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创意到现实——数字化技术的实施与应用
e-works 杜玮
引言
  当今时代,制造业面临着的市场环境,具有不断追求交货速度、价格竞争激烈、个性化定制需求日益增加等特征。为了适应快速变化的市场环境,国内一些制造业企业较早地开展了数字化技术的研究与应用,并进行了生产模式(从按订单生产到按照订单组装)的转变,数字技术在产品研发、制造和管理过程中得到了大量应用。 以信息技术为核心的数字化技术已成为解决产品开发、产品加工及生产制造中薄弱环节的最有效的途经,成为提升产品创新能力和企业核心竞争力的关键。也是实现从"中国制造"到"中国创造"的关键。
  产品创新数字化技术,经过多年来的持续投入和不断发展,现已具备较为坚实的基础,特别是近年来,国家在积极的引导中国的制造业走上自主创新之路,中国的制造业处于数字化技术实施与应用的重要战略机遇期。日前,笔者有幸参与了由e-works组织的主题为“数字化技术推动中国产品创新”的“2006e-works产品创新数字化国际峰会”,下面就峰会中关于数字化技术实施与应用的一点体会谈谈,希望能给读者带来一点启示。

数字化技术的应用——将创意变为现实
  数字化技术是以数字电子计算机硬软件、周边设备、协议和网络为基础的信息离散化表述、定量、感知、传递、存贮、处理、控制、联网的集成技术。制造业数字化技术包括了数字化建模、多学科综合优化、全生命周期数据管理、虚拟产品开发、虚拟加工和虚拟装配、生产线仿真和生产线重构等主要关键技术。
  数字化技术使得企业改变了传统的产品开发理论、方法和工具:
  (1) 单目标规划向多目标规划的转变;
  (2) 串行设计向并行设计的转变;
  (3) 生产准备向过程设计的转变;
  (4) 实物样机向虚拟样机的转变;
  (5) 产品开发严格分工向自主管理的项目小组转变。
  随着信息技术的飞速发展和产品开发集成程度的不断增加,数字化技术所包含的内容和在企业中所产生的作用也在日益增加。
  数字化技术可以帮助企业将创意很快的变为现实,如数字化技术中的造型软件,利用造型软件进行产品造型设计,可在虚拟环境中使虚拟产品与人发生交互作用,实现设计过程中造型信息的及时反馈和实时评价,并利用网络环境直接面向消费者展示产品外观、性能,克服传统设计的局限,减少了设计周期和费用,使好的创意得以保留,使产品更加符合消费者需求。

PDM/PLM——数字化技术应用的关键环节
  数字化产品开发过程需要处理大量信息和数据,包括项目计划、工程图纸、三维实体模型、技术规范、工艺资料、材料清单、说明书、图像等所有与产品密切相关的信息。如何有效地管理这些信息,并使产品数据在生命周期内保持安全、一致和最新,是PDM技术的主要任务.一般PDM 系统包括文档管理、产品结构管理、产品配置管理、工作流程管理、组织资源及与其它应用系统集成接口等模块。PDM的核心思想是将数据、过程和资源统筹管理,保证正确的文档在正确的时间传递给正确的人。因此PDM不仅可以为数字化产品开发系统提供数据统一的集成管理平台,同时也为并行工程的实施提供支撑环境和工具。PLM是PDM技术的深化和发展,除包含PDM性能外,还具有支持扩展企业统一管理整个产品生命周期的能力。
  PDM产生于上世纪末,经过近10年的推广应用,PDM/PLM已被广大的制造业企业所接受,并取得了一定的效益,成为制造业企业信息化建设的必由之路。

协同与重用——考量数字化技术应用的重要尺度
  协同设计强调使不同地点的管理人员、设计人员、生产人员和用户能够同步或异步地参与设计工作,设计人员能够进行信息交流和共享,达到互相的协调。在协同设计中,对设计文件统一管理,保证了数据的一致性和时效性。协同设计不仅缩短产品的上市时间,而且保证产品的质量。
  但由于目前企业没有强制的、可遵循的技术标准和操作规范,设计人员各行其是,操作随意、修改随意、命名随意、存储随意,时间一长,连设计者自身对设计意图、变量含义都解释不清楚,当需要借用他人的零件进行设计时,迅速检索、查找到这个零件文件非常困难,即便是找到了这个零件的模型,也由于电子文件的随意拷贝,很难确定其版本的有效性。在这种设计管理、数据管理的无政府状态下怎么能够实现协同呢?
  设计重用和设计创新紧密相关。事实证明,创新设计的5种模式 (综合、转换、类比、开发、第一原理)大多以重用为支持。在产品开发的过程中,设计师乃至企业都能认识到持续创新来源于对现有设计的反复重用。大部分产品设计在本质上都不是全新的,而仅仅是以前设计的改进,能否有效地设计重用将会对开发周期和成本产生重大的影响。而现在很多企业的数字化模型连自身修改都非常困难,一旦需要修改就不得不推倒重来,怎么能实现重用呢?
  因此,考量一个企业数字化技术的应用深度如何,可以用协同和重用两个尺度,同样,企业自身也可用这两个尺度来衡量自身数字化技术的应用程度。

