用數(shù)字化制造、系統(tǒng)集成和定制化服務(wù)，真正推動我國制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步——訪中國工程院院士、上海交通大學(xué)教授阮雪榆

本刊記者/Reporter 梁玉/LIANG Yu

4月的上海已經(jīng)時(shí)常細(xì)雨紛飛，上海交通大學(xué)（以下簡稱上海交大）的校園也因春雨的到來而倍加溫潤翠綠。在上海交大教授、博士生導(dǎo)師陳軍的引領(lǐng)下，筆者見到了中國工程院院士、上海交通大學(xué)教授阮雪榆。采訪前的些許忐忑在與阮院士見面后即煙消云散，近80高齡的阮院士親切睿智，學(xué)者氣息甚濃。并且在采訪的過程中，他始終把同時(shí)接受采訪的陳軍教授及周雄輝教授兩位高徒放在重要的位置，其愛護(hù)后輩之心時(shí)時(shí)可見。

阮雪榆院士是我國冷擠壓理論與技術(shù)的開拓者，曾成功地研究出黑色金屬冷擠壓技術(shù)，并因首創(chuàng)冷擠壓許用變形程度理論而名揚(yáng)國際。他撰寫的《冷擠壓技術(shù)》等4部專著，對我國冷擠壓技術(shù)的發(fā)展及體系構(gòu)建做出了重大貢獻(xiàn)。此后，阮院士在國內(nèi)率先將CAD/CAM、數(shù)值模擬技術(shù)和人工智能技術(shù)的研究、開發(fā)與應(yīng)用引入到塑性加工和模具制造領(lǐng)域。1983年，在上級單位的支持下建立上海模具技術(shù)研究所，并在此基礎(chǔ)上于1994年成立模具CAD國家工程研究中心。阮院士帶領(lǐng)的科研隊(duì)伍以模具為切入點(diǎn)，在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域完成了多項(xiàng)切實(shí)有效的工作，其技術(shù)成果涉及機(jī)械、電子、汽車、航空航天、船舶及醫(yī)療等眾多行業(yè)。

目前，阮雪榆院士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)主要進(jìn)行模具及數(shù)字化制造（不限于模具）這兩方面的研究，因此，我們的話題也更多地落在了包含模具設(shè)計(jì)制造在內(nèi)的數(shù)字化制造領(lǐng)域。阮院士認(rèn)為，從廣義上講，數(shù)字化是信息化的一部分，但是嚴(yán)格來講，數(shù)字化和信息化是有不同的。信息化是外延，而數(shù)字化是工具、是方法。信息化并沒有創(chuàng)造產(chǎn)品，真正要設(shè)計(jì)出產(chǎn)品則需要數(shù)字化技術(shù)。

定制服務(wù)打造高端市場

長期以來，我國的模具行業(yè)都處于低端混戰(zhàn)、高端失守的局面，尤其是基礎(chǔ)型通用軟件平臺都被國外產(chǎn)品壟斷。據(jù)陳軍教授和周雄輝教授介紹，模具CAD國家工程研究中心也開發(fā)過模具CAD/CAM平臺等底層的平臺，目前有些行業(yè)也在使用。但是在處理特殊功能和復(fù)雜問題及穩(wěn)定性上，國內(nèi)軟件尚不盡如人意。而且即便很多企業(yè)高價(jià)購買了各種知名的商業(yè)化軟件，可是對其應(yīng)用不夠充分，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率的潛力很大，尤其是如果想進(jìn)行專門領(lǐng)域的功能開發(fā)與應(yīng)用。

面對這種實(shí)際情況，阮院士則清醒地走了另外一條道路：不再主推自行開發(fā)的軟件平臺，而是利用成熟的商業(yè)化軟件平臺為客戶做個(gè)性化開發(fā)，也就是定制化服務(wù)，完成客戶需要的高級功能。這種定制化開發(fā)形式靈活、內(nèi)容多樣，在技術(shù)提供方強(qiáng)有力的技術(shù)能力支撐下，可以為客戶，尤其是高端客戶提供更好的服務(wù)，甚至可把生產(chǎn)效率提高數(shù)十倍。對于能夠通用化的技術(shù)可以做成通用功能模塊，對于客戶的特別需求則可以通過定制模塊及數(shù)據(jù)庫的集成達(dá)到要求。

阮院士指出，這是數(shù)字化制造的發(fā)展趨勢，尤其是我國可以通過這種揚(yáng)長避短的方式?jīng)_擊高端市場，做精做強(qiáng)。他們一方面潛心進(jìn)行新的理論研究，同時(shí)又積極與企業(yè)合作將研究結(jié)果商品化，利用知識工程技術(shù)在通用平臺上進(jìn)行應(yīng)用，解決實(shí)際生產(chǎn)問題。

