魔猴網(wǎng)數(shù)字化制造簡明手冊（一）：為什么要使用數(shù)字化制造？
魔猴君 知識堂 533天前
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前言：《魔猴網(wǎng)數(shù)字制造簡明手冊》會簡明介紹各種3D打印工藝， 數(shù)控機(jī)加工（CNC），激光切割和數(shù)字化制造中使用的快速注塑成型技術(shù)，以及他們之間的優(yōu)缺比較和在不同產(chǎn)品生命周期的應(yīng)用，以及如何利用每個(gè)工藝更快地將產(chǎn)品推向市場。
在本章當(dāng)中，我們將了解如何：
? 開始產(chǎn)品生命周期
? 理解產(chǎn)品開發(fā)過程
? 選擇適當(dāng)?shù)墓に?/span>
? 把原型變?yōu)楫a(chǎn)品
? 快速將產(chǎn)品推向市場
? 了解產(chǎn)品生命周期的其余部分
所謂數(shù)字化制造是指利用計(jì)算機(jī)的數(shù)控能力來控制加工制造工藝，將人力密集的傳統(tǒng)制造改為更高效精準(zhǔn)的現(xiàn)代制造。 數(shù)字化制造意味著更高的生產(chǎn)力、更快的生產(chǎn)周期、更少的浪費(fèi)，更加強(qiáng)大的加工能力和更顯著的成本優(yōu)勢。 本章將簡單介紹數(shù)字化制造，展示數(shù)字化制造所涉及的不同工藝及階段，幫助您理解開始數(shù)字化制造所涉及的基本知識，闡述為什么一個(gè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到市場需要經(jīng)過多個(gè)工藝流程。
產(chǎn)品生命周期的早期
對很多人來說，開發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品并將其推向市場是一件令人非常興奮的事。 盡管實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的可以遵循不止一條路徑，但通常來說都需要經(jīng)過幾個(gè)不同階段，尤其是在有數(shù)字制造能力可用的情況下。
第一步您需要對要推向市場的產(chǎn)品有一個(gè)想法，大致想法或者具體想法都沒關(guān)系，您是個(gè)人發(fā)明者還是在為大公司工作也都沒有關(guān)系， 重要的是您能確信您的理想產(chǎn)品是值得花費(fèi)所需的時(shí)間和精力并最終會推向市場的。如果有了這份信心，您的產(chǎn)品創(chuàng)意就可以考慮進(jìn)入下一階段了。
概念模型
一般而言產(chǎn)品開發(fā)是從產(chǎn)品圖紙或計(jì)算機(jī)3D建模開始。 計(jì)算機(jī)3D模型通常制作速度很快，甚至可用于某些虛擬的分析模擬。在計(jì)算機(jī)里確認(rèn)了基本數(shù)字模型后，就該建立一個(gè)展示產(chǎn)品概念的物理模型了。 這個(gè)模型通常是沒有功能的，它的主要目的是給出了成品可能是什么樣子的總體印象。
概念模型可以讓您評估來自公司內(nèi)部的反饋，并進(jìn)行初步市場分析以衡量產(chǎn)品是否對消費(fèi)者有吸引力。 制作概念模型很有必要，實(shí)踐證明效果很好，因?yàn)榇蠖鄶?shù)人理解一個(gè)實(shí)際的物理對象比理解一個(gè)抽象的概念要容易得多。如果公司內(nèi)部反饋和市場分析產(chǎn)生積極的結(jié)果，您可以考慮進(jìn)入產(chǎn)品生命周期的下一階段了。
功能模型（組成，裝配及功能驗(yàn)證）
盡管概念模型可以向您展示您的產(chǎn)品外觀的大致概念、大致形象。但它可能離最終成品還有段距離，到此為止，還不會是人們實(shí)際想要購買的東西。為了更接成品目標(biāo)，您需要設(shè)計(jì)和制作能夠進(jìn)一步測試產(chǎn)品的零件形態(tài)、裝配及是否能滿足設(shè)計(jì)功能的更高級的功能模型。
