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

2020年8月20日-21日，中國增材制造產業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產業(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、安徽省經濟和信息化廳、蕪湖市人民政府指導，中國增材制造產業(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 總經理邢軍

在“產業(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域探索和思考以及應用給大家作一個分享。 今天分論壇的主題是增材制造和產業(yè)關系，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業(yè)結合，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動整個增材制造產業(yè)化發(fā)展路徑上最重要的關鍵技術，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，也就是我們可以用這種制造技術看待所有產品。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，所以我們在設計，在工藝的過程中可以把我們的設計意圖結合我們的制造能力和制造工藝在微觀層面做設計，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，從開始的設計到設計優(yōu)化、仿真到工藝設計、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技術結合起來，在整個數(shù)字制造的全生命周期過程發(fā)揮價值。

從產品的設計、優(yōu)化到最后的生產過程，我們從PE到PC做了一個示范，從設計優(yōu)化到工藝設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手段和技術工具和條件都可以運用到，比如云大物智鏈相關的所有技術。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)字化技術都會在整個增材制造的技術中使用增加，會對原來傳統(tǒng)的制造模式、生產模式發(fā)生變化。

我們簡單說一下我們的理解，就是增材制造技術和第四次工業(yè)革命的關系。對于第四次工業(yè)革命，不同的專家學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和制造泛式，如果核心是制造技術的話，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，這種能量的品質大大升級，產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？由于信息化使從設計、工藝到制造全生命周期過程中我們對整個產品所有信息能夠更多、更大、更廣泛的利用、收集和控制，產生信息化的能力。第四次增材微積分制造的體系能源沒有本質變化，但是對于材料的作用從宏觀到微觀，這個過程中產生了巨大信息，而這個信息量的產生和傳統(tǒng)的兩種制造完全不一樣。正好結合第三次工業(yè)革命所有IT使能技術的應用這就出現(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)字化制造的關系（的理解）。如果是這樣的體系，增材制造如何才能對產業(yè)化產生驅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體系，我們找出一個我們認為最重要或者源頭的技術做稍微展開。

首先這張圖把設計發(fā)展做了簡單分析，這是當今設計的背景包括對我們的要求，從簡單到復雜，從逆向工程到正向工程等等。其實設計的發(fā)展也有范式，從簡單的設計到所謂的高端設計其實就是跨領域、跨學科和跨專業(yè)的，到所謂的先進設計更多的是基于對設計模式和范式的變化，我們與這種設計和范式變化所匹配技術的整合和離合，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計的V模型。中國很多的產業(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計工藝的限制而導致工藝做不出來，這張圖的這幾個產品很典型，如果沒有增材制作的技術在現(xiàn)在的工業(yè)產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構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。最關鍵基于增材重新做的設計，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用和經驗做了整機的東西，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模式。

基于增材思維的先進設計是重要源頭的驅動技術，所謂的增材思維先進設計就是DFAM，面向增材的設計。這邊是流程圖，從需求端到設計優(yōu)化到工藝，整個過程有幾個和傳統(tǒng)的設計完全不一樣的變化。首先它還是設計范圍的變化，它和傳統(tǒng)的設計思路甚至技術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。另外設計和工藝的結合非常緊密，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包括DFF，包括拓撲優(yōu)化、DFAM、創(chuàng)成式優(yōu)化、點陣設計，而這些設計正好和整套設計范式所匹配的，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設計指南中，隨著我們的應用和行業(yè)客戶的服務做的總結，除了我們自己的應用以外，和國際頂尖的機構和合作機構有合作，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設計指南的書，我們做了翻譯，在今年年底就會出版上市，這應該是全球第一版《增材制造設計指南》。

第一個就是創(chuàng)成式設計。增材整個技術生態(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 式設計就和以往所常了解的基于形狀、尺寸、功能設計是完全不同的生態(tài)和思路，它是基于規(guī)則，基于你設計的要求形成你的設計規(guī)則，基于規(guī)則形成編碼，基于編碼你的設計軟件和計算機的算力協(xié)助設計師一起給出一組可行的設計方案，然后設計師和它互動去選擇。我們從小就學計算機叫計算機輔助設計，但是我認為這個才真正走到計算機輔助設計的階段，這是一種不同的生態(tài)。這是我們去年在TFT3D打印亞洲展上發(fā)明了一款用床市 式設計用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要做成一個完整的技術平臺才有可能走到產業(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。

第二個技術也是在DFAM很重要的我們叫多尺度力學設計和仿真。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注材料的成形力學、流體力學、溶池動力學，細觀要關注設計和工藝制造的力學性能、熱學性能，甚至還要關注負泊泊比結構力學設計。宏觀力學設計，自上而下優(yōu)化打印工藝與打印設備。

第三個技術也是常用比較多的就是我們叫優(yōu)化設計和輕量化設計，包括結構的優(yōu)化，材料的輕量化以及工藝的創(chuàng)新，這些技術圍繞材料的輕量化圍繞結構優(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品世界怎么做？如何做一直沒有下邊來承擔，這種技術和增材結合又相得益彰。

這三個是比較關鍵典型的DFAM的技術應用。

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)工程也是在國內率先推出，服務的都是復雜裝備的研發(fā)生產制造企業(yè)，前兩個階段我們是純軟件信息化咨詢服務公司，但是設計、仿真和優(yōu)化是我們的基因。第三個階段我們結合從軟硬一體，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，在全國范圍內構建這樣的體系。

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

前面把軟件的技術生態(tài)做了介紹，把簡單的材料和技術貨架做一下，我們把它作為單元的技術貨架面向未來不同行業(yè)的應用進行組合。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的領域合作，比如高分子和巴斯夫國內是和萬華（音）。裝備的成形工藝圍繞陶瓷的燒結、擠出、高分子有熔融的這幾個方面具備定制化設備的能力，之所以有定制化設備的能力是因為有基于自己裝備的自研知識產權的增材控制系統(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)學化學的控制，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打印設備。

最后是另外兩個生態(tài)，第一個就是產業(yè)生態(tài)，有了技術生態(tài)如何進入產業(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成熟度，我們選擇具體的應用領域做一些研發(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)動機領域的能力，運用我們增材領域初步構建的完備的技術體系重新完整地設計，這個渦噴項目去年已經落了。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、科學研究、社會服務、人才、技術、服務面向產業(yè)領域。

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！