現(xiàn)代機械設計

摘 要：制造生產(chǎn)模式的演變，促進現(xiàn)代機械設計的革命

關鍵詞：模式演變；現(xiàn)代；遠程；云計算；機械設計；

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：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世紀末，制造業(yè)主要生產(chǎn)模式是“少品種單件小批生產(chǎn)”。當時許多歐洲最先進的企業(yè)都是采用手工作坊式的生產(chǎn)方式進行生產(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準的圖紙和計量器具，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，當然無法滿足市場需求。

20世紀，隨著“公差配合與互換性”的發(fā)展，標準化與系列化的結合，自動化被引入制造系統(tǒng)，開創(chuàng)了機械自動流水線生產(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)化的進程和社會經(jīng)濟高速發(fā)展，為社會提供了大量的廉價產(chǎn)品，促進了市場經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步。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)勢迅速擴大在市場的占有份額。

但是，隨著社會進步和人們生活水平的不斷提高，對產(chǎn)品的需求和評價標準也從單純考慮產(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)境保護等，產(chǎn)品市場總的發(fā)展趨勢將從當今的標準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)。

當然，這種新的生產(chǎn)模式的推進，有賴于科技進步和各種現(xiàn)代技術方法，而最關鍵的是現(xiàn)代遠程設計的開發(fā)手段。

隨著計算機和網(wǎng)絡技術高速發(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，使制造業(yè)正發(fā)生著質(zhì)的飛躍。從概念到應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)，用信息技術促進未來制造業(yè)的改造已成為時代潮流。

現(xiàn)代遠程設計，綜合運用仿真、建模、虛擬和云計算等技術，提供三維可視交互環(huán)境，對從產(chǎn)品概念產(chǎn)生、設計到制造全過程進行虛擬仿真模擬，在實際制造之前，預估產(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)品設計時間，降低產(chǎn)品開發(fā)成本。云計算技術的飛速發(fā)展，給現(xiàn)代機械設計注入了新的生機和活力，機械設計逐漸向數(shù)字化、網(wǎng)絡化方向發(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)的技術優(yōu)勢，發(fā)揮各企業(yè)的局部優(yōu)勢，不同專業(yè)的技術人員可以不受地域的限制，在一個統(tǒng)一平臺上進行異地的設計合作，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)品設計的一次成功率。

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

現(xiàn)代遠程機械設計主要強調(diào)在產(chǎn)品設計和開發(fā)中，獲取設計知識的異地合作。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行設計知識的獲取工作。已有一些異地合作設計組織的新概念和關鍵技術研究，上海先進制造技術中心與上海交通大學提供的快速成形制造中心的上網(wǎng)服務，同濟大學也與香港某些中小型企業(yè)進行了聯(lián)網(wǎng)合作制造模具的試驗。目前在國內(nèi)，正在進行此類研究的部門還有：以西安交通大學和國內(nèi)多家企業(yè)和研究機構共同參與建立的國內(nèi)第一個支持產(chǎn)品協(xié)同設計的網(wǎng)站 - 現(xiàn)代產(chǎn)品設計與研究開發(fā)網(wǎng)絡，旨在推進現(xiàn)代機械產(chǎn)品設計，主要提供設計參數(shù)的獲取和建模，3D造型，模擬裝配等；以清華大學精密儀器系國家重點實驗室開發(fā)的基于云計算的異地遠程設計系統(tǒng)。 另外，國內(nèi)也有一些其他相關的網(wǎng)站，如：中國機械網(wǎng)、材料與制造綜合信息服務平臺等，它們都可以提供機械設計技術數(shù)據(jù)、制造工藝技術數(shù)據(jù)等，并把機械設計技術、制造工藝技術、遠程設計技術、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、計算機輔助設計都實現(xiàn)了網(wǎng)絡化。在其中的機械設計技術模塊中，用戶只須選取自己要使用的設計模塊，輸入適當?shù)膮?shù)就可自動設計出自己所需的零部件；在遠程分析模塊中，實現(xiàn)了常用機構的參數(shù)化仿真與分析。

現(xiàn)代遠程設計由于剛剛起步，像其它新興技術一樣還不夠完善。隨著3D技術，云計算技術及人工智能技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代遠程設計的內(nèi)容必將越來越豐富，功能越來越強大，所提供的服務也將越來越完善。基于云計算的遠程設計過程中需要用到數(shù)據(jù)庫中的許多信息，如設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)庫技術是遠程設計系統(tǒng)的核心技術。同時，知識庫可以實現(xiàn)知識復雜問題的求解評價和建議，可有效地進行智能推理來進行優(yōu)化設計。

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

參考文獻：

【1】曾國屏.靈捷制造，山東教育出版社，1996

【2】謝友柏.分布式設計知識資源的建設和運用，中國機械工程，1998，9（2）

【3】張曙等.可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)模式 分散網(wǎng)絡化生產(chǎn)系統(tǒng)，中國機械工程，1998，9

【4】劉敏等.CIMS環(huán)境下Intranet網(wǎng)絡系統(tǒng)方案的研究，中國機械工程，1999.2

【5】高福友.Web數(shù)據(jù)庫交互式動態(tài)訪問技術分析與比較.電腦開發(fā)與應用..2005