Accelerating Manufacturing Innovation through Automated Assembly Design

在不断发展的现代制造业格局中，一场巨变正在发生，这不仅源于对人工智能服务器需求的激增，也源于对各种产品生产方式进行革新的迫切需求，从高科技电子产品到卫生洁具和卫浴设备等生活必需品，无所不包。例如，在竞争日益激烈的市场中，卫生洁具自动装配机和卫浴设备装配设备的生产面临着一系列挑战，效率、精度和创新是关键。这场数字革命不仅仅是创造更强大的硬件；它更是对高性能系统和专用制造设备设计和组装方式的全面重塑。随着各行各业对尖端技术的需求呈指数级增长，制造商发现自己正处于十字路口，不得不放弃传统方法，拥抱变革性方法。

引领这一变革的前沿是虚拟仿真技术，它作为连接抽象设计世界和实际生产领域的桥梁，是一项颠覆性的工具。无论是简化人工智能服务器的组装，还是优化卫浴自动组装机和卫浴设备的生产流程，这项技术都能帮助制造商在构建单个物理原型之前模拟整个组装过程。如此一来，它正在改写效率规则，消除代价高昂的延误，并开启曾经被认为遥不可及的创新新境界。人工智能服务器的蓬勃发展确实正在推动制造商转变其高性能硬件系统的设计和构建方式。然而，虚拟仿真和自动化装配设计的相同原理，同样可以应用于卫浴自动组装机和卫浴设备的生产，因为装配精度和制造工艺优化对于交付高质量的产品至关重要。

引领这一变革的是虚拟仿真技术的进步，它弥合了设计与制造之间的差距。通过在构建物理原型之前模拟装配过程，制造商可以及早发现并解决问题，从而避免因车间发现的问题而造成代价高昂的延误。这对于复杂的人工智能服务器装配以及卫浴自动装配机和浴室设备装配设备的生产同样重要，因为在这些设备中，一个设计缺陷或装配问题就可能导致严重的生产挫折和成本增加。传统的基于CPU和GPU的服务器设计方法涉及多次物理迭代，利益相关者需要在原型制作完成后审查原型。然而，在装配前进行产品仿真可以通过虚拟验证装配过程来优化这些原型周期。同样，在卫浴自动装配机和浴室设备的设计中，加入虚拟仿真可以显著减少所需的物理原型数量，从而节省时间和资源。

融入面向自动化装配设计 (DFAA) 的原则可以在制造过程中发挥多重作用。除了评估机器人装配设计之外，DFAA 还可以帮助团队确定其现有的自动化能力是否能够处理设计公差，同时还能实现早期自动化规划并最大限度地提高设计的自动化程度。这种方法不仅有利于服务器的高科技制造，而且对于卫生洁具自动装配机和浴室设备装配设备的生产也至关重要，在这些领域，使用自动化装配可以提高生产力并确保始终如一的质量。

如今，使用 DFX（Design For X，例如可制造性设计）、装配性设计和可维护性设计的工程团队面临三大挑战。首先，他们只能通过现有的 3D 建模 CAD 软件和 CAD 模型本身进行分析，而这些模型尺寸完美，并未考虑实际公差。此外，传统的 CAD 系统无法考虑特定机器人的功能，也无法模拟这些机器在装配过程中的实际性能。这些限制同样适用于卫生洁具自动装配机和卫浴设备的设计与制造，因为机器人组件与待装配物理部件之间的相互作用需要精心建模和优化。其次，构建初始原型的成本可能高得令人望而却步，尤其是对于 GPU 等组件而言。在卫生洁具自动装配机和卫浴设备制造领域，原型制作成本也可能是一个重大障碍，尤其是在处理复杂设计和专用材料时。最后，物理原型需要订购零件并等待交付后才能进行组装。这导致从设计成熟到团队分析如何组装需要很长的准备时间，这个问题困扰着高科技制造业和卫生洁具自动组装机、浴室设备组装设备等工业设备的生产。

虚拟设计平台解决方案

为了应对这些挑战，包括我的公司 Bright Machines 在内的制造商正在转向 Nvidia 的 Omniverse 平台等解决方案，以及通用场景描述 (USD) 格式等模拟标准。尽管 CAD 设计是虚拟的，但它们需要尽可能多地融入物理属性，而 Omniverse 提供的模拟工具试图弥合“模拟与现实之间的差距”。同时，USD 格式（一种标准化的 3D 场景表示）在 CAD 系统中充当中性文件格式，支持物理模拟、逼真的渲染以及用户之间的数据同步。

