淺析智能研發(fā)當(dāng)中的關(guān)鍵要素

在智能制造體系架構(gòu)中，作為先進(jìn)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的源泉，智能研發(fā)是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。就傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造業(yè)務(wù)模式而言，從需求調(diào)研、競(jìng)品分析，市場(chǎng)調(diào)研等方面獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求，然后再從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)，并將詳細(xì)設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)變成可制造的工藝流程和生產(chǎn)流程，最后完成產(chǎn)品的制造過程并對(duì)外銷售。從過去產(chǎn)品全生命周期管理的角度來看這種流程沒有什么問題，并且這種串行的研發(fā)制造流程也是目前制造企業(yè)的主流模式。

但隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、增材制造、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新興技術(shù)不斷的涌現(xiàn)并逐步走向成熟應(yīng)用，這種流程就顯得有些僵化和缺乏靈活性，無法對(duì)技術(shù)的更新?lián)Q代和客戶需求做出快速響應(yīng)，而且也很難適應(yīng)企業(yè)未來智能制造體系建設(shè)與發(fā)展的需求。

所以企業(yè)要想進(jìn)行智能制造轉(zhuǎn)型，首先必須要從產(chǎn)品創(chuàng)新根源上做起，將串行研發(fā)流程轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)用戶需求持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)智能研發(fā)流程，感知用戶需求并靈活做出調(diào)整，同時(shí)融入智能制造相關(guān)新興使能技術(shù)，形成從用戶到用戶的產(chǎn)品研發(fā)循環(huán)。即在產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求分析階段就開始進(jìn)行市場(chǎng)與用戶相關(guān)數(shù)據(jù)分析，這其中包含用戶直接參與基于自身喜好的產(chǎn)品定制過程，以及產(chǎn)品在使用過程中反饋相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)來指導(dǎo)改善原設(shè)計(jì)方案的過程，形成一個(gè)往復(fù)循環(huán)持續(xù)優(yōu)化的智能研發(fā)過程。

該流程體現(xiàn)了設(shè)計(jì)歷史上從為用戶設(shè)計(jì)，到幫助用戶設(shè)計(jì)，到用戶為自己設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變。所以，智能研發(fā)必須建立在從設(shè)計(jì)信息、生產(chǎn)信息、用戶使用及反饋信息的高度智能化集成基礎(chǔ)上，從智能化的需求產(chǎn)生到基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)獲得的過程，從智能化的用戶參與式設(shè)計(jì)到能夠直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)信息并被執(zhí)行。要想實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)變，智能研發(fā)必須要有以下幾大要素的支撐才能得以實(shí)現(xiàn)：

建立統(tǒng)一的多學(xué)科協(xié)同研發(fā)平臺(tái)

首先針對(duì)智能產(chǎn)品開發(fā)一般都是跨越多個(gè)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域和具有多種關(guān)鍵技術(shù)特征的，涉及多學(xué)科跨專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域高度交叉與融合。同時(shí)，用戶的多樣化需求也使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能變得非常復(fù)雜，IT嵌入式軟件技術(shù)也逐漸成為產(chǎn)品的核心部分，需要機(jī)、電、軟等多個(gè)學(xué)科的協(xié)同配合。

這就需要企業(yè)建立一個(gè)可以融合企業(yè)內(nèi)部所有不同專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域研發(fā)系統(tǒng)和工具的頂層架構(gòu)，形成一個(gè)可以全面管理產(chǎn)品生命周期中所有專業(yè)研發(fā)要素的統(tǒng)一的多學(xué)科協(xié)同研發(fā)平臺(tái)。

平臺(tái)除了可以管理各專業(yè)圖紙、工藝和材料信息以外，還可以管理產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、指標(biāo)這些特性類數(shù)據(jù)及其生成過程，并能集成程序設(shè)計(jì)與管理、仿真、優(yōu)化、創(chuàng)新、質(zhì)量等工具，使研發(fā)體系可以快速高效地應(yīng)用這些工具，從而進(jìn)行差異性、高性能、高品質(zhì)的產(chǎn)品智能研發(fā)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，再采用知識(shí)工程將企業(yè)研發(fā)過程中的知識(shí)積累下來，形成系列化產(chǎn)品開發(fā)的能力。

