安世亞太戰(zhàn)略及合作部總經(jīng)理邢軍：增材制造助力智能制造發(fā)展

2020年8月20日-21日，中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產(chǎn)業(yè)年會在安徽蕪湖市舉行，此次年會由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經(jīng)濟和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo)，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦，繁昌縣人民政府協(xié)辦，南極熊作為支持媒體對本次會議進行了直播。

△安世亞太科技股份有限公司戰(zhàn)略及合作部 總經(jīng)理邢軍

在“產(chǎn)業(yè)化推廣論壇”上，安世亞太科技股份有限公司戰(zhàn)略及合作部 總經(jīng)理邢軍做了《增材制造助力智能制造發(fā)展》演講，下面是現(xiàn)場速記。
△視頻：邢軍《增材制造助力智能制造發(fā)展》

邢軍：各位專家、學(xué)者和同仁，非常榮幸有這個機會在這樣的盛會上，把我們在增材制造領(lǐng)域探索和思考以及應(yīng)用給大家作一個分享。 今天分論壇的主題是增材制造和產(chǎn)業(yè)關(guān)系，所以我們就選擇這樣的題目給大家作一個報告。

我想分成三個部分：第一個簡單說一下因為增材制造要和產(chǎn)業(yè)結(jié)合，那么增材制造也是現(xiàn)在的數(shù)字化制造和智能制造的核心要素之一，我們就分析一下我們對增材制造和數(shù)字化制造的理解。第二圍繞這個分析框架，我們找了一點認為驅(qū)動整個增材制造產(chǎn)業(yè)化發(fā)展路徑上最重要的關(guān)鍵技術(shù)，做一點點展開。最后圍繞著我們前面說的這個框架，把安世亞太在這個領(lǐng)域的探索、思考和實踐給大家作一個匯報。

第一部分簡單說一下我們對于增材制造和數(shù)字化制造和智能制造的理解。

前面很多的專家和學(xué)者的演講我受益很多，實際上增材制造和傳統(tǒng)的等減材制造有比較大的區(qū)別，這張圖是最重要的區(qū)別，但是說區(qū)別之前，有兩個觀點我想統(tǒng)一一下：第一個增材制造是和等材減材一樣的制造技術(shù)，也就是我們可以用這種制造技術(shù)看待所有產(chǎn)品。第二它和傳統(tǒng)的等減材不一樣就是傳統(tǒng)的等減材的制造對于材料的影響是發(fā)生在宏觀層面，雖然機架也可以做得非常非常細，但是整體影響是在宏觀影響，在微觀層面沒有發(fā)生信息交互，增材制造是微積分式的制造，從材料的影響進入到微觀，所以我們在設(shè)計，在工藝的過程中可以把我們的設(shè)計意圖結(jié)合我們的制造能力和制造工藝在微觀層面做設(shè)計，包括在制造過程中。另外一個非常不同的就是增材制造的全數(shù)字化基因，我們理解傳統(tǒng)的等減材制造從數(shù)字化角度來說，數(shù)字化對于它們可以說是一種增強，是一種改進、提升或者是賦能，但是嚴格來說如果真的沒有數(shù)字化傳統(tǒng)的等減材不一定不能實現(xiàn)，而且在今天數(shù)字化智能化改造過程中，很多傳統(tǒng)等減材沒有必要全部做數(shù)字化的映射和孿生體，因為這個過程沒有更多的信息。而增材制造是天生的數(shù)字化基因，從開始的設(shè)計到設(shè)計優(yōu)化、仿真到工藝設(shè)計、工藝確認到后面的全生命周期維護是端到端的數(shù)字基因，沒有數(shù)字增材就沒有，而且整個過程數(shù)字的屬性和數(shù)字的過程逐步增加，到制造過程才實現(xiàn)從數(shù)字世界到物理世界的數(shù)字孿生的映射，這是它的最重要屬性。而且由于它的數(shù)字化屬性，它能夠把所有現(xiàn)在能夠看到的IT和DT技術(shù)結(jié)合起來，在整個數(shù)字制造的全生命周期過程發(fā)揮價值。

