达索白锐：仿真驱动智能设计和制造以及在增材制造中的应用

2019年6月28日，激光制造与再制造技术及应用研讨会 在北京兴基铂尔曼酒店召开。现场专业人士众多，南极熊3D打印网是本次研讨会的合作媒体。


下面是现场速记，或许有些不完美之处，但总体上干货信息量很大，值得阅读。

达索系统公司的白锐老师做仿真驱动智能设计和制造以及在增材制造中的应用

白锐：首先感谢光学学会的邀请，做这样一次报告。我听了全天的报告，基本上都是以硬件、材料为主，下午陈主任提到了软件方面的东西，我这一块主要讲软件为主，尤其讲软件技术怎么支撑我们应用硬件，智能制造，包括增材制造的发展，从这个角度借鉴国外开发的思路，希望给大家开拓一些思路和想法。
    智能制造就是软硬结合，而且中国的工业软件一直是短板，我们以前的投入不重要，实际上程度好一些，先进的工艺、材料、设备，实际上软件是非常非常重要的一个环节。我的介绍主要是这样一个目的。这是介绍内容，包括综述和设计方面的一些发展，创新与设计方面也提到，工艺仿真和模拟，这方面我们也在做，还有一些应用案例，以及我们现在要希望通过仿真来把整个完整的智能设计和制造驱动，这里面涉及到制造。实际上增材制造，它只是一个工序，我们后面往往是不可避免要做传统工艺。如果我们从软件的角度来讲，只解决增材制造的问题，实际上它只解决了一个点上的问题，只有打通整个工序流程的仿真，对企业界和功能界才有一定意义的价值。像炒菜一样，某个铲子炒菜很好，但是整个这道菜从头到尾，最后油泼一下，这一块能算出来，前面做的意义并不是特别大。
    大家都是专家，目前中国国际上增材制造产业发展态势，现在金属和非金属发展非常快，尤其是金属，年初报告有六个公开的市场认证，证明金属增材制造已经从全产业链，从前端的材料开发，一直到最后的认证检测，包括维修保障各方面，在国外全部走通了。国内我们也在跟踪，经济上不存在任何问题，因为比较快，民机（音）上今年准备拿到中国市场。
    中国的发展也很快，刚才有专家也介绍。整个面向增材制造的设计技术，刚才提到很多，拓扑优化、减震、一体化设计等全新设计。再到工艺，到制造。随着增材制造从实验研究科研技术慢慢进入到生产，变成车间的智能管理排查方面的问题。这是另一个方面，从我们仿真角度来讲，从软件的角度来讲，我们希望把中间的流程打通，而不是说只解决某一个点的问题，比如只解决设计优化，或者只解决工艺问题。因为你在传统制造上要想做出这个事来，其实是蛮难的，因为大家有很多经验性和固化的东西，但是增材制造是一张白纸，大家往往从研究阶段切入，实际上给了及制造一个契机。增材也要减材，就可以把数字化流程真正跟实物之间的协同打通。
    我们现在在工业软件行业的概念，叫“数字化双胞胎”，我任何实际的东西，不管是原材料还是工艺、设备，实际上对应的都有一个虚的东西，跟它进行反复迭代计算，迭代进行优化。这就代表未来工业软件发展的一个重要趋势，所以整个这一套完整的流程从在线制造、在线设计，到计算材料科学，到基于功能的创新设计，最后到生产智能化车间管理，这是一个完整的解决方案。
    今天因为主要是偏工艺，设计的东西没有太多的设计到，我简单提一下。现在随着增材制造的发展，仿真设计现在非常热，它的背后驱动技术就是有一些源于拓扑优化的算法。国际上类似这样的创新性的研究现在也是如火如荼，中国也一样，波音747增间距的加强，按照分布给你进行全新的材料分布，减重，增加经济性，并且可以更加的美观，有艺术性的感觉。当然，这两年又提出更多功能性的要求，像可以进行散热，还有智能性的要求，比如3D打印电路和3D打印结构结合在一起，电路、传感器直接布到结构中去，等等这些。有了全新的制造工艺，很多新的设计理念就发生了改变和颠覆，所以这一块现在是比较热门的话题。
    同时，它也对人的要求越来越高，也就是可能以前我是搞材料的，或者以前我是搞电的、结构的，现在要融合，需要了解更多的专业和学科，你才能把这样的一个全新的东西搞出来。包括现在教育部也提出新的概念，可能未来人才培养一定需要复合性能，而不是说你只懂你，你得懂专业方向，这可能满足不了以后技术发展的要求。这是拓扑优化、仿真设计，3D打印连接和艺术工艺设计结合，这样的零件现在已经很多了。在这上面也投入了很多。