建立數(shù)字化樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)仿真驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新

在智能研發(fā)階段中，必須要建立產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)，用來支持總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)等協(xié)同設(shè)計(jì)工作，支持項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)進(jìn)行并行產(chǎn)品開發(fā)。

建立數(shù)字樣機(jī)的主要作用包括分析數(shù)字樣機(jī)模型具有正確的公差尺寸，干涉檢查等，同時(shí)還有重量特性分析、運(yùn)動(dòng)分析和人機(jī)功效分析。同時(shí)，數(shù)字樣機(jī)還能夠提供產(chǎn)品裝配分析的數(shù)據(jù)信息，這包括裝配單元信息、裝配層次信息等，以保證對(duì)產(chǎn)品的裝配順序、裝配路徑、裝配時(shí)的人機(jī)性、裝配工序和工時(shí)等進(jìn)行仿真。數(shù)字樣機(jī)還可以進(jìn)行工藝性評(píng)估，包括加工方法、加工精度、刀路軌跡等，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣機(jī)的CAM仿真和基于三維數(shù)字樣機(jī)的工藝規(guī)劃。

數(shù)字樣機(jī)在產(chǎn)品的銷售階段也有非常重要的作用，它能夠?yàn)楫a(chǎn)品宣傳提供逼真的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。通過三維模型的輕量化技術(shù)，企業(yè)可以便捷、靈活的利用原始數(shù)字樣機(jī)模型為產(chǎn)品培訓(xùn)提供分解圖、原理圖，還可以提供近似產(chǎn)品的快速變型與派生設(shè)計(jì)，以滿足市場(chǎng)報(bào)價(jià)和快速組織投標(biāo)和生產(chǎn)的需要。

另外，在基于數(shù)字化樣機(jī)的基礎(chǔ)上，企業(yè)還可以建立虛擬樣機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)集成和仿真驗(yàn)證，可以通過仿真減少實(shí)物試驗(yàn)，降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，完成仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。同時(shí)還可以將仿真技術(shù)與試驗(yàn)管理結(jié)合起來，提高仿真結(jié)果的置信度。

圖1 SET**電動(dòng)輪礦車數(shù)字樣機(jī)（來源：三一重工）

除此以外，為了保障產(chǎn)品的可靠性，還必須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前期就充分考慮工藝規(guī)劃、制造、裝配、檢驗(yàn)、銷售、使用、維修到產(chǎn)品的報(bào)廢等產(chǎn)品全生命周期過程中的各項(xiàng)工程要素。利用并行工程和DFX技術(shù)，在設(shè)計(jì)階段盡可能早地針對(duì)不同階段中產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、可制造性、可裝配性、可測(cè)試性、產(chǎn)品服務(wù)和價(jià)格等因素進(jìn)行綜合評(píng)估，從而優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì) 形成系列化產(chǎn)品開發(fā)能力

以用戶為中心的智能研發(fā)就必然會(huì)面臨用戶需求的多樣性，這就要求企業(yè)必須有靈活多變的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)能力來滿足用戶多樣化的需求，形成系列化產(chǎn)品的開發(fā)能力，然而這樣就會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造各個(gè)過程中的數(shù)據(jù)大量增加。

圖2 柳工集團(tuán)的輪式裝載機(jī)模塊化實(shí)踐（來源：顧新建教授產(chǎn)品創(chuàng)新模塊化設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐的演講）

在這種狀態(tài)下，產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，模塊化就是為滿足不同需要，以標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，通過分解、集合手段，把復(fù)雜系統(tǒng)分解為相互獨(dú)立的具有特定功能的標(biāo)準(zhǔn)化模塊，再通過標(biāo)準(zhǔn)的接口把各獨(dú)立的模塊聯(lián)結(jié)為一個(gè)完整系統(tǒng)的過程。

企業(yè)如果沒有做產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化方面的工作，缺乏了基于用戶需求的定制開發(fā)能力，就無法形成系列化的產(chǎn)品開發(fā)來滿足客戶對(duì)產(chǎn)品的多樣化需求以及產(chǎn)品自身生態(tài)體系的建設(shè)，智能研發(fā)也就無從談起。