【中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) 技術(shù)前沿】 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?gòu)母拍钤O(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(guò)程并對(duì)外銷售。從過(guò)去產(chǎn)品全生命周期管理的角度來(lái)看這種流程沒(méi)有什么問(wèn)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(wú)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(lái)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(kāi)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(guò)程，以及產(chǎn)品在使用過(guò)程中反饋相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)改善原設(shè)計(jì)方案的過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)程中的知識(shí)積累下來(lái)，形成系列化產(chǎn)品開(kāi)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(lái)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(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)，提高仿真結(jié)果的置信度。

圖1SET**電動(dòng)輪礦車數(shù)字樣機(jī)（來(lái)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(guò)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(kāi)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(lái)滿足用戶多樣化的需求，形成系列化產(chǎn)品的開(kāi)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)程。

企業(yè)如果沒(méi)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(kāi)發(fā)能力，就無(wú)法形成系列化的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)來(lái)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(wú)從談起。

MBD/MBE設(shè)計(jì)信息與生產(chǎn)信息高度集成

MBD（基于模型的定義）可以將制造信息和設(shè)計(jì)信息（三維尺寸標(biāo)注及各種制造信息和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息）共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中，MBD不僅描述設(shè)計(jì)幾何信息而且定義了三維產(chǎn)品制造信息和非幾何的管理信息（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、PMI、BOM等)，使設(shè)計(jì)/制造廠之間的信息交換可不完全依賴信息系統(tǒng)的集成而保持有效的連接。MBD打破了設(shè)計(jì)制造的壁壘，使設(shè)計(jì)、制造特征能夠方便地被計(jì)算機(jī)和工程人員解讀，有效地解決了設(shè)計(jì)/制造一體化的問(wèn)題。

圖3基于模型定義MBD（圖片來(lái)源：PTC）

在將MBD模型作為統(tǒng)一的“工程語(yǔ)言”后，就可以進(jìn)一步推進(jìn)MBE（基于模型的企業(yè)）的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)模型中包含的數(shù)據(jù)信息能在工藝、制造環(huán)節(jié)有效傳遞，只有這樣才能夠使生產(chǎn)制造包括后續(xù)的過(guò)程實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化，使設(shè)計(jì)信息與生產(chǎn)信息完成高度集成，保障數(shù)字樣機(jī)和物理樣機(jī)中間各個(gè)環(huán)節(jié)的通路。

融合增材制造與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

區(qū)別于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)式設(shè)計(jì)模式，經(jīng)過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化的產(chǎn)品模型是在給定載荷、工況等約束條件下，滿足性能要求的最優(yōu)拓?fù)淠Ｐ停揖邆漭p量化的特點(diǎn)，是一種新型的設(shè)計(jì)方法。然而，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)只有在不考慮制造工藝約束時(shí)才具有更好的效果。因此，盡管工程師們通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化方法設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)獨(dú)特、高性能的產(chǎn)品模型，但往往因?yàn)榭芍圃煨詥?wèn)題而舍棄掉產(chǎn)品在輕量化、高性能上的優(yōu)勢(shì)。

圖4空中客車集團(tuán)的3D打印摩托車LightRider

但隨著增材制造技術(shù)的出現(xiàn)并逐步走向成熟應(yīng)用，能夠很好的解決了這一大難題。增材制造技術(shù)可以幫助企業(yè)按照最理想的結(jié)構(gòu)形式來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，使得產(chǎn)品“功能性優(yōu)先”變?yōu)榭赡堋Ｒ虼耍霾闹圃熳屚負(fù)鋬?yōu)化技術(shù)的價(jià)值得以完全的發(fā)揮。

可見(jiàn)，這種將拓?fù)鋬?yōu)化與增材制造技術(shù)融合的方法也是智能研發(fā)中的一個(gè)重要實(shí)現(xiàn)途徑之一，即通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化來(lái)確定和去除那些不影響零件剛性部位的材料，并在滿足功能和性能要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)輕量化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，再利用增材制造技術(shù)將這些傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)創(chuàng)新過(guò)程，并簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)制造整個(gè)流程，可以說(shuō)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)而言是個(gè)顛覆性的轉(zhuǎn)變。

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的設(shè)計(jì)評(píng)審

虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是銜接虛擬產(chǎn)品和真實(shí)產(chǎn)品實(shí)物之間的橋梁，通過(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在產(chǎn)品的初創(chuàng)階段就能夠?qū)Ξa(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案和產(chǎn)品的相關(guān)屬性信息進(jìn)行直觀的展示和體驗(yàn)，使整個(gè)設(shè)計(jì)評(píng)審過(guò)程更便捷和有效，同時(shí)能夠更直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題。另外，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，還能夠進(jìn)行逼真的產(chǎn)品虛擬使用和維修培訓(xùn)，以及為用戶提供沉浸式體驗(yàn)，幫助用戶提前感受企業(yè)智能產(chǎn)品的獨(dú)特魅力。

圖5虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于汽車設(shè)計(jì)

建立基于云端的廣域協(xié)同研發(fā)

