计算机能思维吗,为什么 方案解读：当正向设计“遇见”增材制造(4)

图7 以逆向设计为主线的现有技术分析示意流程[3]

对于自主研发创新模式下的分析竞争对手的现有技术和产品，本质上和引进消化吸收模式中的消化吸收是一致的，差别只是在，是否包括了研发最前端的市场需求和业务需求开发和分析。所以，现有技术分析（参见图7泳道图给出的示例流程）包含了比引进消化吸收更高水平的逆向设计活动（如图6箭头所示），而且是在自主研发创新模式正向设计框架下的逆向设计。

由于系统工程是保证把复杂的事情做对、做好、做快的一套方法论，所以，对系统工程框架的依赖程度或者说对系统工程过程的符合程度，不但是衡量逆向设计能力成熟度的重要指标，更是衡量正向设计能力成熟度的重要指标。正向设计能力建设是一个长期、动态、系统的学习和实践的积累过程，兼收并蓄，纲举目张，以系统工程为框架，以设计制造一体化为方向，从没按系统工程过程的低水平“正向”设计，到系统工程过程模型方法指导的产品正向设计，再到系统工程过程模型方法指导的产品和工艺正向设计，最后到基于系统工程框架的、实现了（产品、材料、工艺）设计制造一体化的、整个产品系统全生命期的正向设计，最终完成由低端走向高端的正向设计能力成熟度提升。

2.1.2 正向设计与增材制造

增材制造是指基于类似数学微积分的离散-堆积原理，由零件三维数据驱动和计算机自动控制实现精确可控的，逐层增加材料直接制造零件的数字制造技术。相比减材和等材制造，增材制造无模具、无工装，但它绝不仅仅是一种新的制造加工工艺方法，而是新一轮科技革命和产业革命中将会改变人类生产方式和生活方式的重要引擎和颠覆性技术体系。这种颠覆性体现在，除了这种新的制造工艺带来的，可在一台设备上快速精密制造出任意复杂形状的零件，大幅度减少零件数目和加工工序、缩短加工周期、节省原材料、降低能耗等众多好处外，更重要的是，它实现了结构设计、高性能材料制备、复杂构件制造的一体化，并为宏观上的结构设计和微观上的材料制备带来革命性的变化：[11-15]

增材制造技术背后的增材思维是一场设计的革命，它完全打开了设计枷锁，DFM（制造）、DFA（装配）等基于减材制造的传统设计方法少有用武之地，设计人员可以真正回归用户需求，进行面向功能的设计（DFF）或面向增材制造的设计（DFAM），按照价值、功能和能量的观点，使设计与工艺、设计与制造之间不再是因果与顺序关系而是互为激励的活系统，以效法自然的方式实现大型/超大型构件或结构系统、复杂/超复杂构件或结构系统、多品种小批量个性化产品的低成本创新设计和快速制造，乃至创造超常结构实现超常功能。

传统制造工艺的焊接、热处理、及镀、喷、涂、氧化、化合、硬化等表面处理是用宏观粗放的手段实现微观材料特性的调整和变性。而增材制造是以精微材料为起点、以数字化控制为手段，创造性地实现了在零件制造过程的同时在制备材料（乃至将不同材料创造性地复合在一起，甚至合成出新材料）、制备材料的同时在制造零件。即将传统上材料选择制备和工艺加工的串行过程转变为成性和成形的并行过程，从宏观转向微观，实现结构力学与材料力学组合突破，提升对产品本身性能、对材料组织结构和性能以及制造过程更为精密、精确的控制能力，实现高性能新材料数字化制备能力，特别是高性能非平衡材料、高活性难熔难加工材料、高性能梯度材料的制备，以及高性能材料多尺度复合制备和新材料/超材料制备。

可以预见，随着3D打印技术规模产业化，传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合都将面临深度调整。按工业门类和产品种类划分由化工厂组织工业品生产制造的壁垒将逐步消失，进而开启端到端（客户需求端到满足客户需求端）的时代：备品备件库将逐步取消，现场制造与修复等等高效维修保障模式将成为主流，武器装备的舰载式或战场移动激光成形与修复系统、乃至太空制造正在逐步登上舞台；基于工业云、物联网、虚拟现实等技术的分布式制造、泛在制造、社会制造等近乎零边际成本的生产模式将成为现实。

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