現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)

摘 要：制造生產(chǎn)模式的演變，促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的革命

關(guān)鍵詞：模式演變；現(xiàn)代；遠(yuǎn)程；云計(jì)算；機(jī)械設(shè)計(jì)；

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-3520（2014）-05-00232-01

從人類(lèi)制造生產(chǎn)模式的演變中我們看到，在19世紀(jì)末，制造業(yè)主要生產(chǎn)模式是“少品種單件小批生產(chǎn)”。當(dāng)時(shí)許多歐洲最先進(jìn)的企業(yè)都是采用手工作坊式的生產(chǎn)方式進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品甚至沒(méi)有兩件是完全相同的，原因在于它們所有的工場(chǎng)都不采用標(biāo)準(zhǔn)的圖紙和計(jì)量器具，裝配時(shí)，依靠裝配工的手工操作，修配零件，使單件產(chǎn)品之間配合良好。這種生產(chǎn)方式產(chǎn)量低，成本高，且成本不隨產(chǎn)量增加而下降，當(dāng)然無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

20世紀(jì)，隨著“公差配合與互換性”的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化與系列化的結(jié)合，自動(dòng)化被引入制造系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了機(jī)械自動(dòng)流水線(xiàn)生產(chǎn)，出現(xiàn)了“少品種大批量生產(chǎn)”的模式，制造業(yè)開(kāi)始了第一次生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)換。這種新的生產(chǎn)模式，帶給制造業(yè)一場(chǎng)重大變革，推動(dòng)了工業(yè)化的進(jìn)程和社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，為社會(huì)提供了大量的廉價(jià)產(chǎn)品，促進(jìn)了市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)大大提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品成本，但這些都是以犧牲產(chǎn)品的多樣性為代價(jià)的。大批量生產(chǎn)模式，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)主要表現(xiàn)為效率價(jià)格和質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)，它的規(guī)模效益使企業(yè)受益匪淺，在汽車(chē)、微電子器件及消費(fèi)電子產(chǎn)品等產(chǎn)量大的行業(yè)，以規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品和價(jià)格優(yōu)勢(shì)迅速擴(kuò)大在市場(chǎng)的占有份額。

但是，隨著社會(huì)進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，對(duì)產(chǎn)品的需求和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也從單純考慮產(chǎn)品的質(zhì)量、價(jià)格和功能的角度轉(zhuǎn)為產(chǎn)品的個(gè)性化多樣性、資源環(huán)境保護(hù)等，產(chǎn)品市場(chǎng)總的發(fā)展趨勢(shì)將從當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)化和大批量過(guò)渡到未來(lái)的多元化和私人訂制。市場(chǎng)的多變性和產(chǎn)品品種的多樣性對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)提出了挑戰(zhàn)。解決這對(duì)矛盾的出路只能是進(jìn)行生產(chǎn)模式的再次變革，最終又將過(guò)渡到能完全滿(mǎn)足用戶(hù)需求且性能價(jià)格比優(yōu)良的單件小批生產(chǎn)。

當(dāng)然，這種新的生產(chǎn)模式的推進(jìn)，有賴(lài)于科技進(jìn)步和各種現(xiàn)代技術(shù)方法，而最關(guān)鍵的是現(xiàn)代遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)手段。

