2016年9月6日，GE出資6.85億美元收購瑞典著名工業(yè)級3D打印機制造商Arcam公司，Arcam公司擁有電子束熔融（EBM）金屬3D打印技術(shù)，是全球頂尖的金屬3D打印設(shè)備供應(yīng)商之一。GE在美國匹茲堡設(shè)立了增材制造工廠，西門子則在瑞典設(shè)立了增材制造工廠。
首先是一系列關(guān)鍵技術(shù)的蓬勃發(fā)展和國際主流公司的高度關(guān)注。
增材制造（三維打?。?/strong>
惠普發(fā)布工業(yè)3d打印機Multi
主流的IT廠商開始進軍該領(lǐng)域，例如惠普推出能夠打印真彩色和多種材料的多射流熔融(Multi-Jet Fusion)技術(shù)的3D打印機（型號分別是3200和4200），宣稱打印速度比其他三維打印機快十倍。我認為打印機巨頭惠普公司早就應(yīng)該進軍三維打印領(lǐng)域，如今惠普終于發(fā)力。實際上，3DSYSTEM并購的Z-CORP公司一直使用惠普的噴墨技術(shù)。
歐特克公司則推出基于DLP技術(shù)（數(shù)字光處理，Digital Light Processing）的Ember三維打印機和開放的Spark三維打印平臺，該平臺已與Windows10操作系統(tǒng)進行了集成。
Autodesk推出的三維打印機Ember
2016年9月6日，GE出資6.85億美元收購瑞典著名工業(yè)級3D打印機制造商Arcam公司，Arcam公司擁有電子束熔融（EBM）金屬3D打印技術(shù)，是全球頂尖的金屬3D打印設(shè)備供應(yīng)商之一。GE在美國匹茲堡設(shè)立了增材制造工廠，西門子則在瑞典設(shè)立了增材制造工廠。
今年4月我們考察全球激光加工巨頭通快集團時，也觀摩了該公司開發(fā)的金屬材料增材制造設(shè)備。最近，由華中科技大學(xué)張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的“鑄鍛銑一體化”金屬3D打印技術(shù)，成功制造出了世界首批3D打印鍛件。
通快集團發(fā)布的增材制造設(shè)備
運用該技術(shù)生產(chǎn)零件，其精細程度比激光3D打印提高50%。同時，零件的形狀尺寸和組織性能可控，大大縮小產(chǎn)品周期。該技術(shù)以金屬絲材為原料，材料利用率達到80%以上，而絲材料價格成本僅為目前普遍使用材料的十分之一左右。在熱源方面，因使用高效廉價的電弧，成本也只需進口激光器的十分之一。
全球IT巨頭、制造業(yè)巨頭和學(xué)術(shù)界的共同關(guān)注，市場對個性化定制需求的迅速增長，推動了增材制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
此在次西門子產(chǎn)業(yè)分析師大會上，西門子重點強調(diào)了Mindsphere，該平臺的定位是開放的工業(yè)云平臺，可以接入各種傳感器的信息，制造企業(yè)可將其作為數(shù)字化服務(wù)，例如預(yù)測性維護、能源數(shù)據(jù)管理以及工廠資源優(yōu)化的基礎(chǔ)。
Mindsphere的定位類似GE的Predix，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接入平臺，PTC于2016年2月并購的Kepware也屬于類似平臺。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)平臺方面，PTC已經(jīng)先行一步，形成了以ThingWorx為基礎(chǔ)的整體解決方案，可以用于開發(fā)各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
PTC的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用整體方案
IBM、微軟、INTEL、ORACLE、SAP等主流IT廠商也紛紛將物聯(lián)網(wǎng)作為主攻方向，ANSYS推出了支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的仿真解決方案，中國電信也于近期發(fā)布了物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略。華為在今年的漢諾威工業(yè)展上展出了車聯(lián)網(wǎng)解決方案。通過實現(xiàn)對各種物體，尤其是移動設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析與行業(yè)應(yīng)用，在智能家居、智能交通、智慧醫(yī)療和智能服務(wù)等領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)將會有非常廣闊的應(yīng)用場景和發(fā)展空間。
三維可視化技術(shù)
