工業(yè)再設(shè)計：將生態(tài)理念植入工業(yè)品研發(fā)

傳統(tǒng)工業(yè)品給人們留下的印象往往是“傻大黑粗”，“低效能”也是一直被詬病的問題。在過去，節(jié)能技術(shù)是一種可有可無的“附屬品”。但今天，環(huán)保的重要性已不可忽視，并且成為工業(yè)品性能、品質(zhì)改善過程中必須關(guān)注的重要方向。隨著工業(yè)企業(yè)對“中國制造 2025”的深入踐行，生態(tài)設(shè)計和綠色制造成為大勢所趨。

安世亞太提出工業(yè)再設(shè)計戰(zhàn)略，就是利用工程仿真手段和精密鑄造工藝創(chuàng)新對現(xiàn)有傳統(tǒng)工業(yè)品的設(shè)計過程和工藝過程進(jìn)行優(yōu)化、完善與升級。從設(shè)計源頭開始基于先進(jìn)精密鑄造工藝、仿真及優(yōu)化手段，進(jìn)行工業(yè)品再設(shè)計，在提高工業(yè)品性能和品質(zhì)的同時，使其走向集成化、輕量化和智能化，有力地推動和建立我國生態(tài)設(shè)計和綠色制造的工業(yè)模式。

一、精密鑄造的綠色制造基因

與傳統(tǒng)制造業(yè)的去料加工技術(shù)相比，以 3D打印為代表的快速成型技術(shù)被看作是引發(fā)新一輪制造革命的關(guān)鍵要素。精密鑄造技術(shù)可以稱為是“金屬材料的 3D打印”，并且具有弱化材料選擇性、規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)勢。

相較于傳統(tǒng)的制造工藝，蘇氏精密鑄造工藝實現(xiàn)了重要的技術(shù)創(chuàng)新。以高精度的近凈形、近凈重和近全吻合受力狀態(tài)的能力，制造傳統(tǒng)工藝無法、難以或不值得加工的精密零部件，并免除后續(xù)加工，實現(xiàn)“無論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜皆可制造”的目標(biāo)。

“蘇氏集成精密成型技術(shù)體系”是在傳統(tǒng)失蠟熔模精密鑄造工藝基礎(chǔ)上，對所有工藝流程經(jīng)過 100多項微創(chuàng)新而發(fā)展起來，實現(xiàn)了精密鑄造領(lǐng)域的“系統(tǒng)集成創(chuàng)新”，基本上杜絕了傳統(tǒng)鑄造工藝容易產(chǎn)生的質(zhì)量問題，尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量均全面超越國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)。這種突破性的新工藝對綠色制造具有直接推動作用。

通過集成精密成型技術(shù)體系的應(yīng)用，可以在確保產(chǎn)品功能和性能指標(biāo)的前提下，弱化產(chǎn)品對材料性能的苛求，拓寬材料的選擇范圍，在組件設(shè)計過程中去除“多余質(zhì)量”，實現(xiàn)產(chǎn)品及組件的減重；可獲得精確的近凈形尺寸精度與形位公差原件，減少或免除產(chǎn)品后續(xù)的加工或處理流程，大幅度簡化復(fù)雜精密零件產(chǎn)品及組件的制造工藝流程；此外，可以一次性加工制造含多個零件的組件或產(chǎn)品，簡化產(chǎn)品或組件的集成制造，達(dá)到綜合成本更低、綜合性能更高的目的。

目前，我國鑄造工藝水平低，資源消耗大，且環(huán)境污染嚴(yán)重，平均能耗為工業(yè)發(fā)達(dá)國家的 1.6倍，平均排污量是工業(yè)發(fā)達(dá)國家的 3～ 6倍。通過產(chǎn)品輕量化、簡化加工制造流程和提高產(chǎn)品集成度，可以從總體上減少資源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排，并為生態(tài)設(shè)計提供基礎(chǔ)支撐。

二、工業(yè)再設(shè)計：將生態(tài)理念植入工業(yè)品研發(fā)

研究表明，工業(yè)產(chǎn)品 80%的資源消耗和環(huán)境影響取決于產(chǎn)品設(shè)計階段，這使得生態(tài)設(shè)計和綠色設(shè)計受到了越來越多的青睞。所謂生態(tài)設(shè)計就是在設(shè)計階段，充分考慮現(xiàn)有技術(shù)條件和原材料保障等因素，力求產(chǎn)品在全生命周期中優(yōu)化解決各個環(huán)節(jié)資源環(huán)境問題。

由于打破了傳統(tǒng)鑄造工藝的束縛，產(chǎn)品設(shè)計就無需采用原來的設(shè)計思路和方法，從而產(chǎn)生工業(yè)品的重新設(shè)計和改造，即工業(yè)再設(shè)計。工業(yè)再設(shè)計將生態(tài)理念深入到工業(yè)品研發(fā)中，形成對綠色制造的強(qiáng)有力支持。

