制造业设计创新需跨越“四重门”_文恒教育

2017-10-28 15:27:29 whchedu 2

美国电视有线新闻网反复播出了一则关于“中国制造”的广告,在其背后“中国制造”变身“中国创造”的渴求呼之欲出,而设计创新正是完成这一转变的必由之路。为此,包括政府、企业、软件供应商在内的相关各方都在积极行动。

全球二维和三维设计、工程及娱乐软件的领导者欧特克有限公司(“欧特克”或“Autodesk”)举办的“欧特克2010年度卓越工程师评选”,其宗旨即为推进中国制造业的创新进程,特别是推动国内制造行业数字化设计技术及理念从二维到三维的整体提升。本次评选涵盖通用机械、电子消费品、汽车零部件、模具制造等不同子行业,得到业内各企事业单位、科研机构、院校供职工程设计人员的广泛参与,基本反映了当前国内一线制造业工程师的整体设计风貌。在近期举办的颁奖典礼上,数字化设计领域的两大名师陈伯雄和过小容,针对目前国内制造业普遍面临的创新压力和工程师所遇到的挑战发表了各自的真知灼见。

解放思想——创新设计之翼

“要想创新,思维模式一定要有所突破。不能局限在圈子里,没有突破就不可能创新。”过小容是无锡职业技术学院数控技术教研室主任,直接接触现在的大学生,“遗憾的是,现在有些教育方法从幼儿园到大学都在禁锢人的思想,你的答案必须是跟老师一个字不能差,差一个字就是错的。很多学生经过这种教育方式的熏染,思维被禁锢起来。所以我们需要做的,是把他们的思想解放出来。”

过小容举了自己经历过的一个例子。他之前一直在一家军工厂工作,曾接到一个极其艰巨的任务:把通常用于高射的重型机枪改为平射,并且将重量从55公斤降低到到25公斤而威力不变。在设计该枪的平射瞄准镜时,要对平射瞄准镜的分划板进行上下和左右两个方向的调节,最初采用的是教科书上和设计手册上的分划板调节结构。

“为了有效地解决机枪射击时零位走动和分划板调整之间的矛盾,我们当时下了很大的功夫,做过很多次试验,如改变零件的设计参数和加工装配工艺,提高零件加工精度,但是始终解决不了问题。后来,我们突破了传统的思维方式,设计了一个锁紧的机构,需要调整分划板时将其松开,调整完毕后直接将分划板锁死。这样一个简单的分划板锁紧机构,解决了多年来困扰我们的技术难题,同时该项目还获得国家发明的专利。”

其实,在本届欧特克年度卓越工程师评选的获奖作品中,那些最优秀的作品大都是打破常规另辟蹊径的,这其中除了工程师们扎实的基本功之外,更有赖于勤于思考的头脑和善于变换角度的眼光,方能突破思维定式,找到创新的解决方案。

明确目标——创新设计才能有的放矢

创新并不意味着异想天开、不着边际,没有目标的创新不是真正的创新。在“欧特克年度卓越工程师评选”获奖名单揭晓之际,欧特克中国研究院技术交流部主管陈伯雄先生曾表示,“通过解读一些优秀工程师的作品,我们可以清楚地了解其所要达到的设计目标以及软件是如何协助工程师去实现这一目标的。”

由此可见,拥有清晰的目标是对一个设计创新者的基本要求。换言之,工程师首先要明白自己想干什么,这样才能确保整个创新过程始终拥有正确的方向,不会造成偏差。陈伯雄认为,“设计出来的模型看起来漂不漂亮不是主要问题,主要问题是设计的目标是什么,工程师在设计过程中为了达到这个目标做了哪些铺垫和准备。”

一个好的软件是创新能力得力的助手,它帮助工程师完善创新过程中的数据记录、构思表达,提供线索和根据帮助工程师进行快速决策,并把创新的结果清晰地呈现出来。“然而创新的结果是否完美,99.99%取决于设计者的思想。CAD系统很复杂,包括硬件、软件、人、客观环境、设计规则等等,在这里面软件是一个兵,不是一个将,软件是听令的,操作者让干什么就干什么,也可能软件在这当中表现不良,这就是软件需要改进的地方。如果这个将不对,整个战略战术错了,兵再强也没用,还是得打败仗。”

深入一线——创新设计之源头活水

问渠哪得清如许,为有源头活水来。在陈伯雄看来,从生产和使用一线得来的实践经验正是创新设计的源头活水。“所谓‘生产第一线’体现的是设计将怎么制造、安装和调试出来,‘使用第一线’是指设计在用户那里表现得怎么样。”

