廣州市制造業(yè)中小企業(yè)數(shù)字仿真技術(shù)需求研究

鮑仲輔

摘要：通過(guò)開展調(diào)查研究，深入了解廣州市非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)對(duì)于數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并從使用者、產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)流程三個(gè)角度分析了中小企業(yè)對(duì)數(shù)字仿真技術(shù)的需求特點(diǎn)。為相關(guān)機(jī)構(gòu)開展針對(duì)性技術(shù)普及和培訓(xùn)工作提供了依據(jù)。

Abstract： Through investigation and research， this paper understands the application status of digital simulation technology in Guangzhou small and medium-sized enterprises， and analyzes the demand characteristics of small and medium-sized enterprises for digital simulation technology from three perspectives of users， product development and technological process. It provides a basis for relevant institutions to carry out targeted technology popularization and training.

關(guān)鍵詞：中小企業(yè);技術(shù)創(chuàng)新;數(shù)字仿真技術(shù)

Key words： small and medium-sized enterprises;technological innovation;digital simulation technology

中圖分類號(hào)：F427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）36-0204-03

0? 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)廣州中小企業(yè)數(shù)量占全市企業(yè)總規(guī)模的95% 左右，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力軍，扶持中小企業(yè)發(fā)展壯大，有助于推動(dòng)廣州經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)活力。特別是制造業(yè)中小企業(yè)，其經(jīng)營(yíng)活動(dòng)直接和技術(shù)相關(guān)，因此也成為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的重要載體。

在制造業(yè)中小企業(yè)中有很大一部分是從事非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)和制造。非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備是按照各行各業(yè)的個(gè)性化需求，提供自動(dòng)化生產(chǎn)線和生產(chǎn)專用機(jī)械的行業(yè)，該行業(yè)的發(fā)展對(duì)于區(qū)域產(chǎn)業(yè)升級(jí)有重要的促進(jìn)意義。

數(shù)字仿真技術(shù)是近年來(lái)在機(jī)械、建筑、航空、汽車、電子等多個(gè)行業(yè)開始應(yīng)用的新興技術(shù)，其核心就是構(gòu)建設(shè)計(jì)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，再借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力獲取數(shù)值計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)一步通過(guò)可視化處理分析并優(yōu)化產(chǎn)品的各項(xiàng)性能。數(shù)字仿真技術(shù)使得研發(fā)設(shè)計(jì)更加高效和準(zhǔn)確，并能大幅減少研發(fā)成本。目前數(shù)字仿真技術(shù)已經(jīng)在大型企業(yè)中有較為深入的應(yīng)用，但是中小企業(yè)由于技術(shù)力量較為薄弱，研發(fā)實(shí)力有限，因此無(wú)法及時(shí)有效引入應(yīng)用新技術(shù)。

本文聚焦廣州市非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)，通過(guò)調(diào)查研究分析，深入了解這些企業(yè)對(duì)于數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和需求特點(diǎn)，助力于相關(guān)部門能針對(duì)中小企業(yè)的特殊需要開展針對(duì)性技術(shù)普及和培訓(xùn)工作，以幫助中小企業(yè)盡快掌握新技術(shù)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展。

1? 非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中的定位

從整個(gè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)看，非標(biāo)自動(dòng)化制造產(chǎn)業(yè)位于產(chǎn)業(yè)鏈末端，如圖1。

產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是技術(shù)專精深度較高的控制元件和系統(tǒng)，如伺服電機(jī)、傳感器、運(yùn)動(dòng)控制器、可編程控制器、伺服系統(tǒng)、高檔數(shù)控機(jī)床，或者是高精度零部件制造，如滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、氣動(dòng)元件、高精度機(jī)械零部件等。中游產(chǎn)業(yè)是在上游產(chǎn)品基礎(chǔ)上加以組合集成，以系統(tǒng)控制和接口技術(shù)為主，提供各種獨(dú)立功能模塊的全自動(dòng)或半自動(dòng)專機(jī)。如自動(dòng)加工專機(jī)、自動(dòng)包裝、自動(dòng)碼垛、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)輸送線等。下游則是面對(duì)各行業(yè)具體生產(chǎn)需要，以滿足個(gè)性化需求的定制化生產(chǎn)為主要方式，實(shí)施針對(duì)性非標(biāo)設(shè)計(jì)，對(duì)上游和中游產(chǎn)品加以選型和集成，屬于應(yīng)用層面的二次開發(fā)。

