基于增材思维的创成式正向设计 课件 第4章 基于规则的设计和制造

设计编程的系统规则中国新工业体系建设面临的若干问题正向设计思维缺失，系统化方法和支撑技术缺乏工业软件无序，没有以正向设计为导向实施应用设计制造割裂，旧研制模式成为正向设计的制约数字化研制技术应用范围有限，未广泛赋能工业数字化技术丰富但分散，没有形成聚合赋能力量中国新工业体系建设面临的若干问题2基于规则的设计编程框架工业软件增材制造工业互联基于正向设计的数字化制造支撑正向设计的数字化研发孪生工业孪生城市孪生战场正向设计高端装备新工业品面向服务经济的数字化赋能仿真生态知识生态增材生态打造虚实共智的数字化业态数字孪生设计创新工业仿真精益研发3工业软件增材制造工业互联支撑正向设计的数字化研发基于正向设计的数字化制造孪生工业孪生城市孪生战场正向设计高端装备新工业品面向服务经济的数字化赋能仿真生态知识生态增材生态打造虚实共智的数字化业态数字孪生设计创新工业仿真精益研发4基于规则的设计编程框架正向设计是数字化研制体系的基础与发展主线需求定义功能分解系统综合物理设计工艺/试制部件验证系统集成系统验证系统确认涉众需求系统验收正向设计逆向工程起点起点能级5（自由）能级4（正向）能级3（系统）能级2（逆向）能级1（仿制）系统综合物理设计工艺/试制部件验证系统集成系统确认涉众需求系统验收需求定义功能分解系统验证？X修正修正修正超越源于创新，创新源于正向设计从需求和架构出发的正向设计，才能产生颠覆性创新最高超的仿制也只能产生最好的二流产品5数据协同信息协同研发资源云工艺/试制指标分析物理仿真单场仿真多场仿真多体仿真虚拟现实功能分析系统分析涉众需求系统验收质量管理知识工程信息资源数据资源软件资源硬件资源产品资源技术资源需求管理流程管理项目管理需求定义功能分解系统综合部件验证系统集成系统验证系统确认物理设计精益研发保障正向设计工业软件：支撑正向设计的数字化研发设计创新是正向设计价值的倍增器仿真驱动产品正向设计6正向设计提供了从需求出发的架构性和颠覆性创新的基础需求分析功能分析系统综合物理设计工艺/试制部件验证系统集成系统验证系统确认涉众需求系统验收架构创新局部创新集成创新工艺创新设计创新方法论在全研发周期完成创新闭环7设计创新：依靠规律比依赖灵感更靠谱8系统分析指标分析功能分析物理仿真单场仿真多场仿真多体仿真虚拟现实制造仿真工艺仿真干涉检查装配仿真机构仿真6σ分析需求定义功能分解系统综合物理设计涉众需求工艺设计部件验证系统集成系统验证系统确认系统验收部件制造仿真是正向设计的核心正向设计逆向工程工业仿真：是产品正向设计的核心9工业仿真驱动产品正向设计虚拟样机仿真驱动研发参数化虚拟实验参数或（仿真）拓扑优化建模概念设计详细设计物理样机产品投产1990年代概念设计打样实验分析生产CADCAECAM是否由试验驱动模式变为仿真驱动模式10数据协同信息协同研发资源云工艺/试制指标分析物理仿真单场仿真多场仿真多体仿真虚拟现实功能分析系统分析涉众需求系统验收质量管理知识工程需求管理流程管理项目管理需求定义功能分解系统综合部件验证系统集成系统验证系统确认物理设计精益研发：为正向设计保驾护航开发层管理层资源层共享层协同层实物资源数据资源信息资