安世亚太战略及合作部总经理邢军：增材制造助力智能制造发展

2020年8月20日-21日，中国增材制造产业发展芜湖（繁昌）高峰论坛暨2020年中国增材制造产业年会在安徽芜湖市举行，此次年会由工业和信息化部装备工业发展中心、安徽省经济和信息化厅、芜湖市人民政府指导，中国增材制造产业联盟主办，繁昌县人民政府协办，南极熊作为支持媒体对本次会议进行了直播。

△安世亚太科技股份有限公司战略及合作部 总经理邢军

在“产业化推广论坛”上，安世亚太科技股份有限公司战略及合作部 总经理邢军做了《增材制造助力智能制造发展》演讲，下面是现场速记。
△视频：邢军《增材制造助力智能制造发展》

邢军：各位专家、学者和同仁，非常荣幸有这个机会在这样的盛会上，把我们在增材制造领域探索和思考以及应用给大家作一个分享。 今天分论坛的主题是增材制造和产业关系，所以我们就选择这样的题目给大家作一个报告。

我想分成三个部分：第一个简单说一下因为增材制造要和产业结合，那么增材制造也是现在的数字化制造和智能制造的核心要素之一，我们就分析一下我们对增材制造和数字化制造的理解。第二围绕这个分析框架，我们找了一点认为驱动整个增材制造产业化发展路径上最重要的关键技术，做一点点展开。最后围绕着我们前面说的这个框架，把安世亚太在这个领域的探索、思考和实践给大家作一个汇报。

第一部分简单说一下我们对于增材制造和数字化制造和智能制造的理解。

前面很多的专家和学者的演讲我受益很多，实际上增材制造和传统的等减材制造有比较大的区别，这张图是最重要的区别，但是说区别之前，有两个观点我想统一一下：第一个增材制造是和等材减材一样的制造技术，也就是我们可以用这种制造技术看待所有产品。第二它和传统的等减材不一样就是传统的等减材的制造对于材料的影响是发生在宏观层面，虽然机架也可以做得非常非常细，但是整体影响是在宏观影响，在微观层面没有发生信息交互，增材制造是微积分式的制造，从材料的影响进入到微观，所以我们在设计，在工艺的过程中可以把我们的设计意图结合我们的制造能力和制造工艺在微观层面做设计，包括在制造过程中。另外一个非常不同的就是增材制造的全数字化基因，我们理解传统的等减材制造从数字化角度来说，数字化对于它们可以说是一种增强，是一种改进、提升或者是赋能，但是严格来说如果真的没有数字化传统的等减材不一定不能实现，而且在今天数字化智能化改造过程中，很多传统等减材没有必要全部做数字化的映射和孪生体，因为这个过程没有更多的信息。而增材制造是天生的数字化基因，从开始的设计到设计优化、仿真到工艺设计、工艺确认到后面的全生命周期维护是端到端的数字基因，没有数字增材就没有，而且整个过程数字的属性和数字的过程逐步增加，到制造过程才实现从数字世界到物理世界的数字孪生的映射，这是它的最重要属性。而且由于它的数字化属性，它能够把所有现在能够看到的IT和DT技术结合起来，在整个数字制造的全生命周期过程发挥价值。

从产品的设计、优化到最后的生产过程，我们从PE到PC做了一个示范，从设计优化到工艺设计到工艺仿真和确认过程中，在整个的过程每一个节点数字孪生体的数字属性会逐步增加，逐渐变大，增加不同的数字属性。而且在这个过程中，我们看到很多的技术手段和技术工具和条件都可以运用到，比如云大物智链相关的所有技术。制造加工的实现过程中，这个阶段把前面所有的数字孪生体做了一个映射才到了实物的世界，从前面的数字的孪生体到后面材料、工艺、装备之间多系统发生联动才能保证最终的制造质量。再往后到分布式制造、个性化制造、物流到全生命周期的维护所有的数字化技术都会在整个增材制造的技术中使用增加，会对原来传统的制造模式、生产模式发生变化。

