美國防部《增材制造在國防部的使用》5000.93

來源：空天防務觀察，作者陰鵬艷

2021年6月10日，美國防部研究與工程副部長辦公室發(fā)布國防部5000.93指示《增材制造在國防部的使用》，該指示作為首份面向增材制造（AM）的頂層政策文件，就增材制造在國防部的實施和應用制定政策、明確責任并細化程序。5000.93指示是對國防部1月發(fā)布的《國防部增材制造戰(zhàn)略》的進一步落實，將有力推進增材制造在裝備研制、保障、戰(zhàn)備中的高質量協(xié)同發(fā)展、安全應用和穩(wěn)定供應，支撐應急能力采辦和中間層采辦等程序的快速應用與部署需求，以及以數據、模型為驅動的數字工程轉型目標。

5000.93指示《增材制造在國防部的使用》文件首頁（美國防部圖片）

一、指示發(fā)布背景
1、增材制造是加速創(chuàng)新和提升戰(zhàn)備水平的重要支撐技術
增材制造作為一種可以快速、按需且可定制的制造手段，能夠直接支撐美軍的后勤和作戰(zhàn)改革，短期看可快速使用以滿足戰(zhàn)備需求，長期看可通過創(chuàng)新設計改進系統(tǒng)。廣泛使用增材制造給美軍帶來的預期優(yōu)勢至少包括：驅動更具殺傷力系統(tǒng)的設計創(chuàng)新，提升裝備完好率，賦予作戰(zhàn)人員在戰(zhàn)區(qū)現場敏捷解決問題的能力。此前，國防部牽頭成立國家增材制造創(chuàng)新機構，并先后發(fā)布《國防部增材制造路線圖》、《增材制造標準化路線圖》、《國防部增材制造戰(zhàn)略》等文件，穩(wěn)步持續(xù)地推進增材制造的發(fā)展和使用已是美軍共識。

根據國防部推進增材制造的途徑，當前已處于第二階段。未來，各軍種與業(yè)務機構還將制定詳細執(zhí)行計劃，并在每年列出優(yōu)先級清單，支持預算和資源的分配（美國防部圖片）

2、《國防部增材制造戰(zhàn)略》的落地實施需要政策明確規(guī)范與引導
2021年1月，隸屬美國防部研究與工程副部長辦公室的國防制造技術項目辦公室發(fā)布《國防部增材制造戰(zhàn)略》，提出 “將增材制造集成到國防部和國防工業(yè)基礎中、協(xié)調國防部和外部合作伙伴的增材制造活動、推動和促進增材制造的敏捷應用、提高增材制造應用熟練程度、加強增材制造工作流的安全性”五項戰(zhàn)略目標，旨在促進建立更敏捷、適應性更強和更一致的國防供應基礎，使增材制造廣泛應用于武器系統(tǒng)創(chuàng)新設計，提高系統(tǒng)可靠性和作戰(zhàn)能力。目標已明，關鍵聚焦領域與工作流程的建立還需出臺政策進行規(guī)范引導，以細化需求方與責任方的職責與義務，建立統(tǒng)一的標準框架和協(xié)作機制。

2021年1月，《國防部增材制造戰(zhàn)略》提出五項戰(zhàn)略目標（美國防部圖片）

3、國防采辦改革與數字工程轉型要求實現快速、數字制造
為落實大國競爭戰(zhàn)略和新興技術快速發(fā)展的需要，美國防部在2018年提出數字工程戰(zhàn)略，大力推進以數據和模型為核心謀事做事的轉型；2019年底以來，國防部對采辦政策進行了重大改革，建立了應急能力采辦和中間層采辦程序（采辦周期為2-5年），凸顯出靈活、快捷、安全的采辦理念。增材制造作為新興的數字制造手段，是滿足數字、快速采辦需求的重要途徑，發(fā)布專項政策來推進建立安全、規(guī)范的采辦流程，管理并維護核心數據源十分必要。