PDM/PLM实施——夯实基础,推进应用
  由于PDM/PLM的核心是对企业所有与产品有关的数据进行统一管理,所以PDM/PLM实施的第一个难点就是要解决的就是CAD/CAPP/CAM等系统的集成问题,为这些系统搭建一个平台,实现它们之间数据的互联互通。其面临的第二个难点是,由于PDM/PLM系统出现较CAD等系统晚,企业在实施时,就需要解决这些老系统的数据如何导入到新系统中,进行统一管理,而老数据由于数据标准、格式等问题,如零件模型是用体素拼起来的、没有使用参数驱动、特征之间不关联……,使得这项工作的难度加大。从E-works的一项调查结果中我们可以证实这个问题。

  第一个难点是技术上的,解决这个难点主要靠厂商的技术力量。而要解决第二个难点,就不单单是需要厂商的技术力量,也需要我们企业做好扎实的基础工作,制定严谨的规范制度,改变以往设计过程中的随意性。在这方面,来自青云航空仪表公司的黄迪生高工给了我们三点建议:
  ● 产品数字化从主模型做起。把主模型从技术应用层面提升到技术管理层面,通过发布指令性文件,强化主模型在产品数字化中的地位与作用。这样可以管住产品数据源头,从根上确保了3D模型数据文件的唯一性,并可对唯一的零件模型赋予有效的权限管理和版本管理。
  ● 建立3D标准、规范3D软件应用。统一环境、统一配置、统一命名、统一存储、统一建库、统一图样、统一模板、统一操作、统一禁则、统一标审。
  ● 掌握数字化设计方法,提高3D模型的数字化内涵。工程技术人员必须下大气力更新观念,跳出传统二维设计的思维模式,通过加深对特征、草图、参数、变量、表达式、表格、基准、模板、相关、约束等一系列设计工具的理解,尽快掌握3D建模的设计方法,充分用好、用活这些数字化设计手段,在零件设计、部件设计、产品设计三个层面上全方位提升企业数字化内涵。
  同时,成功实施PDM/PLM,我们还要重点注意以下几个问题:
  1、确定实施PDM/PLM的目标;
  2、总体规划,分布实施;
  3、细化PDM/PLM实施方案;
  4、改变旧观念,建立新思维,将系统实施作为管理项目而不是技术项目;
  5、建立一个良好的项目组织;
  6、选择适合企业的软件供应商;
  7、全员培训。
  在项目组织方面,黄迪生高工把自己在工作实践中得来的对PLM项目的理解用图表示出来,将组织、定位、职责、关系、任务、分工、流程、节点整合到一张图纸上,形成了“排兵布阵图”,达到了方便沟通与掌控全局的效果,值得广大的制造业企业借鉴。
数字化技术应用最新动态
  下面是黄培博士给出的全球数字化最新动态:
  ● 三维信息的共享成为热点;
  ● PLM技术开始在快速消费品、制药等行业应用;
  ● PLM领导厂商全面进入数字化制造领域;
  ● PLM市场加速整合,着眼于建立全面的解决方案;
  ● 新兴市场受重视;
  ● 知识重用是PLM应用的重点;
  ● 变更管理仍然是PLM应用的难点;
  ● 知识资产保护在制造企业中逐渐被重视。
  此次峰会还公布了“中国制造企业产品创新数字化调查”和“中国制造企业三维CAD/CAE技术高端应用”两份调查部分结果。
  e-works调查显示,未来制造企业在三维CAD方向的投入意向明显,其次是PDM/PLM方向。而EDA、逆向工程和CASE工具等的投入意向尚不明显。
后记
  数字化技术的应用和发展,促进了传统制造业的改革和发展。目前制造业的几个重要发展方向,如精密化、自动化、集成化、虚拟化、网络化、全球化,无一不与数字化技术的发展密切相关。
  随着我国制造业信息化进程的加快,我国制造业的智力投入和服务意识将日益增强。面临激烈的市场竞争,除了千方百计降低成本、提高效率和质量外,提高企业的资源利用率和对市场的快速响应能力也是制造业追求的重要目标。因此,在未来几年内,数字化技术将成为制造业持续发展的基本策略。
 
 峰会侧记
日前,e-works组织的"产品创新数字化国际峰会"成功闭幕,峰会精英云集,专家、厂商、企业共论产品创新,见仁见智。
 产品创新最佳实践案例
由e-works主办的"2006中国产品创新数字化最佳实践案例"评选活动,于11日1日晚在北京举办的"e-works 2006产品创新数字化国际峰会"上隆重揭晓。
 产品创新数字化论文集
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 产品创新数字化高校沙龙
2006年10月31日晚, e-works在中信国安第一城组织举办了一场高校座谈会,来自华中科技大学、国防科技大学、北京工业大学等十三所高校的15位教师代表以及厂商代表、用人单位代表参加了本次会议。
 峰会图文直播
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