虚拟制造带动虚拟设计趋势大行其道

智能工厂的建构过程，电脑辅助设计已成必要工具。Wiki

制造业为了因应日趋激烈的全球化竞争，寻找有助于提高生产效率，改善产品质量，降低成本，提供优良服务的技术，已是无可避免的任务，其中「虚拟制造(Virtual Manufacturing)近年来已引起各界关注，成为竞相研究的话题。

由于虚拟制造是运用虚拟真实技术，在电脑上完成制造过程，让产品在实际制造之前，可以针对产品的功能、造型、成本等各种因素进行分析和预测，作为制造过程中各级的决策和控制之用，包括电脑辅助设计(CAD)、电脑辅助制造(CAM)及电脑辅助工艺设计(CAPP)都是虚拟制造不可或缺的技术。

如为了因应电动车(包括复合动力与纯电动)市场缺乏动力系统整合厂，以及零组件业者开发产品需经实体整合验证，速度慢且成本高的问题，工研院就以「车辆动力虚拟开发平台技术」，取代传统实体系统整合开发与验证，藉由电脑软件模型与专家数据库及实验室复合动力实时运转设备，成功缩短二分之一的时程，协助业者开发电动化关键模块及模拟设计验证。

制造设计需求带动AR及VR成长

虚拟制造的风潮，也因此带动包括增实境(AR)及VR的产业发展。根据IDC发布的最新报告显示，全球AR和VR产业的营收可望将从2016年的52亿美元，到2020年成长到1,620亿美元，2015至2020年间的年复合成长率达181.3%。

IDC副总裁克里斯・舒特(Chris Chute)指出，AR和VR发展多年以来，一直都是科幻小说里的东西。现在不仅因为基于智能手机的低价VR设备推出，让消费市场已经准备好接受新的原创内容，从医疗产业也开始对AR和VR设备产生兴趣的发展证明，AR和VR也可以在工业层面产生强大影响，预计将于未来5年逐渐在教育、物流和制造等其他领域实现。

IDC副总裁汤姆・迈尼利(Tom Mainelli)指出，硬件价格快速下降，让更多的企业和个人得以使用VR和AR技术。但与以往一样，人们是否会持续使用这些设备，关键还是在于相关的应用和服务是否普及，开发者为这些设备所开发的各种各样的新体验，能否彻底改变我们很多人的工作方式。

IDC预期AR和VR应用在未来5年的营收将会大幅成长，尤其是应用面的部分，主要的信心就是来自于物流和制造业可望开始导入相关应用。包括硬件、软件、谘询服务和系统整合服务在内，在医疗和产品设计及管理相关领域中，都可看到AR及VR的相关应用。

而从区域来看，亚太(不包括日本)、美国、西欧将贡献全球AR和VR收入的四分之三。这三个地区2016年的收入相似，但美国到2020年将全面领先另外两个地区。由于AR和VR现在仍处于普及初期，所以每个地区都有望在预测期内出现超过100%的年度成长。

电脑辅助设计接近实体世界

此外，工程师们过去在设计出产品后，在制造生产销售到市场之前，很难掌握产品在市场的真实表现。事实上，管理产品完整生命周期的构想，从产品的设计开始、上市、到最终退役，始终都有些未知和神秘的层面难以顾及。

事实上，许多产品光是画个产品图面，就得花上许多时间，如果要提供三五个样品，可能就需要更多的时间。因此，想要快速在短时间内建立多个模型，可以透过3D Design工具如PTC Creo的虚拟化油土功能，创造简单、容易上手、直观的自由造型曲面，再让客户去做选择。

电脑辅助设计透过物联网，也将能提供衔接数码与实体世界的新可能。PTC提出Digital Twin的概念，当产品被设计或改造加入传感器时，将可提供一个真正的回馈回路，让产品在设计、制造到服务不同阶段，都能获得真实数据，可用来改善整个产品生命周期管理，演绎出物联网时代更多无限可能的未来。

只要在产品上加装传感器，厂商就可以在平板、电脑等媒介上利用AR看到产品的状况，并从中修改需要修正的功能，免除了传统上必须要设计很多使用情境，以及演算法来试验、测试产品的功能。

3D打印技术的出现，因为摆脱传统的制造方式，为产品设计带来更多的可能性，但也需要新的方式来建模，如何能够更快速的交付设计，让产品设计拥有更有机的形状，同时还能为设计规范增加制造设计相关的规则。

透过电脑辅助设计，创客可透过分析手法，透过网格方式组成一个3D模型，就可以转换成3D打印的格式，产生各种意想不到的形状，以及功能性组合，找到最省材料、最有效能的造型设计。

档案格式互通需加强

为了达到有效使用资源，避免反覆建立电脑几何模型，以加速设计时程，以及减少重复的工作而造成资源、成本浪费，将电脑辅助设计(CAD)与电脑辅助制造(CAM)，以及电脑辅助分析工程(CAE)加以整合，更已是目前产业界的趋势。

CAD、CAM与CAE整合的基本想法，是可以共享几何模型的数据库，由于不同的软件各有优点，单一软件通常也无法完全涵括所有需要的功能，但如果CAD、CAM与CAE分别用不同的软件执行，最重要却也常常出问题的部分即是档案的转换。

如CAD软件中完成的几何模型，通常会期望能继续于CAM与CAE软件中使用，但由于各软件程序撰写上的差异，虽然有通用的档案格式如IGES，在档案转换时，还是会有些数据无法被完整的读取，必须花费额外的时间与人力进行修补工作，有些档案花费在修补的时间，甚至比重新建立所花的时间还要多。

电脑辅助绘图软件所绘制的实体模型，在有限元素分析软件中常常无法进行网格化，是因为绘图软件所绘制的实体模型，要求相当高的准确性，所以对于较小的面积或是导角都必须详细的绘制出来，导致有限元素软件无法网格化，或是网格化后产生过多的元素与节点，也因此欲进行有限元素分析的实体模型，通常都需经过适度的简化，也成为电脑辅助设计工具未来需要强化的方向。

建构智能工厂必要工具

对制造业而言，电脑辅助设计已经不只是一套产品设计工具而已，而是一套信息化处理、沟通与协同作业的新制造模式。随着概念设计可以变得更加多样时，设计过程的不断变更与复杂度也随之提高，还要评估产品设计中的不同概念设计提案，而在正式设计未确认前，可能还要整合不同设计的各种创意，显示完整的电脑辅助设计流程，还需要有一套提案管理的工具，取代人工作业，让概念设计提案更有效率。

透过设计提案管理，可以建立无限设计样式及设计替代方案分支，并立即切换不同设计样式，以轻量格式存储所有检查点作为日后参考，随时存储及存取多种设计样式数据。

由于自动化科技近年来发展相当快速，应用范围层次随电子、半导体、信息、光电、机械等技术的进步而逐渐扩大，其中制造系统的弹性化、机敏化最明显，除了在硬件上结合CNC工具机、工业机器人、自动仓储及无人搬运车等外，在软件上更需要整合电脑辅助设计？制造、产品数据管理、供应链管理、网络线上监控等，才能朝向全面自动化生产与系统整合方向迈进。

以整合虚拟实境与制造系统的虚拟制造系统，提供模拟环境，使制造系统从机台配置、厂房布局、零件加工等，都能在虚拟的环境下进行模拟、学习，也成为智能工厂建构的必要工具。