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    工業智能制造時代的智慧研發

    發布時間:2018-10-19 14:49:00  瀏覽次數:

         企業要想進行智能制造轉型,首先必須要從產品創新根源上做起,將串行研發流程轉變為根據用戶需求持續改進的閉環智慧研發流程,感知用戶需求并靈活做出調整,同時融入智能制造相關新興使能技術,形成從用戶到用戶的產品研發循環。即在產品設計需求分析階段就開始進行市場與用戶相關數據分析,這其中包含用戶直接參與基于自身喜好的產品定制過程,以及產品在使用過程中反饋相關運行數據來指導改善原設計方案的過程,形成一個往復循環持續優化的智慧研發過程。

         智慧研發的提出以系統工程和精益研發為理論背景,以智能科技在近幾年的發展為技術背景,伴隨工業4.0、工業互聯網、智能制造、智慧軍工、智慧院所的相繼提出,智慧研發概念也隨即產生?;诎彩纴喬珜ο到y工程和精益研發的研究發展,我們將智慧研發定義為精益研發的智慧化發展,是智能科技和知識工程深度融合的精益研發體系。          

         一、智慧研發的總體特征

         智慧研發是與智能制造相適應的研發體系,就是以智慧研發為基礎,以云計算、大數據、物聯網等現代智能科技為手段,實現產品研發體系的智慧化和所研制產品的智能化。

         基于以上的理解,可以給智慧研發的總體特征做了如下描述:以知識為基礎、以仿真為驅動、以質量為目標,持續創新,不斷開發新產品、新服務,基于智能科學的理論、技術、方法和信息,采用自動化和數字化技術與工具,利用云計算、物聯網、大數據等手段,整合和優化利用各類內外部資源,實現信息流、物資流、資金流、知識流、服務流的高度集成與融合。

         二、智慧研發體系框架

               上圖給出了智慧研發的體系概覽。這是一個基于系統工程的研發體系,包含綜合設計、知識工程和過程質量等核心子體系,可幫助企業實現研發模式轉型,建立正向設計能力,同時規劃未來智慧工廠建設路線。以智慧研發為抓手,可以建設面向智能制造時代的現代工業研發體系。

         三、智慧研發的特點

         1.建立統一的多學科協同研發平臺

         首先針對智能產品開發一般都是跨越多個專業技術領域和具有多種關鍵技術特征的,涉及多學科跨專業技術領域高度交叉與融合。同時,用戶的多樣化需求也使產品結構和功能變得非常復雜,IT嵌入式軟件技術也逐漸成為產品的核心部分,需要機、電、軟等多個學科的協同配合。

         這就需要企業建立一個可以融合企業內部所有不同專業學科領域研發系統和工具的頂層架構,形成一個可以全面管理產品生命周期中所有專業研發要素的統一的多學科協同研發平臺。

         2.建立數字化樣機,實現仿真驅動創新

         在智慧研發階段中,必須要建立產品的數字樣機,用來支持總體設計、結構設計,工藝設計等協同設計工作,支持項目團隊進行并行產品開發。

         建立數字樣機的主要作用包括分析數字樣機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、運動分析和人機功效分析。同時,數字樣機還能夠提供產品裝配分析的數據信息,這包括裝配單元信息、裝配層次信息等,以保證對產品的裝配順序、裝配路徑、裝配時的人機性、裝配工序和工時等進行仿真。數字樣機還可以進行工藝性評估,包括加工方法、加工精度、刀路軌跡等,實現對樣機的CAM仿真和基于三維數字樣機的工藝規劃。在基于數字化樣機的基礎上,企業還可以建立虛擬樣機進行系統集成和仿真驗證,可以通過仿真減少實物試驗,降低研發成本,縮短研發周期,完成仿真驅動設計。同時還可以將仿真技術與試驗管理結合起來,提高仿真結果的置信度。  

         3.采用標準化、模塊化設計 形成系列化產品開發能力

         產品的標準化、模塊化設計在工廠復雜數據模型和變量輸入的情況下要提升設計效率和運作水平就顯得尤為重要,模塊化就是為滿足不同需要,以標準化為基礎,通過分解、集合手段,把復雜系統分解為相互獨立的具有特定功能的標準化模塊,再通過標準的接口把各獨立的模塊聯結為一個完整系統的過程。  

         4.融合增材制造與拓撲優化技術的創新設計

         區別于傳統的經驗式設計模式,經過拓撲優化的產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拓撲模型,而且具備輕量化的特點,是一種新型的設計方法。然而,拓撲優化技術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撲優化方法設計出了結構獨特、高性能的產品模型,但往往因為可制造性問題而舍棄掉產品在輕量化、高性能上的優勢。

         5.應用虛擬現實及增強現實技術的設計評審

         虛擬現實和增強現實技術是銜接虛擬產品和真實產品實物之間的橋梁,通過應用虛擬現實和增強現實技術,在產品的初創階段就能夠對產品的設計方案和產品的相關屬性信息進行直觀的展示和體驗,使整個設計評審過程更便捷和有效,同時能夠更直觀的發現設計過程中存在的問題。另外,在虛擬現實環境下,還能夠進行逼真的產品虛擬使用和維修培訓,以及為用戶提供沉浸式體驗,幫助用戶提前感受企業智能產品的獨特魅力。  

         6.建立基于云端的廣域協同研發

         在智慧研發中,企業的產品和服務將會由單向的技術創新、生產產品和服務體系投放市場,等待客戶體驗,逐步轉變為企業主動與用戶服務的終端接觸,進行良性互動,協同開發產品,技術創新的主體將會轉變為用戶。其創新、意識、需求貫穿生產鏈,影響著設計以及生產的決策。

         設計師將會成為在消費端、使用端、生產端之間的匯集各方資源的組織者,不在這個生產鏈巨大網絡下起到推動作用,不再獨立包攬所有的產品創新工作。智慧研發將會是基于云端與供應商、合作伙伴、客戶進行協同研發,讓所有人都能夠參與到開放式的創新中來。

         7.基于物聯網、大數據的閉環產品研發

          有賴于物聯網、云計算技術的發展,通過對產品上安裝傳感器,就可以基于物聯網收集的產品運行數據,對產品進行性能、質量進行實時監控,工程技術人員將更加了解當前產品的軟硬件運行狀況。

          通過增強型虛擬現實技術展現物聯網感知的數據

          同時,基于大數據分析和智能優化對搜集到的海量數據進行處理,分析、編程,也可以明確在以往產品研發過程中出現的問題,繼而在下一代產品研發中改進設計,使產品能夠不斷的動態優化來改善用戶的體驗,持續改進產品質量和功能。

          總體來說,實現智慧研發是一個復雜而漫長的過程,上述的幾大要素的實施也是一個非常復雜的系統工程。企業除了要建立完善的研發體系以外,還應通過信息化技術實現產品全生命周期中數據流的自動化,以用戶為中心,通過智慧研發構造出智能互聯的產品,并形成系列化的產品生態圈,將用戶的需求、使用等信息與產品研發緊密地聯系起來,形成一個閉環持續優化的產品研發及服務體系。


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