源模式资源技术资源11实物资源数据资源信息资源模式资源技术资源精益研发的专业子体系数据协同信息协同研发资源云需求定义功能分解系统综合物理设计工艺/试制部件验证系统集成系统验证系统确认指标分析物理仿真单场仿真多场仿真多体仿真虚拟现实功能分析系统分析涉众需求系统验收质量管理知识工程需求管理流程管理项目管理虚拟实验项目管理流程管理质量管理产品平台软件工程综合仿真智能协同需求工程知识工程研发资源数字制造系统设计12基于正向设计的数字化研制体系的框架工业软件增材制造工业互联支撑正向设计的数字化研发基于正向设计的数字化制造孪生工业孪生城市孪生战场正向设计高端装备新工业品面向服务经济的数字化赋能仿真生态知识生态增材生态打造虚实共智的数字化业态数字孪生设计创新工业仿真精益研发13材料关键部件工艺行业应用服务物理成型工艺化学成型工艺生物成型工艺工业品设计服务研发设计能力建设创成式设计服务打印服务检测服务云制造平台服务增材思维产教融合培训服务创新方法培训服务知识工程咨询服务核心自主技术&产品技术&产品核心部件完全自主仿真纳入工艺控制标准材料工艺参数库自主云平台算法设计软件Apro控制系统氧传感器全数字化总线系统热成像仪复杂振镜系统执行器高速相机高端装备开放平台材料混构平台特殊材料平台定制化产线平台增减材混合装备金属材料及工艺包高分子材料及工艺包单晶控制工艺包高通量实时材料配方系统非标准化材料工艺包工业仿真工具软件功能创新设计软件创成式设计软件增材工艺包软件拓扑优化软件参数化设计软件工艺优化件工具软件精益研发软件MBSE系统工程软件生产执行软件AMES质量控制软件增材工艺包软件自主软件平台自主装备增材制造：基于正向设计的数字化制造设计创新工业仿真工业互联精益研发数字化装备数字化材料新型工业品数字化工艺增材制造（数字化制造）（数字化研发）工业软件14增材制造与正向设计的辩证关系正向设计的架构级创新才能彻底释放增材制造的价值需求分析功能分析系统综合物理设计部件验证系统集成系统验证系统确认涉众需求系统验收起点工艺/试制工艺/试制？？？增材制造打通了正向设计瓶颈增材制造给予设计充分自由，允许设计做颠覆式创新15基于增材思维的正向设计的关键技术创成式设计多尺度仿真架构优化16高端装备：系统级装备、核心装备及组件、工艺及材料系统级装备核心装备及组件工艺及材料17新工业产品案例：NK10/NK50微型涡轮的正向研制压气机气动设计涡轮气动设计燃烧室流场分析整机模态分析结构完整性-刚度18基于正向设计的数字化研制体系的框架工业软件增材制造工业互联支撑正向设计的数字化研发基于正向设计的数字化制造孪生工业孪生城市孪生战场正向设计高端装备新工业品面向服务经济的数字化赋能仿真生态知识生态增材生态打造虚实共智的数字化业态数字孪生设计创新工业仿真精益研发19云时代的工业特征：“产品经济”转型为“服务经济”服务开放化技术服务化曾经，产品是用来销售的现在，产品是服务的载体曾经，开发商是服务者现在，全社会提供服务服务经济的两大特征：技术服务化和服务开放化赋能20IAAS/PaaS工业知识生态工业云大中企业小微企业先进设计APP增材智造APP外部合伙人就近服务知识服务及加工中间件增材制造APP增材智造设备知识魔盒

