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1、3.2课题主要研究技术的国内外发展现状与趋势，课题主要研究技术国内外专利授权情况(1)、国内外发展趋势在经济全球化的发展趋势下，先进制造业的发展面临着新的挑战：（1）经济增长方式从资源资本要素投入型向知识技术投入型、增强产业核心竞争力方向转变；（2）在发展中国家以规模扩展为中心的科技产业结构调整和升级时，发达国家由20世纪90年代的资本密集、技术密集型转向为知识密集、高技术、高附加值的新经济产业；（3）先进制造业开始逐步从直接生产领域退出，转向以输出专利技术等知识产权、品牌为主的委托加工生产，将有关制造和生产加工向发展中国家转移。（4）先进制造业竞争已由资源和劳动力竞争转向技术和人才竞争，竞争
2、的界面前移到技术和产品的研究开发、产业化乃至基础性研究和应用研究开发阶段，使科技竞争成为先进制造业竞争的关键因素。为了顺应这样的变革，从20世纪90年代开始，基于信息技术革命，企业的管理思想与方法发生了根本性的变化，企业组织形式也发生了变化，这些变化在先进制造业的领导者跨国公司中得到了很好的发展与发挥，并将成为新型全球化方式而发展下去。这种变化的主要特征是：广泛利用别国的生产设施与技术力量，在自己可以不拥有生产设施与制造技术的所有权的情况下，制造出最终产品，并进行全球销售。主要有两种形式：一是制造业公司掌握产品设计、关键技术，授权国外生产厂商按其要求生产产品，自己则在全球建立营销网络，进行产品
3、的广告宣传与销售及提供售后服务。二是制造业公司在全球范围内建立零部件的加工制造网络，自己负责产品的总装与营销。制造业全球化，使制造业的资源配置由一国范围扩大到全球范围，生产、营销、资本运作、服务以及研究开发均推向全球化，导致世界制造业在全球范围的重新分布和组合，即国际产业分工格局的重组。企业通过国际互联网、局域网和内部网，与世界上其它合作伙伴组建动态联盟，从一个无国界的大市场中实现异地设计、异地制造和远程销售。随之，制造业企业的生产方式、经营管理、企业结构与地区、社会的协调发展等方面均在发生巨大的变化。进而表现在从以增长导向型管理转向以价值导向型管理，并进一步优化包括采购、生产、销售、物流、售
4、后服务等价值链的结构。价值导向型管理模式注重长期价值的创造。世界特别是亚洲经济布局，及产业结构都将产生巨大变化。越来越多的企业开始利用新的商务模式、信息技术及战略联盟等手段，进一步优化包括采购、生产、销售、物流、售后服务等业务链，引发出以业务驱动的企业集群的协同设计、制造和管理。同时，在当今高度竞争的经济环境中，商务需求总是驱动技术路线的发展。为了应对日益高涨的客户需求和动态竞争，公司面对以下巨大压力：（1） 为客户提供大批量定制的产品而不断缩短产品到市场的前提期；（2）通过大批量生产来提高生产容量；（3）通过提高产品生命周期中的效率来加快盈利的时间。这些商务需求驱动了相应的技术技术发展需求，
5、包括：（1）加速产品创新设计与开发，（2）提高制造/供应的能力和容量，（3）从生命周期的效率提高盈利能力。为了应对这样的挑战，在过去几十年，通过先进制造技术的支持，制造工业已经从以规模经济为优势的大批量生产，转变到以优化企业内部流程的并行工程，以及到利用创新来提高新产品的开发能力和企业的竞争力12。为了很快地响应不断变化的市场的需求，各成员公司需要以实时的方式和客户、制造商、供应商紧密协同工作。相应地，制造业中的商务模型也从基于库存的生产，到基于订单的加工，到基于订单的工程，到基于订单的配置，到基于订单的设计，以及在不久的将来的基于订单的创新。用以支撑这些商务模型的关键技术也从大批量生产，到柔
