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關(guān)鍵詞:智能控制;機(jī)電一體化系統(tǒng);應(yīng)用分析;科技發(fā)展
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.135
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,愈加復(fù)雜化的市場經(jīng)濟(jì)使得各個行業(yè)的競爭越來越激烈,為了能夠在市場中有一個立足之地,所有的企業(yè)都在進(jìn)行轉(zhuǎn)型和改善。隨著近些年的發(fā)展,我國的機(jī)電一體化系統(tǒng)已經(jīng)逐漸的趨于完善,但是在實際的操作過程中還存在著一定的弊端,最明顯也是最重要的問題就是在實際操作的過程中不論是農(nóng)業(yè)還是工業(yè),都存在著一定的不確定性、多層次性以及非線性等特征,使得機(jī)電一體化系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中出現(xiàn)了一些不便。為了能夠解決這個問題,智能控制應(yīng)運而生,智能控制的出現(xiàn)不但有效的解決了這個問題,同時促使我國機(jī)電一體化行業(yè)的快速發(fā)展,使其能夠更加從容的面對各種操作,提高了機(jī)電一體化系統(tǒng)的操作效率。
1 什么是智能控制
所謂的智能控制指的就是在沒有人為的干預(yù)下能夠自主驅(qū)動智能機(jī)器,從而有效完成對目標(biāo)進(jìn)行自動控制的技術(shù),換句話來說就是用計算機(jī)對人類的大腦進(jìn)行模擬,從而完場智能控制。智能控制在當(dāng)今的社會是一種非常重要的技術(shù),應(yīng)用范圍非常廣泛,有著不可或缺的作用。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,有很多復(fù)雜多樣的控制任務(wù)和控制目的,這些控制任務(wù)和控制目的以傳統(tǒng)的控制手段來完成是非常復(fù)雜和不方便的,而智能控制的出現(xiàn)正好可以解決這一問題,使得機(jī)電一體化系統(tǒng)的實際操作更加的簡單方便,同時還能更好的完成控制任務(wù)。對于智能控制來說,傳統(tǒng)控制只是其中最為簡單的一個部分,真正的智能控制是由多個學(xué)科相互交叉而成,而在眾多的學(xué)科中最為主要的就是自動控制論、信息論、人工智能以及運籌學(xué)等學(xué)科。與傳統(tǒng)控制相比較而言,智能控制有著一些非常明顯的優(yōu)點和特征,其中最為主要的特征主要有七個方面,分別是智能控制的核心在高層控制、智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點、智能控制器具有非線性特性、智能控制器具有總體自尋優(yōu)特征、智能控制一個新興的技術(shù)、屬于一門邊緣交叉學(xué)科以及其能夠滿足更多的要求和目標(biāo)。智能控制主要分為了六種類型,分別是:混合或者集成控制、專家控制系統(tǒng)、分級遞階控制系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、組合智能控制系統(tǒng)以及金華計算與遺傳算法。
2 什么是機(jī)電一體化系統(tǒng)
所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng)又被稱之為機(jī)械電子學(xué),指的就是講信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、借口技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合,從而形成了所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng),同時將這種系統(tǒng)運用到實際的生活當(dāng)中。機(jī)電一體化系統(tǒng)在組成的過程中需要幾點組成要素,主要包括了運動組成要素、結(jié)構(gòu)組成要素、智能組成要素以及感知組成要素。
3 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用分析
隨著科技的快速發(fā)展,機(jī)電一體化逐漸從傳統(tǒng)方式向著智能控制轉(zhuǎn)型和發(fā)展,使得機(jī)電一體化系統(tǒng)邁向了新的領(lǐng)域。同時隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)面對的任務(wù)和目標(biāo)來說,智能控制也必然是其主要的發(fā)展方向,在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,智能控制的水平直接決定整個系統(tǒng)的水平,智能控制水平越優(yōu)越,那么機(jī)電一體化的整體水平也就也高,反之亦然。
3.1 智能控制在機(jī)械制造過程中的應(yīng)用分析
在機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械制造只非常重要的一個部分,而對于目前的機(jī)械制造技術(shù)來說,最為先進(jìn)的技術(shù)就是將計算機(jī)輔助技術(shù)與智能控制進(jìn)行有效的結(jié)合,使得機(jī)械制造技術(shù)逐漸的智能化。機(jī)械制造技術(shù)的智能化其主要目的就是利用計算機(jī)技術(shù)對人腦進(jìn)行模擬,以其來代替一部分的腦力勞動,從而完成整個人類制造機(jī)械的過程。在智能化的機(jī)械制造的過程中,首先是由智能控制技術(shù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行利用,通過它對機(jī)械制造的實時情況進(jìn)行動態(tài)模擬,然后再利用傳感器的融合技術(shù)對采集而來的信息進(jìn)行處理,同時對控制模式中的一些參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。在機(jī)械制造的領(lǐng)域中智能控制的主要應(yīng)用有機(jī)械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控和檢測、智能診斷機(jī)械故障、智能學(xué)習(xí)以及智能傳感器。
3.2 智能控制在數(shù)控中的應(yīng)用
隨著科技的快速發(fā)展和我國市場化經(jīng)濟(jì)的不斷變更,對于機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展來說數(shù)控技術(shù)有著至關(guān)重要的作用,因此對于數(shù)控技術(shù)的要求也就越來越高,在實際操作的過程中,數(shù)控技術(shù)不但要有效的完成各種智能功能,同時還需要數(shù)控技術(shù)完成擴(kuò)展、延伸以及模擬等一些全新的智能功能,從而可以通過利用數(shù)控技術(shù)來完成智能監(jiān)控、智能編程以及對智能數(shù)據(jù)庫的建立等一些目標(biāo),從而使得機(jī)電一體化系統(tǒng)在實際的操作過程中可以通過智能控制來完成一些目標(biāo),比如在對數(shù)控領(lǐng)域中一些算法不確定或者是沒有明確結(jié)構(gòu)的問題進(jìn)行綜合處理的過程中,可以通過利用推理規(guī)則對數(shù)控維修提供一定的數(shù)據(jù)和參考。
3.3 智能控制在機(jī)器人中的應(yīng)用