這需要您首先用3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件制作一個(gè)目標(biāo)產(chǎn)品的3D模型，這個(gè)數(shù)字模型應(yīng)該包含所有的零件，是可以給制造商用來生產(chǎn)完成您產(chǎn)品的圖紙。您可能需要選擇一個(gè)能夠?qū)δ?/span>3D模型文件進(jìn)行工程分析的制造商，以確定這些零件是否可以按設(shè)計(jì)實(shí)際制造并提出建議滿足您需求的最佳制造選擇。
舉例來說，零件應(yīng)該使用逐層構(gòu)建的3D打印制作，還是從實(shí)心材料塊開始并切削多余的部分的CNC更合適？這取決于零件幾何形狀、體積、使用的材料、成本、緊迫性和其他幾個(gè)重要因素。
在您對成品每一寸每一尺都感到滿意之前，可能需要進(jìn)行幾次迭代，雖然看起來有點(diǎn)耗費(fèi)精力和成品，但這是產(chǎn)品生命周期的一個(gè)重要階段——您不會希望將產(chǎn)品投入實(shí)際生產(chǎn)，然后發(fā)現(xiàn)主要的設(shè)計(jì)缺陷，那時(shí)候?qū)⒉坏貌桓冻龈蟮拇鷥r(jià)。
小批量生產(chǎn)
完成初始原型測試后，您可以開始考慮開始小批量生產(chǎn)。 即使是最終能進(jìn)入大眾市場，能完成大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，也常常從小批量生產(chǎn)開始，以便更快地將產(chǎn)品推向市場。
擁有數(shù)字制造專業(yè)知識的公司（比如魔猴網(wǎng)）可能是您進(jìn)行小批量生產(chǎn)的最佳選擇，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁┠谑袌錾蠐魯「偁帉κ炙璧目焖僦苻D(zhuǎn)。尤其是針對利基市場的小眾產(chǎn)品，選擇一家能滿足從概念模型到小批量生產(chǎn)的專業(yè)制造商非常重要。
交互式產(chǎn)品開發(fā)
很少有產(chǎn)品在第一次迭代就是完美的， 絕大多數(shù)情況下您可能需要多次迭代來完善和改進(jìn)產(chǎn)品，可能會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品需要經(jīng)歷多種版本設(shè)計(jì)。 顯然在這種情況下從少量原型產(chǎn)品開始打樣會讓您更容易參與這個(gè)迭代開發(fā)過程。
與傳統(tǒng)的大批量制造相比，快速數(shù)字化制造讓原型制造門檻更低、成本更低、更靈活，最重要的是可以實(shí)現(xiàn)快速多次迭代，畢竟，誰又能保證第一次嘗試就成功呢？
產(chǎn)品開發(fā)過程中的另一個(gè)常見情況就是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可能會被以意想不到的方式使用，或者說是有新的用途。 這些新用途可能會導(dǎo)致以不同的方式思考產(chǎn)品應(yīng)該如何制造和銷售。 例如，您可能會發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在略有不同的目標(biāo)市場有意外需求，而為滿足這些需求可能會導(dǎo)致您更改材料或設(shè)計(jì)。
使用不同的數(shù)字制造工藝
數(shù)字化制造通常不是使用一種材料或者一種工藝。 相反，在開發(fā)和生產(chǎn)的不同階段，使用幾種不同的工藝和材料是很常見的。您可以選擇便宜但不適用于成品的工藝和材料制造非常早期的零件，以提供產(chǎn)品的一般外觀和感覺，由于這些早期零件可能價(jià)格低廉且生產(chǎn)速度快，因此您可以輕松地進(jìn)行多次迭代，直到您對產(chǎn)品形式、裝配、外觀、功能感到滿意為止。
本書后面的章節(jié)更深入地介紹了數(shù)字制造中使用的工藝和材料，簡而言之有些零件適合使用增材工藝，也就是使用3D打樣層層材料疊加構(gòu)成，而有的零件適合減法工藝，也就是從一大塊固體材料經(jīng)過車銑磨等機(jī)械加工最終成為產(chǎn)品，甚至有些零件可能只適合使用注塑成型，而使用的材料的范圍可以從低強(qiáng)度塑料到極高強(qiáng)度的金屬。
