谁能提供一篇产品设计前沿的论文？

顾新建李姣

(浙江大学机械工程系，浙江杭州310027)

摘要:简要分析了先进制造技术的特点、体系结构和发展趋势，简要介绍了计算机集成制造系统和大规模定制技术的发展现状。

关键词:先进制造技术；计算机集成制造系统；大规模定制

1先进制造技术的发展趋势

先进制造技术是传统制造业不断吸收机械、信息、材料和现代管理技术的最新成果，综合运用于产品开发设计、制造、检测、管理和售后服务全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，取得理想技术经济效果的尖端制造技术的总称。从本质上讲，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术的有机结合。

先进制造技术是21世纪制造业的发展方向。先进制造技术的特点如下:

(1)先进制造技术贯穿于产品设计、加工制造到产品销售、使用、维护的全过程，成为“市场-产品设计-制造-市场”的大系统。而传统制造工程一般指的是加工过程。？

(2)先进制造技术充分应用计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术、管理技术等的最新成果。，各种职业和学科不断交叉融合，界限逐渐淡化甚至消失。？

(3)先进制造技术是技术、组织和管理的有机结合，特别注重制造过程的组织和管理系统的简化和合理化。先进制造技术也可以看作是硬件、软件、人员和支持网络(技术性和社会性)的集成和统一。？

(4)先进制造技术不追求高度的自动化或计算机化，而是通过强调以人为中心，实现自主性和自律性的统一，最大限度地发挥人的积极性、创造性和相互协调性。？

(5)先进制造技术是一个高度开放、高度自组织的系统。通过大合作，充分合理利用全球资源，不断生产最具竞争力的产品。？

(6)先进制造技术的目的是以最低的成本、最快的速度提供用户想要的产品，实现优质、高效、低耗、清洁、柔性生产，达到理想的技术经济效果。？

自20世纪90年代初以来，美国先后提出了先进制造技术计划、团队计划、下一代制造(NGM)技术计划、美国国家关键技术等。，德国提出“生产2000”计划，“生产2000+”计划，“微系统2000”计划，日本提出智能制造系统计划，韩国提出国家先进技术计划(G-7计划)。

图1显示了先进制造技术的体系结构。？

20世纪90年代初，美国乔治·华盛顿大学成立了由45位著名未来学家和技术专家组成的新兴技术预测委员会。在1996的预测中，从最重要的可预见的技术进步中选取了85项新兴技术。* * *分为12类。其中，在第八类:制造业和机器人中，有以下技术[2]:

(1)计算机集成制造系统。2012年，80%的工厂生产将实现计算机集成；？

(2)生产自动化。到2015年，由于生产自动化的实现，工厂从业人员占总劳动力的比例将降至10%以下；？

(3)大规模定制。到2011，汽车、电器等30%以上的产品实现大规模定制；？

(4)高级机器人。到2016，具有感知输入、决策和学习功能的移动机器人将投放市场；？

(5)纳米技术。到2016，微电机和纳米技术将投入商业应用。

可以认为这五项技术是最重要的先进制造技术。限于篇幅，这里只简单介绍一下计算机集成制造系统和大规模定制。这两项技术对企业影响很大，适用性很强。

先进制造技术的发展趋势可以概括为:？

(1)数字化。对此，人们提出了CIMS和数字工厂的概念。通过CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM)系统和PDM系统，进行产品的数字化设计和仿真，结合数字化制造设备，进行自动化加工。采用MRPII/ERP系统对整个企业的物流、资金流、管理信息流、人力资源进行数字化管理。进一步的发展是通过数字化供应链管理(SCM)系统和客户关系管理(CRM)系统来支持企业与供应商和客户之间的合作。网络技术的发展使得企业内外的数字化运作更加便捷。？

(2)知识。知识将成为最重要的生产要素，技术创新将是企业最重要的生存和竞争力。知识管理技术和学习型组织将越来越受到重视。？

(3)模块化。产品和企业的模块化将使企业能够快速、低成本地生产出客户需要的个性化产品。？

(4)小型化。微型机械和制造技术发展迅速，将催生一大类全新的产品，深刻改变人们的生活。？

(5)绿化。强调产品和制造过程的环境友好性。

2计算机集成制造系统(CIMS)

