現代設計的發展趨勢展望與思考

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草原蒙狼

電梯直達

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發表于 2009-8-22 18:16:45 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

發展趨勢展望

由于國際化市場的激烈競爭和用戶對產品的功能、質量、價格、供貨期、售后服務等要求越來越高，以及高新技術的飛速發展，以信息科學與微電子技術為代表的現代科學技術對制造業的滲透、改造和更新，使傳統的制造技術演變成為一門涵蓋從產品設計、制造、管理、銷售到回收再生的全過程，跨多個學科且高度復雜化、集成化的先進制造技術。柔性自動化，智能化，并行工程，虛擬制造，精密、微細加工等，是當今先進制造技術的發展趨勢。現代設計技術是現代制造技術的主體技術之一，也是先進制造技術的核心與靈魂，必將伴隨著先進制造技術的發展，計算機和信息技術的進步，制造業生產模式的變革，競爭與合作的全球化，人們對生態環境、資源的關切和對產品品質多樣化等方面的要求，而發生著深刻的變化。展望現代設計技術的發展趨勢，大致有以下幾方面：
   1）設計過程的數字化，不僅要完善工程對象中確定性變量的數學描述和數學建模，而且更要研究非確定性變量，包括隨機變量、隨機過程、模糊變量（人的智能、經驗、創造力、語言及政治、經濟、人文等社會科學因素）等的數學描述和數學建模。
   2）設計過程的自動化和智能化研究。健全、研究、發展各種類型的數據庫、方法庫和知識庫，及自動編程、自學習、自適應等高級商品化軟件的研制，如研究設計知識、數據、信息的獲取與處理技術、智能CAD人工神經網絡專家系統的模型和應用軟件等。
   3）動態多變量優化和工程不確定模型優化（模糊優化）、不可微模型優化及多目標優化等優化方法與程序的研究，并進一步發展到廣義工程大系統的優化設計的研究。
   4）網絡化并行設計及協同設計技術、方法及軟件的研究。
   5）虛擬設計和仿真虛擬試驗及快速成形技術的深入研究，是一種以計算機仿真為基礎，集計算機圖形學、智能技術、并行工程、人機工程、材料、成形工藝、光電傳感技術和多媒體技術為一體的綜合學科研究。
   6）大力普及、推廣與發展CAD技術的應用研究，其重點是研制開發功能強的商品化軟件。
   7）面向集成制造和分布式經營管理的設計方法、人員組織及規劃的研究。據參考文獻[11]介紹，企業的成功中只有20%來自技術方面，不低于80%依賴于如何組織和設計生產過程。這也是美國、日本大公司成功的一條經營之道。如，近年來出現的并行工程（Concurrent Engineering——CE）、精益生產（Lean Production——LP）、靈捷制造（Agile Manufacturing——AM）、準時生產（Just－in－Time）、質量功能配置（Quality Function Deployment——QFD）等生產管理中的設計技術，應依據國情和市場的動態變化研究將這些技術貫徹到生產過程中。
   8）微型機電系統的設計理論及設計方法和技術的研究，如智能計算、納米技術、微型機器人系統及微型機械系統的設計計算。
   9）面向生態環境的綠色設計理論與方法的研究，如綠色產品的設計、清潔化生產過程的設計、產品的可回收性設計等。
   10）注重基礎性設計理論及共性設計技術的深層次研究。基礎性設計技術，如動態設計、疲勞設計、防斷裂設計、減摩和耐磨設計、防腐蝕性設計及運動學、動力學、傳動技術、彈塑性理論等，是許多現代設計技術的知識源泉和數學建模的理論基礎。美國的基礎研究是當今世界領先的，制造技術也處于世界領先地位，設計基礎技術研究成果為制造業提供了豐富的元知識和領域知識，這是美國推出一代又一代產品參與市場競爭的支柱。美國把制造業和產品向國外推銷時，供給的是企業的產品制造部分，而其研究開發的知識源則牢牢控制在國內。例如，人們熟知的美國格利森公司對準雙曲線齒輪的設計制造技術是一個看不見的“黑箱”（根據工況，算出機床調整參數，從而加工出齒輪），盡管人們漸漸掌握了格利森加工機床的內部構造，但格利森公司對“黑箱”采取了非公開政策，因而至今他們對準雙曲線齒輪的設計制造技術仍然處于世界絕對領先地位。設計中的共性技術與方法，如數學描述、建模、仿真和優化及試驗方法等，也是設計中的關鍵技術，它涉及到CAD、可靠性設計、安全性設計、模糊設計、綠色設計、反求工程、圖像處理、專家系統、人工神經網絡等信息和知識的獲取、組織、傳遞及使用共享。

思考與建議

   先進制造技術是美國人在他們制造業發展進程中為促進國家經濟的發展于80年代末期提出的，通過研究涌現出許多制造技術、設計技術和管理技術。我國近幾年在這方面也開展了廣泛的研究，取得了許多矚目的成就，其中有些項目的研究已接近或達到世界先進水平；但從總體情況看與工業發達國家相比尚有較大差距，主要表現在先進制造技術大部分依賴引進，許多精密設備，（如數控機床）、儀器、特大型載重汽車和挖掘機、不少機電產品的核心部件（如電冰箱和空調的壓縮機、錄像機和復印機的磁鼓等）也依賴進口或合資生產，自主開發的產品份額不大，自主版權（自己的知識產權）的設計軟件也不多（如至今我國還沒有自主版權現代轎車總體設計軟件）[12]。這些技術與產品性能上的差距，通常不僅表現在制造工藝上的差距，也表現在現代設計技術諸方面（特別是基礎性設計技術）的研究力量較弱和新產品（硬件與軟件）設計開發能力較弱。為了盡快縮短差距，趕超世界先進水平，我們應依據國情，發揮社會主義制度的優勢，統籌規劃，加強現代設計技術的基礎理論、共性的理論、方法、技術的研究，例如，通過對產品動態特性、疲勞強度、可靠性、穩定性等的物理試驗、仿真試驗、市場信息和已有經驗的獲取以及數學建模、幾何建模，知識表示與推理，優化方法等的研究，建立產品的靜態和動態數據庫，知識庫、方法庫。因為沒有可靠的數據，設計中的數學建模及其仿真是不可信的。現代產品的設計是基于知識的設計，沒有知識含量和缺乏最新信息的設計，就不可能設計出先進的適應市場的產品，沒有現代科學技術與方法的運用，也不可能設計出高技術含量的產品。所以，數據和知識的獲取以及現代科學技術與方法的運用就成為現代設計重要的共性問題。在加強設計基礎技術與共性技術研究中應瞄準現代設計技術的前沿（如虛擬設計與快速成形技術、納米技術等）；應把研究的課題伸向工程，加強面向工程和產品設計中的關鍵技術的研究，并及時總結基礎技術的研究成果，將其轉化為現實的生產力。應把對傳統的設計理論、方法及技術的研究與創造新理論、方法和技術結合起來，積極推廣新的設計技術與方法，擴大自主開發產品和CAD軟件的質量與數量，提高其在國際市場中的競爭力，創造良好的經濟效益和社會效益，使我國的現代設計技術盡快步入國際先進行列。