西門子、PTC和達索系統(tǒng)三大PLM主流廠商紛紛強調(diào)Digital Twin（數(shù)字映射）技術(shù)，實現(xiàn)實際產(chǎn)品和數(shù)字產(chǎn)品模型的虛實融合，實際車間與數(shù)字化車間的虛實融合。沈陽機床集團的i5機床實現(xiàn)了加工中心的真實加工過程和數(shù)字模擬的加工過程的虛實融合，通過手機掃描二維碼，可以在加工中心進行實際產(chǎn)品加工時，在手機上看到對產(chǎn)品三維模型的加工仿真過程。
沈陽i5機床實現(xiàn)了
產(chǎn)品的虛實融合技術(shù)使企業(yè)可以將從實際產(chǎn)品中，通過傳感器和物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)，對數(shù)字產(chǎn)品模型進行仿真分析，從而實現(xiàn)不僅知其然，而且可以知其所以然，幫助企業(yè)改進產(chǎn)品。車間的虛實融合技術(shù)將車間的三維數(shù)字模型與MES系統(tǒng)反饋的設(shè)備狀態(tài)等實時信息結(jié)合起來，從而可以展示出車間的實時狀態(tài)，為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)提供了新的途徑。
達索系統(tǒng)一直將虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）作為重要的發(fā)展方向，達索系統(tǒng)在2014年就曾幫助東風汽車利用AR技術(shù)發(fā)布新車；PTC公司通過并購增強現(xiàn)實技術(shù)平臺Vuforia，幫助企業(yè)快速構(gòu)建AR應(yīng)用。天河軟件幫助海爾膠州工廠實現(xiàn)了虛實融合應(yīng)用，深圳華龍迅達科技公司幫助多家煙草企業(yè)實現(xiàn)了車間生產(chǎn)的虛擬仿真，武漢創(chuàng)景可視技術(shù)公司則幫助東莞勁勝實現(xiàn)了虛擬智能工廠的應(yīng)用。另外，輕量化三維模型則可以幫助企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)過程的無紙化，這也是制造企業(yè)非常關(guān)注的應(yīng)用熱點。
東莞勁勝的虛擬智能工廠
協(xié)作機器人（COBOT）
以往的工業(yè)機器人都是與人隔開，孤立地工作。2015年，ABB推出雙臂的14軸協(xié)作機器人YUMI，可以幫助電子工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小件裝配的自動化應(yīng)用，將人與機器人并肩合作變?yōu)楝F(xiàn)實。博世也推出協(xié)作機器人APAS，它是協(xié)作機器人中首個獲得認證的助理系統(tǒng)，可以協(xié)助人類工作，且無需任何額外的防護。
Bosch APAS Co-Robot
機器人的保護皮衣是觸覺檢測裝置，當檢測到人靠得太近時，其會自動降低運行速度，相當于隱形的防護網(wǎng),在人離開該區(qū)域后，機器人會自動恢復(fù)正常速度。
優(yōu)傲（Universal Robot）發(fā)布了最輕便的協(xié)作機器人UR3，自重僅為24.3磅，但是有效負載卻高達6.6磅，所有腕關(guān)節(jié)均可360度旋轉(zhuǎn)，而末端關(guān)節(jié)可作無限旋轉(zhuǎn)。這些獨特的功能使得UR3成為現(xiàn)今市場上最靈活輕便、并且可與工人一起肩并肩工作的臺式機器人。人機協(xié)作，已成為現(xiàn)實，將徹底改變未來工廠的生產(chǎn)組織和工人的工作方式。
材料創(chuàng)新
世界材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以每年約30%的速度增長，化工新材料、微電子、光電子、新能源是研究最活躍、發(fā)展最快的新材料領(lǐng)域，復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣闊。圍繞著材料創(chuàng)新，國內(nèi)外都在開展產(chǎn)學(xué)研的協(xié)作。復(fù)合材料的制造工藝與傳統(tǒng)的金屬材料制作工藝和制造裝備差別很大。既能夠保持材料的強度，又能夠減輕重量，是復(fù)合材料的一大優(yōu)勢。
眾所周知，波音787飛機復(fù)合材料的使用率已經(jīng)達到了50%。CIMDATA已經(jīng)將材料工程作為產(chǎn)品創(chuàng)新平臺的核心組成部分。在美國國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中，已建成的九個研究所，就包括了輕型現(xiàn)代金屬制造業(yè)創(chuàng)新研究所、復(fù)合材料制造創(chuàng)新研究所、革命性纖維和紡織品創(chuàng)新制造研究所等與材料創(chuàng)新直接相關(guān)的研究機構(gòu)，足以說明美國對材料創(chuàng)新的重視。
空中客車基于復(fù)合材料的概念飛機
在新能源領(lǐng)域，石墨烯材料的應(yīng)用也被寄予厚望。
人工智能技術(shù)
