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电脑辅助设计超前增效减碳
CAD搭载平台延伸价值链

【作者: 陳念舜】2023年02月22日 星期三

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经历过去由电脑单纯辅助设计、制造产品,到如今业界为了追求数位转型,亟需CAD/CAM软体提供大量数据及3D图档模型导入数位化流程,更快融入协同作业体系,串连产品设计到供应链规划,藉以辅助各地不同产线及供应链产能变量增效,进而迎合减碳永续制造等需求。


因应现今国际供应链布局愈发破碎所面临的挑战,造成制造和供应链厂商,皆须不断调整产线人员配置、采购设备,但要如何导入设计、生产线和供应链向来是重大难题。如今,则能透过数位化工具、平台,有效整合低碳流程,提高价值和便捷性,才能应付客户需求快速变化,带来产业转型的优势。


Autodesk台湾技术服务顾问吴添程举塑胶射出、汽车制造、设备组装产业为例,其中塑胶射出成型作业同属工作流程周期较长,且接近终端End user市场。从产品概念设计开始,便经历於漫长开/试模过程中反覆试错、修正,直到品质合格後才上市或进入下一流程,其皆可透过数位化有效整合之後加速,成本也最低,将有助於达成ESG永续发展目标。



图1 : 数位化整合无疑是最好解答,让使用者可毫无阻碍串联数据驱动,畅行任何平台编程、布局,得以最大限度缩短工厂规划的停机时间(source:embed-ssl.wistia.com)
图1 : 数位化整合无疑是最好解答,让使用者可毫无阻碍串联数据驱动,畅行任何平台编程、布局,得以最大限度缩短工厂规划的停机时间(source:embed-ssl.wistia.com)

目前制造业在布局供应链中面对5大最常见挑战,包括:新品发表、需求变化、降低成本、维持高质量及利润、采购变更。由於设计通常伴随着需求变化,一旦新产品问世,就会造成供应链变更而影响获利,为了同时维持低成本、高质量,最终就会改变企业采购设备和人力配置等政策。


从Autodesk的角度来看,数位化整合无疑是最好解答,透过智慧设计、制造、分析验证所产生的大量数位化模型资料,让使用者可毫无阻碍串联数据驱动,畅行任何平台编程、布局,得以最大限度缩短工厂规划的停机时间,既降低供应链风险和成本,快速回收投资报酬ROI;又提升效率,相当於踏出数位转型减碳的第一步,从而加速实现永续愿景。


Autodesk推出IFM平台 扩大PDMC效益

Autodesk也为此推出单一完整的「整合式工厂建模(Integrated Factory Modeling;IFM)」平台,囊括从工厂内部生产线到外部供应链数据;且可持续和互动式操作,包含产线规划评估、产品验证分析等内容;进而导入专业资产管理,将所有供应链的数位化资料分门别类保存与管理,并即时更新资料,从而达到最隹协作成果。


当专案负责人员收到产品开发的指令之後,即可先行评估生产线、供应链的产能是否达标,以免若有所不足时,临时须调整产线的工程浩大,必须寻求与专业工程师或顾问在IFM平台交换数据来讨论是否该选购设备、调配人力等解决之道。


同时将每次讨论结果都转化为数位资料,如将在该平台上调整、改变设计的结果,经由专案管理系统保存下来,降低日後输出或重行调整的时间。所以吴添程也强调「数据即是关键(Data is the key)」的概念,即通过数位化串连整体工作流程,将为数位转型带来更好的高效流程、协作结果,以及具体的执行方案和工具等。藉以打破不同部门间造成的数据孤岛,形成更明智的决策,以更低成本和更高效率,提供更好的产品与服务。


如经由Autodesk提供的「产品设计与制造软体集(PDMC)」,即可在行销/投标、设计开发、生产制造、销售/服务流程里,利用Inventor、Fusion 360等软体,将设计概念即时制作转化为数位模型;透过Vault将这些数位化资料加以整合,分门别类管理、即时传递或保存资料,藉以实现更好的协同作业,加快上市流程。


吴添程指出,其中数位化的产品设计,系指从单一零件到大型装配专案,皆可利用Autodesk数位化3D设计,提高创新能力与打造更符合循环经济的工作流。提供的专业设计工具,包括钣金、框架、管线配置、设计自动化;以及灵活且强大的设计模组,可用於叁数、直接、自由建模。


同时在数位化产品验证方面,可为设计人员提供多项准确、方便、易上手的模拟分析工具,包含非线性、疲劳、热、振动、动力学等多种数位分析模组,涵括结构、建筑结构、热&流体、模流、复合材料、制造优化等领域。藉以提供非常有用、快速的佐证资料,在产出最终数据资料、格式之後,还要与其他品牌软体有效整合。


