現(xiàn)代設(shè)計的發(fā)展趨勢展望與思考

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草原蒙狼

電梯直達(dá)

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發(fā)表于 2009-8-22 18:16:45 | 只看該作者 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式

發(fā)展趨勢展望

由于國際化市場的激烈競爭和用戶對產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、價格、供貨期、售后服務(wù)等要求越來越高，以及高新技術(shù)的飛速發(fā)展，以信息科學(xué)與微電子技術(shù)為代表的現(xiàn) 代科學(xué)技術(shù)對制造業(yè)的滲透、改造和更新，使傳統(tǒng)的制造技術(shù)演變成為一門涵蓋從產(chǎn)品設(shè)計、制造、管理、銷售到回收再生的全過程，跨多個學(xué)科且高度復(fù)雜化、集成化的先進(jìn)制造技術(shù)。柔性自動化，智能化，并行工程，虛擬制造，精密、微細(xì)加工等，是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的主體技術(shù) 之一，也是先進(jìn)制造技術(shù)的核心與靈魂，必將伴隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)和信息技術(shù)的進(jìn)步，制造業(yè)生產(chǎn)模式的變革，競爭與合作的全球化，人們對生態(tài)環(huán) 境、資源的關(guān)切和對產(chǎn)品品質(zhì)多樣化等方面的要求，而發(fā)生著深刻的變化。展望現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢，大致有以下幾方面：
   1）設(shè)計過程的數(shù)字化，不僅要完善工程對象中確定性變量的數(shù)學(xué)描述和數(shù)學(xué)建模，而且更要研究非確定性變量，包括隨機(jī)變量、隨機(jī)過程、模糊變量（人的智能、經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造力、語言及政治、經(jīng)濟(jì)、人文等社會科學(xué)因素）等的數(shù)學(xué)描述和數(shù)學(xué)建模。
   2）設(shè)計過程的自動化和智能化研究。健全、研究、發(fā)展各種類型的數(shù)據(jù)庫、方法庫和知識庫，及自動編程、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等高級商品化軟件的研制，如研究設(shè)計知識、數(shù)據(jù)、信息的獲取與處理技術(shù)、智能CAD人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)的模型和應(yīng)用軟件等。
   3）動態(tài)多變量優(yōu)化和工程不確定模型優(yōu)化（模糊優(yōu)化）、不可微模型優(yōu)化及多目標(biāo)優(yōu)化等優(yōu)化方法與程序的研究，并進(jìn)一步發(fā)展到廣義工程大系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計的研究。
   4）網(wǎng)絡(luò)化并行設(shè)計及協(xié)同設(shè)計技術(shù)、方法及軟件的研究。
   5）虛擬設(shè)計和仿真虛擬試驗(yàn)及快速成形技術(shù)的深入研究，是一種以計算機(jī)仿真為基礎(chǔ)，集計算機(jī)圖形學(xué)、智能技術(shù)、并行工程、人機(jī)工程、材料、成形工藝、光電傳感技術(shù)和多媒體技術(shù)為一體的綜合學(xué)科研究。
   6）大力普及、推廣與發(fā)展CAD技術(shù)的應(yīng)用研究，其重點(diǎn)是研制開發(fā)功能強(qiáng)的商品化軟件。
   7）面向集成制造和分布式經(jīng)營管理的設(shè)計方法、人員組織及規(guī)劃的研究。據(jù)參考文獻(xiàn)[11]介紹，企業(yè)的成功中只有20%來自技術(shù)方面，不低于80%依賴于如何組織和設(shè)計生產(chǎn)過程。這也是美國、日本大公司成功的一條經(jīng)營之道。如，近年來出現(xiàn)的并行工程（Concurrent Engineering——CE）、精益生產(chǎn)（Lean Production——LP）、靈捷制造（Agile Manufacturing——AM）、準(zhǔn)時生產(chǎn)（Just－in－Time）、質(zhì)量功能配置（Quality Function Deployment——QFD）等生產(chǎn)管理中的設(shè)計技術(shù)，應(yīng)依據(jù)國情和市場的動態(tài)變化研究將這些技術(shù)貫徹到生產(chǎn)過程中。
   8）微型機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計理論及設(shè)計方法和技術(shù)的研究，如智能計算、納米技術(shù)、微型機(jī)器人系統(tǒng)及微型機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計計算。
   9）面向生態(tài)環(huán)境的綠色設(shè)計理論與方法的研究，如綠色產(chǎn)品的設(shè)計、清潔化生產(chǎn)過程的設(shè)計、產(chǎn)品的可回收性設(shè)計等。