機(jī)器人具有非常多的特性,其中最主要的就是非線性、時變性以及強(qiáng)耦合,而這些特征主要都是體現(xiàn)在機(jī)器人的動力系統(tǒng)之中。同時在機(jī)器人的控制參數(shù)系統(tǒng)當(dāng)中,機(jī)器人具有多邊變性以及多任務(wù)性的特征,而這些特征的存在是非常適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。就目前的技術(shù)和發(fā)展來說,在機(jī)器人的實際操作過程中智能控制技術(shù)主要變現(xiàn)在四個方面,分別是對機(jī)器人的行走軌跡和行走路徑以及跟蹤等方面進(jìn)行控制;對機(jī)器人手臂的姿態(tài)以及動作進(jìn)行智能控制;有效利用專家控制系統(tǒng)對機(jī)器人的運動環(huán)境進(jìn)行建模、監(jiān)測、定位以及規(guī)劃控制;對機(jī)器人的傳感器信息融合和視覺處理進(jìn)行智能控制。
3.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用
智能控制在建筑中的應(yīng)用主要有兩個方面,一方面是照明通信系統(tǒng),另外的一個方面是空調(diào)系統(tǒng)。隨著人們的生活水平不斷的提高以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,人們對于生活的質(zhì)量要求也是越來越高,因此智能建筑成為了主流。智能建筑主要是通過智能控制對建筑進(jìn)行智能化控制,而在眾多的智能控制中最為常見也是最為實用的就是這兩種。首先是照明通信系統(tǒng),通信系統(tǒng)指的就是小區(qū)內(nèi)部的互聯(lián)網(wǎng)通訊,主要是通過小區(qū)內(nèi)的控制器對每個用戶的通訊線路進(jìn)行控制和檢測,一旦發(fā)生故障,能夠?qū)€路進(jìn)行快速的檢修并且進(jìn)行維護(hù),使得通訊系統(tǒng)在使用的過程中更加的便捷和安全。照明系統(tǒng)指的就是對建筑群的照明進(jìn)行實時控制,在控制的過程中主要是對照明區(qū)域、照明時間、照明邏輯以及照明系統(tǒng)節(jié)能燈方面進(jìn)行控制;另外一個方面就是對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行控制,在對空調(diào)進(jìn)行智能控制的過程中,主要是通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式來模擬四季溫度,同時對空調(diào)的風(fēng)閥進(jìn)行智能調(diào)節(jié),不但有效提高了建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量,同時還能盡可能的減少能量浪費。
4 總結(jié)
隨著科技和市場化經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,機(jī)電一體化系統(tǒng)為了能夠適應(yīng)更過的工作環(huán)境和任務(wù)要求,需要進(jìn)行不斷的完善和轉(zhuǎn)型,智能控制的出現(xiàn)使得機(jī)電一體化系統(tǒng)能夠更好的面對各種各樣的操作難題,不但能夠有效解決問題,還可以減少工作人員的腦力和體力勞動,更加重要的是促進(jìn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的快速發(fā)展,使其有了質(zhì)的飛越,使其能夠更加長遠(yuǎn)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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一、關(guān)于機(jī)電一體化的概述
1.1 機(jī)電一體化的含義
所謂機(jī)電一體化,又稱機(jī)械電子學(xué),是指將電工電子技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號變換技術(shù)等多支技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合,并綜合應(yīng)用到實際生產(chǎn)生活中去的一項綜合性的技術(shù)。
1.2 機(jī)電一體化的基本內(nèi)容與組成要素及原則
機(jī)電一體化的基本內(nèi)容包括以下幾個方面:一是機(jī)械技術(shù),二是計算機(jī)與信息技術(shù),三是系統(tǒng)技術(shù),四是自動控制技術(shù),五是傳感檢測技術(shù),六是伺服傳動技術(shù)。機(jī)電一體化的組成要素包括:一是結(jié)構(gòu)組成要素;二是運動組成要素;三是感知組成要素;四是職能組成要素。機(jī)電一體化的四大原則包括:一是結(jié)構(gòu)耦合;二是運動傳遞;三是信息控制;四是能量轉(zhuǎn)換。
二、關(guān)于智能控制
2.1 智能控制的含義
所謂智能控制,就是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機(jī)器實現(xiàn)控制目標(biāo)的自動控制技術(shù),是用計算機(jī)模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域,主要面向比傳統(tǒng)控制更為復(fù)雜、多樣的控制任務(wù)和控制目的,為當(dāng)今社會的發(fā)展帶來了更為廣泛的適應(yīng)空間,解決了傳統(tǒng)控制無法實現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。傳統(tǒng)的控制只是智能控制中的一個組成部分,是智能控制最底層的階段。智能控制是由多個學(xué)科相互交叉所形成的學(xué)科,它的理論基礎(chǔ)包括信息論、自動控制論、運籌學(xué)及人工智能等內(nèi)容。
2.2 智能控制的特征
智能控制具有以下特征:一是智能控制的核心在高層控制,即組織級;二是智能控制器具有非線性特性;三是智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點;四是智能控制器具有總體自尋優(yōu)特性;五是智能控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多樣性目標(biāo)的高性能要求;六是智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科;七是智能控制是一個新興的研究領(lǐng)域。
2.3 智能控制的類型
一是集成或者混合(復(fù)合)控制;二是分級遞階控制系統(tǒng);三是專家控制系統(tǒng)(Expert System);四是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng);五是學(xué)習(xí)控制系統(tǒng);六是進(jìn)化計算與遺傳算法;七是組合智能控制方法等。
2.4 智能控制發(fā)展的趨勢
智能控制系統(tǒng)具有極強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能、組織功能及適應(yīng)性功能,其在機(jī)電一體化方面的廣泛應(yīng)用是當(dāng)前智能控制的一大發(fā)展趨勢。遺傳算法、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的最常見的四種技術(shù),它們之間存在著相互依存、相輔相成的關(guān)系。近年來,智能控制技術(shù)在國內(nèi)外已有了較大的發(fā)展,己進(jìn)入工程化,實用化的階段。但作為一門新興的理論技術(shù),它還處在一個發(fā)展時期。然而,隨著人工智能技術(shù),計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展,智能控制必將迎來它的發(fā)展新時期。
三、智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
從20世紀(jì)90年代后期,機(jī)電一體化技術(shù)向智能控制發(fā)展,開辟了機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的新篇章。機(jī)電一體化的未來發(fā)展必將是以智能化作為主要方向,智能控制的優(yōu)劣直接決定機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體水平。