數(shù)字化制造的系統(tǒng)集成成為發(fā)展主流

定制化需求的背后自然是客戶的更高要求，尤其是希望能得到“一條龍”的全套、優(yōu)質(zhì)服務(wù)。因此，為客戶提供數(shù)字化集成的整體解決方案將成為軟件技術(shù)服務(wù)商今后的重要工作，阮院士及其眾弟子則領(lǐng)先一步邁上了這條數(shù)字化集成的道路。

陳軍教授說，如果知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)做得好，當(dāng)然可以做一些類似機(jī)械中的標(biāo)準(zhǔn)件之類的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，但是面對高端、復(fù)雜的產(chǎn)品，單一的軟件就難以提供這樣的功能。對于高端企業(yè)希望進(jìn)一步提高各方面能力的需求，則要求設(shè)計(jì)、仿真、制造等很多過程一體化，軟件的現(xiàn)有功能更是難以企及這個(gè)高度。因此，集成化制造與定制化服務(wù)一樣，也將成為未來數(shù)字化制造的主流。阮院士說，系統(tǒng)集成的概念在高技術(shù)中是不可缺少的。集成的概念就是通過基礎(chǔ)的平臺，把各項(xiàng)技術(shù)高度融合在一起，這個(gè)技術(shù)集成鏈條則是以高質(zhì)、高效作為目標(biāo)。采訪中，阮院士一再強(qiáng)調(diào)，不要拘泥于完全自主知識產(chǎn)權(quán)，真正的自主知識產(chǎn)權(quán)的含義并不是說所有的原材料都必須是自己做的。他還舉了一個(gè)形象的例子：某飯店的蠔油牛肉做得好吃，但是不必要求這頭牛也是飯店養(yǎng)的，牛吃的草也是飯店種的。把各項(xiàng)成熟的產(chǎn)品或技術(shù)合理地集成在一起，并運(yùn)用自身的優(yōu)秀技能最大限度地用好這些產(chǎn)品或技術(shù)，使之發(fā)揮最大的功效才是企業(yè)所追求的目標(biāo)。好材料不一定能造出好劍，有干將、莫邪的本事才能鍛造出絕世寶劍。如何更好地完成數(shù)字化集成，將成為數(shù)字化技術(shù)提供商必要的工作內(nèi)容。

多管齊下促進(jìn)技術(shù)發(fā)展

為了更好地為客戶提供定制化服務(wù)，并提供優(yōu)秀的集成化解決方案，阮院士的團(tuán)隊(duì)通過不懈的努力，如今手中已擁有多項(xiàng)重要技術(shù)，阮院士認(rèn)為這些技術(shù)也將是數(shù)字化制造技術(shù)的支撐性技術(shù)，不可或缺。

(1)阮院士認(rèn)為，可視化的圖形是要有功能的圖形，即將可視化與其他技術(shù)相結(jié)合，例如數(shù)字風(fēng)洞。

(2)高效率設(shè)計(jì)。其中的內(nèi)容首先是數(shù)據(jù)輕量化。談到數(shù)據(jù)輕量化技術(shù)時(shí)，阮院士特意把裝裱在辦公室墻上的一封感謝信取下來拿給筆者看。這是平田機(jī)工株式會社董事副總經(jīng)理平田雄一郎2010年發(fā)來的感謝信，由于阮院士團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)輕量化技術(shù)，使這家日本企業(yè)的同樣工作在不改變所用軟件的情況下，工作時(shí)間從原來的2～3天縮短到1小時(shí)，并且此項(xiàng)技術(shù)還可以應(yīng)用到其他設(shè)備設(shè)計(jì)上，使這家日本企業(yè)未來也能得到更多的收益。而這個(gè)項(xiàng)目在日本國內(nèi)卻是多年沒有完成的課題，因此感謝信中把阮院士團(tuán)隊(duì)的工作稱為“劃時(shí)代的自動設(shè)計(jì)”。同時(shí)，阮院士也一再強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)輕量化是周雄輝教授的拿手之作。

高效率設(shè)計(jì)的另一個(gè)方法是智能設(shè)計(jì)。智能設(shè)計(jì)就是把企業(yè)現(xiàn)有的知識做到軟件中去，以此實(shí)現(xiàn)知識的傳承與共享，并在未來的實(shí)踐中衍生出新知識。對于智能設(shè)計(jì)的應(yīng)用，阮院士也不無自豪地舉了一個(gè)例子：陳軍教授把數(shù)年前在國外學(xué)習(xí)掌握的知識工程方法帶回國內(nèi)，并曾在為國內(nèi)某企業(yè)的定制式軟件開發(fā)中加以應(yīng)用，將過去需要一個(gè)多星期的設(shè)計(jì)時(shí)間縮短為40分鐘。阮院士說，高效率設(shè)計(jì)的效果十分顯著。