自1973年美国哈灵通博士提出CIMS概念以来，CIMS在世界范围内走过了一条曲折的道路，人们对CIMS本质的认识发生了很大的变化，主要是:现代制造业的方向不仅仅是计算机和信息的集成，而是人、技术和组织的整体集成，包括功能集成、组织集成、信息集成、过程集成、知识集成和企业间集成。因为计算机集成制造系统这个词容易被误解，所以认为把计算机集成在一起就可以构造出先进的制造系统。因此，一些中国学者提出了现代集成制造系统(CIMS)的概念。目前，CIMS的发展有以下几个特点。

2.1集成

CIMS有几个关键的信息集成系统。CIMS在这些系统的基础上进一步实现企业的全面整合。？

(1)ERP(企业资源计划)系统:国外比较著名的系统有SAP、Oracle、Baan、IBM等。在中国有金蝶、用友和凯斯。ERP系统集成了企业中的生产管理、财务、人事、采购、销售等子系统。该系统涉及面广，庞大，对人员素质、数据和流程标准化要求高，实施难度大，成功率不高。？

(2)CAD/CAPP/CAM的集成:目前虽然有一些CAD系统可以支持CAD/CAPP/CAM的集成，但主要是针对基本由数控加工的零件，如PRO/E软件。由于不同产品中的零件差别很大，每个企业的加工条件和水平也不一样，所以复杂零件的CAD/CAPP/CAM集成没有一个通用的系统。？

(3)PDM(产品数据管理)系统:用于管理和控制CAX(CAD、CAPP、CAE、CAM等)形成的大量信息。)系统，从而避免花费大量的时间去寻找那些应该很容易得到的信息。PDM是设计自动化技术体系的核心，管理整个产品生命周期的所有产品知识和信息，为产品开发过程中的各个应用系统提供所需的数据，为不同的应用系统提供集成平台。PDM系统以产品数据库为底层支撑，以BOM为组织核心，链接所有定义最终产品的工程数据和文档，实现产品数据的组织、控制和管理。PDM系统一般由CAD软件开发商开发。所以同一家软件公司的CAD系统和PDM系统可以无缝集成，但是不同软件公司的CAD系统和PDM系统之间的集成就差很多了。PDM系统的实施比CAD系统更困难，因为前者涉及到管理、组织等问题。

(4)工作流管理系统:主要用于办公自动化，是企业管理的信息集成系统。目前，工作流管理系统和知识管理系统紧密结合，使企业的知识得以享受和保存。？

2.2联网

以互联网为代表的网络技术对制造业的影响越来越大。人类正在进入一个新的时代——网络经济时代，制造业也正在出现一种新的模式——网络化制造模式。在网络化制造中，新的网络空间与传统的物理空间紧密结合，产生了各种新思想、新观念、新方法和新系统。制造企业将利用互联网进行产品的协同设计和制造；通过互联网，企业将直接接触客户，客户将参与产品设计，或者直接下单定制生产，企业将产品直接销售给客户；由于互联网的无处不在，市场全球化和制造全球化将是企业发展战略的重要组成部分；由于互联网上信息传递的快速性和制造环境的剧烈变化，企业之间的合作越来越频繁，企业的资源将得到更加充分合理的利用。Intranet)/ Extranet也将极大地改变企业内部的组织和管理模式，并将有效地促进员工之间信息和知识的交流和* * *享受[5]。

2.3敏捷性

21世纪，企业将面临日益激烈的国际竞争的挑战。另一方面，企业可以利用制造业全球化的机会，专注于发展自己的核心能力和业务，而外包和外包其他任务。企业将变得更加敏捷，对市场变化有更快的反应能力。但这些都需要新的信息技术的支持，如供应链管理系统，以促进企业供应链的敏捷反应和高效运作，因为企业之间的竞争将成为企业供应链之间的竞争；又如客户关系管理系统，它使企业能够为客户提供更好的服务，更快地响应客户的需求。