您挑選的數(shù)字化制造合作伙伴（比如魔猴網(wǎng)）應(yīng)該可以與您討論在產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的每個(gè)階段應(yīng)該使用的最佳工藝和材料。 下圖總結(jié)了一些數(shù)字化制造流程的屬性（表1），供讀者參考。
快速將產(chǎn)品推向市場
數(shù)字化制造的主要優(yōu)勢之一從設(shè)計(jì)到新產(chǎn)品上市的速度很快。 在傳統(tǒng)生產(chǎn)中，機(jī)械車間或其他供應(yīng)商可能需要數(shù)周甚至數(shù)月的時(shí)間才能為您的產(chǎn)品生產(chǎn)簡單零件。 但這在當(dāng)今競爭激烈的市場中，這數(shù)周或數(shù)月的等待空白可能會意味著您無法足夠快地將產(chǎn)品推向市場，結(jié)果可能是市場份額減少，甚至完全錯(cuò)失良機(jī)。
與傳統(tǒng)制造不同，數(shù)字化制造意味著非常快速的響應(yīng)速度。如果選擇與有能力，專業(yè)的數(shù)字制造合作伙伴一起，您可能將零件生產(chǎn)時(shí)間縮短到一天，甚至幾小時(shí)，而不是數(shù)周來生產(chǎn)少量機(jī)加工零件。 在殘酷激烈的市場競爭中，先發(fā)優(yōu)勢至關(guān)重要，許多情況下，第一個(gè)上市的產(chǎn)品就意味著成功，而遲到的產(chǎn)品則可能永遠(yuǎn)失去了機(jī)會。
從原型到產(chǎn)品
在經(jīng)過幾輪迭代之后，您的產(chǎn)品可能已準(zhǔn)備好從原型轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際生產(chǎn)。取決于您的需求，這個(gè)轉(zhuǎn)變可能只需要簡單地從您的數(shù)字化制造合作伙伴處訂購新的生產(chǎn)級零件，或者也可能涉及到轉(zhuǎn)向更傳統(tǒng)的制造流程。此外，這一轉(zhuǎn)變還意味著選擇合適的制造方法，無論是注塑成型、機(jī)械加工、3D 打印還是其他工藝類型。
預(yù)計(jì)銷量在此時(shí)起著決定性重要作用。預(yù)計(jì)銷量僅限于幾百件的產(chǎn)品幾乎可以肯定與預(yù)計(jì)會賣出數(shù)百萬件的產(chǎn)品所需要的流程會有所不同。
即使您的分析表明您的產(chǎn)品將擁有巨大的市場，預(yù)計(jì)銷量巨大，這種情況下數(shù)字化制造也可以發(fā)揮重要作用——使您快速地進(jìn)入試生產(chǎn)。在這種情況下，一個(gè)專業(yè)的數(shù)字化制造商可以在幾天內(nèi)提供橋接工具，開始小批量試生產(chǎn)，再同時(shí)準(zhǔn)備實(shí)際量產(chǎn)工具模具，這個(gè)批量準(zhǔn)備過程通常需要幾個(gè)月的時(shí)間，善用數(shù)字化制造可以幫助您填補(bǔ)這段時(shí)間的空白。
產(chǎn)品上市之后
通常一個(gè)產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期中要保持不斷的開發(fā)，完善，升級狀態(tài)——然而使用傳統(tǒng)制造流程進(jìn)行更改可能會很困難且成本高昂，相比之下，使用快速數(shù)字化制造流程制造的小批量產(chǎn)品在上市后要調(diào)整修改則要容易得多。
舉例來說，如果有一個(gè)注塑成型的塑料部件， 在傳統(tǒng)制造中，該零件將使用非常較貴的鋼模具生產(chǎn)，而原型和小批量數(shù)字化制造可能會使用鋁制模具生產(chǎn)相同的零件，鋁制模具的成本僅為鋼模具的很小一部分。 盡管鋁制模具的耐用性可能不足和可以生產(chǎn)數(shù)百萬個(gè)重復(fù)零件鋼模具相比，但對于只生產(chǎn)幾千或者幾萬以內(nèi)的商品，鋁制模具成本節(jié)約是巨大的。