從產(chǎn)品的設(shè)計、優(yōu)化到最后的生產(chǎn)過程，我們從PE到PC做了一個示范，從設(shè)計優(yōu)化到工藝設(shè)計到工藝仿真和確認過程中，在整個的過程每一個節(jié)點數(shù)字孿生體的數(shù)字屬性會逐步增加，逐漸變大，增加不同的數(shù)字屬性。而且在這個過程中，我們看到很多的技術(shù)手段和技術(shù)工具和條件都可以運用到，比如云大物智鏈相關(guān)的所有技術(shù)。制造加工的實現(xiàn)過程中，這個階段把前面所有的數(shù)字孿生體做了一個映射才到了實物的世界，從前面的數(shù)字的孿生體到后面材料、工藝、裝備之間多系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)動才能保證最終的制造質(zhì)量。再往后到分布式制造、個性化制造、物流到全生命周期的維護所有的數(shù)字化技術(shù)都會在整個增材制造的技術(shù)中使用增加，會對原來傳統(tǒng)的制造模式、生產(chǎn)模式發(fā)生變化。

我們簡單說一下我們的理解，就是增材制造技術(shù)和第四次工業(yè)革命的關(guān)系。對于第四次工業(yè)革命，不同的專家學(xué)者從不同的維度都做了很多闡釋。我想從上面的列表來看，我們談到工業(yè)革命，它的核心其實還是制造技術(shù)和制造泛式，如果核心是制造技術(shù)的話，我們可以從三個要素變化和升級來理解：第一個就是被制造的材料，第二個就是作用于材料的能量，第三個就是在這個過程中所產(chǎn)生的信息。這三者的動態(tài)變化和升級我們理解一下幾次工業(yè)革命。第一次核心是由于引入了蒸汽這種高品的能量，所以我們產(chǎn)生了工業(yè)革命，但是這種能量作用于材料方式是宏觀制造，所以這個過程產(chǎn)生的信息并不多。第二次是電力和石油引入，這種能量的品質(zhì)大大升級，產(chǎn)生的信息會大大增加，但是作用于材料的方式還是宏觀。第三次能量品質(zhì)沒有升級，作用方式也沒有變化，但是為什么還發(fā)生了呢？由于信息化使從設(shè)計、工藝到制造全生命周期過程中我們對整個產(chǎn)品所有信息能夠更多、更大、更廣泛的利用、收集和控制，產(chǎn)生信息化的能力。第四次增材微積分制造的體系能源沒有本質(zhì)變化，但是對于材料的作用從宏觀到微觀，這個過程中產(chǎn)生了巨大信息，而這個信息量的產(chǎn)生和傳統(tǒng)的兩種制造完全不一樣。正好結(jié)合第三次工業(yè)革命所有IT使能技術(shù)的應(yīng)用這就出現(xiàn)了制造范式的變化�；�于這種制造范式變化的機遇之下，對中國制造企業(yè)來說這應(yīng)該是千載難逢的機遇。

前面是我們對增材制造和智能制造以及數(shù)字化制造的關(guān)系（的理解）。如果是這樣的體系，增材制造如何才能對產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生驅(qū)動改變賦能乃至于升級？這個路徑怎么走？因為它是比較完整的技術(shù)體系，我們找出一個我們認為最重要或者源頭的技術(shù)做稍微展開。

首先這張圖把設(shè)計發(fā)展做了簡單分析，這是當今設(shè)計的背景包括對我們的要求，從簡單到復(fù)雜，從逆向工程到正向工程等等。其實設(shè)計的發(fā)展也有范式，從簡單的設(shè)計到所謂的高端設(shè)計其實就是跨領(lǐng)域、跨學(xué)科和跨專業(yè)的，到所謂的先進設(shè)計更多的是基于對設(shè)計模式和范式的變化，我們與這種設(shè)計和范式變化所匹配技術(shù)的整合和離合，比如不同理念、策劃機制和建模平臺。

這張圖列了典型的正向設(shè)計的V模型。中國很多的產(chǎn)業(yè)、企業(yè)并沒有走完整的V，我們一直說消化吸收再創(chuàng)新，但是沒有完整的走過去，我們很多不知其所以然。這個正向過程和增材制造的管理就是增材制造打通了制造的平行，傳統(tǒng)的很多增材制造有很多設(shè)計工藝的限制而導(dǎo)致工藝做不出來，這張圖的這幾個產(chǎn)品很典型，如果沒有增材制作的技術(shù)在現(xiàn)在的工業(yè)產(chǎn)品世界里幾乎無法實現(xiàn)。

