原创《清华大学教授、中国工程院院士柳百成：要大力加强设计制造建模和仿真的研发》
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发展智能制造切忌一拥而上
我国智能制造在发展过程中,要认清基础元器件、基础材料、先进基础工艺是发展智能制造的基础.
柳百成在报告中表示,制造业是国家的基础和支柱产业,对国家的繁荣及安全至关重要.目前,世界各国都在大力发展制造业,美、德、英等国均将智能制造作为发展趋势和主要研究领域.我国也相继开展了制造强国战略研究,并出台了一系列扶持政策鼓励智能制造的发展.
他说,德国首先公布了工业4.0发展战略,工业4.0 就是智能制造加互联网.美国2011 年6 月宣布启动“先进制造伙伴计划”（AMP）,去年正式改名为Mfg.USA,目标就是要求美国在制造业方面处在全世界的领导地位.截至目前,美国已经建立了14个制造创新研究院,其中4个和智能制造有关,它们建立国家制造业创新研究院的目的是填补制造技术基础研究和商业化生产之间的空缺.
中国是世界制造大国,这已是不争的事实.1999 年,我国制造业增加值在全世界范围占到6%,排名第四；2013 年,中国已经遥遥领先,成为制造业的世界大国,制造业增加值在全球占24%,估计现在已经达到28%.
柳百成说,中国制造业取得举世瞩目成就,但却大而不强.他表示,中国制造强国建设应聚焦五大工程：创新体系工程、强基工程、智能制造工程、绿色制造及高端装备.高端装备又聚焦在十大领域,包括航空航天、大飞机等.五大工程中,我们国家应根据世界的发展形势,把智能制造作为主攻方向,需依赖“创新体系工程”“工业强基工程”等支持和协同.他强调,我国智能制造在发展过程中,要认清基础元器件、基础材料、先进基础工艺是发展智能制造的基础,要加大投入和加强“强基工程”研发,为智能制造提供技术支撑.另外,还需要建设机器人、传感器、数字化设计与制造等一批支撑智能制造关键共性技术的创新研究中心.
柳百成特别强调,发展智能制造要加强顶层设计,选择有条件的企业作为示范点,要制定智能制造发展路线图,切忌急躁情绪、一拥而上.
建模与仿真是智能制造关键共性技术
我国在设计与制造建模与仿真领域研究已经具有较好科学基础.下一步,要大力加强设计与制造建模与仿真的研发及相关的关键工业支撑软件的发展和产业化.
柳百成认为,数字化设计与制造是智能制造过程关键共性技术,而建模与仿真是数字化设计与制造的科学基础.我国在《智能制造发展规划（2016—2020）》中,将建模与仿真及相关支撑软件作为重要关键共性技术.美国智能制造创新研究院也将建模与仿真作为关键共性技术.他指出,广泛采用先进建模与仿真技术,能更好、更快、更符合要求地制造创新产品.他举例说,美国波音777 是采用数字化设计的典范,数字化设计能让它缩短40%研发周期,减少50%的返工量.波音公司2005 年研发B767 时,要进行77 次风洞实验；而在研发B787 时,只需进行11 次实验,大大缩短了研发周期,降低了研发成本.波音787 则实现了4D：数字化设计、研究开发、制造及全生命周期、创新虚拟飞机.
柳百成认为,设计与制造的建模与仿真及相应关键工业支撑软件是智能制造的技术支撑.波音公司在研制787 飞机时,用了8000 种软件,除了不到1000 种外购的商业软件外,有7000 多种是自己开发的.波音关于飞机的设计、技术和知识经验等都凝结在这7000多种软件中,是工业核心支撑软件的典范.此外,美国工业界十分重视ICME（Integrated Computational MaterialsEngineering,综合计算材料工程） 应用,美国通用电气公司采用ICME 技术研发航空发动机单晶叶片制造技术.2014 年,美国通用电气公司采用高性能计算机（HPC）,进一步将数字化设计与制造技术与增材制造技术（DMLM） 集成,模拟和优化了发动机喷嘴设计,大大提高了发动机的效率,降低油耗,减少污染,寿命提高了5 倍.
柳百成表示,我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》对重点领域及其优先主题进行规划和布局,其中就包括了发展数字化和智能化设计制造.也多次强调,要紧紧抓住这一机遇,以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,推动工业化与信息化深度融合.《智能制造发展规划（2016—2020）》提出,要加强建模与仿真及相关专业支撑软件的研发与创新.
近年来,基于网络的数字化设计-制造-服务平台已在我国航空及汽车工业等领域应用.航空发动机单晶叶片铸件多尺度建模、重型燃机高温合金定向凝固叶片多尺度仿真均取得进展.在新产品设计时,大大缩短了研发周期,并降低研发费用.最近徐工集团也把数字化设计制造提高了一步,他们已经把数字化加入了互联网,建立了以仿真为基础的物联网平台.结合汽车等领域发展轻量化材料成形制造及建模与仿真, 降低10％ 重量,提高热效率7％,降低污染10%.
柳百成指出,我国在设计与制造建模与仿真领域研究已经具有较好科学基础.下一步,要大力加强设计与制造建模与仿真的研发及相关的关键工业支撑软件的发展和产业化.柳百成说,目前,我国正在筹建国家制造业数字化设计与制造（以CAE 专用软件为基础） 创新中心,聚焦制造工艺和工业建模软件.
大学教授论文参考资料：
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