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SMEMedia特约编辑IleneWolff

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数字化企业

导读

智能制造领域的创新可以像灵光一样突然闪现，但这种情况很少。更多时候，生物打印、区块链、云制造及实时生产控制等技术的突破需要多年的悉心钻研，并且时常伴随着学术环境中艰辛和系统的工作。

这里我们将介绍这一群专家和他们所开展的辛勤研究。所有专家都具有博士学位，他们中的许多人不光注重个人研究成果，更将培养众多学生成为下一代创新者视为重要成就。他们期待所有人不光会思考“为什么”，还会思考“为什么不”。

作者：IleneWolff

SMEMedia特约编辑

LaineMears博士

美国克莱姆森大学

宝马SmartState汽车制造教授

LaineMears教授希望成为智能制造领域的一位“红娘”。他说，“在智能制造解决方案如何落地到制造车间方面还有很多工作要做，许多技术在不断涌现。我希望设计出一种流程，使有广阔前景的技术可以以可控和可扩展的方式找到合适客户，而不会消失在潜在解决方案的海洋中。”

Mears在克莱姆森大学创立了THINKER（技术-人结合的知识、教育和研究）计划，并获得了国家科学基金会（NationalScienceFoundation）的五年资助，以教育学生如何最好地将人与数字化制造企业相结合。“这超越了传统的人机界面设计，取而代之的是了解人类如何生成和使用信息，以及将人与机器的组合数据转换为最有效信息的最佳方法。”是否也想从事这类研究？米尔斯建议建立一个广泛网络来支持这一计划。“我发现制造业研究人员（包括工业界和学术界）是一个非常协作的团队，因此网络越大，机会就越大。”

SatishBukkapatnam博士

美国德克萨斯农工大学

TEES制造系统研究所国际教授兼所长

Bukkapatnam教授和他的“复兴工程师”学生团队使用Python创建了一个开源的CAD/CAM界面，以生成用于混合3D打印和金属铣削的G代码。他们在大学网站上写道：“基于金属的增材制造工艺仍缺乏开源软件和支持社区（如FDM打印的社区）。”

他们成功地将开源软件与该大学的Optomec混合打印机集成在一起，并演示了各种现成的软件和硬件模块，以足够快的速度收集、管理和分析过程中的大型数据流，从而可以及早发现故障以保证质量。“我的学生们对制造技术以及最新的测量和数据分析方法有了很好的理解。他们在高级制造平台上获得了实践经验，接受了高级数学和数据科学方法的培训，以解决数据和智能制造系统中的复杂挑战。”他自己的研究是利用高分辨率的非线性动态信息，特别是来自无线MEMS传感器的信息，来改善制造业过程和系统的监测和预测。

曹简（Dr.JianCao）博士

美国西北大学制造科学与创新中心主任

西北大学科研协理副校长

曹教授的实验室开发了一种完全无模具的成形系统，称为双面增量成形。该系统可以形成3D钣金零件，而无需使用当前的特定几何模具。她说：“借此我们可以将零件设计周期从最多12周减少到不到一周，并且不再需要制造模具。

双面增量成型（DSIF）面临的挑战包括几何精度和可成形性预测，为此我们开发了一种使用机内传感器和基于机械的离线计算模型的原位补偿方法。”目前，她正在研究制造过程编译器的概念，该编译器将来自多个领域的知识集成到一个平台上，这样就可以确定哪些制造过程最适合给定的设计。“最终，可以将这种编译器用作新流程创新的基础。这说起来容易做起来难，需要一些长期的工作。”她指出，制造业教育的意义不仅仅限于STEM课程。“因此，我的建议是要有一个系统视角，尽量开阔眼界，然后找到自己的专业并进行协作。

AdamW.Feinberg博士

美国卡内基梅隆大学

生物医学工程系教授

未来十年，Feinberg教授希望将3D生物打印支架和组织从工作台转移到床旁。在五年内，他希望展示更多小型功能性器官，比如像多腔心脏，它可以输血并且可以存活90天以上。他开设了实验室研讨会并有望从一些参会人员那里得到帮助，研讨会专门讨论如何制造他所用到的开源3D生物打印机。

同时，Feinberg教授的实验室为液体和软性材料开发了一种新的3D打印技术，被称为悬浮水凝胶自由可逆嵌入（FreeformReversibleEmbeddingofSuspendedHydrogels,FRESH），可以实现在支撑凝胶内打印材料。他说：“这就像在各处都有支撑材料一样，它使我们能够打印纯液体，或者需要一些时间才能固化或胶化的液态聚合物。”“我们首先在年的ScienceAdvances上发表了这种方法，去年又在《科学》上发表了有关3D生物打印胶原蛋白以重建人类心脏的研究。”对于任何想从事这类研究人，他建议，“要寻找志同道合的人，并找到制造相关的教育和研究正在蓬勃发展的大学。”

AjayP.Malshe博士

美国普渡大学

机械工程杰出教授

AjayP.Malshe教授发现，在已工业化和正经历工业化的世界，每人每天至少会接触10台机器。而摩擦、磨损、机加工和腐蚀等制造、操作和维护方面的挑战——他称之为“机械设备癌症”——正严重影响着机器的性能，并造成数十亿美元的损失。这些设备癌症发生在纳米级，因此纳米制造是治愈它们唯一明智的解决方案。

Malshe教授说，“我和我团队在纳米制造方面的创新有助于解决对全世界产生影响的制造、运营和维护挑战。”展望工业5.0，Malshe认为工业5.0将以人类和地球为中心，并且将是人类与地球和谐相处的真正智能制造。他说，“我们正在经历全球人口、中产阶级规模和整体预期寿命的空前增长。作为一种文明，我们需要为大众在地球生存提供越来越多的好工作。”他认为“智能制造”的定义需要重新审视，因为我们将很快达到地球上可用自然资源的理论极限。

DenisCormier博士

美国罗彻斯特理工学院

工业和系统工程教授

Cormier教授在增材制造领域的25年中，大部分时间都集中在工程化晶格结构的设计和制造上，这些晶格结构现已广泛用于轻型航空航天结构、骨植入物表面、过滤器和热交换器。“这一切始于年代后期，当时我在同事的桌子上看到一块泡沫铜，”他说，“他解释了细胞结构的表面积、孔隙率和曲折度等特性如何对其功能性能至关重要。那是在3D打印的初期，我立即开始考虑巴克球或其他几何构造块的3D阵列，这将允许设计人员根据给定应用程序的性能要求优化单元结构。”

Cormier教授最终将这些东西称为工程细胞材料，并开始了整个职业生涯的研究。他说：“如果你今天去参加增材制造贸易展览，几乎每个展位都会展示工程蜂窝材料的例子。看到并了解到我是这一领域的先驱之一，非常令人高兴。”

GlennDaehn博士

美国俄亥俄州立大学

冶金工程系教授

GlennDaehn教授正与一群顶尖聪明的人一起开发两个愿景：一个是脉冲制造，即在工厂或实验室环境中使用脉冲产生的爆炸样的能量。另一种是变形制造，也就是机器锻造，利用数控形变来制造零件。他表示：“我们希望看到脉冲和变形制造发展为常用的商业流程。这两种材料都有望解决成形和连接新材料和结构中的实际问题。”

Daehn认为，先进的控制和人工智能有望使许多专门制造技术成为主流技术，并且可复制和更敏捷。“想象一下，一个机器人系统可以做熟练工匠能做的事情，但它的可重复性更高，而且每一步操作都有清晰记录，”他若有所思地说。关于学术界与产业界的合作，他表示这两个业界之间还存有太多差异。“在学术界，我们必须更多地

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