单忠德：以“绿色智造”铸制造强国

近年来，我国不断推进强国建设，尤其是制造强国。习近平总书记明确提出要打造以先进制造为支撑的核心产业体系，特别是强调了推动制造业的高端化、智能化、绿色化发展，打造出一批具有国际竞争力的数字产业集群。中国工程院院士单忠德在中国一汽第三届先进制造技术“旗智·iM”高端论坛中作《绿色智能制造技术与装备发展》主题报告，详细阐述了我国制造业现状及国际发展趋势。

中国工程院院士、南京航空航天大学校长单忠德

十八大以来，我国制造业大国地位进一步巩固，2012-2021年，我国制造业增加值由16.98万亿增长到31.4万亿。从2010年已连续12年世界第一，在全球制造业占比近30%，我国已成为名副其实的世界制造大国。

经由4个一级指标和18个二级指标的对比分析，2021年全球制造业第一梯队是美国，第二梯队为日本和德国。中国位列第三梯队的前列。从发展规模上来看，中国增幅是美国的1.73倍，居首位。但从质量效益上来看，我国排名靠后，还远没有达到制造强国水平。

中国工程院在《制造强国战略研究报告》中指出，智能制造是实现我国制造业由大变强的核心技术和主线，绿色制造是重要保障，尤其当我们把数字化、网络化、智能化、先进能源相结合，将很好地推动制造业腾飞。从产品的全寿命周期来说，智能制造是从产品的设计到生产销售服务全流程实现数字化的系统。这个系统的层级上，包含车间级、单元级的、企业级。据统计，经实施智能制造专项改造后，智能制造装备的国内市场满足率超过了50%，试点示范项目生产效率平均提高45%，产品研制周期平均缩短35%，产品不良率平均降低35%，涌现出离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造，大规模个性化定制、远程运维服务等新模式新业态。

在国际上，各大国家也以智能制造、信息技术发展作为强国根本。

美国国家标准与技术研究院（NIST）指出，智能制造就是解决差异化更大的定制化服务，更小的生产批量和不可预知的供应链变更，应对制造复杂系统的不确定性。数据驱动从规模化生产到定制化生产。制造业数字化、网络化、智能化过程，就是促使承载信息和知识数据在产品研发、生产计划、生产执行、市场营销、售后服务等环节有序自由流动，实现生产全过程、产品生命全周期、全产业链的高效运转和价值再造。

从美国政府先后发布的《先进制造业国家战略》及《关键和新兴技术清单中》可以看出，美国政府认为保持美国的全球领导力的重点就是关键于信息技术发展。通过数字化设计和智能制造驱动生产设备，将设计和原材料转化为产品，形成一个高度连接的工业企业，可跨月一个公司或整个供应链；智能生产相关信息分发到企业的工厂车间到高管的每个层面，提高产品质量和可追溯性，同时降低成本。广泛蚕蛹强大的数字基础装备，打造一支精通数字的劳动力队伍，创建以人工智能为动力的制造业商业模式；在保护专有信息的同时聚合各制造商的数据，找到更好的解决方案，而不是各自为营，从参与网络的所有公司积累的生产经验中受益。

同样的，日本、德国也在积极加速数字化转型，推动社会发展。其中，日本侧重在无人驾驶和移动型服务，包括智能制造和机器人。通过数字化、智能化、互联网为核心方向，构建人、系统和设备协同互联的新型数字社会。德国在“工业战略2030”里明确提出2030年德国的工业产值提升到25%，依靠的就是绿色工业和数字化转型。

谈及我国制造业未来如何发展，单忠德院士通过铝合金铸件、汽车轻量化、产线改造、清洁能源改造等领域的智能化案例来启发大家。

铸造是重要的基础制造工艺，广泛用于航空航天、动力机械等装备制造业，高端装备用大型、复杂铸件高质量快速制造难。与发达国家相比，国产铸件的精度要低1-2个等级，三废排放高9倍，工况恶劣且劳动强度大，迫切需要数字化、智能绿色高质量发展。单忠德院士及其团队提出了数字化无模铸造复合成型方法，不用传统模具制造砂型/砂芯，直接数字化挤压切削制造，突破并实现逐渐高效率、高性能、高精度无模成型。已在广西玉柴落地的数字化绿色铸造车间，实现了多种材质铸件批量制造，吨铸件能耗平均降低14.3%。中航工业西飞所采用无模铸造替代镁合金锭切削制造，铸件精度达到CT7级，成本降低40%以上，节约材料80%以上。

针对传统铸造带来的大量粉尘污染、空气污染和固体污染，单忠德院士及其团队提出了数字化冷冻砂型绿色铸造方法，采用水作为粘接剂进行切削/打印一体化成型，减少树脂粘接剂用量，为铸造领域提供新的绿色铸造方法，铸造产业绿色发展与转型升级。

在汽车轻量化方面，单忠德院士及其团队分别发明了数字化“成型-淬火-修边”一体化成型方法，变厚度变千古数字化复合成型工艺、超高强钢结构件稳定产量的数字化调控长寿命模具、柔性生产与批量定制数字化生产线等等。数字化“成型-淬火-修边”一体化成型方法实现了一体门环等复杂结构件高性能、短流程整体制造，构建由原来的8个集成为1个，模具由5-8套减为1套，工序减少50%，强度有效提升3-5倍，达2000MPa以上；柔性生产与批量定制数字化生产线解决了高强度钢结构件多品种、短流程、高效率、柔性混线生产难题，效率提升59%，应用于3000余件柔性定制与批量化生产，整线年产能达到560万件。

“构建基于国际金融能力的工业结构和智能制造的体系，发展高端制造高端装备，能够提质量、提效率、降成本。”单忠德院士总结，“对我国制造企业来说，亟需提升4种能力，一是研发创新能力，二是先进制造能力，三是高端产业能力，四是国际发展理念。”