广州市制造业中小企业数字仿真技术需求研究

鲍仲辅

摘要：通过开展调查研究，深入了解广州市非标自动化制造业中小企业对于数字仿真技术的应用现状，并从使用者、产品开发、技术流程三个角度分析了中小企业对数字仿真技术的需求特点。为相关机构开展针对性技术普及和培训工作提供了依据。

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.

关键词：中小企业;技术创新;数字仿真技术

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

中图分类号：F427                                     文献标识碼：A                                  文章编号：1006-4311（2019）36-0204-03

0  引言

据统计广州中小企业数量占全市企业总规模的95% 左右，是区域经济发展的主力军，扶持中小企业发展壮大，有助于推动广州经济结构调整、转变经济增长方式、增强经济活力。特别是制造业中小企业，其经营活动直接和技术相关，因此也成为实现创新驱动发展的重要载体。

在制造业中小企业中有很大一部分是从事非标自动化设备设计和制造。非标自动化设备是按照各行各业的个性化需求，提供自动化生产线和生产专用机械的行业，该行业的发展对于区域产业升级有重要的促进意义。

数字仿真技术是近年来在机械、建筑、航空、汽车、电子等多个行业开始应用的新兴技术，其核心就是构建设计对象的数学模型，再借助计算机强大的计算能力获取数值计算结果，并进一步通过可视化处理分析并优化产品的各项性能。数字仿真技术使得研发设计更加高效和准确，并能大幅减少研发成本。目前数字仿真技术已经在大型企业中有较为深入的应用，但是中小企业由于技术力量较为薄弱，研发实力有限，因此无法及时有效引入应用新技术。

本文聚焦广州市非标自动化制造业中小企业，通过调查研究分析，深入了解这些企业对于数字仿真技术的应用现状和需求特点，助力于相关部门能针对中小企业的特殊需要开展针对性技术普及和培训工作，以帮助中小企业尽快掌握新技术实现创新驱动发展。

1  非标自动化制造业在产业链中的定位

从整个自动化产业链的角度来看，非标自动化制造产业位于产业链末端，如图1。

产业链上游主要是技术专精深度较高的控制元件和系统，如伺服电机、传感器、运动控制器、可编程控制器、伺服系统、高档数控机床，或者是高精度零部件制造，如滚珠丝杠、直线导轨、气动元件、高精度机械零部件等。中游产业是在上游产品基础上加以组合集成，以系统控制和接口技术为主，提供各种独立功能模块的全自动或半自动专机。如自动加工专机、自动包装、自动码垛、自动检测、自动输送线等。下游则是面对各行业具体生产需要，以满足个性化需求的定制化生产为主要方式，实施针对性非标设计，对上游和中游产品加以选型和集成，属于应用层面的二次开发。

从结构上看，非标自动化设备是一种模块化集成的组合，即从上一级设备供应商处选购单个功能模块的结构件，如机械手、点胶机之类，按照一定方式集成构建出专用生产线。该行业所使用到的技术含量较高的核心控制元器件和精密机械零部件都由上游供给，多为来自欧美日发达国家产品，因此行业的技术创新不足。加之广州非标自动化中小企业大多是随着九十年代产业自动化升级才开始陆续创建，技术的储备不够深厚，产品核心竞争力不强，多数企业主要还是以低廉价格优势来获取市场。

2  数字设计与仿真技术对中小企业技术创新

提高制造业中小企业技术创新能力的一个最直接的措施就是先提高行业开发技术，即通过新技术的应用来提高开发质量和效率，从而带动企业的盈利能力，进一步才能在更大的范围开展技术和管理革新。

数字仿真技术就是机械行业近几年发展起来的一种信息化开发技术。该技术是一种基于计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。按照数字样机反映机械产品的完整程度分为全机样机和子系统样机。全机样机包含整机或系统全部信息的数字化描述，是对系统所有结构零部件、系统设备、功能组成等进行完整描述的数字样机;子系统样机是按照机械产品不同功能划分的子系统包含的全部信息的数字化描述，如动力系统样机、传动系统样机、控制系统样机等。

数字仿真技术的应用能大幅的减少研发成本，提高研发效率，有助于制造业开展技术创新，特别是针对研发条件较为有限的中小企业。

3  广州制造业中小企业数字技术应用调研

课题组设计调查问卷并发放给100所制造业中小企业技术骨干填写，全部回收。为了便于后续的分类统计，问卷第一题就是针对企业经营对象的调查，由图2可见，从事非标自动化设备达到52家企业，超过了半数以上。

为了能进一步细致了解广州市非标自动机制造业中小企业的人才和技术特点，重点针对52家非标自动化制造业中小企业统计数据开展分析。

3.1 企业人数规模与研发力量分析

通过数据统计可知，非标自动化制造业中小企业人数在10～50的占比最大，超过40%，51～100人的占约27%，而超过100人的仅仅占到21%左右。由此可见，非标自动化制造业的规模普遍较小，这是由于这个行业没有标准化的工艺标准，全部是个性化订制，难以实现批量，主要都是单件小批的方式生产。

