在智能制造體系架構(gòu)中,作為先進(jìn)制造業(yè)核心競爭力的源泉,智能研發(fā)是其中一個重要環(huán)節(jié)。就傳統(tǒng)的設(shè)計制造業(yè)務(wù)模式而言,從需求調(diào)研、競品分析,市場調(diào)研等方面獲取產(chǎn)品設(shè)計需求,然后再從概念設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計,并將詳細(xì)設(shè)計方案轉(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)計需求分析階段就開始進(jìn)行市場與用戶相關(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)運行數(shù)據(jù)來指導(dǎo)改善原設(shè)計方案的過程,形成一個往復(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)計歷史上從為用戶設(shè)計,到幫助用戶設(shè)計,到用戶為自己設(shè)計的轉(zhuǎn)變。所以,智能研發(fā)必須建立在從設(shè)計信息、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)計數(shù)據(jù)獲得的過程,從智能化的用戶參與式設(shè)計到能夠直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)信息并被執(zhí)行。要想實現(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現(xiàn):
建立統(tǒng)一的多學(xué)科協(xié)同研發(fā)平臺
首先針對智能產(chǎn)品開發(fā)一般都是跨越多個專業(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,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、軟等多個學(xué)科的協(xié)同配合。
這就需要企業(yè)建立一個可以融合企業(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。
平臺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)。在這個基礎(chǔ)上,再采用知識工程將企業(yè)研發(fā)過程中的知識積累下來,形成系列化產(chǎn)品開發(fā)的能力。
建立數(shù)字化樣機(jī),實現(xiàn)仿真驅(qū)動創(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、結(jié)構(gòu)設(shè)計,工藝設(shè)計等協(xié)同設(shè)計工作,支持項目團(tuán)隊進(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,同時還有重量特性分析、運動分析和人機(jī)功效分析。同時,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,以保證對產(chǎn)品的裝配順序、裝配路徑、裝配時的人機(jī)性、裝配工序和工時等進(jìn)行仿真。數(shù)字樣機(jī)還可以進(jìn)行工藝性評估,包括加工方法、加工精度、刀路軌跡等,實現(xiàn)對樣機(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,它能夠為產(chǎn)品宣傳提供逼真的動態(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,以滿足市場報價和快速組織投標(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)集成和仿真驗證,可以通過仿真減少實物試驗,降低研發(fā)成本,縮短研發(fā)周期,完成仿真驅(qū)動設(shè)計。同時還可以將仿真技術(shù)與試驗管理結(jié)合起來,提高仿真結(jié)果的置信度。
除此以外,為了保障產(chǎn)品的可靠性,還必須在產(chǎn)品設(shè)計的前期就充分考慮工藝規(guī)劃、制造、裝配、檢驗、銷售、使用、維修到產(chǎn)品的報廢等產(chǎn)品全生命周期過程中的各項工程要素。利用并行工程和DFX技術(shù),在設(shè)計階段盡可能早地針對不同階段中產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、可制造性、可裝配性、可測試性、產(chǎn)品服務(wù)和價格等因素進(jìn)行綜合評估,從而優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計,保障產(chǎn)品質(zhì)量。
采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計 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,然而這樣就會直接導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計、工藝、制造各個過程中的數(shù)據(jù)大量增加。
在這種狀態(tài)下,產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計就顯得尤為重要,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)的接口把各獨立的模塊聯(lián)結(jié)為一個完整系統(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。
MBD/MBE 設(shè)計信息與生產(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/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)計制造的壁壘,使設(shè)計、制造特征能夠方便地被計算機(jī)和工程人員解讀,有效地解決了設(shè)計/制造一體化的問題。
在將MBD模型作為統(tǒng)一的“工程語言”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)的過程實現(xiàn)高度的自動化,使設(shè)計信息與生產(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
區(qū)別于傳統(tǒng)的經(jīng)驗式設(shè)計模式,經(jīng)過拓?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,是一種新型的設(shè)計方法。然而,拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)只有在不考慮制造工藝約束時才具有更好的效果。因此,盡管工程師們通過拓?fù)鋬?yōu)化方法設(shè)計出了結(jié)構(gòu)獨特、高性能的產(chǎn)品模型,但往往因為可制造性問題而舍棄掉產(chǎn)品在輕量化、高性能上的優(yōu)勢。