（知识及APP容器）工业互联：面向服务经济的数字化赋能知识服务及

加工中间件增材制造设备增材制造材料先进设计APP工业集成应用增材智造APP外部供应者和开发者先进设计APP工业集成应用

技术服务化赋能数字化服务开放化知识区块链个人用户21工业仿真云生态：降低企业的仿真应用门槛工业APP开发和应用技术服务化和服务开放化全球仿真软件全站式供应基于云打造仿真生态22工业知识云生态：打造学习型组织，知识变现人升值知识工程双引擎：知识IPO和知识图谱知识IPO挖掘隐性知识知识图谱掘金显性知识千里马与伯乐千里马与伯乐的识别，是加薪和升职的前提23增材工业云生态：增材即服务AMaaS创客集市服务流程DIY制造自由设计24基于正向设计的数字化研制的体系框架工业软件增材制造工业互联支撑正向设计的数字化研发基于正向设计的数字化制造孪生工业孪生城市孪生战场正向设计高端装备新工业品面向服务经济的数字化赋能仿真生态知识生态增材生态打造虚实共智的数字化业态数字孪生设计创新工业仿真精益研发25数字孪生：打造虚实共智的数字化业态数化互动先知先觉共智物理世界的数字化建模实时互传信息数据基于明确机理的计算基于不明确机理的推测多孪生体共享智慧仿真区块链大数据云计算MBSE建模数字线程物联网虚拟现实数字孪生体架构数字孪生体成熟度模型数字孪生体技术数字孪生体应用场景孪生战场孪生城市孪生工业孪生制造孪生供应孪生运维27数字孪生体生态建设城市A产业B园区C企业D孪生产业孪生城市孪生战场孪生制造孪生研发工业大数据工业物联网工业互联网区块链VR/AR/MR工业控制工业建模工厂仿真BIMCIM3D-GIS图像识别MESERPCAMPLMMBSE与合作伙伴联合打造更完备和广泛的解决方案，共同参与工程化落地28基于数字孪生技术体系建立数字化转型促进中心园区行业城市企业数字化转型促进中心数字化技术、公共资源库试验中心蓝图规划、模式设计政策法规培训、训练、实践队伍孵化孪生工厂、孪生城市体验中心基础设施规划与政策数字化实训基地示范中心29数字孪生体技术白皮书（2019年）

目

录一、数字孪生体发展综述二、数字孪生体的定义三、数字孪生体的模型四、数字孪生体的关键技术五、数字孪生制造六、数字孪生产业七、数字孪生城市八、数字孪生战场九、数字孪生体标准化进展十、结论30基于正向设计的数字化研制体系将普惠千家万户工业软件增材制造工业互联31基于模型的系统工程案例32教育赋能：增材思维需要全新知识结构的复合人才增材思维需要新的知识结构增材制造需要更多的工程专业人员（源自《中国增材制造人才发展白皮书》2018）从高校三大职能看“基于增材思维的人才培养”教育教学科学研究社会服务面向制造业的应用科学研究服务增材人才培养的教育模式设计人才仿真人才制造人才正向设计高端装备新工业品基于增材技术推广的产业服务产业培训设计咨询辅助生产设计仿真制造人才培养人才培养教学资源师资团队实习实训基于增材思维的产教融合地图院校研究生培养本科专科教育教学教育资源引进混编师资团队产业课题研究协同育人项目教育资源开发实习基地建设1+X证书制度现代学徒制学分银行制度科学研究正向设计仿真高端装备研制新工业品开发创新方法研究设计技术研究制造技术研究增材工艺研究工业再设计产业领域装备制造医疗文创铸造类其它社会服务产业人员培训产品原型制造产品优化升级定制化设计定制化制造技术咨询服务其它服务人才技术服务基于增材思维的先进设计与智能制造产教融合案例-Esocaet模式引入院校研究生培养本科专科教育教学教育资源引进混编师资团队产业课题研究协同育人项目教育资源开发实习基地建设1+X证书制度现代学徒制学分银行制度科学研究正向设计仿真高端装备研制新工业品开发创新方法研究设计技术研究制造技术研究增材工艺研究工业再设计产业领域装备制造医疗文创铸造类其它社会服务产业人员培训产品原型制造产品优化升级定制化设计定制化制造技术咨询服务其它服务人才技术服务ESOCAET计算力学专业硕士联合培养模式引入教学资料引进国内外专家联合教学基于增材思维的先进设计与智能制造产教融合案例-智慧学习工场院校研究生培养本科专科教育教学教育资源引进混编师资团队产业课题研究协同育人项目教育资源开发实习基地建设1+X证书制度现代学徒制学分银行制度科学研究正向设计仿真高端装备研制新工业品开发创新方法研究设计技术研究制造技术研究增材工艺研究工业再设计产业领域装备制造医疗文创铸造类其它社会服务产业人员培训产品原型制造产品优化升级定制化设计定制化制造技术咨询服务其它服务人才技术服务先进设计与智能制造智慧学习工场-整体构架吉林化工学院先进设计与增材制造体验展示中心效果图先进设计与则增材制造智慧学习工场效果图先进设计与智能制造智慧学习工场-课程资源涉众需求创新三维设计工程仿真增材制造产品检测

