現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計

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

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

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-05-00232-01

從人類制造生產(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)品甚至沒有兩件是完全相同的，原因在于它們所有的工場都不采用標(biāo)準(zhǔn)的圖紙和計量器具，裝配時，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)然無法滿足市場需求。

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，自動化被引入制造系統(tǒng)，開創(chuàng)了機(jī)械自動流水線生產(chǎn)，出現(xiàn)了“少品種大批量生產(chǎn)”的模式，制造業(yè)開始了第一次生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)換。這種新的生產(chǎn)模式，帶給制造業(yè)一場重大變革，推動了工業(yè)化的進(jìn)程和社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，為社會提供了大量的廉價產(chǎn)品，促進(jìn)了市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步。自動化生產(chǎn)線大大提高了產(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)品的多樣性為代價的。大批量生產(chǎn)模式，產(chǎn)品的競爭主要表現(xiàn)為效率價格和質(zhì)量的競爭，它的規(guī)模效益使企業(yè)受益匪淺，在汽車、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)品和價格優(yōu)勢迅速擴(kuò)大在市場的占有份額。

但是，隨著社會進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，對產(chǎn)品的需求和評價標(biāo)準(zhǔn)也從單純考慮產(chǎn)品的質(zhì)量、價格和功能的角度轉(zhuǎn)為產(chǎn)品的個性化多樣性、資源環(huán)境保護(hù)等，產(chǎn)品市場總的發(fā)展趨勢將從當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)化和大批量過渡到未來的多元化和私人訂制。市場的多變性和產(chǎn)品品種的多樣性對自動生產(chǎn)線提出了挑戰(zhàn)。解決這對矛盾的出路只能是進(jìn)行生產(chǎn)模式的再次變革，最終又將過渡到能完全滿足用戶需求且性能價格比優(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)計的開發(fā)手段。

隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，信息革命已經(jīng)滲透至社會的方方面面，并迅速改變著各種產(chǎn)業(yè)和整個社會經(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)用之間的距離越來越短，未來的制造業(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)未來制造業(yè)的改造已成為時代潮流。

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

現(xiàn)代遠(yuǎn)程機(jī)械設(shè)計是一個結(jié)合多學(xué)科、多技術(shù)的研究領(lǐng)域，涉及到機(jī)械設(shè)計及計算機(jī)技術(shù)等諸多知識領(lǐng)域。從機(jī)械設(shè)計的角度來說，主要研究設(shè)計過程的建模、模擬裝配和設(shè)計優(yōu)化理論等。從計算機(jī)技術(shù)角度來說，應(yīng)研究對現(xiàn)有的設(shè)計資源的組織和發(fā)布，使得這些資源能方便異地的設(shè)計人員進(jìn)行查詢和調(diào)用，并提供設(shè)計過程中設(shè)計人員之間信息的交流和反饋平臺等。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程機(jī)械設(shè)計主要強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)中，獲取設(shè)計知識的異地合作。目前我國部分企業(yè)間存在一些可以支持產(chǎn)品開發(fā)中設(shè)計知識獲取的資源，要使這些資源與企業(yè)外的資源以企業(yè)開發(fā)某項產(chǎn)品的行為為中心組織在一起，共同為這個項目的完成進(jìn)行設(shè)計知識的獲取工作。已有一些異地合作設(shè)計組織的新概念和關(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。目前在國內(nèi)，正在進(jìn)行此類研究的部門還有：以西安交通大學(xué)和國內(nèi)多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)共同參與建立的國內(nèi)第一個支持產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計的網(wǎng)站 - 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計與研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)，旨在推進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計，主要提供設(shè)計參數(shù)的獲取和建模，3D造型，模擬裝配等；以清華大學(xué)精密儀器系國家重點(diǎn)實驗室開發(fā)的基于云計算的異地遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)。 另外，國內(nèi)也有一些其他相關(guān)的網(wǎng)站，如：中國機(jī)械網(wǎng)、材料與制造綜合信息服務(wù)平臺等，它們都可以提供機(jī)械設(shè)計技術(shù)數(shù)據(jù)、制造工藝技術(shù)數(shù)據(jù)等，并把機(jī)械設(shè)計技術(shù)、制造工藝技術(shù)、遠(yuǎn)程設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)輔助設(shè)計都實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。在其中的機(jī)械設(shè)計技術(shù)模塊中，用戶只須選取自己要使用的設(shè)計模塊，輸入適當(dāng)?shù)膮?shù)就可自動設(shè)計出自己所需的零部件；在遠(yuǎn)程分析模塊中，實現(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)計的內(nèi)容必將越來越豐富，功能越來越強(qiáng)大，所提供的服務(wù)也將越來越完善。基于云計算的遠(yuǎn)程設(shè)計過程中需要用到數(shù)據(jù)庫中的許多信息，如設(shè)計過程中用到的參數(shù)、圖表數(shù)據(jù)等。這些信息的存儲和管理均要數(shù)據(jù)庫作為支持。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)的核心技術(shù)。同時，知識庫可以實現(xiàn)知識復(fù)雜問題的求解評價和建議，可有效地進(jìn)行智能推理來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

總結(jié)：制造生產(chǎn)模式的演變同市場環(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)實意義。

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