IBM Watson的認知計算技術(shù)正應(yīng)用到各個行業(yè)。在今年的漢諾威工業(yè)展上，IBM展出了認知計算與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的應(yīng)用。IBM研究院高級研究員王健博士在e-works承辦的首屆工業(yè)軟件與制造業(yè)融合發(fā)展高峰論壇上演講時，介紹了一個通過認知計算提高產(chǎn)品質(zhì)量的案例：
首先通過物聯(lián)網(wǎng)對生產(chǎn)過程設(shè)備工況工藝參數(shù)等信息進行實時采集，再對產(chǎn)品質(zhì)量缺陷進行檢測和統(tǒng)計；然后，在離線狀態(tài)下，利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)挖掘產(chǎn)品缺陷與物聯(lián)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，形成控制規(guī)則；接下來在在線狀態(tài)下，通過增強學(xué)習(xí)技術(shù)和實時反饋，控制生產(chǎn)過程減少產(chǎn)品缺陷；最后集成專家經(jīng)驗，改進學(xué)習(xí)結(jié)果。
IBM認知計算技術(shù)用于提高產(chǎn)品質(zhì)量
另外，語音識別技術(shù)在制造業(yè)也開始得到應(yīng)用，例如Honeywell推出了語音揀貨技術(shù)。華中科技大學(xué)李德群院士開發(fā)的智能注塑機，也采用了人工智能技術(shù)來計算最優(yōu)化的工藝參數(shù)，從而大大提高產(chǎn)品的合格率，顯著減低能耗。
其次，制造業(yè)新技術(shù)之間的協(xié)同應(yīng)用，取得了顯著突破。
例如，增材制造技術(shù)與機器人加工、CAE分析、拓撲優(yōu)化、材料創(chuàng)新，以及傳統(tǒng)的切削加工結(jié)合起來，提高制造效率、提升制造精度、顯著降低零件重量、明顯提升零件強度，大幅度降低制造成本。
德國機床巨頭DMG MORI已率先推出增材制造和切削加工（減材制造）實現(xiàn)混合制造的加工中心。在此次全球產(chǎn)業(yè)分析師會議上，西門子也介紹了Generative Design（衍生設(shè)計）技術(shù)。歐特克非常重視衍生設(shè)計技術(shù)，其核心是增材制造技術(shù)與拓撲優(yōu)化技術(shù)的集成應(yīng)用。美國的高端運動品牌Under Armour已經(jīng)使用了Autodesk衍生設(shè)計技術(shù)和三維打印技術(shù)來制造運動鞋。
美國高端運動鞋品牌Under Armour
使用Autodesk衍生設(shè)計技術(shù)和三維打印技術(shù)
制作的運動鞋
西門子在此次產(chǎn)業(yè)分析師會議上展示了將機器人加工與增材制造集成應(yīng)用的典型案例。下圖展示的是加工仿真的過程和增材制造的碳纖維材料實物零件。
西門子展示的機器人加工與
增材制造集成應(yīng)用案例
又如，一家創(chuàng)業(yè)公司Yooshu，將三維掃描、逆向工程、機器人加工等技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了沙灘鞋的個性化定制。
Yooshu的沙灘鞋個性化定制
以往由于可制造性的限制，需要將多個零件進行裝配或者焊接成一個部件，而工業(yè)再設(shè)計技術(shù)提供了新的選擇。通過對該部件進行結(jié)構(gòu)仿真與優(yōu)化，再通過增材制造或精密鑄造，可以將部件簡化為一個零件進行制造。同時，還可以選擇新型材料，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進行輕量化設(shè)計。這方面，安世亞太已與蘇氏精密聯(lián)合開展了卓有成效的實踐：
下圖中的SUV驅(qū)動前橋部件原來有78個零件，通過工業(yè)再設(shè)計，整合為一個零件。工業(yè)再設(shè)計技術(shù)幫助企業(yè)顯著降低成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量和精度。
SUV驅(qū)動前橋原始的設(shè)計方案
需要將78個零件進行焊接
進行結(jié)構(gòu)仿真與優(yōu)化
再通過精密鑄造整合為一個零件
國外對增材制造技術(shù)的研究與應(yīng)用非常關(guān)注應(yīng)用中的實際問題，例如打印大型構(gòu)件時，需要分解為多個小構(gòu)件，制造完成后再進行焊接或鉚接。Autodesk公司完成的空客支撐件增材制造，就使用了相關(guān)技術(shù)。
歐特克公司與空客集團
進行的增材制造合作實踐
IBM提出了認知物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。其中一個典型案例是通過對物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)進行深度學(xué)習(xí)和認知計算，實現(xiàn)對設(shè)備的預(yù)測性維護，大大減少設(shè)備的故障停機時間。
關(guān)注本刊微信訂閱號