魔猴网数字化制造简明手册（一）：为什么要使用数字化制造？
魔猴君 知识堂 364天前
前言：《魔猴网数字制造简明手册》会简明介绍各种3D打印工艺， 数控机加工（CNC），激光切割和数字化制造中使用的快速注塑成型技术，以及他们之间的优缺比较和在不同产品生命周期的应用，以及如何利用每个工艺更快地将产品推向市场。
在本章当中，我们将了解如何：
▶ 开始产品生命周期
▶ 理解产品开发过程
▶ 选择适当的工艺
▶ 把原型变为产品
▶ 快速将产品推向市场
▶ 了解产品生命周期的其余部分
所谓数字化制造是指利用计算机的数控能力来控制加工制造工艺，将人力密集的传统制造改为更高效精准的现代制造。 数字化制造意味着更高的生产力、更快的生产周期、更少的浪费，更加强大的加工能力和更显著的成本优势。 本章将简单介绍数字化制造，展示数字化制造所涉及的不同工艺及阶段，帮助您理解开始数字化制造所涉及的基本知识，阐述为什么一个产品从设计到市场需要经过多个工艺流程。
产品生命周期的早期
对很多人来说，开发一个新产品并将其推向市场是一件令人非常兴奋的事。 尽管实现这个目的可以遵循不止一条路径，但通常来说都需要经过几个不同阶段，尤其是在有数字制造能力可用的情况下。
第一步您需要对要推向市场的产品有一个想法，大致想法或者具体想法都没关系，您是个人发明者还是在为大公司工作也都没有关系， 重要的是您能确信您的理想产品是值得花费所需的时间和精力并最终会推向市场的。如果有了这份信心，您的产品创意就可以考虑进入下一阶段了。
概念模型
一般而言产品开发是从产品图纸或计算机3D建模开始。 计算机3D模型通常制作速度很快，甚至可用于某些虚拟的分析模拟。在计算机里确认了基本数字模型后，就该建立一个展示产品概念的物理模型了。 这个模型通常是没有功能的，它的主要目的是给出了成品可能是什么样子的总体印象。
概念模型可以让您评估来自公司内部的反馈，并进行初步市场分析以衡量产品是否对消费者有吸引力。 制作概念模型很有必要，实践证明效果很好，因为大多数人理解一个实际的物理对象比理解一个抽象的概念要容易得多。如果公司内部反馈和市场分析产生积极的结果，您可以考虑进入产品生命周期的下一阶段了。
功能模型（组成，装配及功能验证）
尽管概念模型可以向您展示您的产品外观的大致概念、大致形象。但它可能离最终成品还有段距离，到此为止，还不会是人们实际想要购买的东西。为了更接成品目标，您需要设计和制作能够进一步测试产品的零件形态、装配及是否能满足设计功能的更高级的功能模型。
这需要您首先用3D计算机辅助设计软件制作一个目标产品的3D模型，这个数字模型应该包含所有的零件，是可以给制造商用来生产完成您产品的图纸。您可能需要选择一个能够对您的3D模型文件进行工程分析的制造商，以确定这些零件是否可以按设计实际制造并提出建议满足您需求的最佳制造选择。
举例来说，零件应该使用逐层构建的3D打印制作，还是从实心材料块开始并切削多余的部分的CNC更合适？这取决于零件几何形状、体积、使用的材料、成本、紧迫性和其他几个重要因素。
在您对成品每一寸每一尺都感到满意之前，可能需要进行几次迭代，虽然看起来有点耗费精力和成品，但这是产品生命周期的一个重要阶段——您不会希望将产品投入实际生产，然后发现主要的设计缺陷，那时候将不得不付出更大的代价。
小批量生产
完成初始原型测试后，您可以开始考虑开始小批量生产。 即使是最终能进入大众市场，能完成大批量生产的产品，也常常从小批量生产开始，以便更快地将产品推向市场。
拥有数字制造专业知识的公司（比如魔猴网）可能是您进行小批量生产的最佳选择，因为它们可以提供您在市场上击败竞争对手所需的快速周转。尤其是针对利基市场的小众产品，选择一家能满足从概念模型到小批量生产的专业制造商非常重要。
交互式产品开发
很少有产品在第一次迭代就是完美的， 绝大多数情况下您可能需要多次迭代来完善和改进产品，可能会发现产品需要经历多种版本设计。 显然在这种情况下从少量原型产品开始打样会让您更容易参与这个迭代开发过程。
与传统的大批量制造相比，快速数字化制造让原型制造门槛更低、成本更低、更灵活，最重要的是可以实现快速多次迭代，毕竟，谁又能保证第一次尝试就成功呢？
产品开发过程中的另一个常见情况就是发现产品可能会被以意想不到的方式使用，或者说是有新的用途。 这些新用途可能会导致以不同的方式思考产品应该如何制造和销售。 例如，您可能会发现产品在略有不同的目标市场有意外需求，而为满足这些需求可能会导致您更改材料或设计。
使用不同的数字制造工艺
数字化制造通常不是使用一种材料或者一种工艺。 相反，在开发和生产的不同阶段，使用几种不同的工艺和材料是很常见的。您可以选择便宜但不适用于成品的工艺和材料制造非常早期的零件，以提供产品的一般外观和感觉，由于这些早期零件可能价格低廉且生产速度快，因此您可以轻松地进行多次迭代，直到您对产品形式、装配、外观、功能感到满意为止。