如實施工業(yè)再設(shè)計，設(shè)計師可以重新設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分離面，如無特定必要，產(chǎn)品部件可以設(shè)計為一體化結(jié)構(gòu)，無需由大量零件構(gòu)成。僅此一項改變，對當(dāng)前產(chǎn)品的各方面都會帶來直接的改觀：性能明顯提升，全結(jié)構(gòu)具有均衡的可靠性，材料可以替換至最低標(biāo)準(zhǔn)，重量下降，載重量提升，保障功能性能的前提下動力要求降到最低，成本下降，以及能耗環(huán)保指標(biāo)的提升。

同時，利用工程仿真和優(yōu)化技術(shù)，可以盡早進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和虛擬試驗與制造的迭代，獲得最合理的結(jié)構(gòu)、最好的加工方式、高成功率的試驗以及最合理的制造裝配模式。結(jié)構(gòu)和工藝集成優(yōu)化設(shè)計技術(shù)將工程仿真體系、精密鑄造工藝技術(shù)體系集成在一起，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)與材料力學(xué)的最優(yōu)組合，用最少的材料與最有效的空間實現(xiàn)結(jié)構(gòu)共享，受力共擔(dān)，使“剛?cè)岵?jì)”、等剛性體和等強(qiáng)度體的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最符合價值工程的效果。

由于無需擔(dān)心不能制造，可以對當(dāng)前產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)做大膽優(yōu)化，產(chǎn)生與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異巨大的產(chǎn)品。這種優(yōu)化通過材料的重新布局和選擇，形成全新的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有等強(qiáng)度、等剛性、剛?cè)岵?jì)和隨力應(yīng)變等特性，并對當(dāng)前產(chǎn)品性能、重量、材料、成本和能耗等各項指標(biāo)產(chǎn)生跨量級的正面影響。

通過優(yōu)化手段對工業(yè)品再設(shè)計，在產(chǎn)品組件設(shè)計過程中去除“多余材料”從而去除“多余質(zhì)量”，可以實現(xiàn)產(chǎn)品及組件的減重，進(jìn)一步降低自走式結(jié)構(gòu)在整個運行壽命中的能耗。從已經(jīng)完成再設(shè)計的大量產(chǎn)品來看，在維持原裝備性能，不改變裝備制造材料的前提下，通過再設(shè)計，普遍可以減少 15%～ 60%的裝備質(zhì)量。

工業(yè)再設(shè)計是在“精簡”的基礎(chǔ)上實現(xiàn)更為卓越的功效，這種精益設(shè)計往往能讓我們事半功倍。航天某院一武器系統(tǒng)，通過再設(shè)計將殼體重量降低了超過 50%之后，在動力系統(tǒng)明顯落后的情況下，實現(xiàn)了該武器系統(tǒng)在航程、航速和精確性方面全面超越仿制對象。

三、打造綠色設(shè)計制造一體化示范工程

工業(yè)再設(shè)計是綠色設(shè)計和綠色制造一體化的有益探索。安世亞太工程仿真技術(shù)、工業(yè)再設(shè)計方法與蘇氏精密鑄造工藝的結(jié)合，將徹底打破產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)的藩籬，并且在實踐方面邁出了堅實的步伐。目前，安世亞太與蘇氏合作打造的工業(yè)再設(shè)計體系已建設(shè)了以精密成型制造為中心的精密制造產(chǎn)業(yè)園和精密制造模范工廠。通過開展產(chǎn)學(xué)研戰(zhàn)略合作，共同研發(fā)模范工廠的智能自動化生產(chǎn)線成套設(shè)備和工裝，攻關(guān)鑄造領(lǐng)域的生態(tài)設(shè)計、綠色工藝及裝備技術(shù)一體化集成，形成技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)讓和成果商業(yè)化一體式的產(chǎn)業(yè)鏈條，最終面向軍工、通用航空航天、汽車、能源、通用基礎(chǔ)零部件設(shè)計制造等行業(yè)，提供一體化和輕量化再設(shè)計及技術(shù)支持服務(wù)。

基于“集成化、輕量化和智能化”設(shè)計理念開展產(chǎn)品設(shè)計，基于工程仿真進(jìn)行模擬計算分析，基于精密成型技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品生態(tài)工藝設(shè)計和成型制造，工業(yè)再設(shè)計體系將綠色生態(tài)理念和要求貫穿于產(chǎn)品設(shè)計、研發(fā)和生產(chǎn)的全過程，從而打造工業(yè)品綠色制造的創(chuàng)新示范工程。IM