龙江工业设计十大典型案例巡礼（三）
典型案例一：用增材制造技术（3D打印）拓展工业设计外延
由黑龙江多维时空自由制造有限公司利用增材制造技术（3D打印）设计开发的随形模块化智能防护装置、卫星轻量化数据处理平台、颅颌面骨骼植入物、砂型精密铸造模具和金属模具设计等，被广泛地应用于解决多领域的多设计和技术问题。
3D打印随形模块化智能防护装置，创新性地解决了油气生产领域户外采收装置的防护、保温和标准化问题，利用3D打印技术实现了数字设计和数字制造的无缝衔接，全数字化流程极大地缩短了开发周期，取得了良好的使用效果，它的模块化开发理念为未来的产品系统升级提供了充足的空间，如图1所示。
图1 3D打印随形模块化智能防护装置：萨中观6-13号
3D打印小卫星轻量化数据处理平台，通过智能化设计、仿真软件对产品进行了结构设计优化，利用3D打印技术实现了复杂构形产品的精密制造，为小卫星未来的设计生产提供了一种更具优势和潜力的工具系统，如图2所示。增材制造技术（3D打印）是基于离散堆积原理，依据产品三维空间数据将材料逐渐叠加实现实物生产的新一代先进制造方式，在特殊化、复杂化、一体化、轻量化及实用化产品制造方面具有独特的优势。
图2 3D打印典型零件结构及设计优化示例
3D打印颅颌面骨骼植入物，利用3D打印技术精准化、复杂化、个性化的特征，与精准医疗的需求高度契合。使用螺旋CT或CBCT扫描患者骨骼创面，生成DICOM断层扫描数据，将数据导入模型处理软件完成三维重建、噪点处理和植入物设计。通过图形算法对康复效果进行系统评估，打印出患者颅颌面1：1模型和植入物模型，进行术前方案论证。选择适用材质，完成3D打印和产品后处理，最终完成手术植入和康复观察，如图3所示。目前，3D打印技术在医学领域的应用包括模型制作、导板制作、骨科替代物、齿科植入物、整形美容、矫正器、辅助康复器具等方面。随着3D打印技术及材料技术的不断进步，如生物材料、干细胞、组织培养等多学科的科技突破，更具创新性的精准医疗、数字医疗技术也将迎来高速发展。
图3 3D打印颅颌面骨骼植入物
3D打印砂型精密铸造模具，利用3D打印技术在空间自由构形上的优势，在一定程度上解决了复杂产品的加工难题，为砂型铸造领域提供了一种全新的数字化生产工具系统，前端的工业零件设计、铸造模具设计、铸造过程仿真极大地提高了砂型铸造的成功率，缩短了新产品的开发周期，降低了工艺验证成本，并为复杂铸造件的规模化生产提供了更具生产灵活性和市场竞争力的新方式，拥有巨大的市场潜力，如图4所示。
图4 3D打印砂型精密铸造模具产品
3D打印金属模具，使用三维设计软件完成金属模具的建模和冷却流道优化，通过SLM激光金属3D打印设备（LM280），配合专项开发的高导热钴基模具钢粉末材料（DW-M102）生产金属模具，如图5所示。
图5 3D打印鞋底金属模具
企业简介：
黑龙江多维时空自由制造有限公司成立于2019年，是从事增材制造装备研发、设计、生产和销售以及3D打印等业务的高新技术企业。企业现有员工44人，其中具有本科以上人员有36人。2020年、2021年共完成工业设计项目数27项，申请专利38项。2018年，面向增材制造与医学领域的增材制造技术、装备研究及应用获省科学技术三等奖。
典型案例二：龙江中华老字号品牌复兴——马迭尔食品品牌营销案例
哈尔滨马迭尔食品股份有限公司（以下简称马迭尔食品）是由龙江传承百年的中华老字号企业发展而来的，它的主要产品马迭尔冰棍是中国较早的冷饮品牌之一。为推动龙江中华老字号品牌的复兴，2022年10月，马迭尔食品与中国顶尖的策划集团达成高端品牌全案策划战略合作，推动创造马迭尔百年征程新传奇，力争用5年时间将马迭尔食品打造成百年企业、百亿产值，助力龙江食品产业创新发展做大做强。本着“没有伟大对手的品牌一定不是伟大品牌”的战略思想，策划集团在深入总结中国雪糕市场竞争现状和全面了解马迭尔际发展实情况的基础上，有目的性、针对性地创作出涵盖市场现状、品牌定位、新品研发、企业形象、广告创意、营销管理等多方面的马迭尔食品全新的品牌整合营销全案，进一步明晰了马迭尔食品的品牌发展足迹。
目前，策划集团为马迭尔食品提出了“百年品牌、贵族雪糕”，这一全新的品牌定位及系列广告创意，并为马迭尔食品创意超级单品，助力马迭尔食品全面焕新。马迭尔食品的营销策划主要内容包括：其一，初步与冬奥冠军武大靖达成签约意向宣传马迭尔品牌，在全国主要高铁站设置了广告牌，马迭尔冰棍于2022年5月20日进驻肯德基；其二，与国家体育总局运动员营养检测中心签订国家运动员营养健康食品协议，将低热量、高蛋白的雪糕送入国家运动员的食谱。
马迭尔食品秉持着浪漫、时尚的特质，延续着高贵、品质的基因，历经百年发展。目前，马迭尔冰棍以“甜而不腻、冰中带香”的特点成为哈尔滨城市文化的经典名片。“逛中央大街，吃马迭尔冰棍”更是成为游客到哈尔滨旅游的网红体验。
企业简介：