“现在工程师在这方面稍有些缺乏,他们呆在设计室的时间较多,在制造现场和使用现场的时间较少,但其实这种技术习惯不利于进步。”正因如此,陈伯雄寄语下届欧特克年度卓越工程师评选,“希望我们的工程师可以深入生产第一线,不断积累实践经验,在下届评选中涌现出更多优秀的‘整体设计团队’。”

陈伯雄的话也道出了设计是一项团队工作而非个人英雄主义的战场。事实上,我们通常所讲的设计是一个泛化的概念,它还可以细分为概念设计、结构设计、制造工艺设计、装配工艺设计、机械设计、电气设计等不同门类,各个门类由不同的工程师负责,甚至同一门类的设计工作往往也由多位工程师承担,这就需要工程师与工程师之间加强协作。其次,设计作品最终要由工人进行生产,并通过市场提供给用户使用,因此工程师还要充分了解产品生产和使用的过程,掌握用户、生产人员、安装调试人员,甚至是市场推广、销售和售后服务人员的想法,方能确保设计作品能够顺利投产,并真正符合市场和消费者的实际需求。

从另一个角度来看,所谓“整体设计团队”,在某种程度上也反映出协同设计的理念,而后者正是当前制造业信息化的主流趋势之一。作为全球领先的数字设计软件及解决方案提供商,欧特克面向制造业的数字化样机解决方案就突出体现了协同设计的理念。数字化样机解决方案以Autodesk Inventor为核心,整合一系列设计、可视化和仿真分析软件,能够完整涵盖从概念设计到工程以及生产制造的全部流程,帮助用户加强概念设计、工程、制造、营销团队之间的高效协同,提高设计效率并完成更多工作。

驾驭软件——创新设计的数字化利器

工欲善其事,必先利其器。掌握CAD软件并熟练运用,让其为创新思维插上翅膀并非易事。如果放眼整个制造业设计的大环境,会发现一些现实情况并不理想。比如,现在的大学教育对CAD还不够重视,很多学校把CAD简单地划归制图室负责,而和专业知识结合的不够;又比如,一些大学生毕业后走入企业,往往被繁重的重复性工作拖累,而没有时间系统地学习设计软件。

作为一位大学老师,过小容谈到了他们正在进行的教学尝试。“我们现在正在用一个教学产品来推动教育。学生一进学校的时候就知道最终毕业的时候要把这个产品做出来,我们把教学产品文件分配在各个课程里面去,比如制图、工艺、模具,如果进行编程的话也是用这个载体,最后是做实训,也就是说,教学产品是把整个教学串起来。这样既能提高学生的动手能力,又可以为教学增添趣味性。”

值得一提的是,随着软件供应商持续不断地对产品进行优化改进,对设计工具的使用正变得越来越容易。比如,目前在制造业三维设计中应用最广泛的Autodesk Inventor软件,就以易学易用著称,即便是完全没有接触过数字化设计的人也能够在几周之内快速上手,甚至有些老工程师60多岁了才开始学也能很顺利地掌握。当然,上手是一回事,灵动自如地驾驭则是另一回事。对于Inventor的诸多高级功能,比如二次开放等,没有达到一定的境界是难以掌握的。

陈伯雄认为,一个真正的软件高手,要能够非常容易的发现软件的潜规则,而且把这个潜规则利用得生龙活虎。“每一个设计软件都有优势和不足,而优秀的工程师能够用其所长、避其所短,把软件优势发挥到最大化。比如Inventor最精彩的部分:数据的关联、传承、动态的驱动等等,此次参与‘欧特克年度卓越工程师评选’的前三名选手就将这些优势功能充分利用,提交了优秀的作品。只有做到这一点,软件才能真正成为工程师得心应手的工具。”

对于当下的中国制造业来说,其发展现状与创新设计能力及CAD软件应用水平息息相关。当制造企业处于真正的创新设计时,三维CAD软件将表现得非常精彩;而当企业只是处于机械制造的仅制造阶段时,三维设计的优势就不再明显。客观地说,目前中国相当一部分企业还处在单纯的制造阶段,虽然在使用软件进行相关设计,但是因为设计的深度和宽度有限,所以软件所表现出来的能力不够充分。可喜的是,从本届“欧特克2010年度卓越工程师评选”中可以发现,很多企业已经开始意识到这一点,并积极地运用数字化设计摆脱单纯制造迈向创新设计。尽管这个过程并不容易,但曙光已经出现在我们面前,也许在2011年的欧特克年度卓越工程师评选中,我们能从那些大量涌现的“整体设计团队”身上进一步感知中国制造业设计创新的跃动脉搏。