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工业设计彻底摒弃“傻大黑粗” 重塑中国装备制造

导读: 工业再设计将彻底摒弃“傻大黑粗”式依赖资源消耗、依赖低成本竞争、依赖高能耗高排放的制造方式。通过精益设计改良产品基因,通过精密制造改良产品可靠性,从而提高制造业的质量效益;精密制造通过节省原材料、基本零排放实现环境友好的绿色制造。

  长期以来,工业产品的源头设计却是基于已有工艺来定型的。由于工艺的限制,在加工和安装方面有不可突破的障碍,更难以释放工程师设计潜能,影响产品创新步伐。

  何为绿色制造呢?按照百度搜索到的定义,绿色制造又称环境意识制造,是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式,其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。

  此外,当前的机械产品必须由大量的零部件装配、焊接或铆接而成。这种组合形态对产品的性能、可靠性、重量、体积、载重、材料、动力、成本、能耗、环保等方面都具有负面影响。如:铸造工艺属于“长流程”工艺,整个工艺过程中有近30个环节,而每个环节中还包含设计、装备、工装、材料、工艺等因素组合,累计下来的控制点可达到150个以上,过多的控制因素非常容易产生累计的质量误差,因而易于产生缺陷、质量不稳定、工序复杂等问题,传统工艺难以在需要高度精密、高机械性能的产品制造过程中作为主要工艺流程进行采用。

  新系统方法论

  不可否认,企业的发展历程中,逆向设计是必须经历的一个阶段,即消化引进吸收,跟踪仿制出相关产品,获取市场空间。

  然而仅靠跟踪仿制,注定陷入“引进—落后—再引进”的死循环。当外来的技术供给和市场格局发生变化时,企业将不堪一击。只有寻求超越的企业才可以成为业内的常青树,而依赖“系统思维”的“正向设计”将是解决之道。

  系统思维强调根据概念、性质、关系和结构,把对象有机组织起来,研究系统的功能和行为,着重从整体上去揭示系统内部各元素之间以及系统与环境的多种多样的关系。图1描述了产品的需求、功能、结构和行为之间的关系。结构是功能的载体,行为是结构的效应,功能是行为的抽象,这是功能—结构—行为之间的客观关系。

  2015年,“工业再设计”一词被人提及,其本质核心是工业仿真应用的升华、正向设计技术的工程化,是先进设计技术与精密制造工艺的结合。在提高工业品性能、升级产品的同时,使其走向集成化、轻量化、智能化。

  据“工业再设计”理论发起方———安世亚太科技股份有限公司负责人田锋介绍,“工业再设计”是从产品需求源头开始,涵盖需求开发、功能分析、系统设计、物理设计、工艺试制、试验验证等产品设计完整过程,并进行突破性、架构性、超越性和颠覆式的创新产品设计,真正形成我国工业企业的自主研发能力,增强企业的竞争力和生存力,促进以创新驱动的企业成长模式。其“基于仿真和优化设计的数字技术”的设计细节创新及“精密成型技术”制造过程的创新组成一个完整的创新驱动研制过程,能够很好实现要素驱动向创新驱动的转变。

  具体来说,整体流程共分为追根溯源、创新优化和物理试验三个重要环节。

  首先是追根溯源,获取设计指标和边界条件。再设计的初级阶段是基于对结构的当前认知,通过试验或仿真手段获取边界条件和指标数据,进行产品再设计。成熟以后,可以追溯产品原始需求,利用正向设计过程获取边界条件和指标数据,进行深层级再设计。

  其次四创新优化。借助设计创新、参数优化、拓扑优化和虚拟试验技术等手段开展创新设计和验证。在设计的过程中,工程师完全可以打破工艺的束缚,依靠无论产品结构怎样复杂皆可制造出来的理念,释放出巨大的设计潜能,他们可以只专注于需求,可以设计任何结构的产品,而不需要考虑制造工艺的局限。工艺束缚的消失带来产品设计与生产之间藩篱的倾覆,设计与制造一体化工业产品设计体系将建立,传统的产品设计模式将被根本性地颠覆,产品设计将可以真正实现仿真驱动。

  最后是利用精密制造和物理试验技术,对创新性设计方案进行确认和迭代。在精密制造技术的支撑下,可实现快速迭代,尽快实现再设计定型,以及推出最终的创新性产品。工业再设计的整体流程如图2所示。

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