在智能制造體系架構中，作為先進制造業(yè)核心競爭力的源泉，智能研發(fā)是其中一個重要環(huán)節(jié)。就傳統(tǒng)的設計制造業(yè)務模式而言，從需求調(diào)研、競品分析，市場調(diào)研等方面獲取產(chǎn)品設計需求，然后再從概念設計到詳細設計，并將詳細設計方案轉(zhuǎn)變成可制造的工藝流程和生產(chǎn)流程，最后完成產(chǎn)品的制造過程并對外銷售。從過去產(chǎn)品全生命周期管理的角度來看這種流程沒有什么問題，并且這種串行的研發(fā)制造流程也是目前制造企業(yè)的主流模式。

但隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、增材制造、增強現(xiàn)實等新興技術不斷的涌現(xiàn)并逐步走向成熟應用，這種流程就顯得有些僵化和缺乏靈活性，無法對技術的更新?lián)Q代和客戶需求做出快速響應，而且也很難適應企業(yè)未來智能制造體系建設與發(fā)展的需求。

所以企業(yè)要想進行智能制造轉(zhuǎn)型，首先必須要從產(chǎn)品創(chuàng)新根源上做起，將串行研發(fā)流程轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)用戶需求持續(xù)改進的閉環(huán)智能研發(fā)流程，感知用戶需求并靈活做出調(diào)整，同時融入智能制造相關新興使能技術，形成從用戶到用戶的產(chǎn)品研發(fā)循環(huán)。即在產(chǎn)品設計需求分析階段就開始進行市場與用戶相關數(shù)據(jù)分析，這其中包含用戶直接參與基于自身喜好的產(chǎn)品定制過程，以及產(chǎn)品在使用過程中反饋相關運行數(shù)據(jù)來指導改善原設計方案的過程，形成一個往復循環(huán)持續(xù)優(yōu)化的智能研發(fā)過程。

該流程體現(xiàn)了設計歷史上從為用戶設計，到幫助用戶設計，到用戶為自己設計的轉(zhuǎn)變。所以，智能研發(fā)必須建立在從設計信息、生產(chǎn)信息、用戶使用及反饋信息的高度智能化集成基礎上，從智能化的需求產(chǎn)生到基礎設計數(shù)據(jù)獲得的過程，從智能化的用戶參與式設計到能夠直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)信息并被執(zhí)行。要想實現(xiàn)這些轉(zhuǎn)變，智能研發(fā)必須要有以下幾大要素的支撐才能得以實現(xiàn)：

建立統(tǒng)一的多學科協(xié)同研發(fā)平臺

首先針對智能產(chǎn)品開發(fā)一般都是跨越多個專業(yè)技術領域和具有多種關鍵技術特征的，涉及多學科跨專業(yè)技術領域高度交叉與融合。同時，用戶的多樣化需求也使產(chǎn)品結(jié)構和功能變得非常復雜，IT嵌入式軟件技術也逐漸成為產(chǎn)品的核心部分，需要機、電、軟等多個學科的協(xié)同配合。

這就需要企業(yè)建立一個可以融合企業(yè)內(nèi)部所有不同專業(yè)學科領域研發(fā)系統(tǒng)和工具的頂層架構，形成一個可以全面管理產(chǎn)品生命周期中所有專業(yè)研發(fā)要素的統(tǒng)一的多學科協(xié)同研發(fā)平臺。

平臺除了可以管理各專業(yè)圖紙、工藝和材料信息以外，還可以管理產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、指標這些特性類數(shù)據(jù)及其生成過程，并能集成程序設計與管理、仿真、優(yōu)化、創(chuàng)新、質(zhì)量等工具，使研發(fā)體系可以快速高效地應用這些工具，從而進行差異性、高性能、高品質(zhì)的產(chǎn)品智能研發(fā)。在這個基礎上，再采用知識工程將企業(yè)研發(fā)過程中的知識積累下來，形成系列化產(chǎn)品開發(fā)的能力。