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，信息革命已經(jīng)滲透至社會(huì)的方方面面，并迅速改變著各種產(chǎn)業(yè)和整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的面貌，拓展了制造業(yè)的廣度和深度，產(chǎn)生了一批新的制造哲理和制造技術(shù)，使制造業(yè)正發(fā)生著質(zhì)的飛躍。從概念到應(yīng)用之間的距離越來(lái)越短，未來(lái)的制造業(yè)在一定意義上將成為一種信息產(chǎn)業(yè)，用信息技術(shù)促進(jìn)未來(lái)制造業(yè)的改造已成為時(shí)代潮流。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用仿真、建模、虛擬和云計(jì)算等技術(shù)，提供三維可視交互環(huán)境，對(duì)從產(chǎn)品概念產(chǎn)生、設(shè)計(jì)到制造全過(guò)程進(jìn)行虛擬仿真模擬，在實(shí)際制造之前，預(yù)估產(chǎn)品的性能及可制造性，模擬產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)方法，大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)間，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。云計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，給現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)注入了新的生機(jī)和活力，機(jī)械設(shè)計(jì)逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。各制造企業(yè)可以充分利用云計(jì)算的國(guó)際互聯(lián)性和資源共享性，通過(guò)整合分散在各地域企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮各企業(yè)的局部?jī)?yōu)勢(shì)，不同專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可以不受地域的限制，在一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)上進(jìn)行異地的設(shè)計(jì)合作，實(shí)現(xiàn)信息的交流和共享，從而快速開(kāi)發(fā)出所需產(chǎn)品，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)結(jié)合多學(xué)科、多技術(shù)的研究領(lǐng)域，涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等諸多知識(shí)領(lǐng)域。從機(jī)械設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)，主要研究設(shè)計(jì)過(guò)程的建模、模擬裝配和設(shè)計(jì)優(yōu)化理論等。從計(jì)算機(jī)技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，應(yīng)研究對(duì)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)資源的組織和發(fā)布，使得這些資源能方便異地的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行查詢(xún)和調(diào)用，并提供設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員之間信息的交流和反饋平臺(tái)等。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程機(jī)械設(shè)計(jì)主要強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中，獲取設(shè)計(jì)知識(shí)的異地合作。目前我國(guó)部分企業(yè)間存在一些可以支持產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中設(shè)計(jì)知識(shí)獲取的資源，要使這些資源與企業(yè)外的資源以企業(yè)開(kāi)發(fā)某項(xiàng)產(chǎn)品的行為為中心組織在一起，共同為這個(gè)項(xiàng)目的完成進(jìn)行設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取工作。已有一些異地合作設(shè)計(jì)組織的新概念和關(guān)鍵技術(shù)研究，上海先進(jìn)制造技術(shù)中心與上海交通大學(xué)提供的快速成形制造中心的上網(wǎng)服務(wù)，同濟(jì)大學(xué)也與香港某些中小型企業(yè)進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)合作制造模具的試驗(yàn)。目前在國(guó)內(nèi)，正在進(jìn)行此類(lèi)研究的部門(mén)還有：以西安交通大學(xué)和國(guó)內(nèi)多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)共同參與建立的國(guó)內(nèi)第一個(gè)支持產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)的網(wǎng)站 - 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研究開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，旨在推進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，主要提供設(shè)計(jì)參數(shù)的獲取和建模，3D造型，模擬裝配等；以清華大學(xué)精密儀器系國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的基于云計(jì)算的異地遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 另外，國(guó)內(nèi)也有一些其他相關(guān)的網(wǎng)站，如：中國(guó)機(jī)械網(wǎng)、材料與制造綜合信息服務(wù)平臺(tái)等，它們都可以提供機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)據(jù)、制造工藝技術(shù)數(shù)據(jù)等，并把機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝技術(shù)、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)都實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。在其中的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)模塊中，用戶(hù)只須選取自己要使用的設(shè)計(jì)模塊，輸入適當(dāng)?shù)膮?shù)就可自動(dòng)設(shè)計(jì)出自己所需的零部件；在遠(yuǎn)程分析模塊中，實(shí)現(xiàn)了常用機(jī)構(gòu)的參數(shù)化仿真與分析。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)由于剛剛起步，像其它新興技術(shù)一樣還不夠完善。隨著3D技術(shù)，云計(jì)算技術(shù)及人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)的內(nèi)容必將越來(lái)越豐富，功能越來(lái)越強(qiáng)大，所提供的服務(wù)也將越來(lái)越完善?；谠朴?jì)算的遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用到數(shù)據(jù)庫(kù)中的許多信息，如設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的參數(shù)、圖表數(shù)據(jù)等。這些信息的存儲(chǔ)和管理均要數(shù)據(jù)庫(kù)作為支持。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心技術(shù)。同時(shí)，知識(shí)庫(kù)可以實(shí)現(xiàn)知識(shí)復(fù)雜問(wèn)題的求解評(píng)價(jià)和建議，可有效地進(jìn)行智能推理來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

總結(jié)：制造生產(chǎn)模式的演變同市場(chǎng)環(huán)境的變化息息相關(guān)。打破小單位和行業(yè)的局限，廣泛利用云技術(shù)，建立敏捷制造網(wǎng)絡(luò)化工程，加速制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與敏捷化，對(duì)于制造業(yè)本身的改造，地區(qū)信息港的建設(shè)，有十分重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。

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