Autodesk也为此提出Any CAD格式,强调具有Non-Native File Change、Real-time update优势,可让供应链直接导入相关资料,或纳入模组後分析、验证,以提高工作效率。即使发现问题也能及时解决,打造更有效率的数位模型,并导入正确的工具、方案。



图2 : Autodesk提出Any CAD格式,以提高工作效率,即使发现问题也能及时解决。(source:Autodesk)
图2 : Autodesk提出Any CAD格式,以提高工作效率,即使发现问题也能及时解决。(source:Autodesk)

吴添程表示,现今产品设计、制造加工其实与分析、验证相伴而生,数位化的优点,就在於可视化的便捷性、可操作性与互动,透过2D/3D工具让产线数位化,更容易调整设计、协作。并藉此平台纳入分析验证结果;协助专案叁与者有效整合内外部供应商,降低资安风险,且可掌握产线即时资讯,考量当前及未来落差,快速且精准调配产能。


此也与供应链规划软体Factory Design、VAULT的生产效率和风险脱不了关系,让使用者了解产线需求,验证机台、产线的扩散率,产线上下游所有叁与者都能轻松掌握,提高生产效率和总揽全域。进而透过数位化模型直接布局供应链,可在使用者熟悉的2D/3D环境中设计、加工、分析验证其完整流程,创建与管理供应链资产库。


螺丝扣件云平台服务 数位设计制程助减碳验证

此外,随着近年来国际关注的欧盟碳边境调整机制(Carbon Border Adjustment Mechanism;CBAM)预计於2023年10月试行,并於2026年正式上路,且列管产品扩大到下游产品,将涵盖台湾出囗到欧盟约占3成的螺丝(帽)扣件等钢铁制品。


金属工业研究发展中心??组长詹家铭指出,目前在台湾的金属产业包含材料、制程设备和制品等,占制造业产值高达55.8%;且因为与终端产业的关联性大,预估可带动效益达4.6倍,成为支撑台湾经济发展的重要基础产业;金属制品业附加价值率高达31.3%,出囗比例达56%,显示在国际市场具高度竞争力,已有完整周边产业支援而形成聚落。


却在缺乏智慧制造等实质技术的导入之下,台湾螺丝(帽)等扣件产业至今仍从产品接单後设计、研发制作CAD模型及整合模具设计、加工生产,直到出货的整个流程,环环之间都需要数位资料流串连,并衍生出模具精准、材料掌握、设备监控、模具监测、产线透明与品质预诊等6大面向的需求,因难以逐家辅导厂商,所以在先掌握材料的叁数资料库之外,还纳入云平台服务。



图3 : 台湾螺丝(帽)等扣件产业从产品接单後设计、研发制作CAD模型及整合模具设计、加工生产,直到出货的整个流程,环环之间都需要数位资料流串连。(source:drtbebqlk4bjh.cloudfront.net)
图3 : 台湾螺丝(帽)等扣件产业从产品接单後设计、研发制作CAD模型及整合模具设计、加工生产,直到出货的整个流程,环环之间都需要数位资料流串连。(source:drtbebqlk4bjh.cloudfront.net)

金属中心不仅过去随着数位转型风潮兴起,早已开始思考该如何推动「扣件云」服务,与国际制造大厂有更为深入的连结。也在这段期间宣布与Autodesk合作,透过一站式服务平台引进PDMC系列产品线,提供约70%共通性服务;并加入扣件云加值SaaS服务,涵括设计、制造、管理及供应链,结合精实生产管理为核心;进而整合净零碳排相关资源,打造全方位解决方案,藉以协助业者加速反映市场需求,提升国际竞争力。


詹家铭进一步指出,在所有整体作业流程中,皆须在最前端的产品设计环节整合CAD/CAM,乃至於CAE等各种软体工具。Autodesk的Inventor软体因为支援性与扩充性高,且易於上手,得以解决扣件业者经营传承困境。再经过扣件云整合进入CAD环节,以协助业者投入数位转型。进一步与後端电脑辅助分析(CAE)软体串联。


主因在於首先是台湾扣件产业本身多数为中小型企业,以Inventor使用介面相对低成本、简单而容易上手普及,也会连带加快推广扣件云服务的速度。另为了要求设计精准,从而通过物联网(IoT)导入现场虚拟模型,与资料库中的数位模型比对、分析,确认产品的品质符合客户需求。


「於设计时建立CAD资料库、服务时导入材料模型,藉以进行模拟分析;最後结合业务与生产同步,某些数据甚至还要回传以达到快速试(样)模。」詹家铭表示,目前智慧试模功能无论是在金属冲压、塑胶射出或扣件成型业都很重要,藉以减少在生产单颗螺丝到量产前,光试错就要耗费12%以上的庞大成本和排碳量。


只好从前端建立CAD模型资料库开始,即将数位分身模拟分析结果与後端实际模型比对,客户在整个No code环境里不必深究原理或编写程式、API,只须登入、设定、排程。倘若发现特徵曲线不同时,即可经由线上分析、解读失效原因,再行回??修正、优化。


