增材制造與數字孿生體完美搭檔，迎接個性化定制時代

來源：安世亞太
作者：丁杰

為滿足個性化定制的新消費需求和商業(yè)模式，需要建立服務型的制造業(yè)新業(yè)態(tài)。在整合和不斷優(yōu)化產業(yè)資源過程中，基于模型的數據和實體交互是關鍵，數字孿生體將發(fā)揮巨大作用。增材制造-3D打印技術不僅易于將數字資產實體化，提高了各種優(yōu)化應用的可行性；而且其全數字化的制造過程，也大大豐富了數字孿生體的數據資產，促進數字孿生體價值的發(fā)揮。這同時也是信息化（向數字化和智能化的更高階段）和工業(yè)化（增材制造工藝突破）的深度融合，促進產業(yè)的服務化轉型。

南極熊 將通過“由虛向實” 與“由實向虛” 兩個方向，剖析增材制造如何成為數字孿生體的完美搭檔，并與數字孿生體共同促進產業(yè)的服務化轉型，迎接個性化定制時代的到來。

個性化定制時代到來
在產品極大豐富的今天，消費者完全掌握了話語權�！拔乙�與眾不同”的理念已經逐漸成為了新時代消費觀念的主流，個性化的消費時代已經悄然來臨。以滿足個性化小群體（如網紅粉絲群）乃至個體（私人訂制）的DTC（Direct To Consumer）品牌不斷出現，DTC營銷模式也將日益成為主流。

然而要滿足消費者的個性化需求并不容易。例如風靡電商行業(yè)的網紅電商，擁有流量和用戶入口，可以與顧客實時互動，挖掘和激發(fā)需求，甚至通過商品預發(fā)布讓用戶參與產品設計。但往往缺乏設計能力，也難以建立自己的供應鏈體系。而對制造商和供應商來說，網紅經濟的“快閃”特色也對供應鏈和生產的柔性化和及時性帶來極高要求。今天還是流行時尚，一周后可能就是庫存垃圾。

▲DTC 產品營銷特色和對供應鏈及數據的要求

來源：飛馬旅創(chuàng)投

面對個性化定制的產業(yè)模式，需要依據精準營銷和供應鏈模型，進行大量數據交互、銷量預測和供應鏈優(yōu)化決策，以及實現突破傳統思維的產品設計、柔性化制造等需求，數字孿生體和增材制造等技術將提供重要支撐。


數字孿生體在產業(yè)中的應用
數字孿生體作為與實體世界對應的數字化表達方式，相對于數字孿生，其“體”的含義突出了系統和體系。比如一臺復雜裝備、一條產業(yè)鏈或者一個經濟體，都可以認為是系統或體系的實體，需要有一個“數字孿生體”與之對應。

數字孿生體在產業(yè)中的應用領域由點及面，包含以下三個主要的層面：

-構建產品全生命周期的數字孿生體：加快產品研發(fā)和迭代升級

這方面已經有很多成熟應用和案例，不再贅述。

-構建全產業(yè)鏈的數字孿生體：促進產業(yè)向“服務型制造”轉型

服務型制造是制造與服務融合發(fā)展的新型數字化產業(yè)形態(tài)，是未來制造業(yè)數字化轉型升級的重要方向。

定制化生產是“服務型制造”的典型方式之一，主動將顧客引進產品設計、制造、應用服務過程，主動發(fā)現顧客需求，展開針對性服務。企業(yè)間基于平臺合作，主動實現為上下游客戶提供生產性服務和服務性生產，協同創(chuàng)造價值。

構建從顧客、市場需求、供應鏈和物流體系、維護保障等全產業(yè)鏈的數字孿生體，基于各領域數字模型的系統工程整合，有助于促進傳統產業(yè)向定制化生產模式轉變，實現更為敏捷和柔性（JIT）的商業(yè)模式。

