前言
　　随着中国制造业的快速发展，中国已经成为全球的制造基地和产品市场，但是，生产能力的过剩和外贸条件的逐步恶化，使原有的单纯依靠低制造成本的发展模式已经越来越不能适应企业发展的需要。创新已经成为中国制造也越来越重要的必然选择。为此，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》中，明确提出建设创新型国家的决策，把增强自主创新能力作为国家战略。对于制造业企业而言创新是指其运用新的知识、技术和工艺，采用新的生产方式和经营管理模式来提高产品质量、开发新产品、提供新的服务和实现市场价值的过程。产品创新能力是企业核心竞争力的重要体现，走自主创新的道路，已经成为我国制造业实现持续稳定发展的必由之路。如何提高设计效率和研发能力、缩短设计周期、降低设计成本、快速推出高质量的新产品，成为中国制造业所面临的巨大挑战。

　　产品创新涵盖了从形成新产品的创意，进行概念设计、工程设计，编制产品工艺，到完成生产准备的全过程。随着信息技术的发展，支持产品创新的相关理念和数字化技术等已经逐渐走向成熟，为企业实现产品创新提供了强有力的支撑。日前，笔者有幸参加了由e-works组织的主题为“数字化技术推动中国产品创新”的“2006e-works产品创新数字化国际峰会”，并就与产品创新设计过程环节中所涉及到的CAI/CAD/CAE等相关技术和趋势做一简要分析。

数字化技术支撑企业创新能力的挑战
　　产品创新已经成为企业日趋关注的焦点，并且通过不同的行业和产品展现出创新的价值和作用。在对“2006e-works产品创新数字化非常好的实践评选”的参评企业和参评内容的分析中发现，产品创新在企业内部的重视程度非常高，其中军工企业、汽车及相关产业、装备制造业、电子电器、通讯等行业的表现尤为突出。由于军工企业面临国防保卫的要求，多年来都是以自主创新为工作重点，只是限于保密要求，外界了解的较少而已。而汽车、电器、装备、通讯等行业面临国际化竞争和知识产权壁垒，也较早的转入到自主版权设计研发的过程中，在多年的市场竞争中建树颇丰，并为企业的发展做出了相当大的贡献。反观外资和合资企业，在自主创新方面表现的仍然有些遮遮掩掩，有相当多的企业表示，自己无法参与设计过程，主要是以接收国外设计图纸后分解加工为主，甚至核心部件都以进口为主，从而也表现出这些企业的无奈！

　　在所了解的企业的产品创新过程中，许多企业不但将产品创新作为工作重点，而且为研发设计部门提供了包括CAD/CAE/PDM等数字化工具在内的技术支持手段，让设计部门充分利用信息化技术支撑产品创新设计，并为企业做出了卓越的贡献。而随着数字化设计工具的不断发展和深入应用，产品创新的途径和范围也已经从局部性能改进、国产化比例提升等方面扩展至整机设计创新、分析优化、数字化样机等更多环节。而此次峰会中就有一个主题专门讨论CAI/CAD/CAE等相关支持产品创新的相关技术和应用，也反应出当前企业在产品创新数字化工具方面关注的焦点。

　　数字化技术让企业有能力迎接产品创新的挑战！

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　CAI完善企业企业产品创新体系
　　计算机辅助创新CAI（Computer Aided Innovation）：是新产品开发中的一项关键基础技术，它是以近年来在欧美国家迅速发展的创新问题解决理论（TRIZ）研究为基础， 结合本体论（Ontology）、现代设计方法学、计算机软件技术等多领域科学知识，综合而成的创新技术，为企业提供了基于知识和系统的产品创新平台。

　　产品是企业的安身立命之本，CAD/CAE技术可以实现产品的结构和性能，但无法完成产品创新过程中最重要的创意和概念设计环节。产品创新其实是运用知识进行创作性的工作，其中涉及到各种知识的转化、综合利用、融会贯通等，需要掌握一定的创新规律，恰当使用创新原理和方法，是智力和知识资产变成可交付的产品和事物，让概念和思想变成样机和产品的过程。在我国制造业发展的早期，创新局限与产品的仿制和局部的改进，是一个凭个人知识和经验的时代，其创新能力和效率都比较低下。而当前的市场环境中，产品创新将更多的结合行业、企业的知识积累，需要系统的方法、合理的创新工具和更高的效率。