3.1 智能控制在機(jī)械制造過程中的應(yīng)用
機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分,當(dāng)前最先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)就是將智能
控制技術(shù)與計算機(jī)輔助技術(shù)有機(jī)結(jié)合,向智能機(jī)械制造技術(shù)的方向發(fā)展。其最終目標(biāo)是利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)取代一部分腦力勞動,從而模擬人類制造機(jī)械的活動。同時,智能控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計算的方法對機(jī)械制造的現(xiàn)狀進(jìn)行動態(tài)地模擬,通過傳感器融合技術(shù)將采集的信息進(jìn)行預(yù)處理,從而修改控制模式中的參數(shù)數(shù)據(jù)。智能控制在機(jī)械制造中的應(yīng)用領(lǐng)域包括:機(jī)械故障智能診斷、機(jī)械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控與檢測、智能傳感器及智能學(xué)習(xí)等。
3.2 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,我國的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求,不僅需要完成很多的智能功能,還需要擴(kuò)展、模擬、延伸等新的智能功能,從而使得數(shù)控技術(shù)可以實現(xiàn)智能編程、智能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫等目標(biāo),運用智能控制技術(shù)可以實現(xiàn)這些目標(biāo)。比如說,利用專家系統(tǒng)可以數(shù)控領(lǐng)域中難以確定算法與結(jié)構(gòu)不明確的一些問題進(jìn)行綜合處理,再運用推理規(guī)則將數(shù)控現(xiàn)場的一些數(shù)控故障信息進(jìn)行推理,從而獲得維修數(shù)控機(jī)械的一些指導(dǎo)性建議。
3.3 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用
機(jī)器人所具有非線性、強(qiáng)耦合、時變性的特征主要體現(xiàn)在動力系統(tǒng)中,在控制參數(shù)的系統(tǒng)中機(jī)器人具有多任務(wù)及多邊變性的特征,這些特征適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前智能控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面:一是機(jī)器人手臂姿態(tài)及動作的智能控制;二是機(jī)器人在多傳感器信息融合與視覺處理方面的智能控制;三是機(jī)器人在行走路徑與行走軌跡跟蹤方面的智能控制;四是通過專家控制系統(tǒng)對機(jī)器人的運動環(huán)境進(jìn)行定位、監(jiān)測、建模及規(guī)劃控制等方面的探究。
3.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用
智能控制在建筑工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面:一是智能控制在建筑物照明系統(tǒng)中的應(yīng)用,它主要通過通信與計算機(jī)控制的聯(lián)網(wǎng),對每一個時段的照明系統(tǒng)進(jìn)行控制,主要表現(xiàn)在對照明時間、照明系統(tǒng)的節(jié)能、照明邏輯方面的智能控制;二是對建筑物內(nèi)的空調(diào)進(jìn)行智能控制,通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式對空調(diào)在夏季與冬季使用時的模式進(jìn)行設(shè)置,可以智能地調(diào)節(jié)空調(diào)的風(fēng)閥,在確保建筑內(nèi)空氣質(zhì)量的同時,減少能量的浪費。
3.5 智能控制在機(jī)電一體化中的效果
機(jī)電一體化是推動工業(yè)現(xiàn)代化的重要技術(shù)。“智能化”作為當(dāng)代科技的趨勢所在,因此智能控制在機(jī)電一體化中的作用不可估量,智能控制應(yīng)用于機(jī)電一體化中有以下幾點作用:優(yōu)化效能:多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)運用的是模塊化設(shè)計的思路和方式,有著較為廣闊的功能涉及面,裁剪性也非常好。如果是群控系統(tǒng),對于相同的群控系統(tǒng)完全可以借助各種操作流程,進(jìn)而保證系統(tǒng)的調(diào)整能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求;提高精度:精度 對于數(shù)控機(jī)床而言是衡量機(jī)電一體化制造技術(shù)的重要指標(biāo),直接影響著產(chǎn)品加工成品率的高低。與舊的設(shè)備相比,智能數(shù)控系統(tǒng)融合了高速CPU芯片、多CPU控制系統(tǒng)、RISC芯片與交流數(shù)字伺服系統(tǒng),促使機(jī)床的精度得以大大的提高;程序控制:操作程序是系統(tǒng)運行的主要指令,根據(jù)加工產(chǎn)品的尺寸、精度來編制操作程序才能使產(chǎn)品加工后達(dá)到智能效果;改進(jìn)加工:智能控制方式的運用可以縮短加工時間、優(yōu)化操作流程。實現(xiàn)了復(fù)合加工的效果,數(shù)控機(jī)床通過智能控制滿足了多軸、多控制加工的需要,可以有效地減少人工操作次數(shù),加工程序得到了優(yōu)化和改進(jìn)。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】先進(jìn)制造技術(shù);發(fā)展趨勢;關(guān)鍵技術(shù)
【中圖分類號】TH16 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A
【文章編號】1007―4309(2010)10―0086―2
先進(jìn)制造技術(shù)AMT(Advanced Manufacturing Technology)是傳統(tǒng)制造技術(shù)在不斷吸收機(jī)械、材料、電子、信息、能源和現(xiàn)代化管理等領(lǐng)域的成果上產(chǎn)生的,它被綜合應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計、制造、檢測、管理和售后服務(wù)的全過程。它是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展而來的,保留了過去制造技術(shù)中的有效要素,是制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的完整的技術(shù)群,先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,大體經(jīng)歷了四個階段:
第一階段(20世紀(jì)60―70年代):柔性制造單元(CAD/CAM),它是以數(shù)控機(jī)床、加工中心和工業(yè)機(jī)器人為代表的。
第二階段(20世紀(jì)70―80年代):柔性制造系統(tǒng)(FMS),它是以柔性制造單元加上自動或半自動物流輸送組合而成的,但特點仍然是分布式生產(chǎn)過程。
第三階段(20世紀(jì)80―90年代):集成階段(CIMS),是以信息、工藝、物流、計算機(jī)集成控制為特點的。
