柳百成院士：加快研發(fā)設(shè)計與制造關(guān)鍵支撐軟件

8月17日，由數(shù)字化設(shè)計與制造創(chuàng)新聯(lián)盟、北京信息化和工業(yè)化融合服務(wù)聯(lián)盟共同主辦的2018數(shù)字化設(shè)計與制造高峰論壇在京舉行。會上，清華大學(xué)教授、中國工程院院士柳百成做了題為《加快研發(fā)設(shè)計與制造關(guān)鍵支撐軟件》的主旨報告。

發(fā)展智能制造切忌一擁而上 

柳百成在報告中表示，制造業(yè)是國家的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)，對國家的繁榮及安全至關(guān)重要。目前，世界各國都在大力發(fā)展制造業(yè)，美、德、英等國均將智能制造作為發(fā)展趨勢和主要研究領(lǐng)域。我國也相繼開展了制造強國戰(zhàn)略研究，并出臺了一系列扶持政策鼓勵智能制造的發(fā)展。  

他說，德國首先公布了工業(yè)4.0發(fā)展戰(zhàn)略，工業(yè)4.0就是智能制造加互聯(lián)網(wǎng)。美國2011年6月宣布啟動“先進制造伙伴計劃”（AMP），去年正式改名為Mfg.USA，目標(biāo)就是要求美國在制造業(yè)方面處在全世界的領(lǐng)導(dǎo)地位。截至目前，美國已經(jīng)建立了14個制造創(chuàng)新研究院，其中4個和智能制造有關(guān)，它們建立國家制造業(yè)創(chuàng)新研究院的目的是填補制造技術(shù)基礎(chǔ)研究和商業(yè)化生產(chǎn)之間的空缺。

中國是世界制造大國，這已是不爭的事實。1999年，我國制造業(yè)增加值在全世界范圍占到6%，排名第四；2013年，中國已經(jīng)遙遙領(lǐng)先，成為制造業(yè)的世界大國，制造業(yè)增加值在全球占24%，估計現(xiàn)在已經(jīng)達到28%。

柳百成說，中國制造業(yè)取得舉世矚目成就，但卻大而不強。他表示，中國制造強國建設(shè)應(yīng)聚焦五大工程：創(chuàng)新體系工程、強基工程、智能制造工程、綠色制造及高端裝備。高端裝備又聚焦在十大領(lǐng)域，包括航空航天、大飛機等。五大工程中，我們國家應(yīng)根據(jù)世界的發(fā)展形勢，把智能制造作為主攻方向，需依賴“創(chuàng)新體系工程”“工業(yè)強基工程”等支持和協(xié)同。他強調(diào)，我國智能制造在發(fā)展過程中，要認清基礎(chǔ)元器件、基礎(chǔ)材料、先進基礎(chǔ)工藝是發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)，要加大投入和加強“強基工程”研發(fā)，為智能制造提供技術(shù)支撐。另外，還需要建設(shè)機器人、傳感器、數(shù)字化設(shè)計與制造等一批支撐智能制造關(guān)鍵共性技術(shù)的創(chuàng)新研究中心。

柳百成特別強調(diào)，發(fā)展智能制造要加強頂層設(shè)計，選擇有條件的企業(yè)作為示范點，要制定智能制造發(fā)展路線圖，切忌急躁情緒、一擁而上。

建模與仿真是智能制造關(guān)鍵共性技術(shù)

柳百成認為，數(shù)字化設(shè)計與制造是智能制造過程關(guān)鍵共性技術(shù)，而建模與仿真是數(shù)字化設(shè)計與制造的科學(xué)基礎(chǔ)。我國在《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》中，將建模與仿真及相關(guān)支撐軟件作為重要關(guān)鍵共性技術(shù)。美國智能制造創(chuàng)新研究院也將建模與仿真作為關(guān)鍵共性技術(shù)。他指出，廣泛采用先進建模與仿真技術(shù)，能更好、更快、更符合要求地制造創(chuàng)新產(chǎn)品。他舉例說，美國波音777是采用數(shù)字化設(shè)計的典范：數(shù)字化設(shè)計能讓它縮短40%研發(fā)周期，減少50%的返工量。波音公司2005年研發(fā)B767時，要進行77次風(fēng)洞實驗；而在研發(fā)B787時，只需進行11次實驗，大大縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。波音787則實現(xiàn)了4D：數(shù)字化設(shè)計、研究開發(fā)、制造及全生命周期、創(chuàng)新虛擬飛機。

柳百成認為，設(shè)計與制造的建模與仿真及相應(yīng)關(guān)鍵工業(yè)支撐軟件是智能制造的技術(shù)支撐。波音公司在研制787飛機時，用了8000種軟件，除了不到1000種外購的商業(yè)軟件外，有7000多種是自己開發(fā)的。波音關(guān)于飛機的設(shè)計、技術(shù)和知識經(jīng)驗等都凝結(jié)在這7000多種軟件，是工業(yè)核心支撐軟件的典范。此外，美國工業(yè)界十分重視ICME（Integrated Computational MaterialsEngineering，綜合計算材料工程）應(yīng)用，美國通用電氣公司采用ICME技術(shù)研發(fā)航空發(fā)動機單晶葉片制造技術(shù)。2014年，美國通用電氣公司采用高性能計算機（HPC），進一步將數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)與增材制造技術(shù)（DMLM）集成，模擬和優(yōu)化了發(fā)動機噴嘴設(shè)計，大大提高了發(fā)動機的效率，降低油耗，減少污染，壽命提高了5倍。

柳百成表示，我國在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006━2020年)》對重點領(lǐng)域及其優(yōu)先主題進行規(guī)劃和布局，其中就包括了發(fā)展數(shù)字化和智能化設(shè)計制造。工業(yè)和信息化部也多次強調(diào)，要緊緊抓住這一機遇，以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化，推動工業(yè)化與信息化深度融合�！吨悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃（2016-2020）》提出，要加強建模與仿真及相關(guān)專業(yè)支撐軟件的研發(fā)與創(chuàng)新。

近年來，基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化設(shè)計-制造-服務(wù)平臺已在我國航空及汽車工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用。在航空發(fā)動機單晶葉片鑄件多尺度建模、重型燃機高溫合金定向凝固葉片多尺度仿真均取得進展。在新產(chǎn)品設(shè)計時，大大縮短了研發(fā)周期，并降低研發(fā)費用。最近徐工集團也把數(shù)字化設(shè)計制造提高了一步，他們已經(jīng)把數(shù)字化加入了互聯(lián)網(wǎng)，建立了以仿真為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)平臺。結(jié)合汽車等領(lǐng)域發(fā)展輕量化材料成形制造及建模與仿真，降低10％重量，提高熱效率7％，降低污染10%。

柳百成指出，我國在設(shè)計與制造建模與仿真領(lǐng)域研究已經(jīng)具有較好科學(xué)基礎(chǔ)。下一步，要大力加強設(shè)計與制造建模與仿真的研發(fā)及相關(guān)的關(guān)鍵工業(yè)支撐軟件的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化。柳百成說，目前，我國正在籌建國家制造業(yè)數(shù)字化設(shè)計與制造（以CAE專用軟件為基礎(chǔ)）創(chuàng)新中心，聚焦制造工藝和工業(yè)建模軟件。