例如在消費品行業(yè)，Adidas等制鞋領軍企業(yè)實現DTC定制化生產運動鞋，從賣鞋子延伸至運動產業(yè)和大健康產業(yè)。

▲《發(fā)展服務型制造專項行動指南》

來源：中國工控網

-構建實體經濟的數字孿生體：促進數字經濟發(fā)展

數字經濟在推動產業(yè)經濟發(fā)展、提高勞動生產率、培育新市場和產業(yè)新增長點、實現包容性增長和可持續(xù)增長等諸多方面，都發(fā)揮著重要作用。

數據經濟的核心在于“數據驅動發(fā)展”，而不像工業(yè)經濟是“石油”和“機械”驅動發(fā)展。通過建立實體經濟的數字孿生體，對“數據”和“數字”進行資產化，并建立一整套金融服務體系。模擬決策，引導、實現資源的快速優(yōu)化配置與再生，可以極大地降低社會交易成本，提高資源優(yōu)化配置效率，提高產品、企業(yè)、產業(yè)附加值，推動社會生產力快速發(fā)展。

例如阿里巴巴構建了聚集消費者、供應鏈和制造商的網絡電商平臺，成為一個超過世界80%國家GDP的經濟體，同時也是一個完全數字化的數字孿生體。每個個體都是一個數字孿生子體，精準畫像，并以此建立信用和個性化金融服務等服務產品。

增材制造是數字孿生體
在虛實雙向轉化上的完美搭檔

增材制造是近30年發(fā)展起來的一種微積分式的制造方式，在設計階段將數模切片微分，制造階段則在微米級通過精確控制材料積分成型。因此可實現全新的產品設計，使設計師突破傳統制造工藝的束縛。

▲增材制造突破傳統產品設計的限制

來源：盧秉恒院士

從而在實現產品減重（如航天領域）、私人定制（如醫(yī)療和制鞋領域）以及全新產品設計（如混合梯度材料設計、嵌入傳感器的智能產品）等領域，為設計師拓展了無窮的空間。

▲增材制造突破傳統產品設計的限制

來源：網絡資料

-由虛向實，快速簡便實現數字資產的實體制造


增材制造由于不用開模，實現單件生產和批量生產，成本上相差無幾，特別適合個性化定制的生產模式。

基于增材思維的產品設計，極大的簡化了供應鏈、制造過程和運維保障。例如整體化設計，減少了供應商和庫存，原材料也變得更簡單（粉末或絲材）；增減材一體化的制造設備，有助于實現基于網絡的分布式制造，以及支撐設計工作室的蓬勃發(fā)展；對于大型裝備的現場修復以及通過現場制造，簡化備件保障服務也極具價值。

因此，增材制造是實現定制化生產柔性和及時性（JIT）的重要支撐。

▲增材制造技術對產業(yè)的影響

來源：安世亞太

-由實向虛，全數字化制造為數字孿生體提供寶貴的過程數據資產

增材制造是一個全數字化的制造過程，數字化是增材制造技術的天然屬性，沒有數字化就無法實現增材制造。

而且增材制造的數據鏈是全過程的，從產品設計、仿真優(yōu)化、工藝參數、加工制造、包裝檢測及全生命周期的維護保障是全數字化過程實現。因此，每一個增材制造的產品，天然就是一個數據孿生體，包含全生命周期信息。

▲全數字化的增材制造全過程

來源：安世亞太和德勤

增材制造全過程產生的數據和算法是核心的數據資產，如在線積累的增材工藝數據包、基于材料在線優(yōu)化的增材工控算法等。增材工藝仿真優(yōu)化算法與設備可以相對分離，新的增材工藝數據和基于材料的優(yōu)化算法，通過在線升級可使工藝水平和產品質量得到持續(xù)優(yōu)化和提升。

由于產品是在工藝參數包的控制下積分制造出來的，因而可以嚴格控制和記錄產品的成型過程和質量，而這些數據對于運維保障及產品迭代升級都極具價值。

—作者—
丁杰
安世亞太戰(zhàn)略合作部副總經理，數字孿生體實驗室顧問。六西格瑪黑帶、TOGAF高級認證（2015），美國質量協會ASQ和企業(yè)架構聯盟AEA會員;二十余年制造業(yè)管理咨詢和信息化規(guī)劃，三年增材制造生態(tài)圈BD合作經驗。