第四階段(20世紀(jì)90年代至今):智能集成制造系統(tǒng)階段,是以設(shè)計智能化、單元加工過程智能化和系統(tǒng)整體管理智能化為特征的。
一、先進(jìn)制造技術(shù)的特點
目前,每一個國家都處于全球化市場中,先進(jìn)制造技術(shù)的競爭是面向全球的。一個國家的先進(jìn)制造技術(shù)對該國制造業(yè)在全球范圍市場的競爭力發(fā)揮著非常重要和不可替代的作用。先進(jìn)制造技術(shù)的目標(biāo)是要提高產(chǎn)品對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力以及競爭能力,同時實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)。它不局限于制造工藝,而是覆蓋了市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù),以及回收再生的全過程,概括起來有以下特點:
(1)成形和加工技術(shù)日趨精密化。
(2)企業(yè)裝備將以制造工藝、設(shè)備和工廠的柔性與可重構(gòu)性作為顯著特點。
(3)虛擬制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)將被廣泛應(yīng)用。
(4)機(jī)電產(chǎn)品和先進(jìn)制造技術(shù)將把智能化、數(shù)字化作為發(fā)展方向。
(5)以提高對市場快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)將超速發(fā)展。
(6)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展越來越離不開信息技術(shù),信息技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。
(7)21世紀(jì)的企業(yè)面臨著要在管理方面進(jìn)行創(chuàng)新的新課題。
(8)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征。(現(xiàn)代技術(shù)的內(nèi)涵即為:綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)、優(yōu)良性能設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù)、競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術(shù)、全壽命周期設(shè)計技術(shù)。)
二、當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
市場需求的個性化與多樣化趨勢越來越明顯,精密化、綠色化、智能化、信息化、虛擬化將成為未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。其主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(一)信息化
近幾年,信息技術(shù)和制造技術(shù)的不斷融合,使得數(shù)字化成為制造業(yè)日益發(fā)展的趨勢。數(shù)字化制造技術(shù)具有較多的優(yōu)點,如使市場多樣化和個性化的需求得到滿足;能夠?qū)κ袌鲎鞒隹焖俚捻憫?yīng),使生產(chǎn)成本得以降低;能夠提高產(chǎn)品精度和可靠性;等等。數(shù)字化產(chǎn)品既方便、直觀,又便于通過計算機(jī)控制產(chǎn)品,對信息進(jìn)行處理和傳遞。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,制造業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)越來越離不開Internet技術(shù),Internet技術(shù)是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ),是其重要的支撐平臺。基于Web技術(shù)的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等成為產(chǎn)品的主流。據(jù)專家預(yù)測,在未來生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的將是基于網(wǎng)絡(luò)制造的分布式網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)。因此,先進(jìn)制造技術(shù)將把以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)為核心,以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息化制造技術(shù)作為重要的發(fā)展方向。
(二)智能化
智能化就是應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期(包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)貨、支持等)各個環(huán)節(jié)的智能化,如生產(chǎn)設(shè)備的智能化,人與制造系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮等。智能化能夠使制造系統(tǒng)的自動化和柔性化水平得到進(jìn)一步的提高,使生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)與判斷能力更加完善。
(三)精密化
超高速切削、超精密加工技術(shù)以及發(fā)展新一代制造裝備成為了加工制造技術(shù)的發(fā)展方向。
1.超精密加工技術(shù)
目前已進(jìn)入納米級加工時代,加工精度和表面粗糙度分別達(dá)到了0.025μm和0.0045μm。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見光波段甚至更短波段近;超精加工機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展;超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。
2.超高速切削
目前,鋁合金超高速切削的切削速度已超過1 600m/min,鑄鐵、超耐熱鎳合金、鈦合金的速度分別為1 500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的發(fā)展已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工上。
3.新一代制造裝備的發(fā)展
市場競爭和新的產(chǎn)品、技術(shù)和材料的發(fā)展對新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)起著推動作用,如“并聯(lián)桁架式結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床”的發(fā)展就是一個典型的例子。它采用六個軸長短的變化,以實現(xiàn)刀具相對于工件的加工位姿的變化,是對傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的突破。
(四)綠色化
由于資源與環(huán)境的約束日益嚴(yán)格,21世紀(jì)的制造業(yè)要以綠色制造為重要特征。與此相適應(yīng)的,綠色制造技術(shù)的發(fā)展也將是快速的。主要表現(xiàn)為:
1.綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),既能夠保證產(chǎn)品在生命周期內(nèi)環(huán)保和對人類健康無危害,又能保證低能耗和高資源利用率。