2.4虚拟化

虚拟制造可以简单理解为“在计算机中制造”，通过应用集成的、用户友好的软件系统，对产品、过程和整个企业的性能进行模拟、建模和分析，生成“软原型”。虚拟制造包括虚拟设计、虚拟装配和虚拟加工过程。新产品的开发需要考虑很多因素。例如，在开发一款新的汽车模型时，其美学创造力受到安全性、人机工程学、可制造性和可维护性的制约。在虚拟设计中，我们可以利用虚拟样机在可视化方面的强大优势，交互式地探索虚拟物体的功能，对产品进行几何、制造和功能方面的交互式建模和分析，快速评估不同的设计方案，从人机工程学的角度检查设计效果，设计师可以直接参与操作模拟，移动零件，进行各种实验，保证设计的准确性。这项技术的特点是:(1)尽早看到新产品的外形，以便从多方面观察和评价设计出来的产品；(2)早期检测产品结构空间布局的干涉和运动机构的碰撞；③尽早对产品的可制造性有清晰的认识。美国波音飞机公司在波音777飞机的设计中采用了虚拟制造技术。飞行模拟器和虚拟样机技术用于在各种模拟条件下对飞机进行飞行试验。？

2.5智能

比如，随着CAD系统知识的积累，CAD系统的智能化程度会大大提高。这种智能表现为:①智能支持设计师工作，智能人机界面。该系统可以理解设计者的意图，检测错误，回答问题并提出建议。(2)具有推理能力，让不熟练的设计师也能做出好的设计。？

2.6绿化

包括绿色产品和绿色制造。要求产品的零部件易于回收，可重复使用，尽量使用污染少的材料，在整个产品制造和使用过程中排放少的废物，尽量少污染环境，尽量少消耗能源。在制造和使用中要求清洁。产品和制造过程的绿色化不仅要求企业把环境保护作为自己的重要使命，也是企业未来生存和发展的战略。因为不注重环保的企业会被市场淘汰。？

3大规模定制

目前中国已经进入买方市场，一般产品和一般制造能力严重过剩；随着市场竞争的国际化，用户可以在更大范围内选择自己需要的产品，对产品质量、价格、新奇度的要求也越来越高。许多企业都在探索如何在这种新环境下生存和发展。大规模定制是一种很有前途的生产模式。大规模定制也叫大规模定制，大规模定制生产，大规模定制，大规模定制[6]。

从理论上讲，大规模定制应该实现低成本、短交货期的定制单品大批量生产，但实际上，大规模定制可以看作是低成本、快速满足用户个性化需求的产品设计、制造和营销的新概念、新模式和新实践。大规模生产和单个产品的定制生产一直是两种互不相容的生产方式。实现大规模定制不仅仅是一个技术问题，还涉及到组织、管理和技术的全面变革。实现大规模定制不是一个企业的事，需要全行业、全社会的共同努力。因此，大规模定制是一个大的系统工程。？

大规模定制从产品和过程，或者产品维度(空间维度)和过程维度(时间维度)两个方面优化制造系统和产品。其中，产品维度优化的主要内容有:？

(1)正确区分用户的* * *和个性化需求；？

(2)正确区分* * *和产品结构中的个别零件；？

(3)合并产品维度的* * *部分；？

(4)减少产品中的定制部分。？

工艺尺寸优化的主要内容有:？

(1)在生产过程中正确区分量产过程和定制过程；？

(2)减少定制流程，增加量产流程。？

图2描述了大规模定制中产品尺寸和工艺尺寸优化的基本原理。这里把企业产品中的各种零件分为两类，一类是通用零件，一类是定制零件。产品维度的优化方向是减少定制零件的数量。这里把产品的生产过程分为两部分，一部分是量产，一部分是定制，过程维度的优化方向是减少定制环节。大规模定制的本质是缩小图2中的小矩形区域。理想情况下面积为零，但这实际上是不可能的。？

大规模定制的典型案例有:

(1)美国Levi Strauss服装公司:该公司可以为用户提供近千种不同的款式和颜色，加上量身定制的服务，从而保证用户能够得到满意的牛仔裤。用户只需要额外支付10美元，就可以在流水线上根据腰围等个人尺寸进行定制。公司营业额增长了30%，库存大幅减少，运营成本大幅降低。？

(2)宝洁(P&G):将洗发水的配方增加到5万多种。只要顾客能想出头发的油性和酸性指标，就能以通常的价格为顾客定制专用洗发水。？

(3)日本松下自行车工业株式会社:每辆车都是根据用户的体重和爱好特别定制的，价格只比现成款高10%，两周内送到。在不同的定制自行车中，大量零部件采用标准化策略设计制造。？

