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工业智能制造时代的智慧研发

已有1904次阅读2018-10-18标签:
           企业要想进行智能制造转型,首先必须要从产品创新根源上做起,将串行研发流程转变为根据用户需求持续改进的闭环智慧研发流程,感知用户需求并灵活做出调整,同时融入智能制造相关新兴使能技术,形成从用户到用户的产品研发循环。即在产品设计需求分析阶段就开始进行市场与用户相关数据分析,这其中包含用户直接参与基于自身喜好的产品定制过程,以及产品在使用过程中反馈相关运行数据来指导改善原设计方案的过程,形成一个往复循环持续优化的智慧研发过程。


           智慧研发的提出以系统工程和精益研发为理论背景,以智能科技在近几年的发展为技术背景,伴随工业4.0、工业互联网、智能制造、智慧军工、智慧院所的相继提出,智慧研发概念也随即产生。基于安世亚太对系统工程和精益研发的研究发展,我们将智慧研发定义为精益研发的智慧化发展,是智能科技和知识工程深度融合的精益研发体系。

           

一、智慧研发的总体特征


           智慧研发是与智能制造相适应的研发体系,就是以智慧研发为基础,以云计算、大数据、物联网等现代智能科技为手段,实现产品研发体系的智慧化和所研制产品的智能化。


           基于以上的理解,可以给智慧研发的总体特征做了如下描述:以知识为基础、以仿真为驱动、以质量为目标,持续创新,不断开发新产品、新服务,基于智能科学的理论、技术、方法和信息,采用自动化和数字化技术与工具,利用云计算、物联网、大数据等手段,整合和优化利用各类内外部资源,实现信息流、物资流、资金流、知识流、服务流的高度集成与融合。


二、智慧研发体系框架





           上图给出了智慧研发的体系概览。这是一个基于系统工程的研发体系,包含综合设计、知识工程和过程质量等核心子体系,可帮助企业实现研发模式转型,建立正向设计能力,同时规划未来智慧工厂建设路线。以智慧研发为抓手,可以建设面向智能制造时代的现代工业研发体系。


三、智慧研发的特点

   
           1.建立统一的多学科协同研发平台


           首先针对智能产品开发一般都是跨越多个专业技术领域和具有多种关键技术特征的,涉及多学科跨专业技术领域高度交叉与融合。同时,用户的多样化需求也使产品结构和功能变得非常复杂,IT嵌入式软件技术也逐渐成为产品的核心部分,需要机、电、软等多个学科的协同配合。


           这就需要企业建立一个可以融合企业内部所有不同专业学科领域研发系统和工具的顶层架构,形成一个可以全面管理产品生命周期中所有专业研发要素的统一的多学科协同研发平台。

   
           2.建立数字化样机,实现仿真驱动创新


           在智慧研发阶段中,必须要建立产品的数字样机,用来支持总体设计、结构设计,工艺设计等协同设计工作,支持项目团队进行并行产品开发。


           建立数字样机的主要作用包括分析数字样机模型具有正确的公差尺寸,干涉检查等,同时还有重量特性分析、运动分析和人机功效分析。同时,数字样机还能够提供产品装配分析的数据信息,这包括装配单元信息、装配层次信息等,以保证对产品的装配顺序、装配路径、装配时的人机性、装配工序和工时等进行仿真。数字样机还可以进行工艺性评估,包括加工方法、加工精度、刀路轨迹等,实现对样机的CAM仿真和基于三维数字样机的工艺规划。在基于数字化样机的基础上,企业还可以建立虚拟样机进行系统集成和仿真验证,可以通过仿真减少实物试验,降低研发成本,缩短研发周期,完成仿真驱动设计。同时还可以将仿真技术与试验管理结合起来,提高仿真结果的置信度。

   
           3.采用标准化、模块化设计 形成系列化产品开发能力


           产品的标准化、模块化设计在工厂复杂数据模型和变量输入的情况下要提升设计效率和运作水平就显得尤为重要,模块化就是为满足不同需要,以标准化为基础,通过分解、集合手段,把复杂系统分解为相互独立的具有特定功能的标准化模块,再通过标准的接口把各独立的模块联结为一个完整系统的过程。

   
           4.融合增材制造与拓扑优化技术的创新设计


           区别于传统的经验式设计模式,经过拓扑优化的产品模型是在给定载荷、工况等约束条件下,满足性能要求的最优拓扑模型,而且具备轻量化的特点,是一种新型的设计方法。然而,拓扑优化技术只有在不考虑制造工艺约束时才具有更好的效果。因此,尽管工程师们通过拓扑优化方法设计出了结构独特、高性能的产品模型,但往往因为可制造性问题而舍弃掉产品在轻量化、高性能上的优势。

   
           5.应用虚拟现实及增强现实技术的设计评审


           虚拟现实和增强现实技术是衔接虚拟产品和真实产品实物之间的桥梁,通过应用虚拟现实和增强现实技术,在产品的初创阶段就能够对产品的设计方案和产品的相关属性信息进行直观的展示和体验,使整个设计评审过程更便捷和有效,同时能够更直观的发现设计过程中存在的问题。另外,在虚拟现实环境下,还能够进行逼真的产品虚拟使用和维修培训,以及为用户提供沉浸式体验,帮助用户提前感受企业智能产品的独特魅力。

   
           6.建立基于云端的广域协同研发


           在智慧研发中,企业的产品和服务将会由单向的技术创新、生产产品和服务体系投放市场,等待客户体验,逐步转变为企业主动与用户服务的终端接触,进行良性互动,协同开发产品,技术创新的主体将会转变为用户。其创新、意识、需求贯穿生产链,影响着设计以及生产的决策。


           设计师将会成为在消费端、使用端、生产端之间的汇集各方资源的组织者,不在这个生产链巨大网络下起到推动作用,不再独立包揽所有的产品创新工作。智慧研发将会是基于云端与供应商、合作伙伴、客户进行协同研发,让所有人都能够参与到开放式的创新中来。

   
           7.基于物联网、大数据的闭环产品研发


           有赖于物联网、云计算技术的发展,通过对产品上安装传感器,就可以基于物联网收集的产品运行数据,对产品进行性能、质量进行实时监控,工程技术人员将更加了解当前产品的软硬件运行状况。


通过增强型虚拟现实技术展现物联网感知的数据

 

           同时,基于大数据分析和智能优化对搜集到的海量数据进行处理,分析、编程,也可以明确在以往产品研发过程中出现的问题,继而在下一代产品研发中改进设计,使产品能够不断的动态优化来改善用户的体验,持续改进产品质量和功能。

   
           总体来说,实现智慧研发是一个复杂而漫长的过程,上述的几大要素的实施也是一个非常复杂的系统工程。企业除了要建立完善的研发体系以外,还应通过信息化技术实现产品全生命周期中数据流的自动化,以用户为中心,通过智慧研发构造出智能互联的产品,并形成系列化的产品生态圈,将用户的需求、使用等信息与产品研发紧密地联系起来,形成一个闭环持续优化的产品研发及服务体系。

 

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