◈ 計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)助力工業(yè)設(shè)計(jì)與智能制造 |
背景：我國制造業(yè)處于轉(zhuǎn)型升級階段，需抓住戰(zhàn)略機(jī)遇期，大力發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。其中智能制造、綠色制造、服務(wù)與融合是重要的發(fā)展方向。"智能制造”是一個(gè)新生力量，而工業(yè)設(shè)計(jì)作為其中一環(huán)，起著非常重要的作用。 我國長期以來對工業(yè)設(shè)計(jì)的投入不足，是一些企業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動力缺乏的重要癥結(jié)。加上受傳統(tǒng)行業(yè)估值影響，我國高端裝備上市公司的實(shí)際估值水平處于偏低水平。2015年，只有38%的被并購裝備企業(yè)PE值在35以上，這比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他行業(yè)，還有33%的被并購裝備企業(yè)PE值在15以下。這些企業(yè)的潛在價(jià)值還未被完全開發(fā)。與歐美國家的制造業(yè)相比，中國工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)還有上千億元的市場開發(fā)空間。
工業(yè)設(shè)計(jì)將成重要驅(qū)動力
智能制造是一個(gè)新生的生命力，而工業(yè)設(shè)計(jì)作為其中一環(huán)，起著非常重要的作用。當(dāng)制造行業(yè)面臨轉(zhuǎn)型的時(shí)候，極其需要引入工業(yè)設(shè)計(jì)作為創(chuàng)新的驅(qū)動力，來引起整個(gè)智能制造行業(yè)的量變和質(zhì)變。
有數(shù)據(jù)顯示，產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本占產(chǎn)品成本的10%左右，但卻決定了產(chǎn)品制造成本的70%~80%；在產(chǎn)品質(zhì)量事故中，約有50%是由于不良設(shè)計(jì)所造成的。另據(jù)日本日立設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每增加1000萬日元的銷售收入中，來自工業(yè)設(shè)計(jì)的貢獻(xiàn)占52%，來自技術(shù)改進(jìn)的貢獻(xiàn)僅占21%。
另據(jù)相關(guān)研究報(bào)告，除其他文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)外，德國2009年工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值GDP占比為0.55%，英國占比為0.18%。假設(shè)中國工業(yè)制造水平接近德國，則2015年中國工業(yè)設(shè)計(jì)市場產(chǎn)值為3721.9億元；假設(shè)接近英國水平，則2015年中國工業(yè)設(shè)計(jì)市場產(chǎn)值為1218.06億元，總體市場將超千億。
事實(shí)上，我國工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與歐美制造強(qiáng)國還有不小距離。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年我國工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)產(chǎn)值僅為46億元。
我國工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)目前正處于規(guī)�；咚僭鲩L階段，產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模還比較小、70%以上為小企業(yè)，主要分布在環(huán)渤海、長三角、珠三角三大設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)帶。同時(shí)，行業(yè)競爭格局尚未成型，專業(yè)工業(yè)設(shè)計(jì)公司在新三板是稀缺標(biāo)的，僅有瑞德設(shè)計(jì)等三家“國家級工業(yè)設(shè)計(jì)中心”專業(yè)工業(yè)設(shè)計(jì)公司進(jìn)入了資本市場。
規(guī)模尚小也意味著發(fā)展空間很大。隨著國家對工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的重視和大力扶持，工業(yè)設(shè)計(jì)助力高端智能制造，將激發(fā)出無法想像的商業(yè)創(chuàng)新成果。
智能制造面臨巨大市場機(jī)遇
作為《中國制造2025》的核心，智能制造正面臨快速發(fā)展，而以工業(yè)設(shè)計(jì)為創(chuàng)新驅(qū)動力的智能制造，將迎來更為重大的市場機(jī)遇期。3D打印領(lǐng)域在智能制造行業(yè)的未來發(fā)展中舉足輕重，應(yīng)用廣泛，而工業(yè)機(jī)器人則是打造智慧工廠的重要板塊，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，存在很多機(jī)會。