2.綠色制造技術(shù),使整個制造的過程對環(huán)境所造成的不利影響最小,廢棄物和有害物質(zhì)的排放量最少,資源利用效率最高。
3.產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造,它主要包括以設(shè)計產(chǎn)品和處理材料為主的生產(chǎn)系統(tǒng)工廠和以處理循環(huán)產(chǎn)品生命周期結(jié)束時的材料為主的恢復(fù)系統(tǒng)工廠。如汽車等產(chǎn)品的拆卸、回收技術(shù)和生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)。
(五)虛擬化
在制造業(yè)中,虛擬現(xiàn)實技術(shù)(Virtual Reality Technology)越來越被廣泛地應(yīng)用,它主要包括兩部分,即虛擬企業(yè)和虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)是在產(chǎn)品真正制出之前,先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型進(jìn)行試驗,并且預(yù)測和評價其性能和可制造性。
三、未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)
(一)虛擬制造VM(virtual manufacturing)
VM技術(shù)的發(fā)展是以仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實VR(virtual reality)技術(shù)為基礎(chǔ)的。VM技術(shù)是在虛擬條件下模擬產(chǎn)品的設(shè)計、制造、測試、營銷的全過程,并預(yù)測和評價有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo),從而使產(chǎn)品開發(fā)周期得以縮短,使制造過程得以優(yōu)化。VM技術(shù)是工程設(shè)計的一次革命性的進(jìn)步,它的應(yīng)用范圍是非常廣泛的,如快速設(shè)計與快速原型、面向裝配或制造的設(shè)計、產(chǎn)品維護(hù)、產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)入市場的并行處理和人員培訓(xùn)等領(lǐng)域。
(二)智能制造IM(intelligent manufacturing)
智能制造技術(shù)是一門綜合技術(shù)。之所以這么說,是因為它是通過自動化技術(shù)、制造技術(shù)、系統(tǒng)工程和人工智能等學(xué)科互相交織和滲透形成的一門技術(shù)。智能設(shè)計、智能裝配、智能加工、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能測量與診斷等都屬于智能制造技術(shù)的范疇。對于制造系統(tǒng)集成自動化和柔性自動化來說智能制造是其新發(fā)展,也是其重要組成部分,智能傳感與檢測是智能制造的重點。
(三)納米制造
20世紀(jì)出現(xiàn)了一種高新技術(shù),即納米技術(shù)。它的加工精度或尺寸為0.1nm―100nm。而納米制造是納米技術(shù)與制造技術(shù)相融合而產(chǎn)生的,精密加工、超精加工、微細(xì)加工和超微細(xì)加工都屬于納米制造。常用的制造技術(shù)有聚焦離子束工藝等。
(四)綠色制造GM(green manufacturing)
綠色制造是一種現(xiàn)代制造模式,它綜合考慮資源消耗和環(huán)境影響,其目的是使產(chǎn)品在整個生命周期中(包括從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理)做到對資源利用率最高,對環(huán)境的不利影響最小,并優(yōu)化協(xié)調(diào)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前綠色制造受到了全球制造業(yè)的關(guān)注,因為未來制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展離不開綠色制造,綠色制造已成為先進(jìn)制造技術(shù)的主要內(nèi)容,也是各國支持和優(yōu)先發(fā)展的研究項目。
四、結(jié)論
我國將先進(jìn)制造技術(shù)列入“九五”科技規(guī)劃和15年科技發(fā)展規(guī)劃中。21世紀(jì)的今天,經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程日益加快,隨之而來的日益加劇的制造業(yè)領(lǐng)域的競爭,實際上是以先進(jìn)制造技術(shù)為競爭核心的。在這樣的大環(huán)境、大背景下,我國不僅要迎接挑戰(zhàn),而且要抓住機(jī)遇,要不斷地對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造,發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù),要在技術(shù)、機(jī)制、管理以及人才等方面進(jìn)行創(chuàng)新,只有這樣我國才能實現(xiàn)躋身世界制造強(qiáng)國的目標(biāo)。
【參考文獻(xiàn)】
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(2021年)
為切實做好我省智能制造試點示范,推動企業(yè)實施智能化改造,推進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,制定本實施方案。
一、總體思路
堅持統(tǒng)籌規(guī)劃、分類實施、重點突破、示范引領(lǐng)的原則,以企業(yè)為主體、以市場為導(dǎo)向、以應(yīng)用為核心,結(jié)合我省產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況,聚集制造業(yè)關(guān)鍵核心環(huán)節(jié),分類、分步推進(jìn)省級智能制造試點示范工作。以提高裝備智能化率、成果轉(zhuǎn)化率、勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品優(yōu)等率、節(jié)能減排率、生產(chǎn)安全率為主攻方向,在全省范圍內(nèi)遴選一批智能制造試點示范項目,并以此為基礎(chǔ)做好推薦國家智能制造試點示范條件準(zhǔn)備。結(jié)合試點示范項目認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗、加強(qiáng)推廣應(yīng)用,通過試點示范,推進(jìn)生產(chǎn)裝備數(shù)字化,提升我省關(guān)鍵智能部件、裝備和系統(tǒng)自主化水平,推進(jìn)生產(chǎn)過程智能化,提高設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等生命周期的智能化水平。
二、重點任務(wù)
(一)制定實施省級智能制造試點示范評價指標(biāo)體系
結(jié)合我省制造業(yè)發(fā)展情況,總結(jié)以往試點示范開展情況,制定實施符合我省產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況的省級智能制造試點示范指標(biāo)體系。
(二)組織實施省智能制造試點示范項目
1.流程型制造行業(yè)試點示范項目
以石化、化工、冶金、建材、紡織、食品、醫(yī)藥等流程型制造領(lǐng)域,推進(jìn)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合創(chuàng)新,全面提升企業(yè)的資源配置優(yōu)化、實時在線優(yōu)化、生產(chǎn)管理精細(xì)化和智能決策科學(xué)化水平。
2.離散型制造行業(yè)試點示范項目
