優(yōu)勢設(shè)計思想及其技術(shù)手段

1、!““科技進步與對策!月號“##!作者簡介：趙新軍!“#$%0’發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢、培植優(yōu)勢，并不斷吐故納新。優(yōu)勢設(shè)計要求設(shè)計人員具有敏銳的洞察力，善于發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢并能做出全面評估和取舍，給予必要的支持和培育，使優(yōu)勢得以發(fā)揚和強化。同時也要認識到優(yōu)勢只是階段性的，必須跟蹤技術(shù)和市場的變化，蓄積新的優(yōu)勢，以增強對市場的快速響應(yīng)能力。!’是一種“產(chǎn)品實現(xiàn)過程”的設(shè)計。所謂產(chǎn)品實現(xiàn)過程是指產(chǎn)品從“搖籃到墳?zāi)埂钡娜^程，包括：滿足顧客的需求和產(chǎn)品應(yīng)實現(xiàn)的需求

2、定位；制訂產(chǎn)品開發(fā)計劃、設(shè)計產(chǎn)品及該產(chǎn)品的制造工藝；考慮滿足產(chǎn)品生命周期的各種條件，諸如銷售、維修、回收和處理；最后組織產(chǎn)品的生產(chǎn)過程并監(jiān)控生產(chǎn)過程。優(yōu)勢設(shè)計使產(chǎn)品實現(xiàn)過程建立相互協(xié)調(diào)的聯(lián)系，并且開發(fā)、吸收和集中有效的設(shè)計技術(shù)到整個產(chǎn)品實現(xiàn)過程的各環(huán)節(jié)中去?！皟?yōu)勢設(shè)計的技術(shù)手段優(yōu)勢設(shè)計思想是面向%“世紀的設(shè)計思想，它的實施將促進一系列設(shè)計方法的廣泛運用和創(chuàng)新，通過團隊協(xié)作與過程重組，使產(chǎn)品設(shè)計得到優(yōu)化，并延伸到產(chǎn)品的制造過程和制造環(huán)境，

3、直至產(chǎn)品壽命終結(jié)的全過程，以更大的柔性保證產(chǎn)品最終的.指標(biāo)?！?!設(shè)計的數(shù)字化數(shù)字化是當(dāng)今優(yōu)勢設(shè)計的基礎(chǔ)和核心內(nèi)容，是優(yōu)勢設(shè)計成敗、優(yōu)劣的關(guān)鍵，是網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)、并行技術(shù)、虛擬技術(shù)等先進技術(shù)手段的基礎(chǔ)。所謂數(shù)字化是以計算機的軟硬件為支撐，將自然界的連續(xù)物理現(xiàn)象，模糊的不確定現(xiàn)象，以及人的經(jīng)驗與技能等離散化，進而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息。數(shù)字化建模是數(shù)字化的關(guān)鍵，它由幾何建模!線框建模，曲面建模，實體建?！枷?，逐步發(fā)展到現(xiàn)在的特征建模!造型’思想。特

4、征建模不僅可以提供完備的產(chǎn)品幾何形狀的數(shù)據(jù)，而且還可以提摘要產(chǎn)品競爭歸根到底是設(shè)計與制造水平的競爭。隨著設(shè)計思想的演進，設(shè)計的概念和內(nèi)涵在不斷改變和拓寬，為實現(xiàn)“優(yōu)勢設(shè)計”，數(shù)字化技術(shù)、并行技術(shù)、虛擬技術(shù)等不斷得到應(yīng)用和完善。我們必須認真研究當(dāng)代設(shè)計思想及其手段的創(chuàng)新趨勢，縮短該領(lǐng)域我們與世界先進水平的差距，提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，開發(fā)出更多具有市場競爭能力的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。關(guān)鍵詞優(yōu)勢設(shè)計數(shù)字化技術(shù)并行設(shè)計虛擬設(shè)計中圖分類號@