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)形式來設(shè)計產(chǎn)品,使得產(chǎn)品 “功能性優(yōu)先”變?yōu)榭赡?。因此,增材制造讓拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的價值得以完全的發(fā)揮。
可見,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)中的一個重要實現(xiàn)途徑之一,即通過拓?fù)鋬?yōu)化來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)上實現(xiàn)輕量化的創(chuàng)新設(shè)計,再利用增材制造技術(shù)將這些傳統(tǒng)制造工藝無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造出來,從而實現(xiàn)整個創(chuàng)新過程,并簡化了設(shè)計制造整個流程,可以說對傳統(tǒng)制造業(yè)而言是個顛覆性的轉(zhuǎn)變。
應(yīng)用虛擬現(xiàn)實及增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)計評審
虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)是銜接虛擬產(chǎn)品和真實產(chǎn)品實物之間的橋梁,通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實和增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù),在產(chǎn)品的初創(chuàng)階段就能夠?qū)Ξa(chǎn)品的設(shè)計方案和產(chǎn)品的相關(guān)屬性信息進(jìn)行直觀的展示和體驗,使整個設(shè)計評審過程更便捷和有效,同時能夠更直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中存在的問題。另外,在虛擬現(xiàn)實環(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,幫助用戶提前感受企業(yè)智能產(chǎn)品的獨特魅力。
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,等待客戶體驗,逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)主動與用戶服務(wù)的終端接觸,進(jìn)行良性互動,協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品,技術(shù)創(chuàng)新的主體將會轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩?。其?chuàng)新、意識、需求貫穿生產(chǎn)鏈,影響著設(shè)計以及生產(chǎn)的決策。
設(shè)計師將會成為在消費端、使用端、生產(chǎn)端之間的匯集各方資源的組織者,不在這個生產(chǎn)鏈巨大網(wǎng)絡(luò)下起到推動作用,不再獨立包攬所有的產(chǎn)品創(chuàng)新工作。智能研發(fā)將會是基于云端與供應(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放式的創(chuàng)新中來。
作為擁有互聯(lián)網(wǎng)基因的協(xié)同設(shè)計云平臺,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)計師、研發(fā)工程師進(jìn)入智力庫,快速組織開展大規(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。
有項目亟待解決的需求方,可以在OrangeCDS平臺上隨時提交需求、委托免費發(fā)布;OrangeCDS接收后,會通過及時匹配,推送給有相關(guān)經(jīng)驗的智力庫解決方,并進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)方案分析,來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。還通過協(xié)同研發(fā)設(shè)計環(huán)境和專業(yè)項目經(jīng)理,來幫助需求方降低項目實施過程中的管控風(fēng)險。為需求方節(jié)省大量時間精力成本,快速解決問題。
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)、云計算技術(shù)的發(fā)展,通過對產(chǎn)品上安裝傳感器,就可以基于物聯(lián)網(wǎng)收集的產(chǎn)品運行數(shù)據(jù),對產(chǎn)品進(jìn)行性能、質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)控,工程技術(shù)人員將更加了解當(dāng)前產(chǎn)品的軟硬件運行狀況。
另外,基于大數(shù)據(jù)分析和智能優(yōu)化對搜集到的海量數(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)過程中出現(xiàn)的問題,繼而在下一代產(chǎn)品研發(fā)中改進(jìn)設(shè)計,使產(chǎn)品能夠不斷的動態(tài)優(yōu)化來改善用戶的體驗,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)專項團(tuán)隊,致力于打造工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺Uni-link,以此作為強(qiáng)有力的助手,幫助更多行業(yè)應(yīng)用切實創(chuàng)新落地。
Uni-link借助大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等,實現(xiàn)了信息發(fā)布、線上并網(wǎng)、電費結(jié)算、光伏運維、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)場與平臺之間安全穩(wěn)定的雙向連接,提供遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、設(shè)備管理、可視化等多項服務(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。
總體來說,實現(xiàn)智能研發(fā)是一個復(fù)雜而漫長的過程,上述的幾大要素的實施也是一個非常復(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)通過信息化技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期中數(shù)據(jù)流的自動化,以用戶為中心,通過智能研發(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,形成一個閉環(huán)持續(xù)優(yōu)化的產(chǎn)品研發(fā)及服務(wù)體系。
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