo 5.0產(chǎn)品中包含了一個免費的AR組件。設計師只需遵循三個步驟：在Creo中打開或創(chuàng)建模型——設置空間目標，然后發(fā)布AR體驗——在免費應用程序中打開AR體驗，即可創(chuàng)建AR體驗，向其他人闡述自己的設計想法，并得到即時反饋。此外，AR體驗的管理員可以刪除體驗并設置限制和權(quán)限。

3、增材制造技術(shù)

當前，正在爆發(fā)的增材制造革命，對傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來顛覆性創(chuàng)新和無限可能，有望促進個體的工業(yè)設計力量與大型工業(yè)系統(tǒng)的充分融合。增材制造技術(shù)用途廣泛，不僅可用于創(chuàng)建樣機、簡單零件，還可以創(chuàng)建具有極高技術(shù)含量的終極產(chǎn)品及各種事物，如飛機零件、環(huán)保建筑和救生醫(yī)療植入物，甚至可以使用人類細胞層創(chuàng)建人造器官。

在Creo 5.0中，通過參數(shù)控制的晶格結(jié)構(gòu)優(yōu)化零件

4、仿真技術(shù)

越來越多的企業(yè)認識到，智能互聯(lián)的產(chǎn)品設計離不開仿真技術(shù)。尤其隨著Digital Twin——這一新興技術(shù)的出現(xiàn)，更是將仿真技術(shù)的應用擴展到各個運營領(lǐng)域。例如在產(chǎn)品研發(fā)階段，設計師能夠利用仿真軟件進行設計探索，并通過構(gòu)建精確的數(shù)字模型來了解實際的產(chǎn)品性能；在設備維護階段，將現(xiàn)場產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)與工程仿真的結(jié)果相結(jié)合，以預測產(chǎn)品在工作條件下的未來性能，大幅提高設備的運營性能。

在Creo 5.0中，使用仿真對設計進行分析

PTC Creo 5.0提供了一系列可互操作的仿真解決方案，而且全部采用簡化的用戶界面和直觀的工作流。設計或者工程人員通過采用Creo Simulate 、 Creo Parametric 、Creo Flow 等仿真解決方案，對產(chǎn)品的Digital Twin進行三維可視化與仿真優(yōu)化，從而發(fā)現(xiàn)以往產(chǎn)品研發(fā)過程中出現(xiàn)的問題，繼而在下一代產(chǎn)品研發(fā)過程中進行持續(xù)改進，使得產(chǎn)品性能更加智能和穩(wěn)定。

設計智能互聯(lián)產(chǎn)品的五個步驟

正如獨立研究和咨詢公司Tech-Clarity總裁Jim Brown，在其《選擇智能互聯(lián)產(chǎn)品設計解決方案時要考慮的重要事項》一文中提到：設計智能互聯(lián)產(chǎn)品，需要理清連接過程的設計融合了哪些步驟和問題；然后再針對每個步驟的潛在解決方案研究設計考慮事項以及可能被問到的關(guān)鍵問題。

產(chǎn)品設計行業(yè)正在快速變化，隨著越來越多的智能互聯(lián)的功能需要恰當?shù)厍度氲疆a(chǎn)品中，設計人員不僅需要在早期設計階段考慮產(chǎn)品數(shù)據(jù)挖掘、性能指標等的影響，還需要綜合考慮產(chǎn)品未來應用的升級、更新。