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產品創新數字化

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產品數字化創新技術包括一系列輔助製造企業進行產品創新的方法/標準、技術及軟硬體產品,包括產品創新與模擬、製造、工藝和產品創新過程的管理、設計方法學、計算機輔助創新(CAI)、快速成型、逆向工程等,實現與客戶和供應商的研發協作,幫助製造企業高效率地開發出先進、實用、高性能價格比的產品。

1 產品創新數字化 -概述

由本土著名市場研究機構e-works(www.e-works.net.cn )權威發布

   產品數字化創新技術包括一系列輔助製造企業進行產品創新的方法/標準、技術及軟硬體產品,包括產品創新與模擬、製造、工藝和產品創新過程的管理、設計方法學、計算機輔助創新(CAI)、快速成型、逆向工程等,實現與客戶和供應商的研發協作,幫助製造企業高效率地開發出先進、實用、高性能價格比的產品。經過數十年的發展,數字化產品創新技術已經逐漸走向成熟,為企業實現產品創新提供了強有力的支撐。

   除了理論工具以外,現代信息技術為產品創新提供了多種多樣的技術手段,這些相關技術包含了一系列輔助製造企業進行產品創新的方法新的方法、標準、技術及軟硬體產品,包括產品創建與模擬,標準、技術及軟硬體產品,包括產品創建與模擬,製造、工藝和產品創新過程的管理、創新方法學、計算機輔助製造、工藝和產品創新過程的管理、計算機輔助創新 (CAI)、快速成型、逆向工程等,實現與客戶和供應商的快速成型、逆向工程等,實現與客戶和供應商的研發協作,幫助製造企業高效率地開發出先進、實用、高性能研發協作,幫助製造企業高效率地開發出先進、實用、高性能價格比的產品。按照這些信息技術應用於產品創新的階段和作用的不同,這些信息技術可以大致分成三大類:

2 產品創新數字化 -1、產品數字化設計與分析

  1)計算機輔助創新(CAI):

   計算機輔助創新CAI(Computer Aided Innovation)是新產品開發中的一項關鍵基礎技術,它是以近年來在歐美國家迅速發展的創新問題解決理論(TRIZ)研究為基礎, 結合本體論(Ontology)、現代設計方法學、計算機軟體技術等多領域科學知識,綜合而成的創新技術。

   2)計算機輔助概念設計(CACD):

   概念設計包含了從產品的需求分析到進行詳細設計之前的設計過程。它包含功能設計、原理設計、形狀設計、布局設計和初步結構設計。一般意義上的概念設計是指產品在功能和原理基本確定的情況下,對產品外觀造型進行設計的過程。計算機輔助概念設計(computer aided conceptual design,CACD)是CAD領域中的一個重要分支,它涉及到設計方法學、人機工程學、人工智慧技術、CAD技術以及認知與思維科學等。

   3)計算機輔助設計(CAD):

   CAD(computer Aided Design,計算機輔助設計):就是利用計算機幫助工程設計人員進行設計,主要應用於機械、電子、宇航、紡織等產品的總體設計、結構設計等環節。最早大CAD的含義是計算機輔助繪圖,隨著技術的不斷發展,CAD含義發展為現在的計算機輔助設計。一個完善的CAD系統,應包括互動式圖形程序庫、工程資料庫和應用資料庫。對於產品或工程的設計,藉助CAD技術,可以大大縮短設計的周期,提高設計效率。

   4)電子設計自動化(EDA):

   EDA是電子設計自動化(Electronic Design Automation)的縮寫,在20世紀90年代初從計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助製造(CAM)、計算機輔助測試(CAT)和計算機輔助工程(CAE)的概念發展而來。它是以計算機為工作平台,融合了應用電子技術,計算機技術,智能化技術最新成果而研製的電子CAD通用軟體包。 它提供了基於計算機和信息技術的電路系統設計方法,主要能輔助進行IC設計,電子電路設計以及PCB設計。

   5)計算機輔助軟體工程(CASE):

   計算機輔助軟體工程(Computer Aided Software Engineering)是支持軟體開發生存期的集成化工具、技術和方法的總稱。當前的產品設計中機電混合設計越來越多,智能產品越來越多。目前,產品中軟體設備部分的管理目前還是一個薄弱環節,因此在智能產品的設計過程中,有必要引入CASE技術和工具,特別是包含有嵌入式設備的產品。

   6)計算機輔助工程(CAE):

   對於複雜的工程,人們都希望能在產品生產以前對設計方案進行精確的試驗、分析和論證,這些工作需要藉助計算機實現,就是計算機輔助工程,即CAE(Computer Aided Engineering)。CAE是包括產品設計、工程分析、數據管理、試驗、模擬和製造的一個綜合過程,關鍵是在三維實體建模的基礎上,從產品的設計階段開始,按實際條件進行模擬和結構分析,按性能要求進行設計和綜合評價,以便從多個方案中選擇最佳方案,或者直接進行設計優化。

