协会官方微信

首页  >>  新闻资讯  >>  专题论述  >>  正文

谭建荣院士:创新设计关键技术与发展趋势

发布时间:2023-6-16     来源:先进制造业    编辑:徐妍妍    审核:衡格格、张经纬
摘要:一代产品需要一代工艺产品是带动产业链发展的关键因素,产业链中各企业的核心工作就是把产品做好。做好产品需要一代工艺,很多制造企业在工艺方面还有欠缺,主要存在两个问题。

第一,经典的优秀工艺面临失传的危险,很多制造企业的关键工艺岗位招聘不到年轻人,产业工人平均年龄逐步老化,特别是上海、杭州、北京这类城市。例如,数控机床的质量关键就是机床的切合面,切合面要保持良好的润滑性能和接触性能,需要刮、削、碾磨等工艺,这些工艺都面临失传的危险。

第二,过去很多工业建立在劳动密集型基础上,而在数字化、自动化、智能化的今天,需要重组优化工艺。这两个问题需要产业链中各个企业加强联络,一起攻关并解决。大批量的产品还涉及模具问题,如模具的可靠性、可用性、长寿性、耐磨性等,很多问题还没有完全解决。所有这些问题都需要一代设计,只有通过一代设计才能真正做好一代产品,才能真正掌握行业和产业链核心的技术。

改革开放 40 多年来,我国制造业取得了很大成就,制造业对国民经济的贡献、对改善人民生活质量,对人们追求更美好的生活功不可没。但现在制造企业遇到了一定困难,其中最大的问题就是不适应市场的变化。

市场变化主要有四个方面 :

一是由批量化生产向定制化生产方向发展 ;二是由单一化产品向多品种方向发展 ;三是过去研发、生产产品周期很长,现在产品更新换代很快 ;四是过去产品都是大众化的,现在市场需求高端化的产品,恰恰在高端化产品上我们的设计、研发、创新能力不足。

制造业创新发展包括三个方面 :

第一,要补短板强链发展。目前无论芯片、数控机床,还是工业母机等,产业链上存在着很多短板,科学技术部梳理了 35 项补短板技术,其中 34 项跟材料有关。第二,除了补短板还要扬长板,把优势发挥出来。第三,链主创新带动全链创新,制造业的链主是在市场经济中、市场竞争中自然形成的,要把它规划出来比较难,行业领头羊的产值、创新能力、研发能力、市场认可程度是关键内容,所以只有链主的创新才能带动全链的创新。例如,主机厂创新能力很强,可以推出一代又一代新产品,配件厂就要根据主机厂创新的产品不断更换自己的产品,不断更换工艺和模具,所以链主创新会带动全链创新。

通过创新设计实现创新发展

只有通过创新设计才能牵引创新发展,要不断推出新产品,产品创新设计是制造业产业链创新发展的龙头,制造企业要抓住这个龙头才能促进整个产业链发展。

创新设计的实现主要体现在三个方面 :一是材料,即制造基础 ;二是工艺,即核心技术 ;三是设计,通过产品自主创新设计,才能转换一代工艺。

产品研发、产品设计方面也经历了四个阶段,可以说是四种范式。

第一,仿制设计。改革开放初期,很多企业的产品是仿制设计。

第二,逆向设计,即反求工程。

第三,正向设计。就是从市场需求分析进行研发,找到任务的源头,比如老百姓需要什么样的汽车新产品,企业需要什么样的新机床。改革开放过程中,中国的制造业已经由 1 做到了 100,现在很多地方热衷于把 100做成 200,GDP 要翻一番。这当然很好,也是必要的,但还不是关键,关键是如何从 0 到 1,如何推出新产品。正向设计包括设计概念正向生成、设计信息正向传播、设计性能正向预测。正向设计的过程,大致可以分为概念形成、概念设计等环节,比如马斯克的特斯拉电动汽车就是颠覆性创新,他把机电产品做成了一个信息化的产品。原来汽车就是一个机电产品,即机械 + 电控,但现在汽车是信息化产品,成了互联网的移动终端。小米要造汽车、百度要造汽车,互联网的公司都来造汽车了,有些人质疑是不是跨界太大了?其实不然,这些企业是把汽车看成互联网控制的终端,是互联网的延伸,所以从概念上进行创新很重要。正向设计从概念形成、概念设计、功能设计、整机设计、布局设计、结构设计、装配设计、精度设计、性能设计、工艺设计等方面,实现全过程创新。

第四,创新设计。在正向设计的基础上,才有可能实现真正的创新设计。把创新的理念和设计过程融合,对机电产品来讲,包括新功能、新机构、新结构、新外观、新材料、新工艺、新原理,等等。其中最重要的是新原理的创新,包括产品需求、功能、结构、物理、工艺、工业设计、市场创新等。

创新设计有十大关键技术 :

一是创新设计思维与设计智能的认知机理,创新既是一个技术问题,也是一个认知问题,包括认知的高度、视野、前瞻性、独创性等 ;二是创新设计概念的表达与正向传递规律 ;三是创新设计功能、机构与结构映射技术 ;四是产品多部机布局方案自适应匹配技术 ;五是产品结构轻量化设计与拓扑优化技术 ;六是产品精度均衡分配与虚拟装配技术 ;七是产品多学科耦合建模与性能预测技术 ;八是创新设计的快速验证与三维打印技术 ;九是创新设计知识工程与大数据搜索技术 ;十是创新设计数字孪生虚实映射与仿真技术。我们提出并且已经实现了这十大关键技术。

在超大型低能耗空分装备设计、高端数控机床正向设计、大吨位液压机、电梯产品等领域,我们帮助一批企业实现了正向设计和创新设计,并且进行了数字化、网络化、智能化的转型。

原文刊载于《企业管理》2023年5月 作者:中国工程院院士、浙江大学求是特聘教授 谭建荣

作者简介

谭建荣,中国工程院院士,浙江大学“求是学者”特聘教授、博士生导师,机械工程学系主任。1987年在华中科技大学获工学硕士学位,之后在浙江大学数学系获理学博士学位。1994获得国家杰出青年科学基金,2007年当选中国工程院院士。谭建荣主要从事机械设计及理论、计算机辅助设计与图形学、数字化设计与制造等领域的研究.



中国仪器仪表行业协会版权所有   |   京ICP备13023518号-1   |   京公网安备 110102003807
地址:北京市西城区百万庄大街16号1号楼6层   |   邮编:100037   |   电话:010-68596456 / 68596458
战略合作伙伴、技术支持:中国机械工业联合会机经网(MEI)