從結(jié)構(gòu)上看，非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備是一種模塊化集成的組合，即從上一級(jí)設(shè)備供應(yīng)商處選購(gòu)單個(gè)功能模塊的結(jié)構(gòu)件，如機(jī)械手、點(diǎn)膠機(jī)之類，按照一定方式集成構(gòu)建出專用生產(chǎn)線。該行業(yè)所使用到的技術(shù)含量較高的核心控制元器件和精密機(jī)械零部件都由上游供給，多為來(lái)自歐美日發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)品，因此行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新不足。加之廣州非標(biāo)自動(dòng)化中小企業(yè)大多是隨著九十年代產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化升級(jí)才開始陸續(xù)創(chuàng)建，技術(shù)的儲(chǔ)備不夠深厚，產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，多數(shù)企業(yè)主要還是以低廉價(jià)格優(yōu)勢(shì)來(lái)獲取市場(chǎng)。

2? 數(shù)字設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)對(duì)中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新

提高制造業(yè)中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力的一個(gè)最直接的措施就是先提高行業(yè)開發(fā)技術(shù)，即通過(guò)新技術(shù)的應(yīng)用來(lái)提高開發(fā)質(zhì)量和效率，從而帶動(dòng)企業(yè)的盈利能力，進(jìn)一步才能在更大的范圍開展技術(shù)和管理革新。

數(shù)字仿真技術(shù)就是機(jī)械行業(yè)近幾年發(fā)展起來(lái)的一種信息化開發(fā)技術(shù)。該技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)的產(chǎn)品描述，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)、維護(hù)直至產(chǎn)品回收整個(gè)過(guò)程中全部所需功能的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)仿真，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的各種屬性進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析與仿真，以取代或精簡(jiǎn)物理樣機(jī)。按照數(shù)字樣機(jī)反映機(jī)械產(chǎn)品的完整程度分為全機(jī)樣機(jī)和子系統(tǒng)樣機(jī)。全機(jī)樣機(jī)包含整機(jī)或系統(tǒng)全部信息的數(shù)字化描述，是對(duì)系統(tǒng)所有結(jié)構(gòu)零部件、系統(tǒng)設(shè)備、功能組成等進(jìn)行完整描述的數(shù)字樣機(jī);子系統(tǒng)樣機(jī)是按照機(jī)械產(chǎn)品不同功能劃分的子系統(tǒng)包含的全部信息的數(shù)字化描述，如動(dòng)力系統(tǒng)樣機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)樣機(jī)、控制系統(tǒng)樣機(jī)等。

數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用能大幅的減少研發(fā)成本，提高研發(fā)效率，有助于制造業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新，特別是針對(duì)研發(fā)條件較為有限的中小企業(yè)。

3? 廣州制造業(yè)中小企業(yè)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用調(diào)研

課題組設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷并發(fā)放給100所制造業(yè)中小企業(yè)技術(shù)骨干填寫，全部回收。為了便于后續(xù)的分類統(tǒng)計(jì)，問(wèn)卷第一題就是針對(duì)企業(yè)經(jīng)營(yíng)對(duì)象的調(diào)查，由圖2可見，從事非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備達(dá)到52家企業(yè)，超過(guò)了半數(shù)以上。

為了能進(jìn)一步細(xì)致了解廣州市非標(biāo)自動(dòng)機(jī)制造業(yè)中小企業(yè)的人才和技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)針對(duì)52家非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)開展分析。