这些虚拟设计平台解决方案不仅为人工智能服务器的制造带来了巨大的前景，也为卫浴自动装配机和卫浴设备制造带来了巨大的潜力。在这个丰富的环境中，不同专业水平的利益相关者无需CAD专业知识即可处理3D数据。制造工程师发现这对于模拟复杂的服务器和电子设备尤为有用，而Omniverse基于平台的开放标准方法在验证虚拟装配时实现了更好的互操作性，并在同一环境中集成了生产设备的数字孪生。对于卫浴自动装配机和卫浴设备制造商而言，这些工具可用于模拟整条装配线，测试不同的配置，并优化机械臂和其他组件的布局，以确保无缝高效的生产。

早期设计验证和持续改进

在这些设计领域，原型阶段发现的问题通常会触发迭代设计变更。例如，如果机器人夹持器需要拾取并安装电路板上的散热器，团队需要验证机械臂的末端执行器是否具有足够的操作空间。同样，在卫浴设备的设计中，工程师需要确保机器人组件能够精准地搬运和组装精密的卫浴设备，而不会造成损坏。根据具体问题，制造商可以使用 CAD 数据模拟这些过程，并在创建物理原型之前调整设计。如果没有这种能力，变更将蔓延到整个开发过程，从而导致延误增加。

由于新产品约 70% 的成本取决于初始设计选择，而高达 95% 的成本是在设计完成时确定的，因此及早发现问题至关重要。DFAA 原则可以帮助设计工程师从一开始就验证机器人装配要求，同时考虑其他可能具有更高优先级的设计因素，例如服务器设计中的功耗、延迟和散热要求，或卫生洁具自动装配机和浴室设备装配设备设计中的耐用性、易用性和防水性。这些考虑因素直接影响自动化的实施。例如，在计算机服务器装配中，Bright Machines 的专用机器人单元在设计时充分考虑了此类自动化系统的功能和局限性，可以处理诸如将 DIMM 插入主板之类的工艺任务。对于卫生洁具自动装配机，可以设计类似的机器人单元来处理诸如安装管道、连接固定装置和确保正确对准等任务，同时兼顾产品的具体要求和约束条件。

这些生产线的数据随后成为设计引擎的输入，推动DFX系列及其他设计考量的改进，使每一代产品都更具生产力。我们自己的微型工厂已实现高达98%的一次合格率，这意味着每生产100个产品，需要返工的部件不到两个。通过利用虚拟仿真和DFAA原理不断改进和优化设计和装配流程，卫浴自动装配机和浴室设备装配设备的制造也能达到同样的效率和质量水平。

虚拟仿真在机器人自动化中的应用

在实施基于自动化装配原理的设计之前，制造商需要通过几个关键步骤评估其准备情况：

• 评估原型设计阶段发现问题后发生的变更将如何在整个开发过程中传播，以及生命周期中时间的分配。这项评估对于了解设计变更对整体生产时间表的潜在影响至关重要，无论是针对人工智能服务器，还是卫生洁具自动装配机和卫浴设备。
• 评估当前流程中哪些装配步骤最耗时或最容易出错，以及这些问题是否可以通过设计修改或自动化来解决。例如，在卫浴设备装配的生产中，识别最具挑战性的装配步骤可以帮助制造商专注于利用虚拟仿真和自动化装配技术来优化这些特定环节。
• 衡量当前流程的“流失率”——通常进行多少次设计迭代，以及在哪些方面花费最多时间进行修改？这项指标能够深入了解设计流程的效率，并帮助制造商确定虚拟仿真在哪些方面能够发挥最大作用，从而减少迭代次数并提高整体生产力。

这些评估将帮助设计师确定虚拟仿真将发挥最大作用的领域，并虚拟验证流程。最终，它将加快部署速度，减少物理迭代次数。随着制造业飞速迈向一个以快速技术变革和永不满足的创新需求为特征的时代，虚拟仿真与自动化装配设计的融合不仅仅是一种选择，更是必然。这一充满活力的组合有可能重塑产品开发的结构，使企业能够以前所未有的速度将突破性的技术和高质量的产品（无论是先进的人工智能服务器，还是高效的卫浴自动装配机和浴室设备装配设备）推向市场。从概念到创造的旅程不再受物理原型和反复试验方法的束缚。相反，它是一个精简的数据驱动流程，使制造商能够做出明智的决策，快速迭代，并保持领先地位。在这个敏捷产品开发的新时代，那些采用这些变革工具和方法的人不仅能够生存，而且能够蓬勃发展，为创新无止境、制造可能性无限的未来树立标准。