【導讀】設計可製造性是設計產品以使其能夠高效製造的一般工程實踐。數字孿生 (DT) 的使用正在成為彌補設計和製造之間鴻溝的解決方案，具有大幅提高效率和減少浪費的長期潛力。

產品製造的基本前提是把任務分為兩類：(1) 最高效地利用物理資源和 (2) 浪費物理資源。精益製造使製造商能夠縮短生產係統內部所用的時間以及供應商和客戶的響應時間。工業4.0 通過縮短發現問題和實時解決問題之間的時間，提高了效率。這些因素和相關的進步提高了生產效率，但對速度、質量
、低成本和定製的需求不斷增加，又促使製造商尋找新的方法來滿足這些需求。

設計可製造性是設計產品以使其能夠高效製造的一般工程實踐。數字孿生 (DT) 的使用正在成為彌補設計和製造之間鴻溝的解決方案

，具有大幅提高效率和減少浪費的長期潛力。

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1 設計和製造之間的鴻溝

即便在今天，有著先進的工程和製造能力，產品設計良好但卻無法製造也是很常見的。比如，設計可能指定在隔間之間設置2cm deqiangyimanzukekedehuanjingyaoqiu，danzhizaoshangkenengwufazhizaozhezhonghoududehejin
，huowufashiyongshejizhidingdehejin。tongyang，shejikenengzhidingyigendaiyouaocaodegangjin，yaoqiushiyongjiancaifangfajinxingzhizao，danzhizaoshangzhinengtongguojianglianggengangjinhanjiezailingyigengangjinshanglaixingchengaocao。leisizhezhongqianzaidekezhizaoxingwentijihuwuqiongwujin。

部(bu)分(fen)問(wen)題(ti)是(shi)在(zai)於(yu)，設(she)計(ji)和(he)製(zhi)造(zao)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)了(le)產(chan)品(pin)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)中(zhong)的(de)獨(du)立(li)階(jie)段(duan)
，每(mei)個(ge)階(jie)段(duan)都(dou)有(you)自(zi)己(ji)的(de)要(yao)求(qiu)和(he)信(xin)息(xi)。與(yu)其(qi)說(shuo)可(ke)製(zhi)造(zao)性(xing)是(shi)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)，不(bu)如(ru)說(shuo)團(tuan)隊(dui)和(he)流(liu)程(cheng)是(shi)分(fen)開(kai)且(qie)按(an)順(shun)序(xu)進(jin)行(xing)的(de)，設(she)計(ji)師(shi)無(wu)法(fa)全(quan)麵(mian)了(le)解(jie)他(ta)們(men)所(suo)需(xu)的(de)製(zhi)造(zao)能(neng)力(li)

、限製和要求。

製zhi造zao設she計ji指zhi南nan有you助zhu於yu解jie決jue這zhe個ge問wen題ti，但dan它ta們men並bing不bu是shi萬wan能neng的de。與yu產chan品pin生sheng命ming周zhou期qi的de其qi他ta方fang麵mian一yi樣yang，各ge種zhong指zhi南nan和he最zui佳jia實shi踐jian也ye在zai不bu斷duan發fa展zhan，以yi滿man足zu快kuai速su變bian化hua的de客ke戶hu需xu求qiu。

另外，設計中使用的現有組件和產品可能已不可用或已經過時。

產chan品pin建jian模mo和he仿fang真zhen工gong具ju都dou有you相xiang當dang先xian進jin的de設she計ji技ji術shu

，但dan在zai可ke製zhi造zao性xing方fang麵mian也ye有you限xian製zhi。通tong過guo模mo擬ni複fu製zhi當dang前qian狀zhuang態tai下xia的de產chan品pin，會hui限xian製zhi設she計ji師shi在zai不bu構gou建jian額e外wai模mo型xing的de情qing況kuang下xia測ce試shi不bu同tong配pei置zhi、組件和材料的能力。即便是彙總的模擬數據也是植根於測試曆史，模擬結果可能並不準確
，因為人工輸入和假設是模擬方程的一部分。