　　IWINT, Inc.（亿维讯）公司认为，当前计算机辅助创新CAI以分析产品和制造流程中存在的问题为出发点，从而从根本上解决新产品开发中技术难题而实现创新，并可为工程技术领域新产品、新技术的创新开发提供科学的理论指导，指明探索方向。目前，我国企业创新能力不足关键在于企业缺乏快速响应并满足市场需要的新产品开发及制造技术创新的机制和能力，因此迫切需要获得新产品开发的具体技术支持。而基于先进实用的创新理论开发的计算机辅助创新设计平台，可以使企业建立在以知识库为基础上的目的明确、规范化的产品创新体系，可辅助新产品开发人员在产品的概念设计阶段高效率、高质量地提出无妥协的创新设计方案，使企业迅速满足市场需求，增强企业的竞争力。

　　　　　　　　　　　　　　CAD技术向集成和专业化双向发展
　　计算机辅助设计CAD（computer Aided Design）：就是利用计算机帮助工程设计人员进行设计，主要应用于机械、电子、宇航、纺织等产品的总体设计、结构设计等环节。随着技术的不断发展，CAD含义发展为现在的计算机辅助设计。一个完善的CAD系统，应包括交互式图形程序库、工程数据库和应用数据库。对于产品或工程的设计，借助CAD技术，可以大大缩短设计的周期，提高设计效率。

　　我国80自年代开始使用CAD技术进行产品设计，经过20多年的发展，CAD技术成为企业技术工程人员应用最普遍的一项创新技术工具，并在企业产品设计创新过程发挥着最大的作用。优秀的CAD系统和熟练的使用能力，可以大幅度的缩短企业产品设计周期，尽早发现并解决设计问题，提高设计效率和设计成功率。目前，我国市场上高端三维CAD主要是PRO/E、UG NX和CATIA，中低端三维CAD主要包括Solid Works、Solid Edge、CAXA实体工程师、Inventor、TOPsolid、SOLID3000等；二维CAD主要以AUTOCAD、CAXA和KMCAD为主。

　　随着设计创新技术的发展，CAD技术也出现了大的跨越，主要表现在集成和专业化两大发展趋势。在集成技术方面， UG、达索、PRO/E等公司在集成方面注重整个研发制造过程的整合，继续强化三维设计、仿真分析、数控加工以及产品数据管理等方面的集成应用；Autodesk公司侧重在概念设计Alias Studio、二维AUTODESK、三维Inventor以及专业工具等方面从概念设计到详细设计的集成应用；国内的CAD公司则集中在CAD\CAPP\PDM的集成应用方面。在专业化发展方面，所有的CAD厂商则不约而同的向机电混合设计、管道线路、模具、钣金等专业设计功能方面发展，并融入大量的知识系统和设计经验，以求提高专业技术人员的设计效率。在核心技术方面CAD厂商则侧重在大规模装配、无约束或欠约束设计、轻量化出图、三维浏览以及跨CAD平台交流等方面，以提高整体设计效率和企业交流等方面的要求。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　CAE技术需要更深入的应用
　　计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）：对于复杂的工程，人们都希望能在产品生产以前对设计方案进行精确的试验、分析和论证，这些工作需要借助计算机实现。CAE包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造的一个综合过程，关键是在三维实体建模的基础上，从产品的设计阶段开始，按实际条件进行仿真和结构分析，按性能要求进行设计和综合评价，以便从多个方案中选择非常好的方案，或者直接进行设计优化。

　　仿真分析技术最早集中在军工领域，以满足国防军工产品对质量的高标准要求。但是随着各行业研发能力和产品创新要求，CAE技术已经更多的涉足到汽车、装备制造业、家电、通讯等各个行业都有相应的应用，而且应用范围越来越大。由于仿真分析对设计人员的知识水平、设计经验等相关能力要求都比较高，一定程度上制约了CAE在企业的应用范围和应用效果，但这种局面正在逐步改善。

　　CAE技术能在产品创新过程中实现产品的静、动态特性，模拟产品在未来工作环境的工作和运行状态，在设计阶段发现设计中的缺陷、并对其修改，并证实未来工程、产品性能的可行性和可靠性。一般情况下，CAE主要完成工作包括：发现设计缺陷、减少重量、 增加强度、优化零部件尺寸、优化性能、选择恰当材料、检查安全要素等，目前在产品创新中的地位越来约重要。目前我国市场上的 CAE 软件品牌主要有 MSC、ANSYS、ABAQUS、ADINA 、ALGOR、Altair、Ansoft、AutoSEA、CAEDA 、COSMOS、Deform、Fluent/CFX、PAM-CRASH、UGS、Virtual.Lab、FEPG 等。目前CAE技术在MSC、ANSYS、Altair、ABAQUS等厂商的领导下，不断完善其相应的技术和功能，并且集中表现在以下几个方面：

