增材制造數(shù)據(jù)集定義與交互國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)報(bào)告EnglishTitle:NationalStandardforAdditiveManufacturing:DatasetDefinitionandInteraction–ProjectInitiationReport摘要本報(bào)告圍繞《增材制造數(shù)據(jù)集定義與交互》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)背景、目的意義、適用范圍及主要技術(shù)內(nèi)容展開(kāi)系統(tǒng)闡述。增材制造作為智能制造的關(guān)鍵技術(shù)，雖具備高設(shè)計(jì)自由度和工藝靈活性，但在跨環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)交互、格式兼容性與信息集成方面仍存在顯著瓶頸。該標(biāo)準(zhǔn)旨在建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集定義與交互規(guī)范，覆蓋設(shè)計(jì)、工藝、材料及設(shè)備等多類(lèi)數(shù)據(jù)集，推動(dòng)全流程數(shù)據(jù)無(wú)縫集成與高效協(xié)同，提升制造穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。本報(bào)告結(jié)合國(guó)際行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)與國(guó)內(nèi)技術(shù)積累，論證了該標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性、可行性與預(yù)期效益，為增材制造產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；c智能化發(fā)展提供技術(shù)支撐與制度保障。關(guān)鍵詞：增材制造；數(shù)據(jù)集定義；數(shù)據(jù)交互；智能制造；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)集成；工藝數(shù)據(jù)；材料數(shù)據(jù)Keywords:AdditiveManufacturing;DatasetDefinition;DataInteraction;SmartManufacturing;NationalStandard;DataIntegration;ProcessData;MaterialData正文一、立項(xiàng)目的與意義增材制造（AdditiveManufacturing,AM）因其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形、個(gè)性化定制和快速原型制造等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被普遍視為推動(dòng)制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)之一。其具備高自由度的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造能力，應(yīng)用前景廣闊，涵蓋航空航天、醫(yī)療健康、能源裝備、汽車(chē)制造等多個(gè)高端領(lǐng)域。然而，當(dāng)前增材制造仍面臨以下幾方面突出問(wèn)題：1.信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、質(zhì)量檢測(cè)等環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，缺乏有效的數(shù)據(jù)聯(lián)通機(jī)制；2.開(kāi)發(fā)環(huán)境不兼容：不同軟件、設(shè)備和系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)格式不一，頻繁的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致效率低下與誤差積累；3.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)缺失：缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)定義與交互規(guī)范，常引發(fā)數(shù)據(jù)缺失、結(jié)構(gòu)不一致、語(yǔ)義歧義等問(wèn)題，影響全流程數(shù)據(jù)可信性與可追溯性。增材制造本質(zhì)是“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造技術(shù)”，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)端到制造端準(zhǔn)確、完整、高效的數(shù)據(jù)傳遞與集成，是保障工藝穩(wěn)定性、提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。因此，系統(tǒng)開(kāi)展從模型設(shè)計(jì)、文件處理到加工生產(chǎn)的全流程數(shù)據(jù)表達(dá)與交互技術(shù)研究，補(bǔ)齊數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)短板，甚至構(gòu)建驗(yàn)證平臺(tái)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，對(duì)全面提升我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有戰(zhàn)略意義?！对霾闹圃鞌?shù)據(jù)集定義與交互》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定，正是應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)、推動(dòng)行業(yè)規(guī)范化發(fā)展的關(guān)鍵舉措。根據(jù)*WohlersReport2021*，2020年全球增材制造市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)127.58億美元，同比增長(zhǎng)7.5%，顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。業(yè)界普遍認(rèn)為，該技術(shù)蘊(yùn)藏巨大潛力，但要實(shí)現(xiàn)從百億級(jí)向更高層級(jí)跨越，必須克服數(shù)據(jù)集成與協(xié)同方面的瓶頸。標(biāo)準(zhǔn)作為企業(yè)生產(chǎn)與質(zhì)量管理的技術(shù)依據(jù)，是提升產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力與國(guó)際話(huà)語(yǔ)權(quán)的基礎(chǔ)。本標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)規(guī)范數(shù)據(jù)集的生成、管理與交互機(jī)制，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策優(yōu)化，尤其對(duì)中小型制造企業(yè)融入智能制造生態(tài)具有顯著的助推作用。二、主要起草單位介紹本標(biāo)準(zhǔn)由西北工業(yè)大學(xué)牽頭，聯(lián)合中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司、西安增材制造國(guó)家研究院有限公司、華中科技大學(xué)、南京理工大學(xué)等單位共同起草。西北工業(yè)大學(xué)在增材制造領(lǐng)域具備深厚的研究基礎(chǔ)與豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。該校擁有各類(lèi)金屬增材制造設(shè)備10余臺(tái)，支持CO?