因此，產品設計可能會滿足功能要求，但最終卻無法製造 — 或huo者zhe至zhi少shao無wu法fa以yi滿man足zu成cheng本ben或huo交jiao付fu要yao求qiu的de方fang式shi製zhi造zao。因yin此ci，為wei了le解jie決jue可ke製zhi造zao性xing問wen題ti，設she計ji師shi和he製zhi造zao商shang之zhi間jian要yao進jin行xing長chang時shi間jian的de來lai回hui交jiao流liu，甚shen至zhi在zai生sheng產chan開kai始shi之zhi前qian就jiu浪lang費fei了le大da量liang資zi源yuan。

2 數字孿生：通往可製造性的橋梁

過去幾年間
，數字孿生 (DT) 在航空航天、汽車
、造船、石油鑽井和醫療設備等多個行業的使用均有所增加。DT 的理念是在物理環境中完成任何工作之前，能夠使用虛擬現實來設計、測試、製造和支持產品。

DT是物理對象和實時過程的數字對應物。數字孿生是一種計算機程序
，根據真實世界的數據來模擬產品或過程的執行。數據科學家
、工程師和IT 專業人員可以運行具有成本效益的模擬，以優化物理資產的狀態，預測其對變化的響應，或改善運營。此外，還可以利用DT 在對象或過程的設計早期階段發現潛在缺陷。人工智能、物聯網、工業4.0、大數據和軟件分析都可以用來增強DT 的輸出。產品圖紙和工程規範已經從手工繪製發展到計算機輔助設計
，再到基於模型的係統，和現在的DT。

在跨越整個產品生命周期的許多效率提升方法中
，DT 可以無縫銜接設計和製造
，這是其他解決方案或解決方案組合無法做到的。DT 原型 (DTP) 類似於一個產品配方，包含將成為一個完整產品的所有設計部分，隻是采用的是數字形式
，其中包括產品的真實屬性

、特性、物理性質
、計算流程

、操作參數

、測試程序、材料清單和製造工藝清單。

DTP 是所開發產品的最現實表示，可以在不同粒度級別（零件
、產品或整個係統級別）對其進行處理和操作。結果是關於可製造性的詳細程度，使設計師能夠考慮兩個功能領域之間的許多相互依賴性。而且
，DTP 的算法引擎可以推斷設計、材料和組件的變化如何影響可製造性

，因此無需多個物理原型。

DT 還可以對製造過程進行建模，並幫助指導能影響製造的設計決策。例如，DT 可以從成本
、功能和耐久性的角度來確定增材還是減材工藝更好。它們可以進一步表示用於製造完整產品的各種工藝 — 注塑、拉削
、車削
、機加工或任意數量的其他工藝。要使增材製造成為主導製造工藝
，DT 是一項核心要求。

最後，DT 不bu僅jin可ke以yi彌mi合he當dang今jin設she計ji和he製zhi造zao之zhi間jian的de鴻hong溝gou
，還hai可ke以yi架jia起qi通tong往wang未wei來lai需xu求qiu的de橋qiao梁liang。例li如ru
，今jin天tian的de客ke戶hu要yao求qiu將jiang產chan品pin選xuan項xiang和he個ge性xing化hua作zuo為wei核he心xin產chan品pin的de一yi部bu分fen
，這zhe在zai製zhi造zao裝zhuang置zhi、材料庫存、上市時間等方麵就帶來了額外的製造難題。在初始或後續設計階段
，可以生產多少DT 沒有限製。而且
，在整個產品生命周期獲得的信息可以用於確定未來的定製和個性化產品
，及其可製造性。

3 未來展望

工程設計和產品製造之間的鴻溝甚至在製造開始之前就可能導致大量浪費。DTP 在消弭這些鴻溝，以及針對製造及其他目的優化設計方麵擁有巨大潛力。創建DT 並不便宜，但信息成本仍然遠低於創建多個物理原型或試錯製造的成本。為了滿足對優質、快速
、便宜的定製化產品日益增長的需求，在整個產品生命周期使用DT 將是滿足未來製造需求的唯一途徑。

（來源：貿澤電子）

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