威龙发艺发型设计价格联盟

软件仿真设计 原型样机仿真设计加速光学产品上市

激光世界2020-05-29 12:50:36

企业从虚拟建模到自主开发前沿光学产品,都希望以更快的速度将产品推向市场,从而比竞争者获得更大的优势。此快人一步的产品策略,将激增的压力压在产品研发日程上。其中最大的挑战就是反复打造不合格的原型样机,这是许多设计延误及重大成本损失的源。光学工程师和机械工程师之间更好的合作方式,才是将此绊脚石移开的关键所在。

陈旧的工作流程极大限制了团队合作及设计效率


原型样机或加工的失败都会直接影响开发进度及预算,光学和机械工程师是设计过程中的重要角色。成功的光学产品开发依赖两者之间的紧密合作,从而将其转变为成功的产品。不过,光学工程师和机械工程师在不同环境下使用不同的设计工具也是非常普遍的。大约20年前,分享光学设计的文件如STEP、IGES或STL,被引荐到光学产品开发过程中,从而使得光学与机械工程师能够相互交流。光学工程师能够将镜头及光线以CAD格式输出,然后交给机械工程师设计其边缘的机械元件。


此过程将光学工程师和机械工程师的工作紧密相连。然而,两类工程师的软件差异化以及文件格式的不同,将信息分享以及设计步骤变得无效且麻烦。工作流程依赖于静态文件格式的导出,此举能够将材料、涂层、公差以及其他重要设计文件因素分离,使得设计的完整性得到妥协。


 因为这些因素的局限性,光学产品的研发一直以来都是直线型沟通方式。光学工程师设计了光学系统来满足他们的特殊需求,然后将此静态文件交给机械工程师来包装。然而,机械工程师并不能精确地预测如何设计机械元件才能不影响光学系统的结果,亦或是他们能够方便地将复杂的设计结果反馈给光学工程师。


原型样机或加工的失败都会直接影响开发进度及预算


许多设计问题都是在制造原型样机过程中发现的,更糟糕的可能是在产品的生产过程中。在产品研发后期才发现问题,会导致产品上市时间的延误以及成本损失,甚至是牺牲公司的竞争力。

 

没有光学数据来分析和证实光机设计,机械工程师们毫无头绪。这个局限会对光学设计带来严重影响,因为许多设计要求精度非常高。微小的光学或机械系统变化,都会导致整个模型的失败。


特别是定制化原型样机,一个原型样机会花费数周时间、以及甚至上万元的成本。因为团队中的交流问题而导致失败的原型样机,只会徒增其他资源的浪费,重新花费时间精力去解决更多未知问题。



图1展现了早期发现并修改设计过程中的错误带来的惊人利益,以及后期才发现错误所造成的不可估量的损失。

图1:尽早发现设计问题,从而减少成本损失。(来源QualityInspection.org)


高风险的失误会增加团队的压力


直线型工作流程在数年前被广泛运用,但其带来了太多的繁琐步骤,并带来不完整的信息,经常导致失败的原型样机或失败的生产阶段。这些情况会增加团队的压力,导致生产力下降、团队冲突、道德问题、彼此不信任,甚至员工的反感。数年来,团队都被此问题困扰着。

 

 原型样机仿真设计


通过原型样机仿真设计,开拓了一种全新的工作流程。在产品研发过程使用软件来分析设计结果、发现疑问、并解答设计问题,无需建立原型样机。光学和机械工程师能够在自己熟悉的设计环境中统一设计理念,设计过程不再需要重复的往返。

 原型样机仿真设计将光学工程师和机械工程师常用的软件设计工具链接起来,通过使用同样的原型样机仿真设计软件来设计和仿真模型,因此光学和机械工程师能够有效地创建完整的产品模型。诸多共同问题,如光束剪辑以及杂散光都能被轻易解决。

 

原型样机仿真设计帮助光学和机械工程师设计、交流以及共同合作,从而在早期产品研发过程中就能发现潜在问题,避免在原型样机或生产线上才发现问题。这样通常减少了研发的反复过程,可以带来惊人的时间和成本节约。


图2展现了一个37mm海利亚镜头系统的横切面。这个设计就是由一个光学工程师和一个机械工程师共同使用原型样机仿真设计工具完成的。机械工程师能够快速在CAD文件包中发现光束路径被机械外包遮挡。从发现问题到改正并解决问题,仅用了两分钟时间。如果该问题在原型样机中、甚至是在生产中才被发现的话,造成的项目时间延期和成本损失不可估量。 



设计是生产过程中一个最重要的关键步骤,必须在项目的每个过程都仔细斟酌。同时,光学产品必须达到相关要求来确保生产的可靠性,并且是在合理的成本预算内。通过使用原型样机仿真设计工具,性能中的重要数据、材料、涂层、尺寸以及公差,贯穿整个设计过程。图3展现了由光学和机械工程师在生产制造中信息共享的一个案例。



3:左图是在OpticStudio中设计的镜头,右图是机械工程师在LensMechanix中设计的是同一个镜头。产品设计的完整性从工程师手中到生产中得到体现。

Zemax引领原型样机仿真设计


在过去超过25年的时间中,光学与照明领域的诸多企业,利用Zemax的产品开发前沿的光学设计和仿真软件。OpticStudio™包含了多种设计工具,同每个关键光学设计步骤相关联。其包含复杂的物理结构,使得仿真、分析、优化以及设计光学系统变得更为便捷。

 

作为光学设计软件行业内的领先者,Zemax是解决许多光学设计问题的理想首选。2016年初,Zemax发布了LensMechanix™,其是SOLIDWORKS™的黄金授权合作伙伴,专为设计光机系统的机械工程师设计。LensMechanix简化了光机产品的研发过程,将OpticStudio中重要的设计细节带入SOLIDWORKS环境中,从而将光学和机械设计两者之间的转换变得更为顺畅。


机械工程师将在OpticStudio中设计的精确光学文件上传到SOLIDWORKS中,包括公差、材料以及涂层信息,完全不需要转换文件格式,也不存在文件内容丢失问题。在设计完机械结构后,使用熟悉的SOLIDWORKS设计工具,机械工程师可以运行光线追迹来分析光线如何穿过光机系统。通过在机械环境中加上光线追迹,机械工程师能够马上看清在机械设计下光学性能的减弱,无需建立昂贵的原型样机来分析可能存在的问题。

 

当机械工程师准备将设计发送给光学工程师做最终的核实时,LensMechanix用户能够方便地将所有文档保存为OpticStudio文件,发送给光学工程师。光学工程师在OpticStudio中打开文件并验证结果,或者做一些改变操作,从而实现全方位定义光机系统。

 

原型样机仿真设计帮助光学和机械工程师设计、交流以及共同合作,从而在早期产品研发过程中就能发现潜在问题,避免在原型样机或生产线上才发现问题。这样通常减少了研发的反复过程,可以带来惊人的时间和成本节约。


总结

原型样机仿真设计正在改变企业研发新品的方式。当今行业领先者都已经将过去光学和机械工程师分开设计的工作模式,转移到平行的设计环境中。这将产品的设计理念从头至尾完整地保存下来。通过在同一个虚拟建模环境中合作,光学和机械工程师们能够快速确认并改正设计过程中产生的误差,并在产品设计阶段就加快研发速度、减少开发成本,加快产品上市速度。

 


作者: Mark Nicholson,Cort Stinnett


扫一扫关注最新行业信息

友情链接