在智能研發(fā)中，企業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)將會(huì)由單向的技術(shù)創(chuàng)新、生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)體系投放市場(chǎng)，等待客戶體驗(yàn)，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)主動(dòng)與用戶服務(wù)的終端接觸，進(jìn)行良性互動(dòng)，協(xié)同開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，技術(shù)創(chuàng)新的主體將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩簟Ｆ鋭?chuàng)新、意識(shí)、需求貫穿生產(chǎn)鏈，影響著設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)的決策。

設(shè)計(jì)師將會(huì)成為在消費(fèi)端、使用端、生產(chǎn)端之間的匯集各方資源的組織者，不在這個(gè)生產(chǎn)鏈巨大網(wǎng)絡(luò)下起到推動(dòng)作用，不再獨(dú)立包攬所有的產(chǎn)品創(chuàng)新工作。智能研發(fā)將會(huì)是基于云端與供應(yīng)商、合作伙伴、客戶進(jìn)行協(xié)同研發(fā)，讓所有人都能夠參與到開(kāi)放式的創(chuàng)新中來(lái)。

作為擁有互聯(lián)網(wǎng)基因的協(xié)同設(shè)計(jì)云平臺(tái)，OrangeCDS面向工業(yè)制造、軟件與信息化、智能生活等主要領(lǐng)域，專注于研發(fā)設(shè)計(jì)大協(xié)作，在線匯聚了全球各具專業(yè)技能的工業(yè)設(shè)計(jì)師、研發(fā)工程師進(jìn)入智力庫(kù)，快速組織開(kāi)展大規(guī)模協(xié)同作業(yè)，能夠幫助制造企業(yè)客戶高效便捷完成工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)。

有項(xiàng)目亟待解決的需求方，可以在OrangeCDS平臺(tái)上隨時(shí)提交需求、委托免費(fèi)發(fā)布；OrangeCDS接收后，會(huì)通過(guò)及時(shí)匹配，推送給有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的智力庫(kù)解決方，并進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)方案分析，來(lái)快速幫助需求方物色優(yōu)質(zhì)解決方，且全程協(xié)作進(jìn)度管控。還通過(guò)協(xié)同研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境和專業(yè)項(xiàng)目經(jīng)理，來(lái)幫助需求方降低項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的管控風(fēng)險(xiǎn)。為需求方節(jié)省大量時(shí)間精力成本，快速解決問(wèn)題。

基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的閉環(huán)產(chǎn)品研發(fā)

有賴于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品上安裝傳感器，就可以基于物聯(lián)網(wǎng)收集的產(chǎn)品運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行性能、質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，工程技術(shù)人員將更加了解當(dāng)前產(chǎn)品的軟硬件運(yùn)行狀況。

圖6通過(guò)增強(qiáng)型虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)感知的數(shù)據(jù)（來(lái)源PTC）

另外，基于大數(shù)據(jù)分析和智能優(yōu)化對(duì)搜集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分析、編程，也可以明確在以往產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，繼而在下一代產(chǎn)品研發(fā)中改進(jìn)設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品能夠不斷的動(dòng)態(tài)優(yōu)化來(lái)改善用戶的體驗(yàn)，持續(xù)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和功能。

物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用，正從速度、廣度上深刻影響著工業(yè)科技創(chuàng)新的方方面面。智能時(shí)代，工業(yè)正被不斷重塑。橙色云兩年前組建了一支全球化的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)，致力于打造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)Uni-link，以此作為強(qiáng)有力的助手，幫助更多行業(yè)應(yīng)用切實(shí)創(chuàng)新落地。

Uni-link借助大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等，實(shí)現(xiàn)了信息發(fā)布、線上并網(wǎng)、電費(fèi)結(jié)算、光伏運(yùn)維、光伏金融等核心功能的全流程貫通。支持多種工業(yè)設(shè)備、工業(yè)服務(wù)、工業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的接入，通過(guò)主流的工業(yè)協(xié)議及物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，借助通訊網(wǎng)絡(luò)，建立現(xiàn)場(chǎng)與平臺(tái)之間安全穩(wěn)定的雙向連接，提供遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備管理、可視化等多項(xiàng)服務(wù)，并為客戶定制解決方案，進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用落地。目前聚焦于智能制造、智慧樓宇、智慧熱網(wǎng)等領(lǐng)域。

總體來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)智能研發(fā)是一個(gè)復(fù)雜而漫長(zhǎng)的過(guò)程，上述的幾大要素的實(shí)施也是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。企業(yè)除了要建立完善的研發(fā)體系以外，還應(yīng)通過(guò)信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期中數(shù)據(jù)流的自動(dòng)化，以用戶為中心，通過(guò)智能研發(fā)構(gòu)造出智能互聯(lián)的產(chǎn)品，并形成系列化的產(chǎn)品生態(tài)圈，將用戶的需求、使用等信息與產(chǎn)品研發(fā)緊密地聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)閉環(huán)持續(xù)優(yōu)化的產(chǎn)品研發(fā)及服務(wù)體系。