3.1 企業(yè)人數(shù)規(guī)模與研發(fā)力量分析

通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)人數(shù)在10～50的占比最大，超過(guò)40%，51～100人的占約27%，而超過(guò)100人的僅僅占到21%左右。由此可見，非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)的規(guī)模普遍較小，這是由于這個(gè)行業(yè)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的工藝標(biāo)準(zhǔn)，全部是個(gè)性化訂制，難以實(shí)現(xiàn)批量，主要都是單件小批的方式生產(chǎn)。

從研發(fā)人員占比情況來(lái)看，占比在20%以下的占近60%，占比在20%～30%范圍的有25%，占比50%的企業(yè)不到4%。由此可見，非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)的整體研發(fā)實(shí)力較弱。這由于非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)的產(chǎn)品屬于個(gè)性化訂制，難以批量生產(chǎn)，同時(shí)缺乏核心技術(shù)，使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有限，難以有更多的資金和人力投入研發(fā)。而然研發(fā)的投入不足，又反過(guò)來(lái)限制了企業(yè)的盈利能力，也限制了進(jìn)一步轉(zhuǎn)型升級(jí)。

3.2 技術(shù)人員對(duì)數(shù)字技術(shù)的掌握程度

針對(duì)非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)技術(shù)人員數(shù)字技術(shù)的掌握，首先從兩個(gè)大的方面調(diào)查，包括CAD/CAM技術(shù)和數(shù)字仿真技術(shù)的了解程度。

調(diào)研數(shù)據(jù)表明，對(duì)于CAD/CAM技術(shù)非常了解的超過(guò)17%，大致了解和部分了解合計(jì)超過(guò)80%，調(diào)查對(duì)象中沒(méi)有人不了解相關(guān)技術(shù)?？梢奀AD/CAM技術(shù)作為制造業(yè)較為基礎(chǔ)的數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)得到完全普及，技術(shù)人員掌握情況較好。

對(duì)于數(shù)字仿真技術(shù)非常了解的不足10%，大部分技術(shù)人員也僅是部分了解，占比近50%，完全不了解相關(guān)技術(shù)超過(guò)13%?？梢姅?shù)字仿真技術(shù)作為制造業(yè)近幾年新興技術(shù)在企業(yè)中的普及應(yīng)用不足，技術(shù)人員掌握情況不佳。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中會(huì)需要大量的參數(shù)，通過(guò)調(diào)研可以了解到，超過(guò)30%的企業(yè)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)取值，接近27%的企業(yè)是通過(guò)測(cè)繪市場(chǎng)上同類產(chǎn)品。根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算取值的占約28%，能利用仿真技術(shù)獲取設(shè)計(jì)參數(shù)的還不到14%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取值不失是一種常用的設(shè)計(jì)方法，但是由于經(jīng)驗(yàn)僅為可行性實(shí)施的總結(jié)，在新技術(shù)層出不窮的情況下，過(guò)多依賴經(jīng)驗(yàn)會(huì)造成產(chǎn)品性能提升不夠和創(chuàng)新不足的問(wèn)題。而依賴測(cè)繪同類產(chǎn)品的做法幾乎是“抄襲”行為，開展嚴(yán)密的設(shè)計(jì)計(jì)算是企業(yè)技術(shù)人員設(shè)計(jì)功底的反映，而使用仿真技術(shù)還提高了對(duì)數(shù)字化新技術(shù)的要求，可見非標(biāo)自動(dòng)化機(jī)械制造業(yè)多數(shù)中小企業(yè)自主研發(fā)和創(chuàng)新能力的嚴(yán)重不足。

對(duì)企業(yè)規(guī)模與設(shè)計(jì)參數(shù)獲取做兩個(gè)調(diào)研結(jié)果做交叉分析，可以發(fā)現(xiàn)兩項(xiàng)指標(biāo)有較強(qiáng)的相關(guān)性。企業(yè)規(guī)模越大設(shè)計(jì)計(jì)算和仿真分析的應(yīng)用就越廣泛，企業(yè)規(guī)模越小經(jīng)驗(yàn)取值和測(cè)繪同類產(chǎn)品越多?？梢娖髽I(yè)規(guī)模還是顯著影響技術(shù)實(shí)力。（圖9）