這也是很著名的對于增材制造實現(xiàn)的路徑。這不是我們的原創(chuàng)，這是德欽給的路徑，大概從零件、組件到系統(tǒng)到商業(yè)模式進化。這有一個明顯的例子，最左邊和最右邊從成立結(jié)構(gòu)和使用工況條件是完全一樣，但是最右邊的減重了很多，就是因為做不出來。組件級的例子�？吹绞荊E的噴油嘴，這是我們和小型渦輪噴發(fā)動機。最關(guān)鍵基于增材重新做的設(shè)計，把原來93個零件整合到12個零件。最上面是ATP先進渦輪螺旋槳發(fā)動機，基于噴油嘴的增材應(yīng)用和經(jīng)驗做了整機的東西，實現(xiàn)了減重。最后可能會發(fā)生不同商業(yè)模式的進化，按需定制小批量的生產(chǎn)模式。

基于增材思維的先進設(shè)計是重要源頭的驅(qū)動技術(shù)，所謂的增材思維先進設(shè)計就是DFAM，面向增材的設(shè)計。這邊是流程圖，從需求端到設(shè)計優(yōu)化到工藝，整個過程有幾個和傳統(tǒng)的設(shè)計完全不一樣的變化。首先它還是設(shè)計范圍的變化，它和傳統(tǒng)的設(shè)計思路甚至技術(shù)組成的邏輯都不一樣，它圍繞增材制造的特點和優(yōu)勢，從設(shè)計源頭端開始發(fā)揮這個優(yōu)勢，而以前所受到等減材的制約不用考慮了。另外設(shè)計和工藝的結(jié)合非常緊密，這比傳統(tǒng)制造要緊密的多得多，還有材料還有裝備的能力。還有在這個過程會用到很多新技術(shù)包括DFF，包括拓撲優(yōu)化、DFAM、創(chuàng)成式優(yōu)化、點陣設(shè)計，而這些設(shè)計正好和整套設(shè)計范式所匹配的，根據(jù)所選的工藝和材料匹配在一起才能發(fā)揮價值。

這是我們這幾年在DFAM設(shè)計指南中，隨著我們的應(yīng)用和行業(yè)客戶的服務(wù)做的總結(jié)，除了我們自己的應(yīng)用以外，和國際頂尖的機構(gòu)和合作機構(gòu)有合作，這是我們梳理的一套體系。這本書是去年9月份在國際上面向DFAM設(shè)計指南的書，我們做了翻譯，在今年年底就會出版上市，這應(yīng)該是全球第一版《增材制造設(shè)計指南》。

第一個就是創(chuàng)成式設(shè)計。增材整個技術(shù)生態(tài)體系從頭到尾都和以往的等減材是不一樣的，這個創(chuàng)成 式設(shè)計就和以往所常了解的基于形狀、尺寸、功能設(shè)計是完全不同的生態(tài)和思路，它是基于規(guī)則，基于你設(shè)計的要求形成你的設(shè)計規(guī)則，基于規(guī)則形成編碼，基于編碼你的設(shè)計軟件和計算機的算力協(xié)助設(shè)計師一起給出一組可行的設(shè)計方案，然后設(shè)計師和它互動去選擇。我們從小就學(xué)計算機叫計算機輔助設(shè)計，但是我認為這個才真正走到計算機輔助設(shè)計的階段，這是一種不同的生態(tài)。這是我們?nèi)ツ暝赥FT3D打印亞洲展上發(fā)明了一款用床市 式設(shè)計用3D打印的中空的輪轂，上面是圖片，底下是照片。這就充分說明增材的技術(shù)要做成一個完整的技術(shù)平臺才有可能走到產(chǎn)業(yè)化。其實我們是做的0-1，帶卡就后來找我們，像他這樣的行業(yè)巨頭做這樣的事情也有困難，選擇什么樣的材料？怎樣設(shè)計？用什么材料？打印工具怎么做？所以這個例子還是有點典型性。

第二個技術(shù)也是在DFAM很重要的我們叫多尺度力學(xué)設(shè)計和仿真。由于增材是微積分式的制造，所以材料、裝備和工藝一定要在時間和空間做。在多尺度關(guān)聯(lián)層面上多物理過程的成形機制和邏輯和原理。舉個例子從微觀時間要關(guān)注材料的成形力學(xué)、流體力學(xué)、溶池動力學(xué)，細觀要關(guān)注設(shè)計和工藝制造的力學(xué)性能、熱學(xué)性能，甚至還要關(guān)注負泊泊比結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計。宏觀力學(xué)設(shè)計，自上而下優(yōu)化打印工藝與打印設(shè)備。