美國防部意在結合先進技術和數據交換共享等核心能力實現數字賦能的未來（美國防部圖片）

二、主要內容與職責

1、國防部政策
通過5000.93指示，美國防部旨在：
——推進增材制造的應用來支持聯合部隊司令官和作戰(zhàn)指揮官的戰(zhàn)區(qū)需求、變革維修模式和供應鏈、增強后勤彈性、提升各軍種的自主保障和戰(zhàn)備能力；
——應用增材制造提升國防工業(yè)基礎，提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)及持續(xù)保障能力；
——確保增材制造計劃、項目和需求具備充分的資源；
——開展教育、培訓及認證國防部增材制造人才隊伍；
——確保國防部網絡-物理基礎設施和流程的安全性，支持增材制造在武器系統(tǒng)壽命周期中的使用；
——開發(fā)并使用有益于武器系統(tǒng)作戰(zhàn)或保障能力的增材制造技術；
——通過增材制造社區(qū)開展合作并分享最佳實踐；
——保護國防部在增材制造技術開發(fā)方面的投資，避免技術外泄。

2、 主要職責分配
針對以上主要事項與目標，5000.93指示明確了國防部研究與工程副部長、國防部首席信息官、國防部采辦與保障副部長、國防后勤局以及參聯會主席等各增材制造需求方或程序實施攸關方的職責。其中：

國防部研究與工程副部長（USD(R&E)）總體負責國防部增材制造應用政策的維護，以及合作交流、供應鏈集成、教育培訓、認證鑒定、標準與指標編制等具體工作的協(xié)調與監(jiān)管，并將增材制造納入數字工程相關政策和指南。此外，國防部研究與工程副部長要確保在武器系統(tǒng)采辦的設計和工程階段充分考慮增材制造的各種能力和流程，并充分記錄增材制造生產的各種零件，為保障工作提供支持。國防部研究與工程副部長還需要組織并指定增材制造聯合工作組 (JAMWG)主席，以在國防部的聯合監(jiān)督下開展協(xié)作，分享最佳實踐方法。特別地，國防部研究與工程副部長、各軍事部門和國防后勤局 (DLA) 需要共同定義一個通用的國防部增材制造數據框架，包括增材制造數據管理最佳實踐方法，以便在整個國防部內部安全地共享增材制造數據。

國防部采辦與保障副部長（USD(A&S)）牽頭負責整個采辦和保障組織體增材制造的協(xié)作工作，包括更新和維護相關政策；酌情推動使用增材制造來滿足武器系統(tǒng)性能和保障要求；為特定的增材制造數據類別建立并維護包含商定價格和相關權限許可的數據庫；將增材制造納入知識產權政策和指南；評估國內增材制造設備和材料的工業(yè)制造能力，以打造一條能力強大且具有彈性的增材制造供應鏈；指導國防采辦大學開展相關培訓等。

國防后勤局局長負責將增材制造納入供應鏈，確保供應商生成的增材制造數據由國防后勤局提供給適當的國防部下屬組織；開發(fā)、維護和管理聯合增材制造模型交換（JAMMEX）系統(tǒng)門戶網站，用于共享經批準的增材制造數據集和其他安全、可互操作的數據管理能力；牽頭制定通用數據要求和驗收標準相關流程和指南；識別最佳實踐方法并根據需要修改系統(tǒng)和流程，將增材制造能力與供應鏈信息技術架構、業(yè)務支持系統(tǒng)和流程集成。

國防部首席信息官（CIO）負責制定各種網絡安全要求和標準，發(fā)布國防部“全球信息網格的通用集成信息計算和通信環(huán)境”指南，以在必要時為增材制造技術的實施提供支持。