在機(jī)械、汽車、船舶、家電、電子信息等離散型制造領(lǐng)域,組織開展數(shù)字化車間試點示范項目建設(shè),推進(jìn)裝備自動化、柔性化、智能化升級,實現(xiàn)工藝流程改造、生產(chǎn)與管理數(shù)據(jù)互聯(lián)共享。
3.智能制造裝備試點示范項目
在智能制造裝備領(lǐng)域,加快推進(jìn)高端芯片、新型傳感器、智能儀器儀表與控制系統(tǒng)、工業(yè)軟件、機(jī)器人以及高精密數(shù)控機(jī)床及系統(tǒng)、工作母機(jī)等智能設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,實現(xiàn)裝備和系統(tǒng)的自感知、自適應(yīng)、自診斷能力的大幅提升,實現(xiàn)智能裝備的自主可控。
4.智能產(chǎn)品制造試點示范項目
在智能移動終端、可穿戴設(shè)備產(chǎn)品、智能家居產(chǎn)品、智能交通電子信息產(chǎn)品、智能醫(yī)療設(shè)備、智能輕工消費品等領(lǐng)域開展智能產(chǎn)品生產(chǎn)制造和服務(wù)試點示范,強(qiáng)化產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化特征、功能可擴(kuò)展性和人機(jī)交互能力,提升產(chǎn)品核心技術(shù)、關(guān)鍵零部件和軟件系統(tǒng)的自主化率。
5.智能服務(wù)和管理試點示范項目
開展在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程診斷、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)及系統(tǒng)解決方案等制造業(yè)服務(wù)化試點示范,加快推動產(chǎn)品運行與應(yīng)用狀態(tài)報告的自動生成與推送服務(wù),提升企業(yè)大數(shù)據(jù)分析能力、信息化管理集成能力和信息安全保障水平,建立企業(yè)智能服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。在物流管理、能源管理等智能管理新領(lǐng)域開展試點,提升物流企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和倉儲管理、企業(yè)智能調(diào)度和能耗優(yōu)化水平。
6.智能制造新業(yè)態(tài)和新模式試點示范項目
在個性化定制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同開發(fā)/云制造、電子商務(wù)等新業(yè)態(tài)開展試點示范,完善企業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺功能,加強(qiáng)企業(yè)大數(shù)據(jù)能力、資源配置能力、信息基礎(chǔ)保障能力。
(三)建設(shè)重點行業(yè)智能工廠(數(shù)字化車間)
在組織實施省級智能制造試點示范項目基礎(chǔ)上,在機(jī)械、汽車和摩托車制造、紡織服裝、食品醫(yī)藥、化工、電子信息、五金家電、建材、民爆等重點行業(yè)建設(shè)一批智能工廠(數(shù)字化車間),提升產(chǎn)品全生命周期管理和生產(chǎn)制造、銷售服務(wù)全流程關(guān)鍵環(huán)節(jié)的智能管控水平。
(四)開展試點示范推廣應(yīng)用
對試點示范取得明顯成效的項目,進(jìn)行典型先進(jìn)經(jīng)驗總結(jié),分行業(yè)、分地區(qū)進(jìn)行試點示范應(yīng)用交流和推廣。
三、政策措施
(一)成功入選省智能制造試點示范的項目,優(yōu)先推薦申報工業(yè)和信息化部智能制造相關(guān)項目。
(二)作為省財政資金支持制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重點參考,市、區(qū)各級財政資金根據(jù)相關(guān)政策給予支持的,按具體規(guī)定執(zhí)行。
(三)統(tǒng)籌利用相關(guān)平臺及渠道對試點示范項目及項目單位進(jìn)行推廣宣傳。
(四)成功入選省智能制造試點示范的項目單位,優(yōu)先推薦入選廣東省智能制造生態(tài)合作伙伴。
四、工作進(jìn)度
(一)2021年2月,啟動智能制造試點示范申報。
(二)2021年3-4月,各地發(fā)動企業(yè)申報并擇優(yōu)推薦。
關(guān)鍵詞:高端裝備;智能裝備;工業(yè)設(shè)計;設(shè)計價值
引言
高端裝備是指具有高技術(shù)含量、高工藝水平、高經(jīng)濟(jì)價值、高附加值的先進(jìn)工業(yè)設(shè)施設(shè)備,涉及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展所需的相關(guān)裝備。高端裝備制造業(yè)是以高新技術(shù)為引領(lǐng),處于價值鏈高端和產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié),決定著整個產(chǎn)業(yè)鏈綜合競爭力的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的脊梁與高地,是推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的引擎。大力推進(jìn)發(fā)展高端裝備制造業(yè),是提升我國產(chǎn)業(yè)核心競爭力的必然要求,是搶占未來經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展制高點的戰(zhàn)略選擇,對于加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、實現(xiàn)由制造業(yè)大國向強(qiáng)國轉(zhuǎn)變具有重要戰(zhàn)略意義。推進(jìn)高端裝備發(fā)展離不開工業(yè)設(shè)計的支撐。目前國內(nèi)高端裝備工業(yè)設(shè)計研究尚處于起步階段,急需進(jìn)行相關(guān)設(shè)計理論與實踐探索。智能裝備是高端裝備的重要類型之一。所謂智能裝備,是指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備,它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合。21世紀(jì)是彰顯個性化的時代,人們紛紛規(guī)避、逃離極其枯燥乏味的生產(chǎn)線工作。在不久的未來,智能裝備必將成為工業(yè)的主導(dǎo)力量。目前大部分裝備產(chǎn)品的功能已經(jīng)實現(xiàn),但極度缺乏文化藝術(shù)品味。風(fēng)格單一,沉悶古板,無法給人帶來視覺上的沖擊與享受,使人感到乏味無趣。這個問題工程師和藝術(shù)家都無法解決,必須通過工業(yè)設(shè)計手段由設(shè)計師來解決。需要依靠設(shè)計者根據(jù)市場需求把藝術(shù)文化與審美內(nèi)涵融入工程技術(shù),即:藝術(shù)(創(chuàng)意思維和審美創(chuàng)造)+技術(shù)(工程結(jié)構(gòu)與工藝實現(xiàn))=產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新。
一、我國智能裝備工業(yè)設(shè)計現(xiàn)狀分析