6、性制造系统，到基于知识和经验的制造，到产品客户化，到产品知识重用，到产品创新设计34。因此，企业群业务协同被当今知名学者56、应用企业78认为是企业研发信息化软件市场的下一次浪潮。当公司趋向于向提供更好的以客户为中心的产品和服务来更快地满足客户的需求以提高市场占有率和市场容量从而不断地增加收益的时候，产品创新设计关键技术和应用系统在现代价值链中变得日益重要。为了满足这样的需求，产品创新设计最近被认为是一种新的、从概念到产品生命结束的贯穿整个价值链的商务战略方法，它被用来集成人员、流程、和技术以支持产品全生命周期的协同创新，涵盖设计、制造、管理、分发，和充分利用产品资产，包括数据、信息、知识等。
7、航空航天、发电设备、汽车产业是复杂产品而且迫切需要创新设计系统支撑的典型行业。这样的一个企业同时有多达几个到十几个新产品的同步开发，每个新产品有几千到几万个零部件、几百到几千家供应商紧密协同工作。将各种产品零部件组装在一起进行整个产品的性能匹配，使各项指标达到最佳或较佳，则是非常困难的。有数据表明，以汽车行业为例，尽管汽车零部件供应商可以降低单个零部件设计成本40，而这些零部件装配成整车后，由于性能匹配上的问题，实际上只降低了20的成本。因而，问题的复杂程度随着新产品开发数量的增加呈几何级数增加。这就造成了企业期望较多数量的新产品开发与企业有限资源的矛盾，特别是在众多有限资源不能及时地被获取和
8、利用时，就显得更为突出。存在的瓶颈问题主要包括：（1）产品工程设计过程中，缺乏设计过程中实时的大型设计计算、仿真与优化能力，使各种计算机服务设计效率低下。（2）产品设计出现的问题不能及时地被发现，需要到生产制造时才能被修正，从而增加了新产品开发的成本和推迟了产品的上市时间。（3）产品开发过程中，具有结构/性能匹配关联的汽车零部件的多供应商间并行开发缺少信息互通的渠道。往往需要在等大家都完成了设计，开发了模具，加工了样品以后才发现尺寸不匹配，性能不吻合等问题，从而增加了供应商零部件的设计时间与开发成本。（4）产品生产过程中，不能及时地获取众多供应商的生产能力、生产负荷等情况，设计的内容需要经过多
9、次的反复修正，从而延长了工程设计的时间。（5）在进行整个产品预试生产和试生产阶段，由于众多供应商及总装生产企业的资源不能被实时地协同共享，及过去的生产经验不能很好地被借鉴，试生产中产品出现的问题不能被及时地发现，更不能及时地被解决。 因此，以航空航天、发电设备、汽车产业未背景来研究和验证复杂产品创新设计技术与系统具有较为典型的代表性。（2）、国内外发展现状复杂产品创新设计系统支持，从最初的概念、到设计、工程、投放、生产、使用和最终的处置，对一系列产品、流程、和服务的设计。它协同设计贯穿全生命周期的介于企业内外、不同人员之间的产品、项目、和流程信息。它也支持以产品为中心的、通过实时在线分享产品知
10、识和商务应用的商务解决方案9 10 11。因而，复杂产品创新设计支持制造企业通过以较少的时间、 较低的成本、和较少的缺陷创造更好的新产品，而获得最大的竞争优势。总之，复杂产品创新设计不仅提供贯穿产品生命周期的设计，也为产品价值链中的相关参与者提供有效协同与优化能力。这些使得它有别于传统的企业应用系统，例如：企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）等。这是因为传统的应用系统，例如，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）12、计算机辅助规划（CAPP）13，对使得设计过程更有效提供了帮助，但它们通常同一个公司的主要运营相分离。设计工程师或制造工程师可以接触到这些系统，但其他的或许
11、可以对设计增加价值的人员没有系统性的方式来影响或对产品设计、制造进行评价。当等到这些其他的人提供相应的建议时，改变的成本已非常高或已不可能实现，从而导致了高成本，或更糟糕的是，不能满足客户需要的无效产品设计。虽然现代制造应用系统，例如，产品数据管理（PDM）、供应链管理（SCM）、企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）、客户关系管理（CRM）、需求链管理（DCM）等，已被开发来克服以上的有些困难，它们还是不能充分满足贯穿产品生命周期的协同要求。因为这些系统集中在企业中的特定活动范围内，而不是设计了用来满足新的商务需求141516。最近对复杂产品创新设计的国外科研结果调查显示，日本东京大
