产品开发中实体原型的关键要素

任何产品开发始于产品设计。概念设计随后转化为实体原型。实体原型开发是新产品或新技术开发的必要步骤，通常由系统分析师制作以评估和测试设计。

实体原型可以是简单的手工模型，也可以是完全可操作、能反映概念设计如何对应真实条件的模型。如今，随着各种快速原型技术的引入，实体原型易于制造，既节省时间又具成本效益，能在更短时间内制造大量有效原型，因美观和精加工更好吸引大量客户。

实体原型类型

工作原型是代表概念设计所有特征的实体原型。工作原型功能完整，能对应真实条件。

外观原型仅为展示概念设计的外观、尺寸和形状而开发，不打算展示概念设计的功能性。

功能原型类似工作原型，不同在于功能原型可能以不同于原产品的比例和技术开发。

此类实体原型提供足够的待开发产品信息，供研究人员进一步研究使用。
快速原型：实体原型开发

原型开发通常由制造商采用快速原型技术完成。这些技术具成本效益、节省时间。此外，这些技术生产的原型有效且因美观性吸引人。这些快速原型技术正在工业界留下印记，是一场革命。产品制造通常利用CAD模型数据，通过3D打印机或其他增材层制造技术完成。

3D打印是当今常见快速原型技术，利用CAD模型数据，在计算机控制下固化材料形成实体原型。3D打印机因材料易得且比其他制造技术便宜，在家庭和工业客户中普及。

现代建模软件也助力快速原型。该软件将CAD模型保存为AMF格式而非STL格式，产生错误更少。界面用户友好，便于用户设计。

CNC机床也被制造商用于将概念模型转化为实体原型。它是数控机床，用G代码和M代码进行切削、钻孔、镗削等制造操作。CAD模型通过CAM软件转换为制造指令。指令转换为G代码和M代码使机床能生产高精度实体原型。现代CNC机床采用5轴，使刀具可同时沿5个不同轴移动，从而生产高效精准零件。

3D打印机和CNC的区别在于制造材料。CNC通常用于金属原型，3D打印机通常用ABS、PLA和软PLA开发实体原型。此外，典型3D打印机占用空间远小于CNC、车床或精密磨床，更适合制造商。但快速原型技术选择通常取决于实体原型材料选择。其他采用的快速原型技术包括：

产品开发前开发实体原型是必要的。原型有助于确定未来产品开发的许多因素，如下所述：

实际生产前开发实体原型，使制造商能预见制造操作中可能出现的困难。因此可编辑或移除任何制造操作，将生产成本降至最低。并使制造商选择开发产品的最优方法，以最低成本生产无误差、精准产品。

概念设计可能与实际产品不同，给制造商带来许多问题。可通过快速原型技术先创建实体原型，在真实条件下测试概念设计。这使制造商能评审所有零件并相应修改设计。此外，每个零件可在真实条件下评估测试，便于制造商预见产品制造后可能出现的困难。

实体原型比单纯设计更能吸引客户。用原型向客户解释产品比设计更容易。客户通过功能原型了解产品隐藏特性。此外，快速原型技术带来的实体原型美观性易吸引更多客户。因此可在生产前预测产品销量。

新设计或产品易申请专利。手握实体原型，易判断设计哪些特征可申请专利、哪些部分需编辑才可申请。这保护制造商免受因与已获专利产品相似而被起诉。此外，向专利律师描述关键特征用实体原型比概念设计容易得多，便于申请专利。

尽管工程师和开发者竭力缩小原型与实际产品差异。但总体上，原型在材料、加工工艺、外观等方面可能与实际产品不同。

最终产品材料昂贵且难加工，所以原型通常用易加工但性质与最终产品材料相同的材料。某些情况下最终产品材料不可得，原型用相同材料。材料差异可能改变最终产品外观和精加工与原型的对比。

最终产品常大批量生产，制造工艺可能不同，最终产品常用具成本效益、节省时间的大规模生产方法。此工艺常不能用于原型，因材料常不同。此外，最终产品制造工艺可能复杂，原型常用简单技术生产。这也可能导致最终产品与原型外观差异。

原型和最终产品的质量检验技术也可能不同。拟上市销售的最终产品经过各种质量检验测试。而实体原型因材料和制造技术差异，不以相同方式检验。

显然，实体原型开发是当今工业必需过程，旨在制造阶段前评估测试设计。此外，实体原型预测制造成本和工艺中可能出现的困难，使制造商选择最优成本效益方法。

实体原型比概念设计更吸引客户。随着软件和快速原型技术发展，在更短时间、更高精度下生产原型不再困难。虽与实际产品略有差异，但在现代工业中对产品销售有效。

制造工艺