5、%A文獻標(biāo)識碼B文章編號“((“)AC!%((“’(“)“%%)(%趙新軍!東北大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院，遼寧沈陽““((($’優(yōu)勢設(shè)計思想及其技術(shù)手段科技進步理論萬方數(shù)據(jù)科技進步理論!““##月號科技進步與對策#!$供反映產(chǎn)品設(shè)計意圖的工藝及性能等要求的數(shù)字化信息。它主要包括：!產(chǎn)品的數(shù)字化建模。以計算機能理解的方式給出產(chǎn)品生命周期全過程，包括設(shè)計、生產(chǎn)、銷售、維修、回收等的數(shù)字化信息；“產(chǎn)品的數(shù)字化工具，即廣義的計算機輔助工具，可將

6、產(chǎn)品生命周期全過程的信息自動數(shù)字化；#產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理!“#$%，即用計算機對產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)與生產(chǎn)全過程中的大量數(shù)字化信息進行全面的管理與控制!數(shù)據(jù)的整理、分析及數(shù)據(jù)開采等%。!“!設(shè)計的并行化傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)過程，是以順序的任務(wù)方式進行的。過程被分割成串行的若干階段，下游階段的啟動需以上游階段的結(jié)束作為前提，階段與階段之間具有較為明顯的停頓和交接，整個過程中信息及各領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)人員間的意見交流僅限于毗鄰的兩個階段，不能在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計階

7、段就對產(chǎn)品生命周期全進程中的各種因素考慮周全。美國哈佛商學(xué)院的多克拉克和他的同事曾經(jīng)做了一個有關(guān)汽車產(chǎn)業(yè)如何設(shè)計與開發(fā)新產(chǎn)品的最細致的研究。他們比較了日本和美國在這方面的相關(guān)設(shè)計開發(fā)計劃，發(fā)現(xiàn)日本汽車廠商對于一部新車從概念階段到進入市場的全部工程設(shè)計工作所需小時數(shù)僅為美國的一半，所需天數(shù)是美國的&’(。日本的優(yōu)勢主要歸因于三個組織因素：“重量級”的工程負責(zé)人；在產(chǎn)品開發(fā)之初解決目標(biāo)和任務(wù)的沖突；同時開展多重設(shè)計開發(fā)活動，且在各個功能集團

8、之間有著廣泛而詳細的信息交流。而美國汽車廠商沿襲傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)過程，有一系列產(chǎn)品開發(fā)小組和負責(zé)人。在每一階段，參與開發(fā)項目的人員是不同的，這就決定了負責(zé)某一階段開發(fā)的人員或小組只能從本領(lǐng)域相對狹隘的角度去看待與己有關(guān)的產(chǎn)品開發(fā)階段，并依據(jù)本領(lǐng)域的知識和工具去尋求解決問題的方法。隨著各個組完成了自身任務(wù)，這一項目就在一個常常被稱為“把它扔過墻”的過程中移交給下一集團。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)過程，由于各功能塊之間的協(xié)調(diào)非常薄弱，往往忽視

9、了可制造問題、可維護問題、可持續(xù)問題及生產(chǎn)成本的控制問題，致使在產(chǎn)品設(shè)計甚至制造出來后才發(fā)現(xiàn)各式各樣的缺陷，以至于不得不去修改產(chǎn)品的最初設(shè)計，從而延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，增加了成本，最終喪失了市場先機。并行化設(shè)計是充分利用計算機技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，對產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程!包括設(shè)計過程、制造過程和支持過程%進行并行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化的工作模式。它統(tǒng)籌產(chǎn)品設(shè)計、制造、營銷、維修及回收全過程，打破傳統(tǒng)的部門分割和封閉的組織模式，強

10、調(diào)多功能團隊的協(xié)同工作，重視產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程的交叉、重組和優(yōu)化。它要求產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)人員從設(shè)計一開始即考慮產(chǎn)品生命全周期中的各種因素!加工工藝、裝配、檢測、產(chǎn)品質(zhì)量、成本、銷售、維護、進度計劃和用戶的要求等%，通過組建由多學(xué)科人員組成的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)隊伍，改進產(chǎn)品開發(fā)流程，利用各種計算機輔助工具等手段，在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段就能考慮下游的各種因素，以提高產(chǎn)品設(shè)計、制造的一次成功率，達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，從而增強企業(yè)