國防部具有相關需求的部局負責制定和審查機構層級的持續(xù)保障計劃；建立和維護必要的數字、網絡物理和整體網絡基礎設施；指導如何使用增材制造數據框架；推動增材制造能力與企業(yè)架構和業(yè)務支持系統(tǒng)和流程的集成；協(xié)助定義有關增材制造實施進度和結果的各項通用指標，按需跟蹤和報告有關指標的數據。
參謀長聯席會議主席負責與國防部長辦公廳合作推進聯合部隊的增材制造技術和創(chuàng)新；與軍種采辦負責人合作，確定與聯合項目相關的壽命周期保障計劃中增材制造的適用性；支持在作戰(zhàn)司令部（CCMD）內部執(zhí)行各種戰(zhàn)區(qū)保障計劃，促進增材制造在作戰(zhàn)行動中的使用。

三、程序與指導
圍繞增材制造推廣使用中涉及的采辦、研究與工程、供應鏈、數據管理、數據與設備安全、規(guī)格與標準、培訓與教育以及合作等主要流程與要素，5000.93指示制定了相應的程序與指南，系統(tǒng)地指導各相關責任部門領導推進面向增材制造的設計、合同要求、數據管理框架、材料與工藝研究、質量鑒定與認證、增材制造供應鏈集成、跨域模型交換、網絡風險評估、標準制定、知識體系構建等工作。

1、采辦中的增材制造
增材制造應被納入采辦過程，并充分考慮增材制造可能對武器系統(tǒng)設計產生的影響，以及合同或協(xié)議如何解決維修和持續(xù)保障期間增材制造零件和數據的可用性問題；確保合同包含并明確規(guī)定足以實現增材制造的數據要求，酌情包括一份增材制造數據管理計劃；確保合同條款詳細說明了需要標識的零件，這些零件在材料清單、構型管理文檔和其他相關增材制造數據中明確使用增材制造進行生產，或者可能使用增材制造進行生產；確保增材制造數據要求包括測試要求和驗收或拒收標準；僅獲取必要的增材制造數據和相關許可權來滿足機構的各項需求。

2、研究與工程
開展材料和工藝特性研究，提高增材制造工藝和零件質量的可靠性，加快鑒定和認證過程；對增材制造采取國防部通用的風險定義，并制定政策來定義使用增材制造零件所需的鑒定、認證、風險評估和批準權限級別；使增材制造的鑒定程序和驗收標準與各項通用標準、規(guī)范和實踐方法保持一致。

3、在供應鏈中集成增材制造

使用經批準的增材制造零件來源，以完善供應鏈流程和程序，滿足裝備戰(zhàn)備需求；充分利用現有的增材制造能力，并根據需求的緊迫性制定支持快速生產增材制造零件的流程和程序；監(jiān)控增材制造供應商的實施、使用、績效和效能；向國防后勤局和適當的國防部供應組織提供增材制造零件數據和增材制造需求信息，并在必要時通過國防后勤局在國防部內共享；制定通用的增材制造數據標準和要求以及增材制造零件驗收標準；記錄并維護一份已成功交付增材制造零件和增材制造原材料的來源清單；定義有關增材制造實施進度和結果的通用指標，并根據需要嵌入各個流程來跟蹤和報告增材制造的指標數據。

2021年2月，ExOne公司獲得美國國防部合同，用于開發(fā)可部署在集裝箱內的完全可操作、獨立的3D打印工廠，集裝箱工廠可通過陸�；蚩者\直接部署在現場，用于制造支持戰(zhàn)區(qū)、災難救援或其他遠程操作的部件（ExOne公司圖片）

4、數據管理
確保增材制造活動符合有關數據訪問和技術數據、計算機軟件和其他知識產權的所有法律、法規(guī)、政策和相關合同條款要求；充分利用國防部核心知識產權的資源；使用與國防部數字工程戰(zhàn)略和實施計劃一致的某種基于模型的工程制造工具集；開發(fā)、使用和支持聯合增材制造模型交換（JAMMEX）系統(tǒng)和其他安全、可互操作的數據管理能力，并將基于通用數據框架的相關數據連接到每個組織內部的權威數據存儲庫和系統(tǒng)。

5、數據與設備安全
提供安全可靠、可互操作的數字化商業(yè)信息和數據系統(tǒng)，包括但不限于聯合增材制造模型交換（JAMMEX）系統(tǒng)；根據需要對增材制造數據系統(tǒng)和設備的現有網絡安全流程和政策進行更改，并定期開展基于任務的協(xié)作網絡風險評估。