直接建模与快速仿真技术创成式设计基础三维机械设计基础三维扫描及图像处理基础基于增材思维的先进设计与智能制造增材制造实训技术高级拓扑优化技术创新方法与技法增材制造技术概论增材制造工厂实践多目标多参数优化技术材料工艺仿真技术有限元结构仿真技术流体动力学仿真技术先进设计与增材制造面向增材制造的材料工程增材制造产品性能预测技术增材制造产品性能检测基于增材思维的数字设计制造一体化系列教材***基于增材思维的产教融合地图院校研究生培养本科专科教育教学教育资源引进混编师资团队产业课题研究协同育人项目教育资源开发实习基地建设1+X证书制度现代学徒制学分银行制度科学研究正向设计仿真高端装备研制新工业品开发创新方法研究设计技术研究制造技术研究增材工艺研究工业再设计产业领域装备制造医疗文创铸造类其它社会服务产业人员培训产品原型制造产品优化升级定制化设计定制化制造技术咨询服务其它服务人才技术服务数字口腔产教融合解决方案-基地服务整体规划行业龙头产业产教融合基地学校数字化人才培训服务数字化升级技术服务人才培养模式双师团队建设科研课题成果产业与学校深度融合服务产业稀缺人才培养以基地为纽带服务地方经济建设建设背景-口腔医疗数字化是大趋势数字口腔工艺流程数字采集与建模数字模型修复医疗方案设计医疗效果虚拟展示3D打印+混合工艺制造加工处理患者适配效果监测与反馈口腔数字化设计CAD口腔医疗产品数字化制造CAM固定义齿-牙冠、牙桥-骨钉、基牙-临时牙冠-手术导板可摘义齿-局部义齿-全口义齿-铸造模型矫正器-透明矫正器-舌侧矫正器建设内容-源于产业服务产业的人才培养标准入门学徒师傅特级中工产教融合实训平台深度沟通产业与学校，实现产教深度融合以产业紧缺的CAD/CAE/CAM人才培养为目标--为行业发展提供人才保障匹配产业人才发展路径的人才评级推荐体系--产业认可的人才培养质量产业技能评价标准转化而来的课程评价标准--工程师参与教学评价基于产业前沿技术应用开发的教学资源--实际病例教学、实践安世集团多年来的技术底蕴在各标准化组织中的角色\专业领域工业数据数字孪生智能制造系统工程工业软件增材制造委员ISO工业自动化系统与集成标委会工业数据分委会ISO/TC184/SC4标准审核标准制定标准审核标准审核标准审核委员全国工业自动化系统与集成标委会工业数据分委会SAC/TC184/SC4标准修定标准修定委员全国标委会数字孪生联合工作组（筹）SAC/TC184-TC171/SWGDT标准制定标准制定参与ISO/IEC信息技术联合技术委员会软件与系统工程分委会ISO/IECJTC1/SC7标准审核委员全国信标委软件与系统工程分委会SAC/TC28/SC7标准修定参与ISO/IEC信息技术联合技术委员会数字孪生咨询组ISO/IECJTC1/AG11模板评审案例制作委员IEEE智能制造标准委员会IEEE案例制作案例制作观察员IEEE数字孪生标准工作组IEEE/C/SAB/DR_WG标准制定会员国际系统工程协会标准开发部INCOSESDD标准审核标准审核参与ISO/ASTM增材制造联合工作组ISO/TC261-ASTMF42专题研讨