對于在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)可能只需要進(jìn)行小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，數(shù)字化制造有可能將是從設(shè)計(jì)到制造多階段最好的工藝選擇。
產(chǎn)品增長和成熟
產(chǎn)品需求的增長是不可預(yù)測的。 如果您對擴(kuò)大生產(chǎn)過于樂觀，您可能等來的大量庫存，而不是突飛猛進(jìn)的增長，這些庫存成本很高（倉儲，運(yùn)輸，維護(hù)等等費(fèi)用）。 以小批量數(shù)字化生產(chǎn)開始投放市場，隨著產(chǎn)品需求的成長而逐步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，可以更好地控制成本，小批量數(shù)字化制造允許您在擴(kuò)大市場時(shí)準(zhǔn)確指定所需的產(chǎn)品數(shù)量，精準(zhǔn)快速響應(yīng)市場需求。
當(dāng)你的產(chǎn)品達(dá)到市場的頂峰時(shí)，盡可能長時(shí)間地欣賞頂峰的“美景”，但千萬不要到沉迷到危險(xiǎn)的地步。 您需要時(shí)刻保持警覺，不斷審視市場現(xiàn)狀、競爭、消費(fèi)者利益，當(dāng)然還有需求，畢竟任何產(chǎn)品都不可能永遠(yuǎn)留在頂峰，這對于確定何時(shí)開始縮減生產(chǎn)規(guī)模很重要。
管理產(chǎn)品生命周期的一個(gè)重要工作是確定何時(shí)開始開發(fā)其繼任者。 如果一個(gè)產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期中真正處于不斷的開發(fā)狀態(tài)，那么下一個(gè)版本可能已經(jīng)有了一個(gè)可以構(gòu)建的框架。 新版本生命周期的開始并不取決于現(xiàn)有產(chǎn)品版本的某個(gè)特定階段，但是取決于在增長和成熟過程中的各種市場因素，現(xiàn)實(shí)中一般隨著新版本規(guī)模的擴(kuò)大，老版本逐步退下來，兩種版本產(chǎn)品的生產(chǎn)路徑會形成一個(gè)相交曲線。
衰退
從產(chǎn)品的頂峰下落可能會令人感到和讓產(chǎn)品銷量上升一樣困難。當(dāng)產(chǎn)品開始衰落時(shí)，這時(shí)最初推出產(chǎn)品的興奮感通常已經(jīng)不在了，因此如何以理性的方式將產(chǎn)品退出時(shí)最需要面對的問題。也許在產(chǎn)品開發(fā)和成長的早期使用了小批量注塑成型，也許產(chǎn)品從來沒有使用郭小批量注塑成型，而是直接從原型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到大批量鋼制模具上。無論是何種情況，準(zhǔn)時(shí)制 (Just In Time) 制造正越來越頻繁地被采用，被納入到生產(chǎn)計(jì)劃內(nèi)。
在產(chǎn)品衰退，縮減規(guī)模的階段也有可能會重新?lián)炱饠?shù)字化制造工具，從而使得客戶能下達(dá)小批量訂單，這樣可以不需要存儲大量的零件，有機(jī)會處理未使用的原材料，因?yàn)閿?shù)字化制造可以很好滿足按需小批量訂購。降低產(chǎn)品衰退期間的風(fēng)險(xiǎn)是成功的產(chǎn)品生命周期規(guī)劃不可或缺的一部分，因?yàn)樗苯佑绊懏a(chǎn)品的損益表。
對于任何產(chǎn)品，在產(chǎn)品生命周期內(nèi)塑造一個(gè)強(qiáng)有力的過程，并在此過程中采用正確的制造工藝，有助于增加一個(gè)產(chǎn)品的成功，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)和社會價(jià)值。
