2D迁移到3D用户指南连载五：利用3D 改进产品开发的所有方面

迁移到3D 设计的公司获得的一个主要好处是：在迁移到3D 后，公司可以使用大量的附加软件和硬件产品，这些产品使公司能够在更大程度上缩短开发时间并为客户提供质量更高且真正优化的产品，从而进一步提高公司的竞争优势。尽管本文将讨论众多附加产品，但我们将着重讨论能够帮助制造商进一步利用3D 设计价值的一些产品。

1.认证的软件程序
　　这些年来，3D CAD 系统供应商经过努力，已经与第三方供应商建立了关键的合作关系，从而能够为用户提供可帮助降低生产成本以及缩短产品上市时间的一流集成解决方案。这些合作伙伴计划包括可实现从制造和分析到逆向工程和快速原型制造等各种功能的附加软件。
    大多数CAD 系统供应商为用户提供了大量可与基本CAD系统完全集成的业界领先的配套软件选择。为了认证软件是否能够完全集成，必须对其进行严格的测试，以确保软件的质量、兼容性和集成度。通过认证后，该软件必须保持与后续CAD 产品版本的兼容性，以便与新功能保持同步。
　　但集成度并不相同。集成可能意味着该软件能够将原始文件读入自己的软件中。有些软件产品提供了单窗口集成，这种形式的集成度是最高的。紧密集成软件产品的供应商可访问CAD 系统的应用程序接口(API)。因此，他们的附加软件可使用相同的实体建模环境，并可从CAD 系统中无缝激活。
　　用户从这些认证软件列表中选择软件的优点是，可以确保这些产品与他们的CAD 系统的互操作性、关联性和数据集成度，从而最终可缩短设计时间并减少出现错误的可能性。

2.模拟与分析
　　分析与模拟软件为产品开发过程提供了大量切实的好处。
　　分析软件（包括公差分析、有限元分析(FEA)、计算流体力学(CFD) 及运动学/ 动力学软件）可使设计人员在设计仍为数字形式的情况下即可测试新产品的结构完整性、流动与热力特性及物理运动。
　　模拟和分析对产品开发过程的好处（在缩短整体设计周期以及降低与传统设计方法相关的成本这两个方面上）非常多。简言之，由于设计具有可变性并可以轻松更改，因此可以运行多个“假设”情况，从而使工程师能够更快速地设计出更好的产品。一旦制造了金属或塑料零件，任何后续的设计更改均会增加设计预算并会打乱计划。
　　促使设计工程师广泛使用CAE 工具的因素有以下几个。
　　用于构建原型的材料的成本已增加，因此如果不通过某种形式的分析或模拟来验证设计，则进行设计所需的成本会比以往更高。相反，计算机硬件成本已极大降低，由于CAE 软件所需的计算能力远远高于其他类型的软件，因此硬件成本的降低促使分析工具得到更广泛的采用。
　　在专业领域中，现在越来越多的分析软件供应商设计的分析工具专门面向处理在各种CAD 系统中创建的几何体以及希望快速回答“假设”询问的工程师，这样工程师提出的设计可以很快获得认可并使他们更加自信。因此，现在更多的分析工具与3D 机械计算机辅助设计(MCAD) 系统紧密地集成。工程师与设计人员可在原始MCAD几何体上执行模拟和分析，因此无需进行任何数据转换。有些完全集成的软件还可以与主流的MCAD系统完全关联，因此对原始MCAD 模型所做的更改会自动在模拟模型中反映出来。
　　CFD。在设计过程的早期阶段，越来越多的产品开发工程师利用计算流体动力学的软件来验证仍处于数字绘图板上的设计。CFD 软件可使工程师分析新设计中或新设计周围的流体流动和/ 或传热情况。如果没有此类软件，则必须进行成本高且耗费时间的物理测试。即使使用这种物理测试，产品中仍会出现许多流动和传热现象（例如，水龙头内的阀门以及通过电子材料外壳的气流），因此如果不进行计算机模拟，则不可能直观地看到这些现象。
　　FEA。FEA 是一种计算机械结构行为的数字技术。利用FEA 可将结构分成称为“单元”的多个小型的简单单元。
    当FEA 软件解出一个方程式时，系统会基于单个单元显示结构的物理行为。为减轻零件重量或最大程度地提高零件强度，工程师使用FEA 工具来计算强度、挠度、应力、振动、扭曲及其他行为。
　　位于威斯康星的3D CAD 系统增值经销商(VAR) GraphicsSystems Corporation 的技术服务经理Jeffrey Setzer 认为，FEA 工具可在开发过程中帮助工程师指导设计。
　　“FEA 可使设计人员更快地做出更明智的决策，”Setzer 说，“这是完全可能的，因为在该软件中可以对实体模型直接进行虚拟‘测试’。每次工程师需要做出选择并问自己‘我应该选择这种方法、那种方法还是尝试其他方法’时，FEA 将为他们提供所需的洞察力，从而使他们做出合理的决策。”
　　分析软件使用户可以研究具有独特参数的多种设计方案，以便使他们能够快速比较设计性能。本例中，在各种载荷条件下对由Peerless Industries 设计的等离子电视安放托架进行了测试。
　　FEA 与CFD 均可用于创新及优化机械设计，且无需进行广泛的物理测试。如果使用得当，那么在整个设计过程中，从概念过程开始，使用FEA 及CFD 软件可以降低材料成本，减少物理原型及工程变更单(ECO) 数，缩短设计周期，并有可能减少产品责任问题。