建立數(shù)字化樣機，實現(xiàn)仿真驅(qū)動創(chuàng)新

在智能研發(fā)階段中，必須要建立產(chǎn)品的數(shù)字樣機，用來支持總體設計、結(jié)構設計，工藝設計等協(xié)同設計工作，支持項目團隊進行并行產(chǎn)品開發(fā)。

建立數(shù)字樣機的主要作用包括分析數(shù)字樣機模型具有正確的公差尺寸，干涉檢查等，同時還有重量特性分析、運動分析和人機功效分析。同時，數(shù)字樣機還能夠提供產(chǎn)品裝配分析的數(shù)據(jù)信息，這包括裝配單元信息、裝配層次信息等，以保證對產(chǎn)品的裝配順序、裝配路徑、裝配時的人機性、裝配工序和工時等進行仿真。數(shù)字樣機還可以進行工藝性評估，包括加工方法、加工精度、刀路軌跡等，實現(xiàn)對樣機的CAM仿真和基于三維數(shù)字樣機的工藝規(guī)劃。

數(shù)字樣機在產(chǎn)品的銷售階段也有非常重要的作用，它能夠為產(chǎn)品宣傳提供逼真的動態(tài)、靜態(tài)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。通過三維模型的輕量化技術，企業(yè)可以便捷、靈活的利用原始數(shù)字樣機模型為產(chǎn)品培訓提供分解圖、原理圖，還可以提供近似產(chǎn)品的快速變型與派生設計，以滿足市場報價和快速組織投標和生產(chǎn)的需要。

另外，在基于數(shù)字化樣機的基礎上，企業(yè)還可以建立虛擬樣機進行系統(tǒng)集成和仿真驗證，可以通過仿真減少實物試驗，降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，完成仿真驅(qū)動設計。同時還可以將仿真技術與試驗管理結(jié)合起來，提高仿真結(jié)果的置信度。

圖1 SET**電動輪礦車數(shù)字樣機（來源：三一重工）

除此以外，為了保障產(chǎn)品的可靠性，還必須在產(chǎn)品設計的前期就充分考慮工藝規(guī)劃、制造、裝配、檢驗、銷售、使用、維修到產(chǎn)品的報廢等產(chǎn)品全生命周期過程中的各項工程要素。利用并行工程和DFX技術，在設計階段盡可能早地針對不同階段中產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、可制造性、可裝配性、可測試性、產(chǎn)品服務和價格等因素進行綜合評估，從而優(yōu)化產(chǎn)品設計，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

采用標準化、模塊化設計 形成系列化產(chǎn)品開發(fā)能力

以用戶為中心的智能研發(fā)就必然會面臨用戶需求的多樣性，這就要求企業(yè)必須有靈活多變的產(chǎn)品變型設計能力來滿足用戶多樣化的需求，形成系列化產(chǎn)品的開發(fā)能力，然而這樣就會直接導致產(chǎn)品設計、工藝、制造各個過程中的數(shù)據(jù)大量增加。

圖2 柳工集團的輪式裝載機模塊化實踐（來源：顧新建教授產(chǎn)品創(chuàng)新模塊化設計方法與實踐的演講）

在這種狀態(tài)下，產(chǎn)品的標準化、模塊化設計就顯得尤為重要，模塊化就是為滿足不同需要，以標準化為基礎，通過分解、集合手段，把復雜系統(tǒng)分解為相互獨立的具有特定功能的標準化模塊，再通過標準的接口把各獨立的模塊聯(lián)結(jié)為一個完整系統(tǒng)的過程。

企業(yè)如果沒有做產(chǎn)品的標準化、模塊化方面的工作，缺乏了基于用戶需求的定制開發(fā)能力，就無法形成系列化的產(chǎn)品開發(fā)來滿足客戶對產(chǎn)品的多樣化需求以及產(chǎn)品自身生態(tài)體系的建設，智能研發(fā)也就無從談起。