我们简单说一下我们的理解，就是增材制造技术和第四次工业革命的关系。对于第四次工业革命，不同的专家学者从不同的维度都做了很多阐释。我想从上面的列表来看，我们谈到工业革命，它的核心其实还是制造技术和制造泛式，如果核心是制造技术的话，我们可以从三个要素变化和升级来理解：第一个就是被制造的材料，第二个就是作用于材料的能量，第三个就是在这个过程中所产生的信息。这三者的动态变化和升级我们理解一下几次工业革命。第一次核心是由于引入了蒸汽这种高品的能量，所以我们产生了工业革命，但是这种能量作用于材料方式是宏观制造，所以这个过程产生的信息并不多。第二次是电力和石油引入，这种能量的品质大大升级，产生的信息会大大增加，但是作用于材料的方式还是宏观。第三次能量品质没有升级，作用方式也没有变化，但是为什么还发生了呢？由于信息化使从设计、工艺到制造全生命周期过程中我们对整个产品所有信息能够更多、更大、更广泛的利用、收集和控制，产生信息化的能力。第四次增材微积分制造的体系能源没有本质变化，但是对于材料的作用从宏观到微观，这个过程中产生了巨大信息，而这个信息量的产生和传统的两种制造完全不一样。正好结合第三次工业革命所有IT使能技术的应用这就出现了制造范式的变化。基于这种制造范式变化的机遇之下，对中国制造企业来说这应该是千载难逢的机遇。

前面是我们对增材制造和智能制造以及数字化制造的关系（的理解）。如果是这样的体系，增材制造如何才能对产业化产生驱动改变赋能乃至于升级？这个路径怎么走？因为它是比较完整的技术体系，我们找出一个我们认为最重要或者源头的技术做稍微展开。

首先这张图把设计发展做了简单分析，这是当今设计的背景包括对我们的要求，从简单到复杂，从逆向工程到正向工程等等。其实设计的发展也有范式，从简单的设计到所谓的高端设计其实就是跨领域、跨学科和跨专业的，到所谓的先进设计更多的是基于对设计模式和范式的变化，我们与这种设计和范式变化所匹配技术的整合和离合，比如不同理念、策划机制和建模平台。

这张图列了典型的正向设计的V模型。中国很多的产业、企业并没有走完整的V，我们一直说消化吸收再创新，但是没有完整的走过去，我们很多不知其所以然。这个正向过程和增材制造的管理就是增材制造打通了制造的平行，传统的很多增材制造有很多设计工艺的限制而导致工艺做不出来，这张图的这几个产品很典型，如果没有增材制作的技术在现在的工业产品世界里几乎无法实现。

这也是很著名的对于增材制造实现的路径。这不是我们的原创，这是德钦给的路径，大概从零件、组件到系统到商业模式进化。这有一个明显的例子，最左边和最右边从成立结构和使用工况条件是完全一样，但是最右边的减重了很多，就是因为做不出来。组件级的例子常看到是GE的喷油嘴，这是我们和小型涡轮喷发动机。最关键基于增材重新做的设计，把原来93个零件整合到12个零件。最上面是ATP先进涡轮螺旋桨发动机，基于喷油嘴的增材应用和经验做了整机的东西，实现了减重。最后可能会发生不同商业模式的进化，按需定制小批量的生产模式。

基于增材思维的先进设计是重要源头的驱动技术，所谓的增材思维先进设计就是DFAM，面向增材的设计。这边是流程图，从需求端到设计优化到工艺，整个过程有几个和传统的设计完全不一样的变化。首先它还是设计范围的变化，它和传统的设计思路甚至技术组成的逻辑都不一样，它围绕增材制造的特点和优势，从设计源头端开始发挥这个优势，而以前所受到等减材的制约不用考虑了。另外设计和工艺的结合非常紧密，这比传统制造要紧密的多得多，还有材料还有装备的能力。还有在这个过程会用到很多新技术包括DFF，包括拓扑优化、DFAM、创成式优化、点阵设计，而这些设计正好和整套设计范式所匹配的，根据所选的工艺和材料匹配在一起才能发挥价值。

这是我们这几年在DFAM设计指南中，随着我们的应用和行业客户的服务做的总结，除了我们自己的应用以外，和国际顶尖的机构和合作机构有合作，这是我们梳理的一套体系。这本书是去年9月份在国际上面向DFAM设计指南的书，我们做了翻译，在今年年底就会出版上市，这应该是全球第一版《增材制造设计指南》。

