پیچیدگی‌های طراحی محصولات جدید

آیا طراحی محصولات جدید سخت‌تر است؟

امروزه مهندسان در ساخت و طراحی محصولات با چالش‌های زیادی دست و پنجه نرم می‌کنند. چالش‌هایی چون برنامه زمانی کوتاه و بودجه ناکافی در کنار تقاضای روزافزون محصولات هوشمند، کار را برای طراحان سخت‌تر کرده است. محصولات باید سریعتر، سبک‌تر و با کاربری بهتر عرضه شوند. در میان تمام این تغییرات، مدلسازی هندسه روز به روز پیچیده‌تر شده و درخواست برای محصولاتی زیباتر منجر به تولید طرح‌هایی ارگانیک‌تر می‌شود.

تقاضا برای بهینه‌سازی طرح‌ها، باعث گسترش روزافزون هندسه غیر‌منشوری شده‌است. مهندسی معکوس با بکارگیری اسکنر‌های سه‌بعدی، اشکالی را پدید می‌آورند که رسیدن به آنها با مدلسازی مستقیم و پارامتریک دشوار است.

انجام محاسبات هندسی برای مدل‌سازی بسیار زمان‌بر، هزینه‌بر و خسته‌کننده است. این کار باعث کاهش بهره‌وری طراحان در پرداختن به اصل موضوع طراحی می‌شود.

هر تغییری در مدل‌سازی، اغلب تغییراتی دومینو-وار و تکراری را در کل طرح برای مهندسان ایجاد می‌کند.

 

اسکن سه‌بعدی و مهندسی معکوس

طراحی مفهومی با روش مدلسازی SUB-D

هندسه پیچیده، اولین ابزار مورد نیاز در فرایند طراحی مفهومی است. گاهی اهداف زیبا شناسی، ایجاد انطباقات ارگونومی و یا عملکرد فیزیکی یک محصول باعث ایجاد اشکال غیر‌متوازن و ارگانیک می‌شود. هدف افرادی مانند طراحان صنعتی، مجسمه‌ساز دیجیتالی و یا مهندسان مکانیک ، ساخت و طراحی سریع و آسان یک محصول است. اما این نکته را باید در نظر داشت که طراحی مفهومیِ آسان و سریع یک محصول با هندسه پیچیده، امکان‌پذیر نیست.

روش‌های مختلفی برای مدلسازی وجود‌دارد.  

یک روش، طراحی مدل با کمک منحنی مبنا در مدلسازی پارامتریک است. این روش به دلیل ماهیت خود، بسیار کند پیش می‌رود. همه منحنی‌ها قبل از ایجاد حجم باید به عنوان یک عنصر جداگانه تعریف شوند. به علاوه باید در نظر داشت که روابط متقابل در این مدل‌ها بسیار پیچیده و حساس هستند. در روش مدلسازی پارامتریک، طراح برای ایجاد یک هندسه پیچیده، با استفاده از منحنی سطح مبنا، ناچار است، اجزای جداگانه‌ای از طرح را ایجاد کند، به همین سبب این روش مستلزم اصلاحات زیادی است که زمان‌بر است.

روش دیگر، مدل‌سازی، به روش SUB-D یا استفاده از نرم‌افزار برای تقسیم‌بندی سطوح صاف‌تر و دستکاری آن سطوح برای رسیدن به طرح مورد نظر است.

در این روش، تعداد رئوس مدل افزایش داده می‌شود  و مجموعه‌ای از سطوح بر اساس قفسی از نقاط بوجود می‌آید. طراح می‌تواند با کشیدن هر سطح، شکل سطح را تغییر دهد. این روش یک معادل سه بعدی شبیه به اسپلاین در محیط دو بعدی است که در آن با جابجایی نقاط کنترل شکل و اندازه اسپیلاین جابه‌جا می‌شود.

روش دیگر، استفاده از نرم افزارها و ابزارهای مدل‌‌سازی جداگانه برای طراحی اشکال است. یکی از معایب این روش، انتقال طرح از یک برنامه به برنامه دیگر است. تغییر ابزارها اغلب منجر به از دست دادن سطوح، ایجاد منحنی نامناسب و مشکلات دیگر می‌شود که باعث اتلاف وقت طراح می‌شود.

