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(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)在安徽蕪湖市舉行，此次年會(huì)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(jì)和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo)，中國(guó)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(duì)本次會(huì)議進(jìn)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(chǎng)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(gè)機(jī)會(huì)在這樣的盛會(huì)上，把我們?cè)谠霾闹圃祛I(lǐng)域探索和思考以及應(yīng)用給大家作一個(gè)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(gè)報(bào)告。

我想分成三個(gè)部分：第一個(gè)簡(jiǎn)單說(shuō)一下因?yàn)樵霾闹圃煲�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(duì)增材制造和數(shù)字化制造的理解。第二圍繞這個(gè)分析框架，我們找了一點(diǎn)認(rèn)為驅(qū)動(dòng)整個(gè)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(diǎn)點(diǎn)展開。最后圍繞著我們前面說(shuō)的這個(gè)框架，把安世亞太在這個(gè)領(lǐng)域的探索、思考和實(shí)踐給大家作一個(gè)匯報(bào)。

第一部分簡(jiǎn)單說(shuō)一下我們對(duì)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(shí)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(shuō)區(qū)別之前，有兩個(gè)觀點(diǎn)我想統(tǒng)一一下：第一個(gè)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(duì)于材料的影響是發(fā)生在宏觀層面，雖然機(jī)架也可以做得非常非常細(xì)，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(jìn)入到微觀，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)，在工藝的過(guò)程中可以把我們的設(shè)計(jì)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(jì)，包括在制造過(guò)程中。另外一個(gè)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(lái)說(shuō)，數(shù)字化對(duì)于它們可以說(shuō)是一種增強(qiáng)，是一種改進(jìn)、提升或者是賦能，但是嚴(yán)格來(lái)說(shuō)如果真的沒有數(shù)字化傳統(tǒng)的等減材不一定不能實(shí)現(xiàn)，而且在今天數(shù)字化智能化改造過(guò)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?yàn)檫@個(gè)過(guò)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(jì)到設(shè)計(jì)優(yōu)化、仿真到工藝設(shè)計(jì)、工藝確認(rèn)到后面的全生命周期維護(hù)是端到端的數(shù)字基因，沒有數(shù)字增材就沒有，而且整個(gè)過(guò)程數(shù)字的屬性和數(shù)字的過(guò)程逐步增加，到制造過(guò)程才實(shí)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(lái)，在整個(gè)數(shù)字制造的全生命周期過(guò)程發(fā)揮價(jià)值。

從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、優(yōu)化到最后的生產(chǎn)過(guò)程，我們從PE到PC做了一個(gè)示范，從設(shè)計(jì)優(yōu)化到工藝設(shè)計(jì)到工藝仿真和確認(rèn)過(guò)程中，在整個(gè)的過(guò)程每一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)字孿生體的數(shù)字屬性會(huì)逐步增加，逐漸變大，增加不同的數(shù)字屬性。而且在這個(gè)過(guò)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(yùn)用到，比如云大物智鏈相關(guān)的所有技術(shù)。制造加工的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，這個(gè)階段把前面所有的數(shù)字孿生體做了一個(gè)映射才到了實(shí)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(dòng)才能保證最終的制造質(zhì)量。再往后到分布式制造、個(gè)性化制造、物流到全生命周期的維護(hù)所有的數(shù)字化技術(shù)都會(huì)在整個(gè)增材制造的技術(shù)中使用增加，會(huì)對(duì)原來(lái)傳統(tǒng)的制造模式、生產(chǎn)模式發(fā)生變化。

我們簡(jiǎn)單說(shuō)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(duì)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(lái)看，我們談到工業(yè)革命，它的核心其實(shí)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(gè)要素變化和升級(jí)來(lái)理解：第一個(gè)就是被制造的材料，第二個(gè)就是作用于材料的能量，第三個(gè)就是在這個(gè)過(guò)程中所產(chǎn)生的信息。這三者的動(dòng)態(tài)變化和升級(jí)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(gè)過(guò)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(jí)，產(chǎn)生的信息會(huì)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(jí)，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(jì)、工藝到制造全生命周期過(guò)程中我們對(duì)整個(gè)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(duì)于材料的作用從宏觀到微觀，這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生了巨大信息，而這個(gè)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(jī)遇之下，對(duì)中國(guó)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)這應(yīng)該是千載難逢的機(jī)遇。