本书后面的章节更深入地介绍了数字制造中使用的工艺和材料，简而言之有些零件适合使用增材工艺，也就是使用3D打样层层材料叠加构成，而有的零件适合减法工艺，也就是从一大块固体材料经过车铣磨等机械加工最终成为产品，甚至有些零件可能只适合使用注塑成型，而使用的材料的范围可以从低强度塑料到极高强度的金属。
您挑选的数字化制造合作伙伴（比如魔猴网）应该可以与您讨论在产品开发和生产的每个阶段应该使用的最佳工艺和材料。 下图总结了一些数字化制造流程的属性（表1），供读者参考。
快速将产品推向市场
数字化制造的主要优势之一从设计到新产品上市的速度很快。 在传统生产中，机械车间或其他供应商可能需要数周甚至数月的时间才能为您的产品生产简单零件。 但这在当今竞争激烈的市场中，这数周或数月的等待空白可能会意味着您无法足够快地将产品推向市场，结果可能是市场份额减少，甚至完全错失良机。
与传统制造不同，数字化制造意味着非常快速的响应速度。如果选择与有能力，专业的数字制造合作伙伴一起，您可能将零件生产时间缩短到一天，甚至几小时，而不是数周来生产少量机加工零件。 在残酷激烈的市场竞争中，先发优势至关重要，许多情况下，第一个上市的产品就意味着成功，而迟到的产品则可能永远失去了机会。
从原型到产品
在经过几轮迭代之后，您的产品可能已准备好从原型转变为实际生产。取决于您的需求，这个转变可能只需要简单地从您的数字化制造合作伙伴处订购新的生产级零件，或者也可能涉及到转向更传统的制造流程。此外，这一转变还意味着选择合适的制造方法，无论是注塑成型、机械加工、3D 打印还是其他工艺类型。
预计销量在此时起着决定性重要作用。预计销量仅限于几百件的产品几乎可以肯定与预计会卖出数百万件的产品所需要的流程会有所不同。
即使您的分析表明您的产品将拥有巨大的市场，预计销量巨大，这种情况下数字化制造也可以发挥重要作用——使您快速地进入试生产。在这种情况下，一个专业的数字化制造商可以在几天内提供桥接工具，开始小批量试生产，再同时准备实际量产工具模具，这个批量准备过程通常需要几个月的时间，善用数字化制造可以帮助您填补这段时间的空白。
产品上市之后
通常一个产品在其整个生命周期中要保持不断的开发，完善，升级状态——然而使用传统制造流程进行更改可能会很困难且成本高昂，相比之下，使用快速数字化制造流程制造的小批量产品在上市后要调整修改则要容易得多。
举例来说，如果有一个注塑成型的塑料部件， 在传统制造中，该零件将使用非常较贵的钢模具生产，而原型和小批量数字化制造可能会使用铝制模具生产相同的零件，铝制模具的成本仅为钢模具的很小一部分。 尽管铝制模具的耐用性可能不足和可以生产数百万个重复零件钢模具相比，但对于只生产几千或者几万以内的商品，铝制模具成本节约是巨大的。
对于在整个产品生命周期内可能只需要进行小批量生产的产品，数字化制造有可能将是从设计到制造多阶段最好的工艺选择。
产品增长和成熟
产品需求的增长是不可预测的。 如果您对扩大生产过于乐观，您可能等来的大量库存，而不是突飞猛进的增长，这些库存成本很高（仓储，运输，维护等等费用）。 以小批量数字化生产开始投放市场，随着产品需求的成长而逐步扩大生产规模，可以更好地控制成本，小批量数字化制造允许您在扩大市场时准确指定所需的产品数量，精准快速响应市场需求。
当你的产品达到市场的顶峰时，尽可能长时间地欣赏顶峰的“美景”，但千万不要到沉迷到危险的地步。 您需要时刻保持警觉，不断审视市场现状、竞争、消费者利益，当然还有需求，毕竟任何产品都不可能永远留在顶峰，这对于确定何时开始缩减生产规模很重要。
管理产品生命周期的一个重要工作是确定何时开始开发其继任者。 如果一个产品在其整个生命周期中真正处于不断的开发状态，那么下一个版本可能已经有了一个可以构建的框架。 新版本生命周期的开始并不取决于现有产品版本的某个特定阶段，但是取决于在增长和成熟过程中的各种市场因素，现实中一般随着新版本规模的扩大，老版本逐步退下来，两种版本产品的生产路径会形成一个相交曲线。
衰退
从产品的顶峰下落可能会令人感到和让产品销量上升一样困难。当产品开始衰落时，这时最初推出产品的兴奋感通常已经不在了，因此如何以理性的方式将产品退出时最需要面对的问题。也许在产品开发和成长的早期使用了小批量注塑成型，也许产品从来没有使用郭小批量注塑成型，而是直接从原型设计转移到大批量钢制模具上。无论是何种情况，准时制 (Just In Time) 制造正越来越频繁地被采用，被纳入到生产计划内。
在产品衰退，缩减规模的阶段也有可能会重新捡起数字化制造工具，从而使得客户能下达小批量订单，这样可以不需要存储大量的零件，有机会处理未使用的原材料，因为数字化制造可以很好满足按需小批量订购。降低产品衰退期间的风险是成功的产品生命周期规划不可或缺的一部分，因为它直接影响产品的损益表。
对于任何产品，在产品生命周期内塑造一个强有力的过程，并在此过程中采用正确的制造工艺，有助于增加一个产品的成功，创造更多的经济和社会价值。
