在智能制造體系架構中，作為先進制造業核心競爭力的源泉，智能研發是其中一個重要環節。就傳統的設計制造業務模式而言，從需求調研、競品分析，市場調研等方面獲取產品設計需求，然后再從概念設計到詳細設計，并將詳細設計方案轉變成可制造的工藝流程和生產流程，最后完成產品的制造過程并對外銷售。從過去產品全生命周期管理的角度來看這種流程沒有什么問題，并且這種串行的研發制造流程也是目前制造企業的主流模式。

但隨著物聯網、工業大數據、增材制造、增強現實等新興技術不斷的涌現并逐步走向成熟應用，這種流程就顯得有些僵化和缺乏靈活性，無法對技術的更新換代和客戶需求做出快速響應，而且也很難適應企業未來智能制造體系建設與發展的需求。

所以企業要想進行智能制造轉型，首先必須要從產品創新根源上做起，將串行研發流程轉變為根據用戶需求持續改進的閉環智能研發流程，感知用戶需求并靈活做出調整，同時融入智能制造相關新興使能技術，形成從用戶到用戶的產品研發循環。即在產品設計需求分析階段就開始進行市場與用戶相關數據分析，這其中包含用戶直接參與基于自身喜好的產品定制過程，以及產品在使用過程中反饋相關運行數據來指導改善原設計方案的過程，形成一個往復循環持續優化的智能研發過程。

該流程體現了設計歷史上從為用戶設計，到幫助用戶設計，到用戶為自己設計的轉變。所以，智能研發必須建立在從設計信息、生產信息、用戶使用及反饋信息的高度智能化集成基礎上，從智能化的需求產生到基礎設計數據獲得的過程，從智能化的用戶參與式設計到能夠直接轉變為生產信息并被執行。要想實現這些轉變，智能研發必須要有以下幾大要素的支撐才能得以實現：

建立統一的多學科協同研發平臺

首先針對智能產品開發一般都是跨越多個專業技術領域和具有多種關鍵技術特征的，涉及多學科跨專業技術領域高度交叉與融合。同時，用戶的多樣化需求也使產品結構和功能變得非常復雜，IT嵌入式軟件技術也逐漸成為產品的核心部分，需要機、電、軟等多個學科的協同配合。

這就需要企業建立一個可以融合企業內部所有不同專業學科領域研發系統和工具的頂層架構，形成一個可以全面管理產品生命周期中所有專業研發要素的統一的多學科協同研發平臺。

平臺除了可以管理各專業圖紙、工藝和材料信息以外，還可以管理產品的功能、性能、質量、指標這些特性類數據及其生成過程，并能集成程序設計與管理、仿真、優化、創新、質量等工具，使研發體系可以快速高效地應用這些工具，從而進行差異性、高性能、高品質的產品智能研發。在這個基礎上，再采用知識工程將企業研發過程中的知識積累下來，形成系列化產品開發的能力。

建立數字化樣機，實現仿真驅動創新

在智能研發階段中，必須要建立產品的數字樣機，用來支持總體設計、結構設計，工藝設計等協同設計工作，支持項目團隊進行并行產品開發。

建立數字樣機的主要作用包括分析數字樣機模型具有正確的公差尺寸，干涉檢查等，同時還有重量特性分析、運動分析和人機功效分析。同時，數字樣機還能夠提供產品裝配分析的數據信息，這包括裝配單元信息、裝配層次信息等，以保證對產品的裝配順序、裝配路徑、裝配時的人機性、裝配工序和工時等進行仿真。數字樣機還可以進行工藝性評估，包括加工方法、加工精度、刀路軌跡等，實現對樣機的CAM仿真和基于三維數字樣機的工藝規劃。

數字樣機在產品的銷售階段也有非常重要的作用，它能夠為產品宣傳提供逼真的動態、靜態產品數據。通過三維模型的輕量化技術，企業可以便捷、靈活的利用原始數字樣機模型為產品培訓提供分解圖、原理圖，還可以提供近似產品的快速變型與派生設計，以滿足市場報價和快速組織投標和生產的需要。

另外，在基于數字化樣機的基礎上，企業還可以建立虛擬樣機進行系統集成和仿真驗證，可以通過仿真減少實物試驗，降低研發成本，縮短研發周期，完成仿真驅動設計。同時還可以將仿真技術與試驗管理結合起來，提高仿真結果的置信度。

圖1 SET**電動輪礦車數字樣機（來源：三一重工）

除此以外，為了保障產品的可靠性，還必須在產品設計的前期就充分考慮工藝規劃、制造、裝配、檢驗、銷售、使用、維修到產品的報廢等產品全生命周期過程中的各項工程要素。利用并行工程和DFX技術，在設計階段盡可能早地針對不同階段中產品的性能、質量、可制造性、可裝配性、可測試性、產品服務和價格等因素進行綜合評估，從而優化產品設計，保障產品質量。

采用標準化、模塊化設計 形成系列化產品開發能力

以用戶為中心的智能研發就必然會面臨用戶需求的多樣性，這就要求企業必須有靈活多變的產品變型設計能力來滿足用戶多樣化的需求，形成系列化產品的開發能力，然而這樣就會直接導致產品設計、工藝、制造各個過程中的數據大量增加。

圖2 柳工集團的輪式裝載機模塊化實踐（來源：顧新建教授產品創新模塊化設計方法與實踐的演講）

在這種狀態下，產品的標準化、模塊化設計就顯得尤為重要，模塊化就是為滿足不同需要，以標準化為基礎，通過分解、集合手段，把復雜系統分解為相互獨立的具有特定功能的標準化模塊，再通過標準的接口把各獨立的模塊聯結為一個完整系統的過程。

企業如果沒有做產品的標準化、模塊化方面的工作，缺乏了基于用戶需求的定制開發能力，就無法形成系列化的產品開發來滿足客戶對產品的多樣化需求以及產品自身生態體系的建設，智能研發也就無從談起。