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增材制造与数字孪生体完美搭档,迎接个性化定制时代

来源:客户端

发布时间:2020-02-11 16:36:18

点击量:1758

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为满足个性化定制的新消费需求和商业模式,需要建立服务型的制造业新业态。在整合和不断优化产业资源过程中,基于模型的数据和实体交互是关键,数字孪生体将发挥巨大作用。增材制造-3D打印技术不仅易于将数字资产实体化,提高了各种优化应用的可行性;而且其全数字化的制造过程,也大大丰富了数字孪生体的数据资产,促进数字孪生体价值的发挥。这同时也是信息化(向数字化和智能化的更高阶段)和工业化(增材制造工艺突破)的深度融合,促进产业的服务化转型。

将通过“由虚向实” 与“由实向虚” 两个方向,剖析增材制造如何成为数字孪生体的完美搭档,并与数字孪生体共同促进产业的服务化转型,迎接个性化定制时代的到来。


个性化定制时代到来

在产品极大丰富的今天,消费者完全掌握了话语权。“我要与众不同”的理念已经逐渐成为了新时代消费观念的主流,个性化的消费时代已经悄然来临。以满足个性化小群体(如网红粉丝群)乃至个体(私人订制)的DTC(Direct To Consumer)品牌不断出现,DTC营销模式也将日益成为主流。然而要满足消费者的个性化需求并不容易。例如风靡电商行业的网红电商,拥有流量和用户入口,可以与顾客实时互动,挖掘和激发需求,甚至通过商品预发布让用户参与产品设计。但往往缺乏设计能力,也难以建立自己的供应链体系。而对制造商和供应商来说,网红经济的“快闪”特色也对供应链和生产的柔性化和及时性带来极高要求。今天还是流行时尚,一周后可能就是库存垃圾。


DTC 产品营销特色和对供应链及数据的要求

▲DTC 产品营销特色和对供应链及数据的要求来源:飞马旅创投


面对个性化定制的产业模式,需要依据精准营销和供应链模型,进行大量数据交互、销量预测和供应链优化决策,以及实现突破传统思维的产品设计、柔性化制造等需求,数字孪生体和增材制造等技术将提供重要支撑。


数字孪生体在产业中的应用

数字孪生体作为与实体世界对应的数字化表达方式,相对于数字孪生,其“体”的含义突出了系统和体系。比如一台复杂装备、一条产业链或者一个经济体,都可以认为是系统或体系的实体,需要有一个“数字孪生体”与之对应。

数字孪生体在产业中的应用领域由点及面,包含以下三个主要的层面:

-构建产品全生命周期的数字孪生体:加快产品研发和迭代升级

这方面已经有很多成熟应用和案例,不再赘述。

-构建全产业链的数字孪生体:促进产业向“服务型制造”转型

服务型制造是制造与服务融合发展的新型数字化产业形态,是未来制造业数字化转型升级的重要方向。定制化生产是“服务型制造”的典型方式之一,主动将顾客引进产品设计、制造、应用服务过程,主动发现顾客需求,展开针对性服务。企业间基于平台合作,主动实现为上下游客户提供生产性服务和服务性生产,协同创造价值。构建从顾客、市场需求、供应链和物流体系、维护保障等全产业链的数字孪生体,基于各领域数字模型的系统工程整合,有助于促进传统产业向定制化生产模式转变,实现更为敏捷和柔性(JIT)的商业模式。

例如在消费品行业,Adidas等制鞋领军企业实现DTC定制化生产运动鞋,从卖鞋子延伸至运动产业和大健康产业。


《发展服务型制造专项行动指南》

▲《发展服务型制造专项行动指南》来源:中国工控网

-构建实体经济的数字孪生体:促进数字经济发展

数字经济在推动产业经济发展、提高劳动生产率、培育新市场和产业新增长点、实现包容性增长和可持续增长等诸多方面,都发挥着重要作用。数据经济的核心在于“数据驱动发展”,而不像工业经济是“石油”和“机械”驱动发展。通过建立实体经济的数字孪生体,对“数据”和“数字”进行资产化,并建立一整套金融服务体系。模拟决策,引导、实现资源的快速优化配置与再生,可以极大地降低社会交易成本,提高资源优化配置效率,提高产品、企业、产业附加值,推动社会生产力快速发展。

例如阿里巴巴构建了聚集消费者、供应链和制造商的网络电商平台,成为一个超过世界80%国家GDP的经济体,同时也是一个完全数字化的数字孪生体。每个个体都是一个数字孪生子体,精准画像,并以此建立信用和个性化金融服务等服务产品。


增材制造是数字孪生体  在实双向转化上的完美搭档 

增材制造是近30年发展起来的一种微积分式的制造方式,在设计阶段将数模切片微分,制造阶段则在微米级通过精确控制材料积分成型。因此可实现全新的产品设计,使设计师突破传统制造工艺的束缚。




▲增材制造突破传统产品设计的限制来源:卢秉恒院士


从而在实现产品减重(如航天领域)、私人定制(如医疗和制鞋领域)以及全新产品设计(如混合梯度材料设计、嵌入传感器的智能产品)等领域,为设计师拓展了无穷的空间。


▲增材制造突破传统产品设计的限制来源:网络资料


-由虚向实,快速简便实现数字资产的实体制造

增材制造由于不用开模,实现单件生产和批量生产,成本上相差无几,特别适合个性化定制的生产模式。

基于增材思维的产品设计,极大的简化了供应链、制造过程和运维保障。例如整体化设计,减少了供应商和库存,原材料也变得更简单(粉末或丝材);增减材一体化的制造设备,有助于实现基于网络的分布式制造,以及支撑设计工作室的蓬勃发展;对于大型装备的现场修复以及通过现场制造,简化备件保障服务也极具价值。

因此,增材制造是实现定制化生产柔性和及时性(JIT)的重要支撑。


▲增材制造技术对产业的影响来源:安世亚太

-由实向虚,全数字化制造为数字孪生体提供宝贵的过程数据资产

增材制造是一个全数字化的制造过程,数字化是增材制造技术的天然属性,没有数字化就无法实现增材制造。

而且增材制造的数据链是全过程的,从产品设计、仿真优化、工艺参数、加工制造、包装检测及全生命周期的维护保障是全数字化过程实现。因此,每一个增材制造的产品,天然就是一个数据孪生体,包含全生命周期信息。


▲全数字化的增材制造全过程来源:安世亚太和德勤


增材制造全过程产生的数据和算法是核心的数据资产,如在线积累的增材工艺数据包、基于材料在线优化的增材工控算法等。增材工艺仿真优化算法与设备可以相对分离,新的增材工艺数据和基于材料的优化算法,通过在线升级可使工艺水平和产品质量得到持续优化和提升。

由于产品是在工艺参数包的控制下积分制造出来的,因而可以严格控制和记录产品的成型过程和质量,而这些数据对于运维保障及产品迭代升级都极具价值。

—作者—
丁杰

安世亚太战略合作部副总经理,数字孪生体实验室顾问。六西格玛黑带、TOGAF高级认证(2015),美国质量协会ASQ和企业架构联盟AEA会员;二十余年制造业管理咨询和信息化规划,三年增材制造生态圈BD合作经验。

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