我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展由于起步較晚，基本還處在產(chǎn)業(yè)化的初期階段，市場相對比較小。雖然在近兩年我國工業(yè)機(jī)器人取得長足發(fā)展，但是外資品牌仍占有絕大部分市場。受益于相關(guān)政策的扶持和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的拉動，2015年國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人市場實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定增長。國產(chǎn)機(jī)器人市場空間巨大。2015年上半年共銷售工業(yè)機(jī)器人11275臺，同比增長76.8%，按可比口徑銷量增長27%，是2014年全年銷量的66.5%。2015年國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人全年銷售總量將超過2萬臺，同比增長40%左右。
增材制造俗稱3D打印，即快速成形技術(shù)的一種，是以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用各類基礎(chǔ)材料，通過逐層堆積來構(gòu)造物體。與規(guī)格化、手工制作和勞動力密集的傳統(tǒng)制造相比，3D打印具有智能化、定制化、數(shù)字化和設(shè)計(jì)即生產(chǎn)、隨時(shí)回應(yīng)市場需求等特點(diǎn)。工業(yè)設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于3D打印領(lǐng)域。3D打印智能制造的應(yīng)用首先是在傳統(tǒng)醫(yī)療上，體外支架、植入式模型和心臟支架等。3D打印未來甚至可以做心臟打印，真正植入跟人體組織的分子成分相似的材料，來替換人的部分心臟組織。為人類健康和幸福感帶來極大提升。
面對市場機(jī)遇，智能制造高端裝備行業(yè)紛紛掀起并購熱潮。2015年，高端裝備行業(yè)上市公司發(fā)起460起并購，同比增長48.39%，其中新三板企業(yè)發(fā)起41起；并購涉及金額共達(dá)2252.41億元人民幣，同比增長29.76%，其中新三板高端裝備行業(yè)并購涉及金額達(dá)13.30億元人民幣。在2015年高端裝備的并購浪潮中，不管是上市公司還是新三板企業(yè)，超過八成的并購是以橫向整合、多元化戰(zhàn)略為主。未來智能制造有很大發(fā)展空間，這是由我國工業(yè)制造業(yè)的現(xiàn)狀特點(diǎn)決定的。再加上國家出臺了一系列政策支持，智能制造的產(chǎn)品研發(fā)和市場擴(kuò)展速度可以想像。 計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）助力工業(yè)設(shè)計(jì)與智能制造
CAE作為一種計(jì)算機(jī)輔助工程，是以有限元法、有限差分法及有限體積法為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)發(fā)展起來的。其中有限元分析在CAE中運(yùn)用最廣，基于有限元技術(shù)的CAE軟件，在數(shù)量及應(yīng)用范圍上都處于主要地位。有限單元法的基本思想是將物體離散成有限個(gè)簡單單元的組合，用這些單元的集合來模擬或逼近原來的物體，從而將一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題。物體被離散后，通過對其中各個(gè)單元進(jìn)行單元分析，最終得到對整個(gè)物體的分析結(jié)構(gòu)。隨著單元數(shù)目的增加，解的近似程度將不斷增大和逼近真實(shí)情況。
國內(nèi)CAE的發(fā)展從70年代末開始起步，與國際發(fā)展對應(yīng)，可分為兩個(gè)發(fā)展階段。第一階段，80年代至90年代中期，是一個(gè)快速發(fā)展期，開發(fā)了大量結(jié)構(gòu)分析軟件和CAE軟件。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，CAE軟件分析的對象逐漸由線性系統(tǒng)發(fā)展到非線性系統(tǒng)，由單一的物理場發(fā)展到多場耦合系統(tǒng)，并在航空、航天、機(jī)械、建筑、土木工程、爆破等領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用。并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAD技術(shù)、CAPP技術(shù)、CAM技術(shù)、PDM技術(shù)和ERP技術(shù)的發(fā)展，CAE技術(shù)逐漸與它們相互滲透，向多種信息技術(shù)的集成方向發(fā)展。
隨著智能制造的快速發(fā)展，CAE在工業(yè)設(shè)計(jì)中的輔助作用越來越凸顯，它不僅能夠有效地改變設(shè)計(jì)思想和方法，提高設(shè)計(jì)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力，還可以大大降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，提高效率。在工業(yè)設(shè)計(jì)智能制造的飛速發(fā)展中，我國CAE技術(shù)必定是一股強(qiáng)大的助力，推動整個(gè)制造業(yè)往更高效更科學(xué)的方向前進(jìn)。
來源:網(wǎng)絡(luò)綜合 |
