美国防部首份《增材制造战略》解析
附:《增材制造路线图》vs《增材制造战略》
2016年11月30日,美国防部发布《增材制造路线图》。该路线图由美国增材制造创新机构(美国造)和德勤公司负责制定,美陆海空三军和国防后勤局全程参与。路线图针对系统、高效地提升增材制造技术/制造成熟度的活动,为国防部实施合作与协调投资提供了基础和框架。
美国防部于2016年发布的《增材制造路线图》文件封面(美国防部图片)
(1)三类应用范围维修与保障:应用地点主要位于后勤中心、机库和本土作战基地。应用方向包括零件制造——特别是在替换已过时淘汰的零件和电子器件时;使用增材制造方法维修;制造过程辅助——包括模具、工装、夹具等;原型制造——用于快速创新和逆向工程。
部署与远征:应用地点主要位于航母、潜艇、战场和海外作战基地。应用方向包括零件快速制造——能够缩短后勤链条并按需生产关键任务零件;使用增材制造方法维修;原型制造。
新部件/系统的采办:应用地点主要位于新采办平台的承包商和供应链。应用方向包括新部件和系统——通过面向增材制造的设计,充分发挥增材制造的优势;制造过程辅助;原型制造——用于部件/系统的快速研制。
(2)四个技术领域路线图包含设计、材料、工艺、价值链4个技术领域,与“美国造”2015年发布的反映工业界广泛需求的机构路线图保持一致,包括雷神和罗·罗在内的诸多国防制造商已将其内部研发投资按照机构路线图进行了重组。
设计:在新的设计手段和工具上驱动技术提升,释放增材制造技术的潜力。聚焦设计工具的标准化,以及降低从事增材制造设计门槛,特别强调逆向工程和医疗应用。目标包括开发耐久、集成和智能的设计工具;实现面向增材制造的设计;提升逆向工程能力;制定面向功能性的设计(基于应用的设计)的指导方针。
材料:面向性能表征的基准数据构建知识体,消除成品材料性能的波动。特别强调中央数据中的数据/模型标准化和管理,利用先进综合计算材料工程的合格鉴定和认证,以及特定类型材料的开发。目标包括定义标准增材制造材料的需求;建立供应商资格认证程序,鼓励扩大材料供应源;研发增材制造材料;创建明确的、可访问的谱系化数据集及架构;建立一个国防部层面的增材制造材料和工艺数据库;开发基于模型的方法,加速材料的合格鉴定与认证。
工艺:在实现更快速、更精确和更高解析度增材制造的机床方面驱动技术提升,改善制造工艺和零件表面质量。提升原位感知和反馈控制,开发一套新工艺能力(包括远征应用),以及更耐久的标准。目标包括开发无损评价和工艺流程控制方法;建立稳定和耐久的增材制造工艺;研制开放式架构的设备。
价值链:面向端到端价值链的增材制造产品成本和上市周期,在实现大幅降低成本和周期方面鼓励技术提升。聚焦数字线索,构建增材制造的商业/作战案例,以及将增材制造与传统供应网络紧密集成。目标包括构建成本模型和决策工具;开发零部件和系统的合格鉴定与认证方法;建立赛博基础设施,确保赛博安全;建立增材制造的物理基础设施;商业运营模式,涉及增材制造的知识产权、数据权利和承包合同问题。
(3)使能要素
国防部认为文化改变、劳动力发展、数据管理、政策改变是增材制造路线图成功实施的四个使能要素。可以看出,《路线图》中的许多发展要素在《战略》中都有体现,例如制定政策、鉴定与认证标准化、构建数字线索、数据管理、赛博安全、逆向工程等,表明《路线图》仍具备一定的合理性。在应用领域方面,《路线图》更侧重于增材制造在作战与保障中的使用,《战略》则扩展为战备完好性和发展优势能力,并强调增材制造不仅应满足短期的快速采用,也可用于长期的系统优化。依据《路线图》提出的四项使能要素,《战略》作出了更为详细的规划与指导,以促进增材制造在国防部范围内的广泛采用。可以说,《战略》是基于《路线图》初步试行后制定的更顶层的战略规划。据《战略》称,后续将会对《路线图》进行更新,纳入更先进的技术和来自军方项目的信息,并调整研发、采办、后勤和业务流程投资。届时,国防部对增材制造推行路径的发展规划与变动将更为清晰 。
(中国航空工业发展研究中心 阴鹏艳)
本篇供稿:系统工程研究所
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