其次是过去产品制程仍以传统工法为主,业者普遍都由老师傅凭藉经验掌握扣件设计Know-how,一直以来都未曾数位化,也为公司永续营运带来极大风险,所以极度重视产品协作开发能力。亟待导入扣件云服务与Autodesk的整体解决方案,快速落地於产业,预计2023年Q2整合方案就能正式上市。


詹家铭表示,此有别於传统无锻造模具叁数数位化的设计预估,模具皆以经验设计,容易造成错误损失。如今,则可透过模具叁数数位化,将扣件模具设计软体模组转向数位化平台设计方式,再透过模具系统资料库预测道次、模具设计尺寸。


进而利用智慧整合机器学习(Machine Learning)和CAE精准掌控成型品质并提升效率,快速成型产出2D/3D模具图面,得以提供no-code叁数化调整模具设计,解决过往相当倚赖经验传承及试错方式开发模具,常造成试模无法一次到位,投产时程延误等问题。


如今则可藉此突破繁复的模拟流程,预估模具应力与寿命,评估有利於新品的道次、制程设计,藉以提升效率,约可缩短锻造模具设计开发时程50%、减少试模次数1~2次,首件完成後即量产,得以续接国际D牌车用扣件订单。


目前金属中心拟定实施的平台服务推动策略,则为了强化兼具domain-knowhow及智慧制造经验的专业服务,进而建构一个可提供谘询、协助,公正且安全的扣件服务云平台,链结与筹组一个加速扣件业智慧制造推动的大联盟,降低业者建置成本与进入门槛,导入数位化科技、工具,解决制造、物流及供货等难题。


甚至还能在5G环境下,协助业者导入模具数位设计与试模技术,以协助设计与现场人员讨论打样首件,接着利用机器视觉学习,辨识螺丝不;透过扩增实境(AR),提供生产制程失效原因指引及回??,将原先须耗费8~10小时的试?时间缩短60%以上。


詹家铭认为,数位转型应该是一个循序渐进的过程,必须要先有CAD模型,才能接着谈CAM、CAE和精实生产管理;进而针对关键制程导入智慧技术、低碳设计,以符合国际所需的高阶制造能量。且由於目前许多员工仍只专注於自家专业领域,建议在应用数位科技、工具时,应先尽可能提供No code/Low code服务,以免造成学习负担,藉此累积大量数据资料,以便传承经验,满足高值订单买主的严苛要求。


SOLIDWORKS 2023提升智慧化与效率 强化协同工作模式

3D设计与工程应用产品组合SOLIDWORKS 2023版本,也因应使用者希??简化,和加快从概念到制造的产品开发流程需求,更新用户驱动的全新增强功能,亦涵盖云端运用、企业管理、高阶验证分析、及3D列印逆向扫描应用等相关专业技术,方便用户能够在更短的时间内完成更多的工作,提升工作效率。


其中由用户驱动的全新增强功能,主要关注以下三点:


● 提高工作智慧化程度:在设计大型装配体和提供工程图详图时减少人为工作量,并能够处理更复杂的电气布线场景。


● 提升工作速度:更高效处理零件表(BOM),提高搜寻和保存装配体的效能,并更快地设计大型装配体。


● 协同工作:透过简化使用者介面、减少延迟和提升SOLIDWORKS PDM中的升级效能,帮助团队更高效地共享和管理资料。透过自订 PDM 通知范本功能,更好地传达设计资料更改。


上任以来首度亮相的SOLIDWORKS执行长暨研发??总裁Manish Kumar即指出,有了更容易与顾客分享的3D设计图,易与设计师沟通异动的协作工具,加上物料采购及款式管理效率增加,可以缩短产品上市时程。



图4 : SOLIDWORKS执行长暨研发??总裁Manish Kumar指出,有了更容易与顾客分享的3D设计图、与设计师沟通异动的协作工具,可??缩短产品上市时程。(摄影:陈念舜)
图4 : SOLIDWORKS执行长暨研发??总裁Manish Kumar指出,有了更容易与顾客分享的3D设计图、与设计师沟通异动的协作工具,可??缩短产品上市时程。(摄影:陈念舜)

今年七月起,SOLIDWORKS还将进一步增强用户的设计流程与母公司达梭系统(Dassault Systemes)旗下的3DEXPERIENCE云端平台连接,未来所有SOLIDWORKS授权都可包含云端服务,充分运用其协作功能,增强3D CAD能力,以期获得能够支援整个产品开发生命周期的众多工具,包括资料管理、协作、高阶模拟、制造和生产等,改进使现有产品和创新功能,用以强化设计及产品生命周期其他环节,进而加快部署与回收投资报酬ROI时程。


**刊头图(source:Autodesk)


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