中國政府的“十二五”規(guī)劃提出裝備制造業(yè)“調(diào)整轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新升級”戰(zhàn)略,并制定了“推進(jìn)裝備制造業(yè)由大變強(qiáng)”的目標(biāo)。作為裝備制造業(yè)的核心和關(guān)鍵,高端裝備制造業(yè)被列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了“肥沃土壤”。實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的第一個十年的行動綱領(lǐng)——《中國制造2025》規(guī)劃的推出,更是使高端裝備制造業(yè)迎來了歷史發(fā)展的新機(jī)遇。在中國制造業(yè)努力從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變過程中,“中國設(shè)計”不可或缺。智能裝備作為高端裝備的重要代表,其工業(yè)設(shè)計發(fā)展在國內(nèi)尚處于起步階段。智能裝備制造企業(yè)長期重技術(shù)輕設(shè)計,造成制造技術(shù)日趨成熟,但工業(yè)設(shè)計水平卻較為落后。智能裝備不同于一般民用產(chǎn)品,其設(shè)備造型的可變空間小,對產(chǎn)品機(jī)電智能一體化協(xié)調(diào)性和技術(shù)的安全可靠性要求很高。整體來看,智能裝備工業(yè)設(shè)計設(shè)計水平遠(yuǎn)滯后于裝備結(jié)構(gòu)與機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計。近年來,國內(nèi)已有企業(yè)在智能裝備工業(yè)設(shè)計方面展開探索,并取得了一些成功案例。例如:廣州市大業(yè)產(chǎn)品設(shè)計有限公司設(shè)計的三寶智能機(jī)器人,充分考慮了人機(jī)交互,將融合多項高新技術(shù)的智能機(jī)器人賦予可愛憨厚的形象,使其可融入大眾生活環(huán)境,更好為人服務(wù);引力工業(yè)設(shè)計有限公司設(shè)計的這款數(shù)控機(jī)床(如圖2),擺脫了傳統(tǒng)智能機(jī)械裝備笨重呆板的外觀,富有科技感的配色和對邊緣簡單而巧妙的修飾,使得整體效果更為美觀且給人以智能、安全、前沿的視覺感受;昆明機(jī)床研發(fā)制造的TK6920B數(shù)控落地銑鏜床和KHC63臥式加工中心獲得IF設(shè)計大賽產(chǎn)品設(shè)計獎,是中國機(jī)床的外觀設(shè)計獲得國際設(shè)計大獎?wù)J可的代表性案例;中車株機(jī)公司于2016年組建軌道交通裝備國家級工業(yè)設(shè)計中心,大膽探索,為我國的軌道交通設(shè)備在工業(yè)設(shè)計方向上投入研發(fā),助力我國軌道交通設(shè)備更好地走向世界舞臺。以上案例作為智能裝備工業(yè)設(shè)計的可貴探索,為國內(nèi)智能裝備工業(yè)設(shè)計發(fā)展提供了參考。同時也顯示出裝備制造技術(shù)與工業(yè)設(shè)計的共融將是未來智能裝備發(fā)展的必然之路。
二、國外智能裝備工業(yè)設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
縱觀國際,發(fā)達(dá)國家的智能裝備與工業(yè)設(shè)計的融合程度較深。智能制造裝備的設(shè)計已有大量的案例積累,有些國家已形成了自己的設(shè)計風(fēng)格與特色,并集中體現(xiàn)在其主要品牌的代表裝備上。美國作為國際智能制造思想的發(fā)源地之一,政府高度重視智能制造的發(fā)展,將智能裝備的發(fā)展定位為2l世紀(jì)占領(lǐng)世界制造技術(shù)領(lǐng)先地位的基石。以通用電氣公司為例,通用電氣公司(GE—GeneralElectric)是世界上最大的多元化服務(wù)性公司。其產(chǎn)品注重系統(tǒng)規(guī)劃,在進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的同時,兼顧安全性、操作性、耐用性、效益性、服務(wù)性等方面。從而生產(chǎn)出技術(shù)前沿且易于被大眾所接受的產(chǎn)品。工業(yè)設(shè)計在此之中起到了不可或缺的作用。其RevolutionCT設(shè)備(如圖4)是該公司醫(yī)療設(shè)備中的代表性產(chǎn)品之一。傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備往往給人“冷冰冰”的距離感,無形中增加了身體有恙的病人心中的不安與緊張。本款設(shè)備在外觀設(shè)計上進(jìn)行創(chuàng)新,通過木質(zhì)紋路裝飾,整體給人以親近感而又不失高端氣質(zhì)。GE公司的電氣設(shè)備在國際上深受好評,除了其前沿的科技研發(fā)外,人性化的外觀設(shè)計也有效提升了企業(yè)的品牌價值。日本的智能裝備在國際上受到好評,在亞洲更是處于領(lǐng)先地位。具有代表的品牌有東芝、日立、三菱重工、馬扎克等。其特點是注重人性化設(shè)計,基于對人類行為方式的深入研究。如馬扎克數(shù)控機(jī)床(如圖5)不但整體視覺效果大氣美觀,在細(xì)節(jié)設(shè)計上也充分考慮人機(jī)界面設(shè)計。使用了易讀性更好的大型視窗,工作區(qū)充分考慮操作者與機(jī)器接近性以便讓工件更為容易安裝等,以設(shè)計手段有效提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率及操作的舒適與安全性。德國也是制造業(yè)強(qiáng)國,代表性的裝備制造企業(yè)有西門子、通快(Trumpf)等機(jī)械和電氣設(shè)備生產(chǎn)商。由西門子和工業(yè)設(shè)計公司共同設(shè)計的數(shù)字化乳腺成像平臺MammomatInspiration(如圖6)于2009年獲得了IF和紅點兩項設(shè)計大獎。這套系統(tǒng)是用于乳腺癌早期檢測的,除了功能卓越,設(shè)計師使用了可自由變換色彩的LED玻璃面板,以便為患者提供營造舒適、放松的氛圍。從國外智能裝備工業(yè)設(shè)計研究現(xiàn)狀來看,智能裝備設(shè)計呈現(xiàn)出系統(tǒng)化、人性化、科技化、國際化的發(fā)展趨勢。
三、智能裝備工業(yè)設(shè)計的價值分析
當(dāng)前階段,智能裝備的發(fā)展往往由工程師主導(dǎo)。主要關(guān)注技術(shù)的吸收與創(chuàng)新,倡導(dǎo)工程技術(shù)的先進(jìn)性。常常忽略產(chǎn)品的人性化需求、審美特征、文化內(nèi)涵等要素。特別是我國,高度重視工程領(lǐng)域創(chuàng)新而忽視了工業(yè)設(shè)計的深度協(xié)調(diào)研究。忽略了工業(yè)產(chǎn)品外觀造型設(shè)計和人機(jī)交互設(shè)計對企業(yè)品牌形象塑造、提升產(chǎn)品附加值、增強(qiáng)市場競爭力的重要作用。設(shè)計創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)價值鏈中具有增值潛力的重要環(huán)節(jié)之一,是展現(xiàn)國家現(xiàn)代文明程度、創(chuàng)新能力和綜合國力的重要標(biāo)志。隨著全球經(jīng)濟(jì)變化及市場需求發(fā)展,市場主體對各類裝備的審美及人性化需求快速提升。需求方已不僅滿足于裝備功能與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn),而對造型設(shè)計及人機(jī)交互提出了更高要求。具體而言,工業(yè)設(shè)計可通過裝備造型設(shè)計、涂裝設(shè)計、人機(jī)交互設(shè)計、文化內(nèi)涵注入、譜系DNA塑造對智能裝備進(jìn)行整體優(yōu)化與提升。
(一)外觀造型優(yōu)化可凸顯智能裝備的品質(zhì)感