    这是达所（音）制造的整个创新制造的流程，包括点阵数据库的增加，点阵的优化。我们在中心布的比较粗，现在中心能够优化出来，进行尺寸优化，拓扑优化这些技术，优势就是可以帮助增量。或者尽量让结构分布是均匀的，而避免出现过高的地区。
    这样的技术现在越来越多，零部件企业现在已经开始进入到实际结构里面，真正工业级的这种融合到一起。我们把它叫做计算机人工智能识别的增强技术，像仿真也是人工智能大的概念之一，他把它要跟我们的设计紧密集成在一起。以前的设计基本上是面向可制造、可装备的设计，很多基于传统件、基于传统经验性的设计，有很多的约束条件固化，因为它要达到一定的要求。未来的设计，随着工艺的约束条件越来越大，它可以寻找到最合理的设计，而不是人来做。现在人的能力再强，经验再丰富，肯定也不可能未来搞得过电脑整合最优的方案。比如像这样的一个减震结构的设计，从设计变量上来讲是非常多的，包括外部的拓扑形状可以改变，包括杆件的粗细程度、密度等等，这些都是可以变量。如果你采取等密度的结构，实际上并没有充分发挥材料的分布。我们实际上这里从仿真角度来讲，它要融合多种学科，包括非参数的拓扑优化、多参数的不同调整的优化，会出现很多变量，由计算器给你寻找各种可能的方案，寻找人机交互界面，它可以快速呈现出来，告诉你性能的情况，这里我们仿真跟三维设计形成一个紧密的结合，不需要用户在多个CDCE软件之间来回切换转换。这就会颠覆未来的设计理念和体系。
    现在国内已经有一些单位跟我们尝试开展这方面的合作，用全新的设计理念设计体系，而不是简简单单拿出一两个零件做拓扑。包括可制造性的优化，避暑打印的是局部的给它进一步的优化。包括设计方案评选，同等重量下，比如说杆件密度不一样，包括对载荷的影响，尤其是产生缺陷以后，出现断杆以后，它的性能的评估，我们要把这个性能评估体系跟我前面的设计集中在一个环境中，不管是飞机的认证，还是其他行业标准化都非常重要。
    当然，作为一个课题，不需要把这些技术融合到一起，但是我们未来要进行推广，这些工作都非常重要。包括非金属材料的减震的优化设计，这要很快过去。包括进行导弹或者一体化的优化，这都是结构设计，这是面向民用产品，像跑步鞋，根据不同人的个性化的压力曲线，压力分布，给他进行结构再优化、再设计。在线制造，你在我们平台上设计完了以后，就可以在全球，现在大概有500多家打印机厂商可以在线制造。这是跟北欧的做运动鞋的公司合作的。
    我们在国内也开展了一些探索性的工作，比如说跟德国马勒在中国的合资公司做汽车发动机模具，包括加入减震、散热道，从零件的设计、供应、模拟，包括模具的设计、强度、散热性能，以及它的工艺，比如说增材的工艺是全产业链的仿真，而不是只做一个点。



激光制造与再制造技术及应用研讨会 介绍

会议以激光技术、增材制造及再制造相关光电技术为主题，针对航空航天交通领域高质量复杂产品的全产业链以及全寿命维护等迫切需求，开展面向增材制造及再制造的设计、材料、工艺及装备、检测以及标准规范等相关光电技术应用研讨，提升增材制造及再制造技术的数 字化、智能化、高稳定能力，驱动中国制造高质量发展。

新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，为我国实施创新驱动发展战略提供了难得的重大机遇。制造业是创新驱动的主战场，推动制造业先进性发展，是扭转制造业低质低效、重塑产业竞争力，实现新旧动能转换的关键所在。大力发展先进制造业，是加快制造强国建设步伐，加速推动经济发展由数量和规模扩张向质量和效益提升转变的重要途径，以实际行动贯彻落实党的十九大精神的具体体现。

主办单位：
中国光学工程学会
北京亦庄国际投资发展有限公司
承办单位：
国际激光技术产业及应用协同联盟
再制造技术国家级重点实验室
高能束流加工技术国家级重点实验室
增材制造航空科技重点实验室
高能束流增量制造工艺及装备北京市重点实验室
会议网址https://b2b.csoe.org.cn/meeting/show-48.html