增材制造与数字孪生体完美搭档，迎接个性化定制时代

来源：安世亚太
作者：丁杰

为满足个性化定制的新消费需求和商业模式，需要建立服务型的制造业新业态。在整合和不断优化产业资源过程中，基于模型的数据和实体交互是关键，数字孪生体将发挥巨大作用。增材制造-3D打印技术不仅易于将数字资产实体化，提高了各种优化应用的可行性；而且其全数字化的制造过程，也大大丰富了数字孪生体的数据资产，促进数字孪生体价值的发挥。这同时也是信息化（向数字化和智能化的更高阶段）和工业化（增材制造工艺突破）的深度融合，促进产业的服务化转型。

南极熊 将通过“由虚向实” 与“由实向虚” 两个方向，剖析增材制造如何成为数字孪生体的完美搭档，并与数字孪生体共同促进产业的服务化转型，迎接个性化定制时代的到来。

个性化定制时代到来
在产品极大丰富的今天，消费者完全掌握了话语权。“我要与众不同”的理念已经逐渐成为了新时代消费观念的主流，个性化的消费时代已经悄然来临。以满足个性化小群体（如网红粉丝群）乃至个体（私人订制）的DTC（Direct To Consumer）品牌不断出现，DTC营销模式也将日益成为主流。

然而要满足消费者的个性化需求并不容易。例如风靡电商行业的网红电商，拥有流量和用户入口，可以与顾客实时互动，挖掘和激发需求，甚至通过商品预发布让用户参与产品设计。但往往缺乏设计能力，也难以建立自己的供应链体系。而对制造商和供应商来说，网红经济的“快闪”特色也对供应链和生产的柔性化和及时性带来极高要求。今天还是流行时尚，一周后可能就是库存垃圾。

▲DTC 产品营销特色和对供应链及数据的要求

来源：飞马旅创投

面对个性化定制的产业模式，需要依据精准营销和供应链模型，进行大量数据交互、销量预测和供应链优化决策，以及实现突破传统思维的产品设计、柔性化制造等需求，数字孪生体和增材制造等技术将提供重要支撑。


数字孪生体在产业中的应用
数字孪生体作为与实体世界对应的数字化表达方式，相对于数字孪生，其“体”的含义突出了系统和体系。比如一台复杂装备、一条产业链或者一个经济体，都可以认为是系统或体系的实体，需要有一个“数字孪生体”与之对应。

数字孪生体在产业中的应用领域由点及面，包含以下三个主要的层面：

-构建产品全生命周期的数字孪生体：加快产品研发和迭代升级

这方面已经有很多成熟应用和案例，不再赘述。

-构建全产业链的数字孪生体：促进产业向“服务型制造”转型

服务型制造是制造与服务融合发展的新型数字化产业形态，是未来制造业数字化转型升级的重要方向。

定制化生产是“服务型制造”的典型方式之一，主动将顾客引进产品设计、制造、应用服务过程，主动发现顾客需求，展开针对性服务。企业间基于平台合作，主动实现为上下游客户提供生产性服务和服务性生产，协同创造价值。

构建从顾客、市场需求、供应链和物流体系、维护保障等全产业链的数字孪生体，基于各领域数字模型的系统工程整合，有助于促进传统产业向定制化生产模式转变，实现更为敏捷和柔性（JIT）的商业模式。

例如在消费品行业，Adidas等制鞋领军企业实现DTC定制化生产运动鞋，从卖鞋子延伸至运动产业和大健康产业。

▲《发展服务型制造专项行动指南》

来源：中国工控网

-构建实体经济的数字孪生体：促进数字经济发展

数字经济在推动产业经济发展、提高劳动生产率、培育新市场和产业新增长点、实现包容性增长和可持续增长等诸多方面，都发挥着重要作用。

数据经济的核心在于“数据驱动发展”，而不像工业经济是“石油”和“机械”驱动发展。通过建立实体经济的数字孪生体，对“数据”和“数字”进行资产化，并建立一整套金融服务体系。模拟决策，引导、实现资源的快速优化配置与再生，可以极大地降低社会交易成本，提高资源优化配置效率，提高产品、企业、产业附加值，推动社会生产力快速发展。

例如阿里巴巴构建了聚集消费者、供应链和制造商的网络电商平台，成为一个超过世界80%国家GDP的经济体，同时也是一个完全数字化的数字孪生体。每个个体都是一个数字孪生子体，精准画像，并以此建立信用和个性化金融服务等服务产品。

增材制造是数字孪生体
在虚实双向转化上的完美搭档

增材制造是近30年发展起来的一种微积分式的制造方式，在设计阶段将数模切片微分，制造阶段则在微米级通过精确控制材料积分成型。因此可实现全新的产品设计，使设计师突破传统制造工艺的束缚。

▲增材制造突破传统产品设计的限制

来源：卢秉恒院士

从而在实现产品减重（如航天领域）、私人定制（如医疗和制鞋领域）以及全新产品设计（如混合梯度材料设计、嵌入传感器的智能产品）等领域，为设计师拓展了无穷的空间。

▲增材制造突破传统产品设计的限制

来源：网络资料

-由虚向实，快速简便实现数字资产的实体制造


增材制造由于不用开模，实现单件生产和批量生产，成本上相差无几，特别适合个性化定制的生产模式。

基于增材思维的产品设计，极大的简化了供应链、制造过程和运维保障。例如整体化设计，减少了供应商和库存，原材料也变得更简单（粉末或丝材）；增减材一体化的制造设备，有助于实现基于网络的分布式制造，以及支撑设计工作室的蓬勃发展；对于大型装备的现场修复以及通过现场制造，简化备件保障服务也极具价值。

因此，增材制造是实现定制化生产柔性和及时性（JIT）的重要支撑。

▲增材制造技术对产业的影响

来源：安世亚太

-由实向虚，全数字化制造为数字孪生体提供宝贵的过程数据资产

增材制造是一个全数字化的制造过程，数字化是增材制造技术的天然属性，没有数字化就无法实现增材制造。

而且增材制造的数据链是全过程的，从产品设计、仿真优化、工艺参数、加工制造、包装检测及全生命周期的维护保障是全数字化过程实现。因此，每一个增材制造的产品，天然就是一个数据孪生体，包含全生命周期信息。

▲全数字化的增材制造全过程

来源：安世亚太和德勤

增材制造全过程产生的数据和算法是核心的数据资产，如在线积累的增材工艺数据包、基于材料在线优化的增材工控算法等。增材工艺仿真优化算法与设备可以相对分离，新的增材工艺数据和基于材料的优化算法，通过在线升级可使工艺水平和产品质量得到持续优化和提升。

由于产品是在工艺参数包的控制下积分制造出来的，因而可以严格控制和记录产品的成型过程和质量，而这些数据对于运维保障及产品迭代升级都极具价值。

—作者—
丁杰
安世亚太战略合作部副总经理，数字孪生体实验室顾问。六西格玛黑带、TOGAF高级认证（2015），美国质量协会ASQ和企业架构联盟AEA会员;二十余年制造业管理咨询和信息化规划，三年增材制造生态圈BD合作经验。