哈尔滨马迭尔食品股份有限公司成立于2015年6月，是十八届三中全会以来哈尔滨市首批成功进行混合制改革的标杆企业。作为龙江传承百年的中华老字号企业，马迭尔食品公司在全国建立了五大生产基地，布局18条产品线，目前可实现10亿年产值配置。
典型案例三：数字孪生智能运维技术为三峡水电机组植入智慧大脑
哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电集团电机公司）电机智能运维团队多年深耕数字孪生系统，将水电机组设计机理与物理场仿真、大数据分析、人工智能、寿命评估等技术进行深度融合，在国内率先研发出基于物理场的数字孪生水电机组，为用户带来机组运行时全方位的沉浸式体验。主持的工信部《发电行业关键设备数字孪生全生命周期管理系统》专项课题，是支撑数字孪生发电行业应用、并进行工程验证的突破性课题。该课题由哈电集团牵头，联合中国长江电力、南水北调、龙源电力、中国广核集团有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、中国信息通信研究院、中国电信等8家产学研用单位共同开展。该课题聚焦发电领域设备的设计、工艺、生产、质量、运维等全生命周期管理需求，构建行业统一数字孪生管理系统，开发涵盖发电设备运行过程中的数字化映射、检测、诊断、预测、仿真、优化等功能的数字孪生体，形成解决方案，实现成果落地。基于物理场仿真的数字孪生技术，已成为哈电电机打造的智能运维关键核心技术之一。自2017年以来，哈电电机分别在水、火电领域开展数字孪生专项课题研究，实现了物理场模型的全生命周期应用，并取得了丰硕成果。
2021年11月，哈电集团电机公司签订三峡集团2021年工业互联网创新发展工程——工业数字孪生管理系统（水轮发电机组数字孪生）项目01标段合同。三峡工业数字孪生管理系统，是中国长江电力股份有限公司智能水电蓝图规划的重点研发方向，也是中华人民共和国工业和信息化部国家专项《发电行业关键设备数字孪生全生命周期管理系统》重要示范应用项目。作为国内水电机组数字孪生领域的标志性项目，此次合同的签订，是哈电集团电机公司深入贯彻落实党的二十大报告中提出的“推动制造业高端化、智能化、绿色化发展”的实践举措，是哈电集团电机公司坚持设备制造商、系统集成商、运维服务商发展定位，在水电机组智能运维应用领域取得的新突破。
企业技术简介：
哈电集团哈尔滨电机厂有限责任公司的数字孪生技术应用广泛，主要包括机组内外部巡检、故障复现与定位、机组衰退模拟、机组调试试验仿真和模拟培训等，可极大提升机组智能运维的便利性和安全可靠性。
典型案例四：数字孪生智造系统设计
黑龙江航天云网科技发展有限公司为湖南三一中阳机械有限公司（三一集团子公司）设计了数字孪生智造系统——全新的生产管理模式“数字孪生灯塔工厂”，它结合了自动化、数字化场景，以三一集团公司星云平台为依托，运用工业互联网大数据辅助工作，建设了N条柔性化工程机械装备生产线。该数字孪生智造系统为车间管控系统提供了仿真分析和自主决策机制，并在加入人工智能算法后，通过机器学习不断地完善仿真分析模型；支撑数据采集和工业大数据，对制造执行系统和生产线控制系统进行解耦，使生产管控更加柔性，同时融入新一代信息技术，实现生产过程的可视化。
这一新型车间管控系统包括制造执行系统、集中监控系统、过程控制系统、单元控制系统及车间数字孪生。其中，车间数字孪生是新增加的部分。车间数字孪生主要由数据交换接口、仿真分析模型、车间信息模型组成。数字孪生通过数据交换接口接收外部系统的仿真分析请求，向集成的仿真分析系统传递仿真分析模型和基础数据，驱动外部仿真系统进行生产活动的仿真，并将仿真分析的结果反馈给外部业务系统，同时数字孪生持续对仿真分析模型和车间信息模型进行完善，既向外部系统提供仿真分析功能又有自学习功能。
在车间管控系统中引入数字孪生后，传统的车间运行流程需要重构。在传统的生产管控流程下，ERP系统向制造执行系统下达生产计划，制造执行系统接到ERP的生产计划需要进行详细的排程，简单的生产排程制造执行系统本身就可以进行，对于复杂的生产排程，制造执行系统需要借助APS系统进行详细的排程，制造执行系统依据排程结果生成生产作业，下达生产作业给下层的生产控制系统进行生产，生产控制系统实时的反馈生产线状态、作业执行状态、在线质量检测数据给制造执行系统，制造执行系统依据控制系统反馈的实时数据，对整个生产过程进行监控，并对整个生产活动进行调度。
企业简介：
黑龙江航天云网科技发展有限公司是航天云网科技发展有限责任公司（以下简称航天云网公司）所属控股企业。航天云网公司工业互联网公共服务平台构筑全球领先且自主可控的国家工业互联网技术体系、标准体系和产业体系，以“互联网+智能制造”为发展方向，以提供覆盖产业链全过程和全要素的生产性服务为主线，以技术创新、商业模式创新和管理创新为重要战略举措，依托航天科工集团雄厚的科技创新和制造资源，开放聚合社会资源，构建以“制造与服务相结合、线上与线下相结合、创新与创业相结合”为特征，适应互联网经济业态与新型工业体系的航天云网生态系统。主要产品为基于工艺建模的数字孪生平台。