第三個技術(shù)也是常用比較多的就是我們叫優(yōu)化設(shè)計和輕量化設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，材料的輕量化以及工藝的創(chuàng)新，這些技術(shù)圍繞材料的輕量化圍繞結(jié)構(gòu)優(yōu)化、拓撲優(yōu)化，它正好又和3D打印的整體能力和工藝結(jié)合起來發(fā)揮了優(yōu)勢，其實拓撲這件事早就有了，但是拓撲出來的東西在真實的產(chǎn)品世界怎么做？如何做一直沒有下邊來承擔，這種技術(shù)和增材結(jié)合又相得益彰。

這三個是比較關(guān)鍵典型的DFAM的技術(shù)應(yīng)用。

前面圍繞著我們對增材制造和智能制造做了一些介紹，有些也是我們實際應(yīng)用，最后對我們公司做一下介紹。

公司是成立了有24年的歷史，率先我們從仿真起家，率先把仿真技術(shù)引入到中國的工業(yè)企業(yè)。第二個階段我們把仿真創(chuàng)新支持工程、系統(tǒng)工程也是在國內(nèi)率先推出，服務(wù)的都是復(fù)雜裝備的研發(fā)生產(chǎn)制造企業(yè)，前兩個階段我們是純軟件信息化咨詢服務(wù)公司，但是設(shè)計、仿真和優(yōu)化是我們的基因。第三個階段我們結(jié)合從軟硬一體，所以選擇了增材制造，進入到這個體系，包括自主研發(fā)包括資本運作、戰(zhàn)略合作，在全國范圍內(nèi)構(gòu)建這樣的體系。

剛才說我們對于增材制造的理解是三個生態(tài)：第一個是構(gòu)建技術(shù)生態(tài)。有了相對完備的而且是同等長度的關(guān)聯(lián)在一起的技術(shù)生態(tài)，才能支持不同的行業(yè)和企業(yè)走到所謂的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，當然還需要技術(shù)生態(tài)。綠色部分是我們的自主知識產(chǎn)權(quán)，藍色部分是合作，包括有合資公司，橙色部分是國內(nèi)和國際領(lǐng)域的人來合作。

前面把軟件的技術(shù)生態(tài)做了介紹，把簡單的材料和技術(shù)貨架做一下，我們把它作為單元的技術(shù)貨架面向未來不同行業(yè)的應(yīng)用進行組合。材料圍繞著陶瓷、樹脂、金屬、建筑和生物有些有優(yōu)勢的自己自研，有些是和國際和國內(nèi)的領(lǐng)域合作，比如高分子和巴斯夫國內(nèi)是和萬華（音）。裝備的成形工藝圍繞陶瓷的燒結(jié)、擠出、高分子有熔融的這幾個方面具備定制化設(shè)備的能力，之所以有定制化設(shè)備的能力是因為有基于自己裝備的自研知識產(chǎn)權(quán)的增材控制系統(tǒng)，因為增材的控制系統(tǒng)是核心，它除了要做運動控制還要做所有數(shù)學(xué)化學(xué)的控制，并且控制量、傳輸方式、控制邏輯和原來完全不一樣。并且結(jié)合我們的軟件可以開源，讓我們的客戶定制化自己的APP，開源3D打印裝備以及工藝，所以可以用這樣一套系統(tǒng)做不同類別的3D打印設(shè)備。

最后是另外兩個生態(tài)，第一個就是產(chǎn)業(yè)生態(tài)，有了技術(shù)生態(tài)如何進入產(chǎn)業(yè)生態(tài)？我們認為要走0到1和1到N的過程，因為前面的技術(shù)生態(tài)等到一定程度，可能依據(jù)市場的需求，市場的需求度以及技術(shù)成熟度，我們選擇具體的應(yīng)用領(lǐng)域做一些研發(fā)和研究。我們選擇前普惠的發(fā)動機首席工程師的合作，運用他在發(fā)動機領(lǐng)域的能力，運用我們增材領(lǐng)域初步構(gòu)建的完備的技術(shù)體系重新完整地設(shè)計，這個渦噴項目去年已經(jīng)落了。第二個生態(tài)是人才。按照中國2025的人才缺口，增材制造的人才大概有800萬的缺口，排在第三，人才從哪里來？這樣日新月異的行業(yè)高校不能靠自己的力量獨立完成，所以我們2018年獲得教育部智慧工廠增材專業(yè)的獨家支撐單位，協(xié)助教育體系建立增材的培訓(xùn)體系。增材是我們這幾年做的，圍繞著不同院校類別從教育教學(xué)、科學(xué)研究、社會服務(wù)、人才、技術(shù)、服務(wù)面向產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

希望有更多各界人士加入到增材有非常光明前景的行業(yè)，謝謝各位！