   10）注重基礎(chǔ)性設(shè)計理論及共性設(shè)計技術(shù)的深層次研究。基礎(chǔ)性設(shè)計技術(shù)，如動態(tài)設(shè)計、疲勞設(shè)計、防斷裂設(shè)計、減摩和耐磨設(shè)計、防腐蝕性設(shè)計及運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、傳動技術(shù)、彈塑性理論等，是許多現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的知識源泉和數(shù)學(xué)建模的理論基礎(chǔ)。美國的基礎(chǔ)研究是當(dāng)今世界領(lǐng)先的，制造技術(shù)也處于世界領(lǐng)先地位，設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù) 研究成果為制造業(yè)提供了豐富的元知識和領(lǐng)域知識，這是美國推出一代又一代產(chǎn)品參與市場競爭的支柱。美國把制造業(yè)和產(chǎn)品向國外推銷時，供給的是企業(yè)的產(chǎn)品制造部分，而其研究開發(fā)的知識源則牢牢控制在國內(nèi)。例如，人們熟知的美國格利森公司對準(zhǔn)雙曲線齒輪的設(shè)計制造技術(shù)是一個看不見的“黑箱”（根據(jù)工況，算出機(jī) 床調(diào)整參數(shù)，從而加工出齒輪），盡管人們漸漸掌握了格利森加工機(jī)床的內(nèi)部構(gòu)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(zhǔn)雙曲線齒輪的設(shè) 計制造技術(shù)仍然處于世界絕對領(lǐng)先地位。設(shè)計中的共性技術(shù)與方法，如數(shù)學(xué)描述、建模、仿真和優(yōu)化及試驗(yàn)方法等，也是設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)，它涉及到CAD、可靠性設(shè)計、安全性設(shè)計、模糊設(shè)計、綠色設(shè)計、反求工程、圖像處理、專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)制造技術(shù)是美國人在他們制造業(yè)發(fā)展進(jìn)程中為促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展于80年代末期提出的，通過研究涌現(xiàn)出許多制造技術(shù)、設(shè)計技術(shù)和管理技術(shù)。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(xiàng)目的研究已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平；但從總體情況看與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比尚有較大差距，主要表現(xiàn)在先進(jìn)制造技術(shù)大部分依賴引進(jìn)，許多精密設(shè)備，（如數(shù)控機(jī)床）、儀器、特大型載重汽車和挖掘機(jī)、不少機(jī)電產(chǎn)品的核心部件（如電冰箱和空調(diào)的壓縮機(jī)、錄像機(jī)和復(fù)印機(jī)的磁鼓等）也依賴進(jìn)口或合資生產(chǎn)，自主開發(fā)的產(chǎn)品份額不大，自主版權(quán)（自己的知識產(chǎn)權(quán)）的設(shè)計軟件也不多（如至今我國還沒有自主版權(quán)現(xiàn)代轎車總體設(shè)計軟件）[12]。這些技術(shù)與產(chǎn)品性能上的差距，通常不僅表現(xiàn)在制造工藝上的差距，也表現(xiàn)在現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)諸方面（特別是基礎(chǔ)性設(shè)計技術(shù)）的研究力量較弱和新產(chǎn)品（硬件與軟件）設(shè)計開發(fā)能力較弱。為了盡快縮短差距，趕超世界先進(jìn)水平，我們應(yīng)依據(jù)國情，發(fā)揮社會主義制度的優(yōu)勢，統(tǒng)籌規(guī)劃，加強(qiáng)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)理論、共性的理論、方法、技術(shù)的研究，例如，通過對產(chǎn)品動態(tài)特性、疲勞強(qiáng)度、可靠性、穩(wěn)定性等的物理試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)、市場信息和已有經(jīng)驗(yàn)的獲取以及數(shù)學(xué)建模、幾何建模，知識表示與推理，優(yōu)化方法等的研究，建立產(chǎn)品的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)庫，知識庫、方法庫。因?yàn)闆]有可靠的數(shù)據(jù)，設(shè)計中的數(shù)學(xué)建模及其仿真是不可信的。現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計是基于知識的設(shè)計，沒有知識含量和缺乏最新信息的設(shè)計，就不可能設(shè)計出先進(jìn)的適應(yīng)市場的產(chǎn)品，沒有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與方法的運(yùn)用，也不可能設(shè)計出高技術(shù)含量的產(chǎn)品。所以，數(shù)據(jù)和知識的獲取以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與方法的運(yùn)用就成為現(xiàn)代設(shè)計重要的共性問題。在加強(qiáng)設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù)與共性技術(shù)研究中應(yīng)瞄準(zhǔn)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的前沿（如虛擬設(shè)計與快速成形技術(shù)、納米技術(shù)等）；應(yīng)把研究的課題伸向工程，加強(qiáng)面向工程和產(chǎn)品設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)的研究，并及時總結(jié)基礎(chǔ)技術(shù)的研究成果，將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力。應(yīng)把對傳統(tǒng)的設(shè)計理論、方法及技術(shù)的研究與創(chuàng)造新理論、方法和技術(shù)結(jié)合起來，積極推廣新的設(shè)計技術(shù)與方法，擴(kuò)大自主開發(fā)產(chǎn)品和CAD軟件的質(zhì)量與數(shù)量，提高其在國際市場中的競爭力，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，使我國的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)盡快步入國際先進(jìn)行列。