从研发人员占比情况来看，占比在20%以下的占近60%，占比在20%～30%范围的有25%，占比50%的企业不到4%。由此可见，非标自动化制造业中小企业的整体研发实力较弱。这由于非标自动化制造业的产品属于个性化订制，难以批量生产，同时缺乏核心技术，使得企业的经济效益有限，难以有更多的资金和人力投入研发。而然研发的投入不足，又反过来限制了企业的盈利能力，也限制了进一步转型升级。

3.2 技术人员对数字技术的掌握程度

针对非标自动化制造业中小企业技术人员数字技术的掌握，首先从两个大的方面调查，包括CAD/CAM技术和数字仿真技术的了解程度。

调研数据表明，对于CAD/CAM技术非常了解的超过17%，大致了解和部分了解合计超过80%，调查对象中没有人不了解相关技术。可见CAD/CAM技术作为制造业较为基础的数字设计技术已经得到完全普及，技术人员掌握情况较好。

对于数字仿真技术非常了解的不足10%，大部分技术人员也仅是部分了解，占比近50%，完全不了解相关技术超过13%。可见数字仿真技术作为制造业近几年新兴技术在企业中的普及应用不足，技术人员掌握情况不佳。

在产品设计开发中会需要大量的参数，通过调研可以了解到，超过30%的企业是根据经验来取值，接近27%的企业是通过测绘市场上同类产品。根据设计计算取值的占约28%，能利用仿真技术获取设计参数的还不到14%。根据经验取值不失是一种常用的设计方法，但是由于经验仅为可行性实施的总结，在新技术层出不穷的情況下，过多依赖经验会造成产品性能提升不够和创新不足的问题。而依赖测绘同类产品的做法几乎是“抄袭”行为，开展严密的设计计算是企业技术人员设计功底的反映，而使用仿真技术还提高了对数字化新技术的要求，可见非标自动化机械制造业多数中小企业自主研发和创新能力的严重不足。

对企业规模与设计参数获取做两个调研结果做交叉分析，可以发现两项指标有较强的相关性。企业规模越大设计计算和仿真分析的应用就越广泛，企业规模越小经验取值和测绘同类产品越多。可见企业规模还是显著影响技术实力。（图9）

4  非标自动化中小企业对数字技术的需求特点

4.1 从使用者的角度分析

通过对与项目合作的近百家中小企业调研以及通过国内主要的招聘网站的检索查询，如“前程无忧”、“智联招聘”，可以得知中小企业的设计工程师近70%是高职和大专层次，22%是本科层次，研究生及以上不到8%。

不同层次人才的培养方式和学习重点有区别。就数字仿真技术而言，研究生的学习会更加侧重底层的理论，比如相关控制方程如何建立、采用何种数值计算方法、如何控制计算精度等等，目的在于开发更加精确合理的分析算法。对于本科生重点掌握如何利用已用的商用工程分析软件，开展相关的分析工作，并能根据项目的具体要求对分析方程相关参数加以灵活的设置或通过二次开发修正分析模型。对于高职专业的学生而言，则是能够基于商用的数字仿真软件，按照行业标准和相关技术流程针对具体的问题开展分析和校核，以便于实现优化设计。

4.2 从产品开发角度分析

产品是制造类企业核心的劳动果实，因此也需要从产品的角度去分析所需要的开发技术具有的需求特点。非标自动化制造业中小企业主要的产品是用于各行各业自动化生产的专用机械和生产线，相关产品设计开发主要是以模块化的方式开展，即先把整机根据功能要求拆分成不同的功能模块，再针对每个功能模块进行结构设计。由于自动化行业已经高度的标准化，在设计的过程中大量的结构和零部件是以在供应商给定的样本中选型的方式来实现，因此数字仿真技术主要是用于做各类性能的校核、分析和验证。对于分析精度要求并不是非常高，只要在工程可以接受的误差范围内即可。

4.3 从技术流程角度分析

由于非标自动化制造业中小企业的技术人员主要使用数字仿真技术是用于开发设计，并非用于科学研究，因此并不需要对底层的理论有过多的要求。同时又因为行业产品模块化特点，又使得数字仿真技术的针对性很强。如此一来，对于数字仿真技术使用的重点就在于选择合适的工具按规范的流程操作。

5  结束语

聚焦广州市非标自动化制造业中小企业，通过调查研究分析，深入了解这些企业对于数字仿真技术的应用现状，并从使用者、产品开发、技术流程三个角度分析了中小企业对数字仿真技术的需求特点。为相关机构开展针对性技术普及和培训工作提供了依据。

参考文献

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