   7)快速成型(RP):

   快速成型(Rapid Prototyping)技術是80年代後期發展起來的,被認為是近年來製造技術領域的一次重大突破,其對製造業的影響可與數控技術的出現相媲美。RP系統綜合了機械工程、CAD、數控技術,激光技術及材料科學技術,可以自動、直接、快速、精確地將設計思想物化為具有一定功能的原型或直接製造零件,從而可以對產品設計進行快速評價、修改及功能試驗,有效地縮短了產品的研發周期。

   8)逆向工程(RE):

   逆向工程(Reverse Engineering)是對產品設計過程的一種描述。逆向工程技術與傳統的產品正向設計方法不同,它是根據已存在的產品或零件原型構造產品或零件的工程設計模型,在此基礎上對已有產品進行剖析、理解和改進,是對已有設計的再設計。其主要任務是將原始物理模型轉化為工程設計概念或產品數字化模型:一方面為提高工程設計、加工分析的質量和效率提供充足的信息,另一方面為充分利用CAD/CAE/CAM技術對已有的產品進行設計服務。

3 產品創新數字化 -2、產品數字化製造


  1)計算機輔助製造(CAM):

   計算機輔助製造(Computer Aided Manufacturing)是通過把計算機與生產設備聯繫起來,實現用計算機系統進行生產的計劃、管理、控制及操作的過程,是應用計算機進行製造信息處理的總稱。目前CAM的概念已經狹義化了,一般僅指根據二維或三維模型進行數控編程的相關技術。

   2)數控技術(NC):

   數控技術,簡稱數控(Numerical Control)。它是利用數字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。用數控技術實施加工控制的機床,或者說裝備了數控系統的機床稱為數控(NC)機床。現代數控機床是機電一體化的典型產品,是新一代生產技術、計算機集成製造系統等的技術基礎。

   3)計算機輔助工藝(CAPP):

   CAPP(Computer Aided Process Planning)是指藉助於計算機軟硬體技術和支撐環境,利用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。藉助於CAPP系統,可以解決手工工藝設計效率低、一致性差、質量不穩定、不易達到優化等問題。

   CAPP是將產品設計信息轉換為各種加工製造、管理信息的關鍵環節,是企業信息化建設中聯繫設計和生產的紐帶,同時也為企業的管理部門提供相關的數據,是企業信息交換的中間環節。

   4)製造流程管理(MPM):

   近年來,國際廠商逐漸在CAPP的基礎上,結合三維造型基礎逐漸發展出「製造流程管理」(Manufacturing Process Management,MPM)技術。MPM解決方案可以更準確地協同產品製造過程和資源信息,優化產品工藝,分析具有多種配置的複雜產品的加工和裝配過程,進行生產過程模擬,計算公差,控制生產成本。同時實現與ERP系統的雙向信息集成,並將數據傳遞給CAM系統。

4 產品創新數字化 -3、產品創新數字化過程管理

  產品數據管理(PDM):

   PDM(Product Data Management)是一種幫助工程師和其他人員管理產品數據和產品研發過程的工具。PDM系統確保跟蹤那些設計、製造所需的大量數據和信息,並由此支持和維護產品。從產品來看,PDM系統可幫助組織產品設計,完善產品結構修改,跟蹤進展中的設計概念,及時方便地找出存檔數據以及相關產品信息。從過程來看,PDM系統可協調組織整個產品生命周期內諸如設計審查、批准、變更、工作流優化以及產品發布等過程事件。

   雖然PDM的功能越來越豐富,但文檔管理、工作流和過程管理、產品配置管理和系統集成依舊是PDM的基本和核心功能。

   文檔管理:

   數據與文檔管理主要實現:分散式電子倉庫、文檔的版本、文檔的統一分類編碼、文檔的屬性搜索、文檔的使用許可權及安全保密、統一的產品數據主模型等。

   工作流和過程管理:

   工作流和過程管理主要是對產品開發過程和工程變更過程中所有事件和活動進行定義、執行跟蹤和控制。通常由工作流模版定義工具、執行工作流的工作流機、工作流監控和管理工作等組成。

   產品配置管理:

   主要包括:建立產品結構樹、EBOM/MBOM等BOM多視圖生成和管理、動態分層瀏覽、產品配置管理等。

   系統集成:

    PDM系統本身是一個企業級應用集成平台,從集成的對象上需要考慮應用軟體工具的集成、異構的PDM、以及其它平台(如ERP等)的集成。

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