當(dāng)CAD繼續(xù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中扮演重要角色時(shí)，PDD公司已在SensAble FreeForm 觸覺虛擬建模系統(tǒng)的幫助下進(jìn)行三維設(shè)計(jì)開發(fā)。

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今天產(chǎn)品設(shè)計(jì)界所公認(rèn)的是，每一個(gè)設(shè)計(jì)到制造過程的核心為CAD模型指印下的完全定義的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)庫。最初的概念 – 即便是信封背面繪制的草圖 – 也在早期服從于CAD制圖，并從那時(shí)起，從快速原型到最終產(chǎn)品制造的每一件事情都以中心CAD模型為參考點(diǎn)。但是，如果你所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品并不能必然生成快速定義的CAD模型呢？毫無疑問必須能夠使用傳統(tǒng)的、CAD世界外部的概念建模技術(shù)，那么現(xiàn)代化技術(shù)還有用嗎？PDD當(dāng)然會(huì)認(rèn)為是，而一些設(shè)計(jì)項(xiàng)目的特征甚至已開始偏離傳統(tǒng)的CAD技術(shù)。?

如果多數(shù)設(shè)計(jì)顧問一樣，過去十年來PDD公司在設(shè)計(jì)和工程技術(shù)中做出大量革新。作為3D設(shè)計(jì)軟件的一名早期應(yīng)用者，PDD目前采用實(shí)體建模進(jìn)行設(shè)計(jì)項(xiàng)目。事實(shí)上，任何設(shè)計(jì)項(xiàng)目的第一步是將概念轉(zhuǎn)入CAD中。設(shè)計(jì)師然后可使用幾何建模工具在虛擬領(lǐng)域中進(jìn)一步改善、完善設(shè)計(jì)，再使用相同的幾何工具生成概念印證的一個(gè)物理模型。物理模型一旦完成，即可 添加或去除材料，改進(jìn)設(shè)計(jì) – 至少是在理論上 – 得到的模型可在CAD環(huán)境中再現(xiàn)，用于將來的改善和最終生產(chǎn)。

最薄弱的環(huán)節(jié)
PDD開發(fā)中心主管Ben May卻解釋說，存在一個(gè)根本性的難題，迭代設(shè)計(jì)會(huì)引起固有的效率低下，“該薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從修改的模型返回CAD系統(tǒng)時(shí)。不幸的是，這是根本性的：如果數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映已通過物理建模和測試仔細(xì)推敲過的幾何學(xué)，將不能使用CAD數(shù)據(jù)作為模型制造基礎(chǔ)?！?/p>

直到最近，PDD采用主動(dòng)調(diào)節(jié)或度量衡學(xué)對CAD模型進(jìn)行直接修改使該問題解決，使用一個(gè)CMM探針精確捕捉模型上的單獨(dú)點(diǎn)。對于基于相對簡單的幾何形狀進(jìn)行的設(shè)計(jì)，這些方法足夠使用，但對于PDD 通常進(jìn)行的FreeForm有機(jī)設(shè)計(jì)則不那么有效。CAD直接修改只能形成原型的近似改變，而CMM度量只會(huì)添加低分辨率的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，用于確認(rèn)單獨(dú)點(diǎn)的位置（比如用于確認(rèn)正確位置中一個(gè)固定姿勢的想法），而對于捕捉表面上的細(xì)微差別不切實(shí)際。

CAD 經(jīng)理 Philip Shade 解釋說，“近些年事情有所改善，我們已投資使用激光掃描技術(shù)，可提高數(shù)據(jù)捕捉能力。但系統(tǒng)完全參數(shù)的CAD數(shù)據(jù)庫仍有一些根本性的問題，我們所建立的設(shè)計(jì)與工作方式并不需要匹配?！?/p>

視覺和觸覺
PDD相信越是采用當(dāng)前可用的先進(jìn)技術(shù)，越能解決從觸覺模型到CAD表現(xiàn)轉(zhuǎn)變中遇到的問題。隨著3D激光掃描儀能夠更加精確地捕捉表面數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)工作室同樣對擁有觸覺技術(shù)的SensAble FreeForm系統(tǒng)稱贊有加。這不僅意味著PDD設(shè)計(jì)師可在虛擬世界中自由雕刻，還提供了物理和數(shù)字化模型之間的一座便利橋梁。

Shade解釋說，“通過使用激光掃描儀及其相關(guān)軟件，數(shù)字化捕捉模型形狀的變化，PDD可在將數(shù)據(jù)返回CAD系統(tǒng)前快速修改，以作為原始參數(shù)幾何模的一個(gè)修改模板。這表示我們能夠比過去更加真實(shí)、精準(zhǔn)地反映出物理模型上做出的變動(dòng)?！?br /> 良好的效果：CAD到模型到激光掃描點(diǎn)云，然后返回CAD的迭代環(huán)極具效率，但在涉及自由建模表面中幾何建模操作中的離散集時(shí)，不可避免仍會(huì)有一定水平的折衷。但在某些情況中，完全定義CAD表現(xiàn)的優(yōu)勢必然會(huì)被忠于物理模型的要求所超越。

