達索白銳：仿真驅(qū)動智能設計和制造以及在增材制造中的應用

2019年6月28日，激光制造與再制造技術(shù)及應用研討會 在北京興基鉑爾曼酒店召開?，F(xiàn)場專業(yè)人士眾多，南極熊3D打印網(wǎng)是本次研討會的合作媒體。


下面是現(xiàn)場速記，或許有些不完美之處，但總體上干貨信息量很大，值得閱讀。

達索系統(tǒng)公司的白銳老師做仿真驅(qū)動智能設計和制造以及在增材制造中的應用

白銳：首先感謝光學學會的邀請，做這樣一次報告。我聽了全天的報告，基本上都是以硬件、材料為主，下午陳主任提到了軟件方面的東西，我這一塊主要講軟件為主，尤其講軟件技術(shù)怎么支撐我們應用硬件，智能制造，包括增材制造的發(fā)展，從這個角度借鑒國外開發(fā)的思路，希望給大家開拓一些思路和想法。
    智能制造就是軟硬結(jié)合，而且中國的工業(yè)軟件一直是短板，我們以前的投入不重要，實際上程度好一些，先進的工藝、材料、設備，實際上軟件是非常非常重要的一個環(huán)節(jié)。我的介紹主要是這樣一個目的。這是介紹內(nèi)容，包括綜述和設計方面的一些發(fā)展，創(chuàng)新與設計方面也提到，工藝仿真和模擬，這方面我們也在做，還有一些應用案例，以及我們現(xiàn)在要希望通過仿真來把整個完整的智能設計和制造驅(qū)動，這里面涉及到制造。實際上增材制造，它只是一個工序，我們后面往往是不可避免要做傳統(tǒng)工藝。如果我們從軟件的角度來講，只解決增材制造的問題，實際上它只解決了一個點上的問題，只有打通整個工序流程的仿真，對企業(yè)界和功能界才有一定意義的價值。像炒菜一樣，某個鏟子炒菜很好，但是整個這道菜從頭到尾，最后油潑一下，這一塊能算出來，前面做的意義并不是特別大。
    大家都是專家，目前中國國際上增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢，現(xiàn)在金屬和非金屬發(fā)展非常快，尤其是金屬，年初報告有六個公開的市場認證，證明金屬增材制造已經(jīng)從全產(chǎn)業(yè)鏈，從前端的材料開發(fā)，一直到最后的認證檢測，包括維修保障各方面，在國外全部走通了。國內(nèi)我們也在跟蹤，經(jīng)濟上不存在任何問題，因為比較快，民機（音）上今年準備拿到中國市場。
    中國的發(fā)展也很快，剛才有專家也介紹。整個面向增材制造的設計技術(shù)，剛才提到很多，拓撲優(yōu)化、減震、一體化設計等全新設計。再到工藝，到制造。隨著增材制造從實驗研究科研技術(shù)慢慢進入到生產(chǎn)，變成車間的智能管理排查方面的問題。這是另一個方面，從我們仿真角度來講，從軟件的角度來講，我們希望把中間的流程打通，而不是說只解決某一個點的問題，比如只解決設計優(yōu)化，或者只解決工藝問題。因為你在傳統(tǒng)制造上要想做出這個事來，其實是蠻難的，因為大家有很多經(jīng)驗性和固化的東西，但是增材制造是一張白紙，大家往往從研究階段切入，實際上給了及制造一個契機。增材也要減材，就可以把數(shù)字化流程真正跟實物之間的協(xié)同打通。
    我們現(xiàn)在在工業(yè)軟件行業(yè)的概念，叫“數(shù)字化雙胞胎”，我任何實際的東西，不管是原材料還是工藝、設備，實際上對應的都有一個虛的東西，跟它進行反復迭代計算，迭代進行優(yōu)化。這就代表未來工業(yè)軟件發(fā)展的一個重要趨勢，所以整個這一套完整的流程從在線制造、在線設計，到計算材料科學，到基于功能的創(chuàng)新設計，最后到生產(chǎn)智能化車間管理，這是一個完整的解決方案。
    今天因為主要是偏工藝，設計的東西沒有太多的設計到，我簡單提一下。現(xiàn)在隨著增材制造的發(fā)展，仿真設計現(xiàn)在非常熱，它的背后驅(qū)動技術(shù)就是有一些源于拓撲優(yōu)化的算法。國際上類似這樣的創(chuàng)新性的研究現(xiàn)在也是如火如荼，中國也一樣，波音747增間距的加強，按照分布給你進行全新的材料分布，減重，增加經(jīng)濟性，并且可以更加的美觀，有藝術(shù)性的感覺。當然，這兩年又提出更多功能性的要求，像可以進行散熱，還有智能性的要求，比如3D打印電路和3D打印結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，電路、傳感器直接布到結(jié)構(gòu)中去，等等這些。有了全新的制造工藝，很多新的設計理念就發(fā)生了改變和顛覆，所以這一塊現(xiàn)在是比較熱門的話題。
    同時，它也對人的要求越來越高，也就是可能以前我是搞材料的，或者以前我是搞電的、結(jié)構(gòu)的，現(xiàn)在要融合，需要了解更多的專業(yè)和學科，你才能把這樣的一個全新的東西搞出來。包括現(xiàn)在教育部也提出新的概念，可能未來人才培養(yǎng)一定需要復合性能，而不是說你只懂你，你得懂專業(yè)方向，這可能滿足不了以后技術(shù)發(fā)展的要求。這是拓撲優(yōu)化、仿真設計，3D打印連接和藝術(shù)工藝設計結(jié)合，這樣的零件現(xiàn)在已經(jīng)很多了。在這上面也投入了很多。
    這是達所（音）制造的整個創(chuàng)新制造的流程，包括點陣數(shù)據(jù)庫的增加，點陣的優(yōu)化。我們在中心布的比較粗，現(xiàn)在中心能夠優(yōu)化出來，進行尺寸優(yōu)化，拓撲優(yōu)化這些技術(shù)，優(yōu)勢就是可以幫助增量?；蛘弑M量讓結(jié)構(gòu)分布是均勻的，而避免出現(xiàn)過高的地區(qū)。
    這樣的技術(shù)現(xiàn)在越來越多，零部件企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)開始進入到實際結(jié)構(gòu)里面，真正工業(yè)級的這種融合到一起。我們把它叫做計算機人工智能識別的增強技術(shù)，像仿真也是人工智能大的概念之一，他把它要跟我們的設計緊密集成在一起。以前的設計基本上是面向可制造、可裝備的設計，很多基于傳統(tǒng)件、基于傳統(tǒng)經(jīng)驗性的設計，有很多的約束條件固化，因為它要達到一定的要求。未來的設計，隨著工藝的約束條件越來越大，它可以尋找到最合理的設計，而不是人來做?，F(xiàn)在人的能力再強，經(jīng)驗再豐富，肯定也不可能未來搞得過電腦整合最優(yōu)的方案。比如像這樣的一個減震結(jié)構(gòu)的設計，從設計變量上來講是非常多的，包括外部的拓撲形狀可以改變，包括桿件的粗細程度、密度等等，這些都是可以變量。如果你采取等密度的結(jié)構(gòu)，實際上并沒有充分發(fā)揮材料的分布。我們實際上這里從仿真角度來講，它要融合多種學科，包括非參數(shù)的拓撲優(yōu)化、多參數(shù)的不同調(diào)整的優(yōu)化，會出現(xiàn)很多變量，由計算器給你尋找各種可能的方案，尋找人機交互界面，它可以快速呈現(xiàn)出來，告訴你性能的情況，這里我們仿真跟三維設計形成一個緊密的結(jié)合，不需要用戶在多個CDCE軟件之間來回切換轉(zhuǎn)換。這就會顛覆未來的設計理念和體系。
    現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)有一些單位跟我們嘗試開展這方面的合作，用全新的設計理念設計體系，而不是簡簡單單拿出一兩個零件做拓撲。包括可制造性的優(yōu)化，避暑打印的是局部的給它進一步的優(yōu)化。包括設計方案評選，同等重量下，比如說桿件密度不一樣，包括對載荷的影響，尤其是產(chǎn)生缺陷以后，出現(xiàn)斷桿以后，它的性能的評估，我們要把這個性能評估體系跟我前面的設計集中在一個環(huán)境中，不管是飛機的認證，還是其他行業(yè)標準化都非常重要。
    當然，作為一個課題，不需要把這些技術(shù)融合到一起，但是我們未來要進行推廣，這些工作都非常重要。包括非金屬材料的減震的優(yōu)化設計，這要很快過去。包括進行導彈或者一體化的優(yōu)化，這都是結(jié)構(gòu)設計，這是面向民用產(chǎn)品，像跑步鞋，根據(jù)不同人的個性化的壓力曲線，壓力分布，給他進行結(jié)構(gòu)再優(yōu)化、再設計。在線制造，你在我們平臺上設計完了以后，就可以在全球，現(xiàn)在大概有500多家打印機廠商可以在線制造。這是跟北歐的做運動鞋的公司合作的。
    我們在國內(nèi)也開展了一些探索性的工作，比如說跟德國馬勒在中國的合資公司做汽車發(fā)動機模具，包括加入減震、散熱道，從零件的設計、供應、模擬，包括模具的設計、強度、散熱性能，以及它的工藝，比如說增材的工藝是全產(chǎn)業(yè)鏈的仿真，而不是只做一個點。