4? 非標(biāo)自動(dòng)化中小企業(yè)對(duì)數(shù)字技術(shù)的需求特點(diǎn)

4.1 從使用者的角度分析

通過(guò)對(duì)與項(xiàng)目合作的近百家中小企業(yè)調(diào)研以及通過(guò)國(guó)內(nèi)主要的招聘網(wǎng)站的檢索查詢，如“前程無(wú)憂”、“智聯(lián)招聘”，可以得知中小企業(yè)的設(shè)計(jì)工程師近70%是高職和大專層次，22%是本科層次，研究生及以上不到8%。

不同層次人才的培養(yǎng)方式和學(xué)習(xí)重點(diǎn)有區(qū)別。就數(shù)字仿真技術(shù)而言，研究生的學(xué)習(xí)會(huì)更加側(cè)重底層的理論，比如相關(guān)控制方程如何建立、采用何種數(shù)值計(jì)算方法、如何控制計(jì)算精度等等，目的在于開發(fā)更加精確合理的分析算法。對(duì)于本科生重點(diǎn)掌握如何利用已用的商用工程分析軟件，開展相關(guān)的分析工作，并能根據(jù)項(xiàng)目的具體要求對(duì)分析方程相關(guān)參數(shù)加以靈活的設(shè)置或通過(guò)二次開發(fā)修正分析模型。對(duì)于高職專業(yè)的學(xué)生而言，則是能夠基于商用的數(shù)字仿真軟件，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)技術(shù)流程針對(duì)具體的問(wèn)題開展分析和校核，以便于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.2 從產(chǎn)品開發(fā)角度分析

產(chǎn)品是制造類企業(yè)核心的勞動(dòng)果實(shí)，因此也需要從產(chǎn)品的角度去分析所需要的開發(fā)技術(shù)具有的需求特點(diǎn)。非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)主要的產(chǎn)品是用于各行各業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的專用機(jī)械和生產(chǎn)線，相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)主要是以模塊化的方式開展，即先把整機(jī)根據(jù)功能要求拆分成不同的功能模塊，再針對(duì)每個(gè)功能模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于自動(dòng)化行業(yè)已經(jīng)高度的標(biāo)準(zhǔn)化，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中大量的結(jié)構(gòu)和零部件是以在供應(yīng)商給定的樣本中選型的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此數(shù)字仿真技術(shù)主要是用于做各類性能的校核、分析和驗(yàn)證。對(duì)于分析精度要求并不是非常高，只要在工程可以接受的誤差范圍內(nèi)即可。

4.3 從技術(shù)流程角度分析

由于非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)的技術(shù)人員主要使用數(shù)字仿真技術(shù)是用于開發(fā)設(shè)計(jì)，并非用于科學(xué)研究，因此并不需要對(duì)底層的理論有過(guò)多的要求。同時(shí)又因?yàn)樾袠I(yè)產(chǎn)品模塊化特點(diǎn)，又使得數(shù)字仿真技術(shù)的針對(duì)性很強(qiáng)。如此一來(lái)，對(duì)于數(shù)字仿真技術(shù)使用的重點(diǎn)就在于選擇合適的工具按規(guī)范的流程操作。

5? 結(jié)束語(yǔ)

聚焦廣州市非標(biāo)自動(dòng)化制造業(yè)中小企業(yè)，通過(guò)調(diào)查研究分析，深入了解這些企業(yè)對(duì)于數(shù)字仿真技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并從使用者、產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)流程三個(gè)角度分析了中小企業(yè)對(duì)數(shù)字仿真技術(shù)的需求特點(diǎn)。為相關(guān)機(jī)構(gòu)開展針對(duì)性技術(shù)普及和培訓(xùn)工作提供了依據(jù)。

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