现代机械设计

摘 要：制造生产模式的演变，促进现代机械设计的革命

关键词：模式演变；现代；远程；云计算；机械设计；

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-05-00232-01

从人类制造生产模式的演变中我们看到，在19世纪末，制造业主要生产模式是“少品种单件小批生产”。当时许多欧洲最先进的企业都是采用手工作坊式的生产方式进行生产，产品甚至没有两件是完全相同的，原因在于它们所有的工场都不采用标准的图纸和计量器具，装配时，依靠装配工的手工操作，修配零件，使单件产品之间配合良好。这种生产方式产量低，成本高，且成本不随产量增加而下降，当然无法满足市场需求。

20世纪，随着“公差配合与互换性”的发展，标准化与系列化的结合，自动化被引入制造系统，开创了机械自动流水线生产，出现了“少品种大批量生产”的模式，制造业开始了第一次生产模式的转换。这种新的生产模式，带给制造业一场重大变革，推动了工业化的进程和社会经济高速发展，为社会提供了大量的廉价产品，促进了市场经济的发展和社会的进步。自动化生产线大大提高了产品的生产效率，降低了产品成本，但这些都是以牺牲产品的多样性为代价的。大批量生产模式，产品的竞争主要表现为效率价格和质量的竞争，它的规模效益使企业受益匪浅，在汽车、微电子器件及消费电子产品等产量大的行业，以规模生产的产品和价格优势迅速扩大在市场的占有份额。

但是，随着社会进步和人们生活水平的不断提高，对产品的需求和评价标准也从单纯考虑产品的质量、价格和功能的角度转为产品的个性化多样性、资源环境保护等，产品市场总的发展趋势将从当今的标准化和大批量过渡到未来的多元化和私人订制。市场的多变性和产品品种的多样性对自动生产线提出了挑战。解决这对矛盾的出路只能是进行生产模式的再次变革，最终又将过渡到能完全满足用户需求且性能价格比优良的单件小批生产。

当然，这种新的生产模式的推进，有赖于科技进步和各种现代技术方法，而最关键的是现代远程设计的开发手段。

随着计算机和网络技术高速发展，信息革命已经渗透至社会的方方面面，并迅速改变着各种产业和整个社会经济的面貌，拓展了制造业的广度和深度，产生了一批新的制造哲理和制造技术，使制造业正发生着质的飞跃。从概念到应用之间的距离越来越短，未来的制造业在一定意义上将成为一种信息产业，用信息技术促进未来制造业的改造已成为时代潮流。

现代远程设计，综合运用仿真、建模、虚拟和云计算等技术，提供三维可视交互环境，对从产品概念产生、设计到制造全过程进行虚拟仿真模拟，在实际制造之前，预估产品的性能及可制造性，模拟产品的实现方法，大大缩短产品设计时间，降低产品开发成本。云计算技术的飞速发展，给现代机械设计注入了新的生机和活力，机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。各制造企业可以充分利用云计算的国际互联性和资源共享性，通过整合分散在各地域企业的技术优势，发挥各企业的局部优势，不同专业的技术人员可以不受地域的限制，在一个统一平台上进行异地的设计合作，实现信息的交流和共享，从而快速开发出所需产品，提高产品设计的一次成功率。

现代远程机械设计是一个结合多学科、多技术的研究领域，涉及到机械设计及计算机技术等诸多知识领域。从机械设计的角度来说，主要研究设计过程的建模、模拟装配和设计优化理论等。从计算机技术角度来说，应研究对现有的设计资源的组织和发布，使得这些资源能方便异地的设计人员进行查询和调用，并提供设计过程中设计人员之间信息的交流和反馈平台等。

现代远程机械设计主要强调在产品设计和开发中，获取设计知识的异地合作。目前我国部分企业间存在一些可以支持产品开发中设计知识获取的资源，要使这些资源与企业外的资源以企业开发某项产品的行为为中心组织在一起，共同为这个项目的完成进行设计知识的获取工作。已有一些异地合作设计组织的新概念和关键技术研究，上海先进制造技术中心与上海交通大学提供的快速成形制造中心的上网服务，同济大学也与香港某些中小型企业进行了联网合作制造模具的试验。目前在国内，正在进行此类研究的部门还有：以西安交通大学和国内多家企业和研究机构共同参与建立的国内第一个支持产品协同设计的网站 - 现代产品设计与研究开发网络，旨在推进现代机械产品设计，主要提供设计参数的获取和建模，3D造型，模拟装配等；以清华大学精密仪器系国家重点实验室开发的基于云计算的异地远程设计系统。 另外，国内也有一些其他相关的网站，如：中国机械网、材料与制造综合信息服务平台等，它们都可以提供机械设计技术数据、制造工艺技术数据等，并把机械设计技术、制造工艺技术、远程设计技术、产品数据库、计算机辅助设计都实现了网络化。在其中的机械设计技术模块中，用户只须选取自己要使用的设计模块，输入适当的参数就可自动设计出自己所需的零部件；在远程分析模块中，实现了常用机构的参数化仿真与分析。

现代远程设计由于刚刚起步，像其它新兴技术一样还不够完善。随着3D技术，云计算技术及人工智能技术的不断发展，现代远程设计的内容必将越来越丰富，功能越来越强大，所提供的服务也将越来越完善。基于云计算的远程设计过程中需要用到数据库中的许多信息，如设计过程中用到的参数、图表数据等。这些信息的存储和管理均要数据库作为支持。数据库技术是远程设计系统的核心技术。同时，知识库可以实现知识复杂问题的求解评价和建议，可有效地进行智能推理来进行优化设计。

总结：制造生产模式的演变同市场环境的变化息息相关。打破小单位和行业的局限，广泛利用云技术，建立敏捷制造网络化工程，加速制造业数字化、网络化与敏捷化，对于制造业本身的改造，地区信息港的建设，有十分重要的战略意义和现实意义。

参考文献：

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