第一个就是创成式设计。增材整个技术生态体系从头到尾都和以往的等减材是不一样的，这个创成 式设计就和以往所常了解的基于形状、尺寸、功能设计是完全不同的生态和思路，它是基于规则，基于你设计的要求形成你的设计规则，基于规则形成编码，基于编码你的设计软件和计算机的算力协助设计师一起给出一组可行的设计方案，然后设计师和它互动去选择。我们从小就学计算机叫计算机辅助设计，但是我认为这个才真正走到计算机辅助设计的阶段，这是一种不同的生态。这是我们去年在TFT3D打印亚洲展上发明了一款用床市 式设计用3D打印的中空的轮毂，上面是图片，底下是照片。这就充分说明增材的技术要做成一个完整的技术平台才有可能走到产业化。其实我们是做的0-1，带卡就后来找我们，像他这样的行业巨头做这样的事情也有困难，选择什么样的材料？怎样设计？用什么材料？打印工具怎么做？所以这个例子还是有点典型性。

第二个技术也是在DFAM很重要的我们叫多尺度力学设计和仿真。由于增材是微积分式的制造，所以材料、装备和工艺一定要在时间和空间做。在多尺度关联层面上多物理过程的成形机制和逻辑和原理。举个例子从微观时间要关注材料的成形力学、流体力学、溶池动力学，细观要关注设计和工艺制造的力学性能、热学性能，甚至还要关注负泊泊比结构力学设计。宏观力学设计，自上而下优化打印工艺与打印设备。

第三个技术也是常用比较多的就是我们叫优化设计和轻量化设计，包括结构的优化，材料的轻量化以及工艺的创新，这些技术围绕材料的轻量化围绕结构优化、拓扑优化，它正好又和3D打印的整体能力和工艺结合起来发挥了优势，其实拓扑这件事早就有了，但是拓扑出来的东西在真实的产品世界怎么做？如何做一直没有下边来承担，这种技术和增材结合又相得益彰。

这三个是比较关键典型的DFAM的技术应用。

前面围绕着我们对增材制造和智能制造做了一些介绍，有些也是我们实际应用，最后对我们公司做一下介绍。

公司是成立了有24年的历史，率先我们从仿真起家，率先把仿真技术引入到中国的工业企业。第二个阶段我们把仿真创新支持工程、系统工程也是在国内率先推出，服务的都是复杂装备的研发生产制造企业，前两个阶段我们是纯软件信息化咨询服务公司，但是设计、仿真和优化是我们的基因。第三个阶段我们结合从软硬一体，所以选择了增材制造，进入到这个体系，包括自主研发包括资本运作、战略合作，在全国范围内构建这样的体系。

刚才说我们对于增材制造的理解是三个生态：第一个是构建技术生态。有了相对完备的而且是同等长度的关联在一起的技术生态，才能支持不同的行业和企业走到所谓的产业生态，当然还需要技术生态。绿色部分是我们的自主知识产权，蓝色部分是合作，包括有合资公司，橙色部分是国内和国际领域的人来合作。

前面把软件的技术生态做了介绍，把简单的材料和技术货架做一下，我们把它作为单元的技术货架面向未来不同行业的应用进行组合。材料围绕着陶瓷、树脂、金属、建筑和生物有些有优势的自己自研，有些是和国际和国内的领域合作，比如高分子和巴斯夫国内是和万华（音）。装备的成形工艺围绕陶瓷的烧结、挤出、高分子有熔融的这几个方面具备定制化设备的能力，之所以有定制化设备的能力是因为有基于自己装备的自研知识产权的增材控制系统，因为增材的控制系统是核心，它除了要做运动控制还要做所有数学化学的控制，并且控制量、传输方式、控制逻辑和原来完全不一样。并且结合我们的软件可以开源，让我们的客户定制化自己的APP，开源3D打印装备以及工艺，所以可以用这样一套系统做不同类别的3D打印设备。

最后是另外两个生态，第一个就是产业生态，有了技术生态如何进入产业生态？我们认为要走0到1和1到N的过程，因为前面的技术生态等到一定程度，可能依据市场的需求，市场的需求度以及技术成熟度，我们选择具体的应用领域做一些研发和研究。我们选择前普惠的发动机首席工程师的合作，运用他在发动机领域的能力，运用我们增材领域初步构建的完备的技术体系重新完整地设计，这个涡喷项目去年已经落了。第二个生态是人才。按照中国2025的人才缺口，增材制造的人才大概有800万的缺口，排在第三，人才从哪里来？这样日新月异的行业高校不能靠自己的力量独立完成，所以我们2018年获得教育部智慧工厂增材专业的独家支撑单位，协助教育体系建立增材的培训体系。增材是我们这几年做的，围绕着不同院校类别从教育教学、科学研究、社会服务、人才、技术、服务面向产业领域。

希望有更多各界人士加入到增材有非常光明前景的行业，谢谢各位！