激光制造與再制造技術(shù)及應用研討會 介紹

會議以激光技術(shù)、增材制造及再制造相關(guān)光電技術(shù)為主題，針對航空航天交通領(lǐng)域高質(zhì)量復雜產(chǎn)品的全產(chǎn)業(yè)鏈以及全壽命維護等迫切需求，開展面向增材制造及再制造的設計、材料、工藝及裝備、檢測以及標準規(guī)范等相關(guān)光電技術(shù)應用研討，提升增材制造及再制造技術(shù)的數(shù) 字化、智能化、高穩(wěn)定能力，驅(qū)動中國制造高質(zhì)量發(fā)展。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式形成歷史性交匯，為我國實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略提供了難得的重大機遇。制造業(yè)是創(chuàng)新驅(qū)動的主戰(zhàn)場，推動制造業(yè)先進性發(fā)展，是扭轉(zhuǎn)制造業(yè)低質(zhì)低效、重塑產(chǎn)業(yè)競爭力，實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵所在。大力發(fā)展先進制造業(yè)，是加快制造強國建設步伐，加速推動經(jīng)濟發(fā)展由數(shù)量和規(guī)模擴張向質(zhì)量和效益提升轉(zhuǎn)變的重要途徑，以實際行動貫徹落實黨的十九大精神的具體體現(xiàn)。

主辦單位：
中國光學工程學會
北京亦莊國際投資發(fā)展有限公司
承辦單位：
國際激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)及應用協(xié)同聯(lián)盟
再制造技術(shù)國家級重點實驗室
高能束流加工技術(shù)國家級重點實驗室
增材制造航空科技重點實驗室
高能束流增量制造工藝及裝備北京市重點實驗室
會議網(wǎng)址https://b2b.csoe.org.cn/meeting/show-48.html