12、学的产品生命周期建模研究组的研究集中在生命周期工程、基于仿真的生命周期设计、生命周期规划和生命周期优化、重用、快速生命周期、绿色设计、服务质量等17。其他的研究包括美国斯坦福大学的设计研究18、麻生理工学院的产品开发创新中心19、加州大学伯克利分校的基于万维网的设计、工艺规划和制造系统20、乔治理工学院的系统实现实验室21、英国牛津大学的工程设计中心的设计流程和知识管理，兰卡斯特大学的工程设计中心的计算机辅助概念设计，美国国家标准与技术研究所的FIPER项目22，德国Fraunhofer资助的iViP项目23。这些研究集中在应用现代计算和网络技术进行产品设计和开发并支持协同设计和潜在的创新。这
13、些报导的成果对产品创新设计的进一步研究奠定了较好的基础。但是，在系统化的产品创新设计技术与系统方面却看到较少的报道，而目前所取得的成果还很不尽人意。最近对复杂产品创新设计的工业界的国外应用系统的分析显示，Goldfire Innovator产品为企业提供了发明问题解决的结构化流程，即帮助用户进行问题分析、问题解决和产生最优方案7。Pro/Innovato为用户提供根据市场需求明确现有产品或工艺流程中存在的问题,确定和解决产品开发中的关键问题，并协助找出创新设计途径8。UGS公司的产品生命周期管理解决方案提供了基于Teamcenter基础架构的协同平台、协同项目管理等能力24。PTC公司提供了基
14、于传统产品数据管理（PDM）的、与供应商和项目管理衔接的、可扩充功能 25。IBM公司支持扩充的产品数据管理包括以跨国公司为应用对象的Enovia系统，及面向中小企业的Smarteam系统26。MatrixOne公司提供了产品定义、产品协同、 产品供应等解决方案27。这些来自于不同供应商的解决方案，特别是产品数据管理系统，已经在制造领域得到了较广泛的应用并给企业带来了利益。国内科研人员也在产品创新设计领域作了初步探讨。具有代表性的包括: 浙江大学的人工智能研究所5；河北工业大学的机械学院创新设计研究所6；清华大学的基于轿车生命周期的计算机仿真28；华中科技大学的面向产品全生命周期管理的企业规划
15、和实施，及基于PLM的产品定制研究2930；哈尔滨工业大学的面向型号产品全生命周期的CAD/CAPP并行过程研究31；重庆大学的产品生命周期管理的内涵、技术框架和物料清单研究323334；南京航空航天大学的为解决信息孤岛的PLM解决方案35；合肥工业大学的基于企业信息管理的制造数据建模36；同济大学的基于知识面向环境的产品全生命周期模型37；东北大学的基于产品全生命周期的工艺信息模型38；东华大学的产品生命周期管理在服装企业的应用研究39；。国内的这些研究基本上集中在产品创新设计技术与系统的某个阶段或方面的信息和功能建模、仿真与优化，但对产品创新设计缺乏较完整的、系统性的、本体性的研究、开发与
16、应用。（3）现状分析复杂产品的创新设计系统不仅面临产品功能、结构的复杂性问题，同时面临由复杂功能和复杂结构引发的多种复杂问题。从产品全生命周期的设计阶段来看，复杂产品创新设计系统复杂性涵盖产品本体复杂性、设计知识复杂性、设计组织复杂性、设计过程复杂性、设计系统复杂性，如下图所示。用户需求复杂性产品功能复杂性产品形式复杂性制造工艺等其他复杂性图：复杂产品创新设计系统复杂性示意图产品创新设计涵盖了产品生命周期中所有具有创造性的活动。产品创新设计具有的特点包括：（1）从企业角度观察，能为产品创造高附加值；（2）从市场角度观察，能保持强劲的吸引力，不断刺激消费者的消费欲望；（3）从消费者角度观察，能不断获得新产品，满足物质和精神生活的需要；（4）