外觀造型是裝備結(jié)構(gòu)與功能的物化體現(xiàn),優(yōu)秀的外觀造型可凸顯智能裝備的品質(zhì)感,從而達(dá)到優(yōu)秀功能與優(yōu)美形式的統(tǒng)一。在技術(shù)相對成熟的智能裝備產(chǎn)業(yè)中,國內(nèi)外不同品牌產(chǎn)品的功能、質(zhì)量等正逐步趨同,產(chǎn)生“同質(zhì)化”競爭。而通過外觀造型優(yōu)化凸顯智能裝備的品質(zhì)感,從而打造差異化產(chǎn)品、提升品牌特性,成為創(chuàng)造品牌價值、制造設(shè)計差異、贏得核心市場競爭的重要手段。智能裝備外部造型和內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)存在緊密聯(lián)系:即形式和功能是一種交織融合、不可分割的狀態(tài)。智能裝備的造型設(shè)計不是單純的外包裝,而是依附于裝備的工程結(jié)構(gòu)、通過協(xié)調(diào)裝備的功能、確定裝備產(chǎn)品語意,最終從造型上體現(xiàn)出設(shè)計特征,從而凸顯并提升裝備的品質(zhì)感。以中科天工智能裝備有限公司研發(fā)的智能高速機(jī)為例,其第一代產(chǎn)品僅是依照工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單包裝。方正的外形和單調(diào)的配色給人以乏味、沉重的視覺以及心理感受,沒有體現(xiàn)出高品質(zhì)、高科技、高價值的特點。后期改良設(shè)計仍然依附于裝備的工程結(jié)構(gòu),并未在整體外形上做出顛覆性的改變。但根據(jù)其功能要求(如使用過程中部分內(nèi)部流程需可視化、裝備個別部分需要經(jīng)常開啟維修等),重新對外形細(xì)節(jié)和配色加以優(yōu)化。以大方塊為主要元素,配合相互呼應(yīng)的簡約把手,采用白色主體和深色可視窗,配以富有科技感的色彩,最終呈現(xiàn)出穩(wěn)重不沉重、簡約不簡單的品質(zhì)感。
(二)涂裝設(shè)計創(chuàng)新可增強(qiáng)智能裝備的視覺魅力
研究表明人所感知的外部信息,有80%通過視覺傳達(dá)給大腦。產(chǎn)品外觀需要滿足消費者的情感化審美需求,才能吸引其來體驗產(chǎn)品進(jìn)而購買和使用。雖然高端智能裝備的發(fā)展重心在于其自動化、智能化等先進(jìn)的制造和信息技術(shù)帶來的功能便利。但是用戶對于智能裝備的需求,除了功能上有“痛點”,視覺體驗和心理上也一樣有“痛點”。而這卻往往被裝備制造商所忽視,需要工業(yè)設(shè)計師通過涂裝設(shè)計創(chuàng)新來增強(qiáng)智能裝備的視覺魅力。這里提到的在智能裝備外形上的涂裝設(shè)計,并非強(qiáng)調(diào)花哨的色彩搭配、過多的圖案應(yīng)用或是浮夸的藝術(shù)創(chuàng)作。而是結(jié)合裝備的屬性與整體造型契合,理性卻不失創(chuàng)新地進(jìn)行色彩與圖案的搭配與運用。SmartEVO(如圖7)是獲得2015紅點獎的一款十分靈活便攜的X射線系統(tǒng)。它的涂裝與它的結(jié)構(gòu)分布相契合,以黑白相間配合紅色圖案點綴,產(chǎn)生獨具一格的視覺節(jié)奏感。對其可觀的銷量產(chǎn)生了非常積極的影響。
(三)交互設(shè)計優(yōu)化可提升智能裝備的操控性
智能裝備工業(yè)設(shè)計并不局限于外觀的改良與優(yōu)化,其交互性和體驗性亦不容忽視。一個完整的設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)包括對人機(jī)界面交互、操控方式、裝備維修與保養(yǎng)、操控屏的信息交互的設(shè)計等。當(dāng)前的智能裝備交互界面大多由工程技術(shù)人員基于功能需求進(jìn)行界面設(shè)計。在設(shè)計時往往注重功能與技術(shù)卻不能兼顧用戶體驗與使用感受。造成人機(jī)交互和操控方式重點不夠突出、操作方式不夠明朗、反饋不充分等問題。導(dǎo)致用戶不能很快形成“思維-動作”鏈。而設(shè)計師恰恰可以通過專業(yè)知識進(jìn)行調(diào)研,搭建合理的信息架構(gòu),將用戶需求以人性化的形式通過交互設(shè)計滿足,做到“以人為本”。德瑪吉數(shù)控機(jī)床是當(dāng)今國際智能裝備生產(chǎn)領(lǐng)域的代表性品牌,在工業(yè)設(shè)計方面同樣可視為行業(yè)佼佼者。其生產(chǎn)的裝備除了整體形象美觀、典雅、時尚外,交互設(shè)計也十分人性化。操作平臺和可視窗的高度、角度、大小均符合人機(jī)工程學(xué)要求。給操作者帶來了舒適的使用體驗。
(四)文化內(nèi)涵注入可提升智能裝備的文化品位
當(dāng)前大部分機(jī)械產(chǎn)品的文化融入程度很低,這對我國機(jī)械產(chǎn)品在國內(nèi)外的銷量產(chǎn)生了直接影響。智能裝備是前沿科學(xué)、工程技術(shù)的成果展現(xiàn),往往具有科學(xué)理性的氣質(zhì)。但是設(shè)計師可以用感性的思維洞察其中隱藏的文化內(nèi)涵,也許并非具體物象,而是一種氣魄、韻味、寓意或某種情懷。設(shè)計師應(yīng)將這些人文因素歸結(jié)為文化藝術(shù)、人文理念、民族傳統(tǒng)文化或是師法自然的呈現(xiàn)。以設(shè)計手法把文化內(nèi)涵融入冰冷的科技產(chǎn)品,為其注入精神內(nèi)核,提升智能裝備的文化藝術(shù)品位,增強(qiáng)其人文內(nèi)涵。賦予裝備感性氣質(zhì),可使科技產(chǎn)品在傳播過程中附加以文化的傳揚,這種形式是科技與文化最好的結(jié)合,也是“設(shè)計價值”的重要體現(xiàn)。北京的Vincross奇弩科技研發(fā)的全地形六足機(jī)器人HEXA,采用仿生設(shè)計手法,模仿蜘蛛的形態(tài)。不僅使機(jī)器人可以完成諸如爬樓這樣的高難度動作,作為在家中使用的智能機(jī)器人,這樣靈動可愛的造型傳遞了一種熱愛生活的態(tài)度以及師法自然的思維。
(五)譜系DNA塑造可提升智能裝備的品牌價值
目前大量裝備成品的外觀較為簡單化和直接化。這種普遍性,導(dǎo)致了同類智能裝備的品牌特征難以辨別,降低了消費者對產(chǎn)品形象的認(rèn)知度。因此,需要通過設(shè)計手段提高不同企業(yè)的智能裝備的品牌識別性。每一個企業(yè)都有其自己的DNA特點與風(fēng)格,使其可應(yīng)用于相關(guān)品類的產(chǎn)品,從而形成統(tǒng)一風(fēng)格的系列化產(chǎn)品。工業(yè)設(shè)計可先了解相關(guān)企業(yè)文化、設(shè)計理念與智能裝備的基本內(nèi)涵;然后尋找設(shè)計創(chuàng)意的文化、藝術(shù)、仿生、仿物等理念來源。結(jié)合創(chuàng)意來源,挖掘深層理念,使其從產(chǎn)品本身體現(xiàn)出來。以便樹立行業(yè)品牌形象建設(shè),提升產(chǎn)品附帶的品牌價值,從而使品牌的視覺DNA得以延續(xù),增強(qiáng)企業(yè)競爭力。中科天工智能裝備有限公司的管道探測機(jī)器人在使用過程中需要配合操作儀、繞線器及滾輪包裝使用。作為系列產(chǎn)品,選擇金色、銀色、黑色和企業(yè)VI中的橘色作為基本色,以折線弧形為主要元素形成系列DNA特點。這樣智能裝備本身附帶了其品牌的特征,在使用過程中形成良好的企業(yè)口碑。日積月累將會提高品牌的識別度,提升其品牌價值。
結(jié)論與展望
目前我國正從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”過渡。在提升創(chuàng)新能力過程中多注重產(chǎn)品的適應(yīng)性、實用性與創(chuàng)新性,往往忽視產(chǎn)品的美觀性與觀賞性。導(dǎo)致缺少視覺魅力與消費吸引力。某種程度上降低了裝備的品質(zhì)感。交互設(shè)計方面不能把用戶的使用體驗作為根據(jù),裝備不夠人性化。由于缺乏自主創(chuàng)新的工業(yè)設(shè)計,造成智能裝備的文化附加值很低。很多智能裝備缺乏明確的DNA特征,未能提升品牌價值,形成品牌效應(yīng)。為應(yīng)對當(dāng)下國內(nèi)外多元化的市場競爭。設(shè)計創(chuàng)新、制造品牌差異、追求人性化是在競爭中謀求生存發(fā)展的重要手段。工業(yè)設(shè)計將成能為我國從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”邁進(jìn)的重要支撐力量。
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