(3)產(chǎn)品性能預(yù)測。阮院士說，產(chǎn)品性能預(yù)測是需要重點(diǎn)推廣的一項(xiàng)技術(shù)，對于某種產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不應(yīng)該做好之后發(fā)現(xiàn)毛病再改，而是要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就通過各種手段做性能預(yù)測，尤其是數(shù)字化產(chǎn)品性能預(yù)測，則可以極大地降低試驗(yàn)成本、縮短試驗(yàn)周期。目前，產(chǎn)品性能預(yù)測在國內(nèi)的軟件中涉及很少，因此對這項(xiàng)技術(shù)的理解尚不夠深入。對此，陳軍教授指出，要想使產(chǎn)品預(yù)測試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，必須達(dá)到如下4個(gè)要求：首先軟件要選對，軟件選得不合理，計(jì)算結(jié)果肯定不可靠。其次，數(shù)值仿真時(shí)要輸入合適的力學(xué)性能參數(shù)，基礎(chǔ)的力學(xué)性能參數(shù)和邊界條件必須要依靠基礎(chǔ)試驗(yàn)才能得到，才能用于檢驗(yàn)復(fù)雜工況的物理實(shí)驗(yàn)，絕不能照搬書本。第三，材料模型和計(jì)算方法要選對。第四，很多不具有物理意義的純仿真計(jì)算參數(shù)的設(shè)置要準(zhǔn)確。這4個(gè)方面都要非常準(zhǔn)確、合理，才能得到正確的結(jié)果，正確合理應(yīng)用軟件方能事半功倍。

(4)產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化，也就是找到最好的設(shè)計(jì)方案。阮院士說，如果產(chǎn)品批量小就是可靠性設(shè)計(jì)；產(chǎn)量大的，就是穩(wěn)健設(shè)計(jì)，六西格瑪就是衡量標(biāo)準(zhǔn)。

(5)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。阮院士介紹說，長期以來，多種軟件格式的轉(zhuǎn)換都是難題，尤其是包含了各類制造精度要求和裝配信息的數(shù)據(jù)，在轉(zhuǎn)換的過程中經(jīng)常會發(fā)生數(shù)據(jù)丟失，如果是海量數(shù)據(jù)或是復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)據(jù)丟失則是非常麻煩的。因此，數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工作的良好效果為我國數(shù)字化制造提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。

目光遠(yuǎn)大走國際化道路

我國數(shù)字化制造的技術(shù)水平總體來說與國外先進(jìn)技術(shù)有不小的差距，筆者也試圖從阮院士這里得到行之有效的解決方案。阮院士說，在承認(rèn)國外技術(shù)水平總體先進(jìn)的基礎(chǔ)上，一定要明確不是每個(gè)國外企業(yè)都是先進(jìn)的。國內(nèi)也有眾多的優(yōu)秀人才，例如模具CAD國家工程研究中心就擁有多位來自不同學(xué)科的高技術(shù)人才，利用多學(xué)科優(yōu)勢，把材料工程、圖形學(xué)、力學(xué)等技術(shù)結(jié)合起來，齊心協(xié)力就可以完成外國人不能完成的設(shè)計(jì)。

中：阮雪榆院士；右：陳軍教授；左：周雄輝教授

與此同時(shí)，注重國際化合作也是阮院士多年來的工作思路之一。他曾在國內(nèi)率先提出了與國際合作的新模式—共建聯(lián)合研究室，既能解決企業(yè)的實(shí)際問題，也能學(xué)習(xí)到國外的最新技術(shù)。阮院士先后建立了30多家聯(lián)合研究室和應(yīng)用中心，如福特C3P聯(lián)合研究室、瑞士FEINTOOL聯(lián)合研究室和美國TAKATA聯(lián)合研究室等，并得到聯(lián)合國教科文組織的資助，成立了“冷鍛技術(shù)教席”。在阮院士這種開放式的思路指導(dǎo)下，模具CAD國家工程研究中心也得到了國際學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度評價(jià)。

采訪的最后，阮院士語重心長地說，年輕的科技工作者一定要記?。阂鰢倚枰臇|西。中國需要的是實(shí)實(shí)在在的技術(shù)進(jìn)步，我們要做的就是高質(zhì)量的設(shè)計(jì)與服務(wù)，如果單純地追求數(shù)量而沒有了質(zhì)量，那么結(jié)果等于零。

翻看著阮院士多年前撰寫的《冷擠壓技術(shù)》一書，筆者心里感觸頗深，正是有了阮院士這樣全身心投入到科研工作中的老一輩科學(xué)家，我國的制造行業(yè)才有了今天的長足進(jìn)步，也真心希望國內(nèi)各科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)能從阮院士的經(jīng)驗(yàn)中得到啟示，共同推進(jìn)我國制造業(yè)的發(fā)展。

前行路上，有你有我。