بنابراین این روش نیز به تغییرات بسیار حساس است و تغییرات در این طراحی باعث تکرار دوباره فرآیند می‌شود و زمان زیادی تلف می‌شود.

طراحی مفهومی ذاتا با، کاوش و تکرار همراه است و اغلب با کوچکترین تغییر کل فرایند دوباره تکرار می‌شود. در نهایت زمان زیادی صرف تغییر ابزار و اصلاح ایرادات می‌شود.

طراحی مفهومی با روش مدلسازی SUB-D

بهینه‌سازی توپولوژی در هندسه

در سال های اخیر، استفاده از بهینه‌سازی توپولوژی و طراحی جنریتیو در فرآیند تولید افزایش یافته‌است. این تکنیک می‌تواند با پیدا‌کردن بهترین روش ایجاد هندسه، بخش‌هایی که نقش کمی در تولید ایفا می‌کنند را به صورت خودکار حذف کند. آنچه که باقی می‌ماند، اجزای مفیدتر و کارآمدتر است. ترکیب این تکنولوژی با چاپ سه‌بعدی می‌تواند طرح های خلاقانه و کارآمدتری ایجاد‌کند. هر روز برنامه‌های جدید از این تکنولوژی توسط شرکت‌های مختلف عرضه می‌شود.    

لینک

با این حال، بهینه‌سازی توپولوژی و طراحی جنریتیو دارای معایبی نیز می‌باشند. آنها کیفیتی از هندسه را ایجاد می‌کنند که مشابه یک شبکه مش بندی شده است. اصلاحات زیادی باید در این تکنولوژی صورت بگیرد تا بتواند در صنعت ماشین‌سازی و قالب‌گیری تزریق پلاستیک استفاده شود. متاسفانه ایجاد این اصلاحات کار ساده‌ای نیست. طرفداران بهینه‌سازی توپولوژی و طراحی جنریتیو در جهت رفع ایرادات این تکنولوژی تلاش می‌کنند.

مهندسان تمایل دارند تا مدل‌های جدیدتر طراحی کنند، اما ابزار کمی برای ساخت این مدل‌ها در دسترس دارند. در اغلب موارد، مهندسان و طراحان مجبور می‌شوند به آرامی و با زحمت زیاد طرح را با استفاده از مدلسازی پارامتریک بازسازی کنند.

بهسازی توپولوژی در هندسه

استفاده از هندسه پیچیده و اشکال ارگانیک در تولید

طراحی در محیط سورفیس، بهینه‌سازی توپولوژی و اسکنر‌های سه‌بعدی سه منبع اصلی هندسه پیچیده و اشکال ارگانیک می‌باشند. در این روش‌های طراحی، اشکال ناموزون و سطوح یک محصول باید به اجزای جداگانه‌ای تقسیم شوند. این اجزا ممکن است شامل قطعات پلاستیکی و فلزی باشند که در نهایت در یک مجموعه به هم متصل و ترکیب می‌شوند. هدف مهندسان ایجاد یک روش سریع و کارآمد است. به علاوه آنها باید برای ایجاد تغییر در نسخه اولیه نیز آمادگی داشته‌باشند.  

گذر از هندسه پیچیده و اشکال ارگانیک به قطعات تولیدی یکی از مراحل چرخه تولید است که با کمبودهای زیادی مواجه است. این کمبودها در روش‌های مختلف طراحی به آن‌ها اشاره شد.

به هرحال طراحان همانگونه که قبلا اشاره شد، تا فراگیر شدن ابزارهای طراحی کارآمدتر، ناچارند برای خلق ایده‌های مد نظر خود، بخشی از وقت و انرژی خود را صرف فراگیری و بکارگیری هرچه بهتر تکنیک‌های مدل‌سازی کنند و این امر در مدل‌سازی اشکال پیچیده نقش پررنگ‌تری خواهد داشت.

بنابراین برای خلق محصولاتی با هندسه پییچیده اولین گام، تسلط کامل طراحان به تکنیک‌های مدل‍‌سازی با نرم‌افزارهای تخصصی است.

طراحی هندسه پیچیده و اشکال ارگانیک

 

 

ترجمه: طراحی مهندسی هدا

 

منبع