6、規(guī)范與標準
在最大程度上使用與增材制造相關的非美國政府規(guī)范和標準；如果缺少現有的規(guī)范或標準，可通過非美國政府的標準組織來制定此類規(guī)范或標準。

7、培訓與教育
為國防部使用增材制造或承擔增材制造相關職責的適當勞動力提供培訓和認證，包括管理人員、工程設計人員、設計人員、操作人員、維修人員和采辦專業(yè)人員；創(chuàng)造各種研究和教育機會，提高增材制造社區(qū)的技術水平和技能。

8、協(xié)作
通過增材制造聯合工作組（JAMWG）和聯合國防制造委員會（JDMC）積極開展協(xié)作，共享增材制造的最佳實踐方法。

聯合國防制造委員會（JDMC）、增材制造聯合工作組（JAMWG）與細分領域的組織關系和成果物（美國防部圖片）

四、結束語
增材制造作為能夠顛覆研制、生產和保障模式的前沿技術，受到了美國防部的長期重視。5000.93指示的發(fā)布標志著國防部對增材制造的規(guī)劃布局已經從技術與標準探索階段、形成戰(zhàn)略共識階段進入到政策落實與執(zhí)行階段。

1、“同文共軌”-通用數據框架與標準規(guī)范是增材制造向供應鏈集成的關鍵
5000.93指示強調由國防部研究與工程副部長牽頭與各軍事部門和國防后勤局共同定義一個通用的國防部增材制造數據框架，并推動建立一致的增材制造鑒定、認證和風險管理方法。此外，國防后勤局將基于數據框架開發(fā)聯合增材制造模型交換（JAMMEX）系統(tǒng)，使國防部各實體安全地訪問和共享經批準的增材制造數據集和其他安全、可互操作的數據。可互操作的數據管理能力將有助于國防部實體使用通用數據管理最佳實踐方法和構型控制，根據需要安全地訪問和共享、購買或許可使用增材制造數據，支持打造能力強大且具有彈性的增材制造供應鏈。

2、“通功易事”-國防部各部局分工明確、協(xié)作共享，齊推增材制造使用
5000.93指示明確了國防部使用和發(fā)展增材制造的各項職責，研究與工程、采辦與保障、數據收集共享、信息安全等事項均有明確分配；協(xié)作機制方面，指示強調由國防部研究與工程副部長牽頭組建增材制造聯合工作組(JAMWG)作為國防部的聯合增材制造論壇，并要求采辦與保障副部長與國防后勤局、提出增材制造需求的各軍事部門、國防部各直屬局和國防部外勤機構相關負責人參與，以在國防部的聯合監(jiān)督下開展協(xié)作，分享最佳實踐方法。國防部內相關部門各司其職同時協(xié)調配合，為聯合推進增材制造的發(fā)展使用提供了有力保障。

3、“相輔相成”-天生的數字制造技術已成為數字工程轉型的重要抓手
5000.93指示要求將增材制造納入數字工程政策和指南，使用與國防部數字工程戰(zhàn)略和機構層數字工程實施計劃一致的某種基于模型的工程制造工具集，并將相關數據輸入權威數字數據庫。不同于傳統(tǒng)制造方法，增材制造是天生的由數據驅動模型、進而驅動制造的數字制造手段，這一優(yōu)勢契合了國防部建立權威數據源并以數據模型驅動決策的數字工程轉型戰(zhàn)略，更易融入數字采辦流程中；反之，數字工程轉型建立的工具和數字線索方法也能為增材制造的使用賦能。5000.93指示順應了國防部采辦改革中對靈活、快捷采辦的需求，并與數字工程戰(zhàn)略聯動實施，將持續(xù)加速增材制造向裝備現代化治理中轉化與集成，支撐建立更敏捷、適應性更強的國防工業(yè)基礎。


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2021-8-5 11:43 上傳

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