(4)福特公司:发动机模块化设计，即对6缸、8缸、10缸、12缸等不同规格的发动机结构进行调整，使其大部分部件可以通用，以尽可能少的规格实现最大的灵活组合。不同规格的发动机可以在一条生产线上加工。每年节省数亿美元[7]。？

(5)海尔集团:以58大类9200种规格为原料，加上上千种“调味品”——20000多个基本功能模块，经销商和消费者可以自由组合这些“材料”和“调味品”，形成独特的产品。目前可提供9万多种适合B2B2C的模块化网络家电。？

(6)波音公司:面对结构复杂、品种繁多、零件数以百万计的大型民用客机，将飞机中的零件分为三类:第一类是基本稳定、无个性特征的零件，第二类是用户可选零件，第三类是用户专用零件。因为前两类约占一架飞机90%的工作量，接订单90%的工作量已经完成或接近完成，大大缩短了生产周期，库存不高，生产成本也降低了。波音公司在飞机模块化设计的基础上开发了飞机构型设计和制造资源管理系统。波音公司的销售代表在与用户谈判时，可以使用便携式计算机上的这个软件系统与用户一起配置飞机。该软件可以直接从配置库中访问数据。销售人员可以向用户展示各种选项将如何影响飞机的价格和重量。这些信息有助于用户做出深思熟虑的商业决策。

参考

1顾新建，齐。知识型制造企业。北京:国防工业出版社，2000。

2小可。美国专家预测2001到2030年的新兴技术。中国专利报，1998-02-18(1)。

3顾新建，齐，，等.机械制造系统工程.杭州:浙江大学出版社，1996。

4齐、顾新建。计算机集成制造系统方法论。上海:上海科学技术出版社，1996

5顾新建、齐、陈。网络化制造策略和方法。北京:高等教育出版社，2001

6[美]大卫·m·安德森，b·约瑟夫·派恩. 265438+20世纪企业竞争前沿:大规模定制模式下的敏捷产品开发。北京机械工业出版社2000

7薛福康。攀登世界汽车工业的金字塔--记著名美籍华人汽车专家顾永平。光明日报，1999-05-02(1)

8怡君海尔洗衣机:从专为您设计，到按需个性化定制。人民日报网络版2001-09-05。

中国航天冲压技术研讨会瞄准世界前沿

目前，各国研制的以导弹武器为代表的飞行器正朝着更快、更远、更准、更高的目标发展，而实现这一目标的关键技术之一就在于发动机技术的不断提高。2005年8月4日，由航天科工集团公司主办、三院31承办的中国冲压发动机领域的一次盛会，吸引了来自国内数十家科研院所和企业的约140名专家学者参加。航天科工集团科技委主任，副主任华，黄瑞松参加了会见。

航天产品，动力第一。中国一直非常重视冲压发动机技术的发展。上世纪50年代末，三院31所率先开展冲压发动机技术研究，被业界称为“亚非拉第一”。经过40多年的发展，已经建立了较为完善的研发体系，为型号产品研制了多种冲压发动机设备，多项研究成果获得国家科技进步奖。

“目前各国研制的导弹武器都在向速度更快、射程更远的方向发展。同时，未来的太空运输系统也需要先进的动力系统来支撑。因此，冲压发动机凭借其独特的先进技术，将成为21世纪航天强国的宠儿。”31研究所所长梁雪对冲压发动机的发展前景做了前瞻性的预测。

其实冲压发动机技术的“热度”，从本次大会收到的100多篇论文中也能看出来。很多专家学者都把目光投向了世界领先水平。其中，刘兴洲院士撰写的《冲压发动机技术研究进展》，从未来战争集成化、信息化和中远程精确打击的特点出发，延伸了冲压发动机的发展需求，介绍和展望了冲压发动机的一体化设计、燃烧、燃料、材料、控制、试验等技术前沿领域，向与会代表描绘了未来冲压发动机的发展蓝图。

本次会议学术氛围浓厚，许多论文水平较高，是近年来我国冲压发动机前沿研究、产品设计和工程实践的经验总结。同时，这次会议增进了各单位的了解，对今后加强合作，促进信息、资源、技术、市场的共享将起到积极的作用。