你如果想設(shè)計(jì)一個(gè)頭部…
PDD在一個(gè)項(xiàng)目中需要設(shè)計(jì)一個(gè)頭部，以設(shè)計(jì)并建立有限數(shù)量的機(jī)車頭盔自定義內(nèi)部。通過對大量個(gè)體頭部的掃描數(shù)據(jù)，頭盔外部形狀和進(jìn)一步的掃描顯示出頭盔與頭部的準(zhǔn)確適合，PDD能夠在虛擬空間中構(gòu)建出一系列的表面，匹配頭盔內(nèi)部表面及頭部輪廓。這些對于頭盔是否佩戴合適并發(fā)揮作用至關(guān)重要，但是如能使用CAD標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)創(chuàng)建內(nèi)層外表面時(shí)，內(nèi)部情況就不相同。“頭盔項(xiàng)目的確使我們認(rèn)識(shí)到結(jié)合使用FreeForm系統(tǒng)和參數(shù)曲面的重要性，”May談到，“一些設(shè)計(jì)特征，以及頭盔內(nèi)層必須緊密固定在頭盔內(nèi)部的事實(shí)，取決于CAD所擅長的完全限制曲面的類型；但我們?nèi)绻械筋^盔內(nèi)部曲線控制具有相同水平，自定義頭盔的整個(gè)概念將會(huì)大打折扣。有一些CAD參數(shù)曲面不適合應(yīng)用的情形?！?/p>

頭盔項(xiàng)目是一個(gè)巨大的成功：PDD未借助于CAD傳統(tǒng)技術(shù)下完成一個(gè)主要設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從而促使其推進(jìn)了“三維設(shè)計(jì)”的界限。“我們目前在為一家叫做Acme United Corporation公司的長期合作客戶設(shè)計(jì)新式剪刀，”PDD開發(fā)部主管Graham Lacy解釋說，“由于這個(gè)項(xiàng)目需要人的互動(dòng)性，我們要求設(shè)計(jì)師專注于完善手柄和剪夾的形狀，而不會(huì)受到傳統(tǒng)CAD規(guī)則的限制?！?/p>

出類拔萃
PDD 依照這種模式，采用其觸覺系統(tǒng)在虛擬空間中雕刻模型初始形狀。設(shè)計(jì)最初建立在對2D概念詳圖的推斷基礎(chǔ)上，過去做法是將草圖粘貼在泡沫塊上進(jìn)行雕刻。PDD同樣對現(xiàn)在的剪刀形狀細(xì)節(jié)進(jìn)行攝影，以確保鉸鏈機(jī)制與Acme公司的其他產(chǎn)品一致。然后將SensAble 形狀直接放入PDD CNC及其中制造出用于物理檢測的泡沫模型。這會(huì)有一系列的迭代環(huán)，模型從人工學(xué)檢測到手動(dòng)修改，重新掃描并在SensAble環(huán)境中進(jìn)一步處理，然后重建為一個(gè)泡沫原型 – 而不是在CAD空間中一次成型。

“掃描和CNC機(jī)器的速度都意味著我們進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)環(huán)的速度更快，”May談到，“我們?nèi)绻谵D(zhuǎn)化模型變化及將一些泥模轉(zhuǎn)換為CAD語言上耗費(fèi)大量時(shí)間是不可能的。這樣不僅完成的設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性，而且還能執(zhí)行更多次迭代確保模型的正確?！?/p>

“在Acme項(xiàng)目中，我們得到的結(jié)論是虛擬和物理原型的精密工具制造者而不是CAD數(shù)據(jù)庫 – 許多工具制造者目前可接受STL甚至虛擬數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，”Lacy解釋說，“我們當(dāng)然不會(huì)每次都這么做 – 需要一種可以依賴的工具制造者關(guān)系 – 但這對三維設(shè)計(jì)用處不大?！?/p>

一次成功的結(jié)合
PDD不是提倡每一個(gè)項(xiàng)目采用三維設(shè)計(jì)，但在雕刻或無形設(shè)計(jì)領(lǐng)域如品牌塑造、解剖界面、人工或身體負(fù)荷性產(chǎn)品及玩具設(shè)計(jì)中，這種技術(shù)的確具有未來應(yīng)用性。主要優(yōu)勢為不會(huì)受到參數(shù)建模及忠于物理原型完整性的約束。

“你的初衷如果是和中國的玩具制造商交流，那一個(gè)完全定義的CAD模型非常有用，”Lacy說到，“但你如果將建立有機(jī)性狀的所有參數(shù)，三維設(shè)計(jì)結(jié)合傳統(tǒng)工具的優(yōu)勢，以及CAD的完整性，將保證交流的速度、控制和便利性?！?/p>