11、競爭能力的目標(biāo)。并行設(shè)計充分體現(xiàn)了現(xiàn)代設(shè)計所必須的各個因素：產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)模式的變革和重構(gòu)，產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)隊伍的合理優(yōu)化，資源的合理組合及協(xié)調(diào)的工作環(huán)境。!“#設(shè)計的虛擬化虛擬化、虛擬設(shè)計、虛擬產(chǎn)品開發(fā)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等是以計算機仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，集計算機圖形學(xué)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、并行技術(shù)、多媒體技術(shù)和可視化技術(shù)為一體的綜合系統(tǒng)集成技術(shù)。利用這樣的設(shè)計手段，設(shè)計人員可以通過多種傳感器與多維的信息環(huán)境進行自然地交互，從

12、定性和定量綜合集成環(huán)境中得到感性和理性的認識，進而幫助深化概念和萌發(fā)新意。它可以表示任意(#產(chǎn)品及其所處的(#環(huán)境，重構(gòu)人和信息技術(shù)之間的界面，不論它是現(xiàn)實的或抽象的。虛擬技術(shù)提供的可視化，不只是一般幾何型體的空間顯示，而且可對噪聲、溫變、力變、磨損、振動等予以可視化，還可以把人的創(chuàng)新思維表達為可視化的虛擬實體，促進人的創(chuàng)造靈感進一步升華。因此，在虛擬狀態(tài)下，可以對產(chǎn)品生命周期的全過程!設(shè)計、加工制造、裝配、性能分析、使用及回收等各個環(huán)

13、節(jié)%進行可視化跟蹤描述，更加強調(diào)在物料未形成物理模型，即產(chǎn)品加工之前，產(chǎn)品設(shè)計的高度可行性和可靠性，使在投入資金比例大的制造等后續(xù)階段的產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險率降到最低限度?？巳R斯勒汽車公司為迅速推出新產(chǎn)品，應(yīng)用了虛擬原型技術(shù)。該公司的工程師應(yīng)用虛擬環(huán)境實施一個名為克萊斯勒數(shù)據(jù)可視化!)#%的項目。通過這個項目的實施，工程師可以檢查)軟件所建模型的干涉情況，當(dāng)找到零件發(fā)生互相干涉的地方，工程師可圈出該部位并加上批注，便于修改設(shè)計。例如，在.型汽車

14、設(shè)計過程中，工程師將許多零件“裝配”在一起，并使整個懸掛裝置象真的一樣“活動”起來，直到其極限位置，以便找出各零件發(fā)生相互干擾的地方。結(jié)果，借助虛擬原型發(fā)現(xiàn)了0122多處零部件有干涉，并在制作第一個物理原型之前就進行了改正，避免了幾百萬美元的損失。知識經(jīng)濟時代為我們革新設(shè)計思想和設(shè)計手段提供了契機，同時也使企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。我們必須認真研究當(dāng)代設(shè)計思想及其方法的創(chuàng)新趨勢，縮短該領(lǐng)域我們與世界先進水平的差距，充分利用現(xiàn)代的、

15、高科技的創(chuàng)新設(shè)計手段和技術(shù)來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法，提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，開發(fā)出更多具有市場競爭能力的、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。參考文獻0黃靖遠3優(yōu)勢設(shè)計3北京：機械工業(yè)出版社，0...&劉恒3現(xiàn)代設(shè)計方法與新產(chǎn)品開發(fā)3中國機械工程，0...!02%(寧汝新3面向產(chǎn)品全生命周期的虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)3中國機械工程，&222!00%4張申生3并行設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新3中國機械工程，&222!00%1!美%邁克爾德托佐斯等著3惠永正，武夷山等譯3美