譚建榮

中國工程院院士

數(shù)字化設計與制造領域專家

過去很長一段時間，我們曾錯誤地認為美國不再發(fā)展制造業(yè)，而開始致力于發(fā)展虛擬技術。事實上，美國信息技術之所以領先世界，是因為他們擁有領先的制造技術。制造技術的發(fā)展引領和促進了信息技術的發(fā)展，包括虛擬現(xiàn)實和大數(shù)據(jù)。如果沒有強大的制造技術支持，就沒有辦法提供虛擬技術所需要的設備。

美國的基礎制造業(yè)一直處于全球領先地位。發(fā)動機是制造業(yè)的王冠，以民航發(fā)動機為例，目前我們使用的飛機發(fā)動機都出自兩個公司，一個是美國的，一個是英國的。美國為了保持制造技術的領先地位，提出了先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃，從技術、勞動力、供應鏈三方面提出了不同目標，體現(xiàn)出提升制造業(yè)核心競爭力的決心。而同樣是制造強國的德國為了保持制造裝備領域的技術優(yōu)勢，提出了工業(yè)4.0，主要強調三大主題，即智能工廠、智能生產和智能物流。

習主席曾經說過，核心技術是買不來的。因此，我們國家要攻克的技術難關還有很多，待解決的技術難題非常大，需要走的路還很長。中國改革開放40年，取得了很好的成績，但目前我國大部分制造企業(yè)還處于產業(yè)鏈中下端，且以粗放型和代加工、資源密集型和勞動密集型的生產為主。因此，現(xiàn)在中國制造企業(yè)迫切需要轉型升級。如何轉型升級？這就需要靠數(shù)字化制造、網絡化制造、智能化制造技術。

無論是美國先進制造計劃還是德國工業(yè)4.0，甚至是中國企業(yè)需要轉型升級，最終都聚焦到工業(yè)物聯(lián)與智能制造方面。諸如大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等技術為代表的新興信息產業(yè)的發(fā)展，帶動了制造業(yè)的發(fā)展，使得整個制造業(yè)向數(shù)字化、智能化、移動化、綠色化方向發(fā)展。

我國制造業(yè)基礎比較薄弱。傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)有“三基”，即基礎材料、基礎工藝和基礎器件；現(xiàn)在是“四基”，即加上了基礎軟件或者說基礎數(shù)據(jù)。舉例來說，工藝的先進性決定了產品的先進性，而工藝需要模具，模具需要設計。但是我國很多企業(yè)主要是代加工，在加工方面能力很強，但是設計能力偏弱，尤其在嚴格意義上的創(chuàng)新設計方面可以說十分薄弱，大部分企業(yè)的設計是改進型設計。總之，要做好產品就需要先進的設計，而先進的設計必須要有先進的技術作為支撐，但是我國在核心技術方面還有很多不足。比如我國的高鐵是中國制造的一張響亮的名片，但是高鐵的很多重要部件都是進口的，就是因為制造這個部件的核心技術我們沒有掌握。為此，國內制造企業(yè)轉型升級勢在必行。制造企業(yè)升級需要加強基礎研究，依托數(shù)字化制造、網絡化制造、智能化制造進行升級。

智能制造的含義包括兩方面，其一是智能技術與制造技術的融合；其二是用智能技術解決制造的問題。智能技術包括交互、感知、學習、決策等技術，制造技術則包括設計、加工、裝配、服務等技術。經由人工智能技術和設計制造技術的融合，智能制造得以實現(xiàn)數(shù)字化樣機、機器人應用、精準化管理等。

其中重點談一下數(shù)字樣機。它是指用虛擬現(xiàn)實技術加上裝備設計技術，在計算機上表達的機械產品整機或子系統(tǒng)的數(shù)字化模型，它與真實物理產品之間具有1∶1的精確比例，具有與物理樣機一樣的功能和性能，可以用來代替物理樣機進行測試實驗，提升企業(yè)創(chuàng)新的能力。從數(shù)字樣機目前的發(fā)展趨勢來看，一是從數(shù)字仿真發(fā)展到圖形仿真，二是從虛擬仿真發(fā)展到虛實融合，三是從幾何建模發(fā)展到物理建模，四是從階段性設計性能模擬發(fā)展到產品全生命周期的模擬。數(shù)字樣機關鍵技術，第一是異構設計分析模型轉換與集成技術，第二是多學科耦合建模與仿真技術，第三是零件真實表面建模與虛擬裝配技術，第四是機器人作業(yè)的規(guī)劃與車間仿真技術。

數(shù)字樣機在我國航空航天領域有許多成功應用的案例。用以上技術進行發(fā)動機的仿真裝配，在解決了裝備順序和可靠性的問題后，幾千個零件不僅能夠裝配起來，而且可以模擬真實運動，可以進行動力學、應力分布多性能模型實時耦合求解。此外，數(shù)字樣機還應用在汽車車門生產、全斷面大型掘進裝備、大型造船虛擬仿真等等諸多方面，在超大型空分裝備設計制造技術、高檔數(shù)控機床數(shù)字化正向設計的關鍵技術等的研發(fā)工作中發(fā)揮了重要的作用?！?智能制造的含義包括兩方面，其一是智能技術與制造技術的融合；其二是用智能技術解決制造的問題。智能技術包括交互、感知、學習、決策等技術，制造技術則包括設計、加工、裝配、服務等技術。經由人工智能技術和設計制造技術的融合，智能制造得以實現(xiàn)數(shù)字化樣機、機器人應用、精準化管理等?！?/p>