前面是我們對(duì)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(duì)產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)改變賦能乃至于升級(jí)？這個(gè)路徑怎么走？因?yàn)樗�是比較完整的技術(shù)體系，我們找出一個(gè)我們認(rèn)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(jì)發(fā)展做了簡(jiǎn)單分析，這是當(dāng)今設(shè)計(jì)的背景包括對(duì)我們的要求，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從逆向工程到正向工程等等。其實(shí)設(shè)計(jì)的發(fā)展也有范式，從簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)到所謂的高端設(shè)計(jì)其實(shí)就是跨領(lǐng)域、跨學(xué)科和跨專業(yè)的，到所謂的先進(jìn)設(shè)計(jì)更多的是基于對(duì)設(shè)計(jì)模式和范式的變化，我們與這種設(shè)計(jì)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?rùn)C(jī)制和建模平臺(tái)。

這張圖列了典型的正向設(shè)計(jì)的V模型。中國(guó)很多的產(chǎn)業(yè)、企業(yè)并沒有走完整的V，我們一直說(shuō)消化吸收再創(chuàng)新，但是沒有完整的走過(guò)去，我們很多不知其所以然。這個(gè)正向過(guò)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(jì)工藝的限制而導(dǎo)致工藝做不出來(lái)，這張圖的這幾個(gè)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(wú)法實(shí)現(xiàn)。

這也是很著名的對(duì)于增材制造實(shí)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(jìn)化。這有一個(gè)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?yàn)樽霾怀鰜?lái)。組件級(jí)的例子�？吹绞荊E的噴油嘴，這是我們和小型渦輪噴發(fā)動(dòng)機(jī)。最關(guān)鍵基于增材重新做的設(shè)計(jì)，把原來(lái)93個(gè)零件整合到12個(gè)零件。最上面是ATP先進(jìn)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，基于噴油嘴的增材應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)做了整機(jī)的東西，實(shí)現(xiàn)了減重。最后可能會(huì)發(fā)生不同商業(yè)模式的進(jìn)化，按需定制小批量的生產(chǎn)模式。

基于增材思維的先進(jìn)設(shè)計(jì)是重要源頭的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，所謂的增材思維先進(jìn)設(shè)計(jì)就是DFAM，面向增材的設(shè)計(jì)。這邊是流程圖，從需求端到設(shè)計(jì)優(yōu)化到工藝，整個(gè)過(guò)程有幾個(gè)和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全不一樣的變化。首先它還是設(shè)計(jì)范圍的變化，它和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，從設(shè)計(jì)源頭端開始發(fā)揮這個(gè)優(yōu)勢(shì)，而以前所受到等減材的制約不用考慮了。另外設(shè)計(jì)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(gè)過(guò)程會(huì)用到很多新技術(shù)包括DFF，包括拓?fù)鋬?yōu)化、DFAM、創(chuàng)成式優(yōu)化、點(diǎn)陣設(shè)計(jì)，而這些設(shè)計(jì)正好和整套設(shè)計(jì)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(jià)值。

這是我們這幾年在DFAM設(shè)計(jì)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(guó)際頂尖的機(jī)構(gòu)和合作機(jī)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(guó)際上面向DFAM設(shè)計(jì)指南的書，我們做了翻譯，在今年年底就會(huì)出版上市，這應(yīng)該是全球第一版《增材制造設(shè)計(jì)指南》。

第一個(gè)就是創(chuàng)成式設(shè)計(jì)。增材整個(gè)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(gè)創(chuàng)成 式設(shè)計(jì)就和以往所常了解的基于形狀、尺寸、功能設(shè)計(jì)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(jì)的要求形成你的設(shè)計(jì)規(guī)則，基于規(guī)則形成編碼，基于編碼你的設(shè)計(jì)軟件和計(jì)算機(jī)的算力協(xié)助設(shè)計(jì)師一起給出一組可行的設(shè)計(jì)方案，然后設(shè)計(jì)師和它互動(dòng)去選擇。我們從小就學(xué)計(jì)算機(jī)叫計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，但是我認(rèn)為這個(gè)才真正走到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)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(shuō)明增材的技術(shù)要做成一個(gè)完整的技術(shù)平臺(tái)才有可能走到產(chǎn)業(yè)化。其實(shí)我們是做的0-1，帶卡就后來(lái)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(jì)？用什么材料？打印工具怎么做？所以這個(gè)例子還是有點(diǎn)典型性。