　　1、仿真分析的模型建立过程的简化。在仿真分析过程工作量最大也最容易影响效果的就是模型建立及网格划分，CAE厂商已经尽量多的融合已有的经验，通过多种途径提高模型建立和网格划分的工作效率，以适当减少设计人员的工作量。在简单模型或常见结构上已经可以不需要人工干预，可得到较好的分析仿真结果，但在复杂结构和特殊要求的产品中，仿真分析人员的经验和干预仍然和必须的环节。

　　2、仿真驱动设计。通过CAE与CAD技术的集成实现设计驱动，以尽可能少的人工操作，在分析过程中发现设计的缺陷并及时进行设计结构更改，但是完全不需要人工干预目前还难以实现，而整个设计分析过程中，设计分析人员的经验不容忽视。

　　3、多学科仿真。随着仿真分析的要求越来越多，许多企业希望能够尽量在统一的设计模型中实现静力、运动、热、磁场、流体等多种分析仿真，减少分析模型建立和转换，提高分析仿真的整体效率，这种需求在军工、汽车等行业的需求比较明显，例如汽车的外形影响着结构的度、对应的空气阻力、噪声等，而在多学科仿真分析方面，以MSC、ANSYS为主的厂商建树较多。

　　4、仿真分析平台和仿真分析数据的管理。现有的PDM/PLM系统还无法有效管理仿真分析的模型和数据，而仿真分析的相关数据对于企业产品创新和改进过程有着非常重要的作用。为此CAE厂商不断完善仿真分析平台，一方面减少不同仿真分析工具之间的转换，另一方面加强管理各种分析模型和分析结果，保护企业知识成果和再利用价值。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　产品创新能力需要企业自我的超越
　　尽管提升产品创新能力，提高设计方法和设计效率已经成为企业的普遍共识，但是真正能够实现企业产品创新的核心竞争能力，实现企业在创新过程中的持续稳定的发展，还有许多问题需要解决。

　　1、产品创新首先需要建立相应的管理机制。产品创新是企业的核心竞争力，无法一蹴而就，必须以合理的管理体系和激励措施，从制度、文化和考核等多方面建立产品创新的环境。只有整个企业都关注新产品发展和产品改进，并持续不断的提升企业的产品创新能力，才能实现创新能力的积累，逐步提高企业竞争力，扩大市场份额和占有率。

　　2、设计创新的体系不完整。创新不等于埋头苦干，创新的来源在于市场需求，在于有明确的目的和要求。许多企业在产品设计创新过程中随机性较大，很多设计过程中没有明确、系统的创新要求和方向，仍然以专家或项目负责人的经验为主，在设计过程中逐步进行改善，难免会偏离市场目标。需要企业适当的引入创新方法，规范产品创新过程，明确目标，提高创新能力。

　　3、有效利用数字化工具。随着信息技术的发展，数字化设计和分析工具对于企业提高设计能力和设计效率的作用十分明显，许多企业在这方面已经有了很好的经验和积累。但是，许多企业对数字化工具的认知和应用仍不全面，例如：有的企业设计部门较多，为了平衡部门利益，CAD/CAE等工具分散在各个部门，无法形成集中的设计优势；部分企业贪大求全，许多工具的功能没有充分发挥其作用和价值；各种数字化工具的掌握和能力高低仍以设计人员喜好为主，缺乏系统的培训和技能的评定。

　　4、创新可以纵横联合。创新是企业的核心竞争力，但不等于不需要外界的帮助，聚集最好的技术人员和数字化工具，不等于就拥有了强大的创新能力，交流合作是创新过程必不可少的的环节。这在CAE技术方面最为明显，培养自己的技术力量是必须，但是全部培养就可能贻误战机，相当多的CAE公司和科研机构都提供咨询服务，可以借助其丰富的经验帮助企业进行分析和优化，这些方面企业可以考虑借助外部的力量减缓自己在技术和人才方面的压力。

　　综上所述，产品创新与数字化技术的应用是相辅相成的过程，高性价比的数字化设计工具能够提升企业的创新能力，而优秀的企业则可以更大的发挥数字化设计工具的价值，从而继续提升企业的产品创新能力。但是提高企业产品创新的能力，又不仅仅局限于上述方面，比如工艺、加工、协同设计、产品生命周期的管理等许多环节都可以从不同的角度提高企业产品创新能力。

　　产品创新能力是企业需要关注，并一直关注的内容，需要不断的学习、投入、积累和完善，如同竞技场上的比赛，不仅需要和同行比，更需要的是和自己比，不断挑战，不断超越。(E-works)