单忠德院士：数字仿真技术是推动智能制造的核心基石

目前世界各主要经济体都在加速推进智能制造、数字制造，加速制造业做优、做强。如何加快实现智能制造、数字制造，南京航空航天大学校长、中国工程院院士单忠德8月2日在“全球数字经济大会数字仿真技术论坛上”表示：“数字制造、智能制造，就是要真正把数字化设计覆盖整个制造全流程，实现设计与功能一体化，设计与生产制造一体化，设计与制造评价（检测评价）一体化、制造与管理运维一体化。”

各国加速推进智能制造

单忠德首先谈及目前世界各国推动制造强国的情况，中国工程院、国家制造强国建设战略咨询委员会今年发布的《2020中国制造强国发展指数报告》显示，美国制造强国发展指数依然持续高于各国，处于第一阵列，综合优势突出；德国、日本稳居第二阵列，相对优势明显；中国、韩国、法国、英国处于第三阵列，中国在第三阵列中排名居前。

单忠德同时也介绍了制造强国指标体系的主要维度，包括规模发展、质量效益、结构优化、持续发展四个一级指标，还包括信息化发展指数等18个二级指标。其中，从质量效益上看，美国保持质量效益增强的势头，其中最大的贡献指标是世界知名品牌数和制造业的前沿劳动生产率。从结构优化上看，美国、德国领先。持续发展上，美国和日本并驾齐驱，其次是德国和韩国。中国具有独特的规模优势、门类齐全优势、市场优势以及新型举国体制优势，目前中国有220种以上产业的产量世界第一，形成一个14亿人的统一大市场。但相对于第一、第二阵列的其他国家，中国制造业无论是质量效益、结构优化、持续发展等方面都有待提升，有着巨大的改善空间和发展空间。

单忠德表示，推进制造业高质量发展，需要推进数字制造、智能制造，事实上包括美国、德国、日本等都是这样走过来的。“数字制造、智能制造就是要能够满足批量客户定制的柔性化生产，希望制造过程是绿色的，制造的手段是数字化，其最终目的是高效、优质、清洁、安全地制造产品，形成新的制造业服务模式。”单忠德说。

单忠德谈及了美国的NIST，日本的《互联工业》、英国的《“英国工业2050战略》、欧洲欧盟委员会的《欧洲新工业战略》后进一步表示，“数字化智能化网络化不仅是世界大企业的竞争焦点，也是国家与国家之间的竞争焦点，是未来强国的必经之路。”

单忠德表示，从大趋势来看，数字化、精密化、绿色化、成线化、生物化这“五化”一直没有变。但是在这“五化”中，数字化是基础，无论是数字化模拟仿真、柔性制造、计算机集成制造、远程诊断与预测，还是精密成形、绿色制造、自动化的生产线，包括数字车间、智能工厂，个性化的柔性化定制生产，数字化都是基础。数字制造、智能制造技术将使得制造业发生重大的变革，已经被学术界、产业界高度认同。

数字技术与工业技术融合将产生一些新原理、新方法、新工艺、新产品、新装备，能够促进传统制造业的转型升级，有利于产业技术的高级化、产业链现代化，创造出制造业的新业态。智能制造变在三个维度变革了制造业的发展模式，一是变革了制造模式，真正实现了生产资料和生产工具的协同，实现网络化制造、远程制造。二是变革了管理模式，实现了异地管理与远程服务的融合，数字化管理等变得越来越成熟。三是变革了生产方式，真正把数字世界和机器世界融合起来，实现了智能化生产。

数字仿真是核心技术之一

关于如何推动数字制造，智能制造，单忠德认为，在数字化、智能化生产制造里，工艺的数字化是重要的基础。如何把工艺管理、工艺参数、过程优化等进一步建立起相应的数据库，把工艺数据更好地集成到软件里，产生具有中国特色的数字化设计软件、数字化模拟仿真软件，是推动智能制造发展的非常重要一环。而在数字化仿真、数字化样机、数字化建模等方面，数字孪生起到了非常重要的作用。

数字化仿真技术是未来企业持续高效绿色发展的核心技术之一，能够很好地赋能制造业高质量发展。为此单忠德谈及了数字仿真在汽车零部件制造中的案例，这是一种三维设计仿真和成形一体化的无模铸件模式，通过数字化复合砂型建模，把砂型和铸件建模一体化，通过数字化挤压切削成形，可以做出多材质复合铸型，制造出高质量铸件。采用这种方式之后，制造周期可以缩短30%-87%，成本降低30%，精度提高2-3个等级。

目前单忠德院士团队已经建立了数字化的快速零部件制造技术创新服务平台，将该模式在100多家企业进行推广应用。“这一数字化的三维设计仿真和成形一体化，可以自由弯管，可以是任意的形状结构，可以形成三轴、六轴系列化的成套装备，数字化模拟的尺寸精度和设计制造的尺寸精度和最终产品的精度能够一致起来，实现数字化驱动的整体自由成形。”单忠德说。

单忠德表示，数字化仿真设计技术赋能制造业很重要的一个关键词是“一体化”，即要实现设计与功能一体化，设计与生产制造一体化，设计与制造评价（检测评价）一体化、制造与管理运维一体化，真正把数字化设计覆盖整个制造全流程。

“比如设计与生产一体化，主要是通过数字建模、数字孪生技术，当然还有3D打印、多材料、多工艺尺度数字化制造技术，数字化的装配技术等，实现‘设计-虚拟制造-物理制造’产品生产新模式。美国F-35战机以这样的设计与生产一体化模式，缩短了缺陷处理时间33%，加快了制造工艺的改进。”单忠德说。

单忠德最后表示，人是创新的主体和灵魂，要建设制造强国，推动智能制造，需要发展高质量的人才，形成高素质人才队伍，要有科创的速度、激情和精神，把这些创新的理念文化和解决短板技术、提升竞争力以及领军人才的建设相统一，让创新成为自觉行动。