第二個(gè)技術(shù)也是在DFAM很重要的我們叫多尺度力學(xué)設(shè)計(jì)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(shí)間和空間做。在多尺度關(guān)聯(lián)層面上多物理過(guò)程的成形機(jī)制和邏輯和原理。舉個(gè)例子從微觀時(shí)間要關(guān)注材料的成形力學(xué)、流體力學(xué)、溶池動(dòng)力學(xué)，細(xì)觀要關(guān)注設(shè)計(jì)和工藝制造的力學(xué)性能、熱學(xué)性能，甚至還要關(guān)注負(fù)泊泊比結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)。宏觀力學(xué)設(shè)計(jì)，自上而下優(yōu)化打印工藝與打印設(shè)備。

第三個(gè)技術(shù)也是常用比較多的就是我們叫優(yōu)化設(shè)計(jì)和輕量化設(shè)計(jì)，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?fù)鋬?yōu)化，它正好又和3D打印的整體能力和工藝結(jié)合起來(lái)發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)，其實(shí)拓?fù)溥@件事早就有了，但是拓?fù)涑鰜?lái)的東西在真實(shí)的產(chǎn)品世界怎么做？如何做一直沒有下邊來(lái)承擔(dān)，這種技術(shù)和增材結(jié)合又相得益彰。

這三個(gè)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(duì)增材制造和智能制造做了一些介紹，有些也是我們實(shí)際應(yīng)用，最后對(duì)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(guó)的工業(yè)企業(yè)。第二個(gè)階段我們把仿真創(chuàng)新支持工程、系統(tǒng)工程也是在國(guó)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(gè)階段我們是純軟件信息化咨詢服務(wù)公司，但是設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化是我們的基因。第三個(gè)階段我們結(jié)合從軟硬一體，所以選擇了增材制造，進(jìn)入到這個(gè)體系，包括自主研發(fā)包括資本運(yùn)作、戰(zhàn)略合作，在全國(guó)范圍內(nèi)構(gòu)建這樣的體系。

剛才說(shuō)我們對(duì)于增材制造的理解是三個(gè)生態(tài)：第一個(gè)是構(gòu)建技術(shù)生態(tài)。有了相對(duì)完備的而且是同等長(zhǎng)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(dāng)然還需要技術(shù)生態(tài)。綠色部分是我們的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，藍(lán)色部分是合作，包括有合資公司，橙色部分是國(guó)內(nèi)和國(guó)際領(lǐng)域的人來(lái)合作。

前面把軟件的技術(shù)生態(tài)做了介紹，把簡(jiǎn)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(lái)不同行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)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(shì)的自己自研，有些是和國(guó)際和國(guó)內(nèi)的領(lǐng)域合作，比如高分子和巴斯夫國(guó)內(nèi)是和萬(wàn)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(gè)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?yàn)橛谢�于自己裝備的自研知識(shí)產(chǎn)權(quán)的增材控制系統(tǒng)，因?yàn)樵霾牡目刂葡到y(tǒng)是核心，它除了要做運(yùn)動(dòng)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(lái)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(gè)生態(tài)，第一個(gè)就是產(chǎn)業(yè)生態(tài)，有了技術(shù)生態(tài)如何進(jìn)入產(chǎn)業(yè)生態(tài)？我們認(rèn)為要走0到1和1到N的過(guò)程，因?yàn)榍懊娴募夹g(shù)生態(tài)等到一定程度，可能依據(jù)市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)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(dòng)機(jī)首席工程師的合作，運(yùn)用他在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的能力，運(yùn)用我們?cè)霾念I(lǐng)域初步構(gòu)建的完備的技術(shù)體系重新完整地設(shè)計(jì)，這個(gè)渦噴項(xiàng)目去年已經(jīng)落了。第二個(gè)生態(tài)是人才。按照中國(guó)2025的人才缺口，增材制造的人才大概有800萬(wàn)的缺口，排在第三，人才從哪里來(lái)？這樣日新月異的行業(yè)高校不能靠自己的力量獨(dú)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(dú)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(huì)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！