激光、光纖激光及半導(dǎo)體激光等多種直接沉積成形工藝，成形氣氛可控且氧含量可低至10ppm，最大成形尺寸達(dá)1200×1000×1000mm3。2016年，學(xué)校引進(jìn)雷尼紹AM250設(shè)備，實(shí)現(xiàn)金屬零件的選區(qū)激光熔化（SLM）制造。西北工業(yè)大學(xué)先后承擔(dān)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，包括973計(jì)劃、863計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃、總裝預(yù)研項(xiàng)目等，突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，如輕質(zhì)高強(qiáng)結(jié)構(gòu)件整體成形、應(yīng)力與冶金質(zhì)量控制、組織性能優(yōu)化等，構(gòu)建了涵蓋材料、工藝、裝備與應(yīng)用的完整激光增材制造技術(shù)體系。其成果已應(yīng)用于航空、航天、動(dòng)力、能源、醫(yī)療等百余家單位，支持C919大型客機(jī)、先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天飛行器等國(guó)家重大型號(hào)研制。該校在增材制造領(lǐng)域榮獲省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，發(fā)表SCI論文310篇，他引1320次，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利20項(xiàng)，出版專(zhuān)著《激光立體成形》和科普?qǐng)D書(shū)《3D打印打印未來(lái)》。這些成果為本標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)、驗(yàn)證案例與平臺(tái)支持。其余參與單位也在增材制造軟件、裝備、材料、檢測(cè)等環(huán)節(jié)具備深厚積累，共同保障了本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的科學(xué)性、實(shí)用性與可行性。三、適用范圍與主要技術(shù)內(nèi)容1.標(biāo)準(zhǔn)適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于智能制造公共服務(wù)平臺(tái)中增材制造相關(guān)數(shù)據(jù)集的構(gòu)建與管理，主要包括設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集、工藝數(shù)據(jù)集、材料數(shù)據(jù)集和設(shè)備信息數(shù)據(jù)集。適用于增材制造全生命周期中的數(shù)據(jù)生成、交互、集成與應(yīng)用場(chǎng)景。2.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容2.1數(shù)據(jù)集定義與交互原則與要求規(guī)定數(shù)據(jù)集定義與交互應(yīng)遵循五項(xiàng)基本原則：唯一性、可追溯性、關(guān)聯(lián)性、擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性。在此基礎(chǔ)上提出一致性、完整性、安全性等基本要求，明確工藝數(shù)據(jù)集應(yīng)最大限度繼承設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集內(nèi)容，并規(guī)定各級(jí)數(shù)據(jù)集之間須建立標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口。2.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集應(yīng)包括幾何信息、注釋信息、屬性信息和輔助信息等內(nèi)容，確保設(shè)計(jì)意圖的完整傳遞與后續(xù)環(huán)節(jié)的無(wú)誤解析。2.3工藝數(shù)據(jù)集應(yīng)包含幾何信息數(shù)據(jù)、標(biāo)注信息數(shù)據(jù)、參數(shù)信息數(shù)據(jù)、方法信息數(shù)據(jù)及路徑數(shù)據(jù)等，支撐工藝規(guī)劃與執(zhí)行過(guò)程的數(shù)據(jù)一致性。2.4材料數(shù)據(jù)集涵蓋材料基本信息、物理形態(tài)、存儲(chǔ)條件與屬性數(shù)據(jù)，確保材料使用過(guò)程中的可控制性與可追溯性。2.5設(shè)備信息數(shù)據(jù)集包括能量源參數(shù)、沉積頭/擠出頭配置、送料系統(tǒng)、氣氛控制、運(yùn)動(dòng)控制、除塵與冷卻系統(tǒng)、基材與工裝信息、過(guò)程監(jiān)控等關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)與狀態(tài)監(jiān)控提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2.6數(shù)據(jù)集交互方式以應(yīng)用服務(wù)為核心，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝與制造等多階段的數(shù)據(jù)交互。明確普通用戶(hù)數(shù)據(jù)查詢(xún)和元數(shù)據(jù)管理流程，包括模型設(shè)計(jì)、工藝數(shù)據(jù)處理、工藝實(shí)施與后處理等環(huán)節(jié)。具體交互流程可參考《智能制造增材制造模型設(shè)計(jì)要求》中圖2所規(guī)定的流程圖。2.7數(shù)據(jù)集交互應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)集成環(huán)境與集成流向的圖示化定義，構(gòu)建增材制造產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝信息交互平臺(tái)架構(gòu)。明確數(shù)據(jù)來(lái)源及其在全流程（模型設(shè)計(jì)–工藝規(guī)劃–打印制造–后處理–檢測(cè)）中的追溯機(jī)制。數(shù)據(jù)集成平臺(tái)通過(guò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表將各類(lèi)數(shù)據(jù)集信息存儲(chǔ)于相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，依托應(yīng)用服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，并逐步形成面向增材制造的專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)與標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。結(jié)論與展望《增材制造數(shù)據(jù)集定義與交互》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定，是響應(yīng)國(guó)家智能制造發(fā)展戰(zhàn)略、推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同與數(shù)據(jù)互通的重要舉措。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范、打通信息壁壘、提升數(shù)據(jù)利用效率，將有效促進(jìn)增材制造技術(shù)在高附加值領(lǐng)域的規(guī)模化、高質(zhì)量應(yīng)用。未來(lái)，隨著該標(biāo)準(zhǔn)的推廣實(shí)施，預(yù)計(jì)將帶動(dòng)相關(guān)軟件、裝備、材料企業(yè)的技術(shù)升級(jí)與產(chǎn)品創(chuàng)新，進(jìn)一步推動(dòng)增材制造與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的深度融合，逐步形成開(kāi)放、協(xié)同、高效的智能制造數(shù)