達索白銳：仿真驅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�？�，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，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，它的背后驅動技術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打印結構結合在一起，電路、傳感器直接布到結構中去，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、結構的，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打印連接和藝術工藝設計結合，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，優(yōu)勢就是可以幫助增量。或者盡量讓結構分布是均勻的，而避免出現(xiàn)過高的地區(qū)。
    這樣的技術現(xiàn)在越來越多，零部件企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)開始進入到實際結構里面，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，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。現(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構的設計，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構，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合，不需要用戶在多個CDCE軟件之間來回切換轉換。這就會顛覆未來的設計理念和體系。
    現(xiàn)在國內已經(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，這都是結構設計，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，給他進行結構再優(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及應用研討會 介紹

會議以激光技術、增材制造及再制造相關光電技術為主題，針對航空航天交通領域高質量復雜產(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)范等相關光電技術應用研討，提升增材制造及再制造技術的數(shù) 字化、智能化、高穩(wěn)定能力，驅動中國制造高質量發(fā)展。

新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉變經(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)新驅動的主戰(zhàn)場，推動制造業(yè)先進性發(fā)展，是扭轉制造業(yè)低質低效、重塑產(chǎn)業(yè)競爭力，實現(xiàn)新舊動能轉換的關鍵所在。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)模擴張向質量和效益提升轉變的重要途徑，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：
國際激光技術產(chǎn)業(yè)及應用協(xié)同聯(lián)盟
再制造技術國家級重點實驗室
高能束流加工技術國家級重點實驗室
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