異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)、制造與優(yōu)化 方法論 編制說明

《異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與優(yōu)化方法論》（征求意見稿）編制說明本項(xiàng)目《異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與優(yōu)化方法論》由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提604）。本項(xiàng)目由全國仿生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（TC598）歸口。工系統(tǒng)結(jié)合，應(yīng)用于機(jī)器人、醫(yī)療、材料科學(xué)等領(lǐng)域。然而，由于該技術(shù)涉及生物a）規(guī)范性要素的規(guī)定、編寫結(jié)構(gòu)及格式按《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)b）術(shù)語與定義內(nèi)容主要參考《仿生學(xué)術(shù)語、概念與方法論》（GB/T42444-c）技術(shù)內(nèi)容部分：結(jié)構(gòu)分類部分參考《仿生學(xué)仿生材料、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件》（GB/T42441-2023），同時(shí)考慮現(xiàn)有領(lǐng)域內(nèi)常見的異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)分類方法；設(shè)計(jì)和優(yōu)化部分參考《仿生學(xué)仿生結(jié)構(gòu)優(yōu)化》（GB/T37402-2019），其中，設(shè)計(jì)部分突出異質(zhì)仿生設(shè)計(jì)工作領(lǐng)域的獨(dú)特性，提升設(shè)計(jì)工作指導(dǎo)的針對(duì)性，優(yōu)化部分給出常見仿生結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法并總結(jié)現(xiàn)有科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域新興優(yōu)化方法；制造部分參考《面向裝備制造業(yè)產(chǎn)品全生命周期工藝知識(shí)第1部分:通用制造工藝分類》（GB/T22124.1-2008）和《增材制造工藝分類及原材料》（GB/T35021-2018），為異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)制造提供通用指導(dǎo)的同時(shí)，給出一般性制造工藝與常見的本文件本標(biāo)準(zhǔn)為異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造及評(píng)價(jià)相關(guān)活動(dòng)提供了科學(xué)、規(guī)范的第1部分總結(jié)了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)常見的分類方法；第2部分提供了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程及設(shè)計(jì)方法；第3部分提供了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)的制造方法、制造流程及制造工藝；第4部分闡述了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)適用的優(yōu)化方法及其適用性，具體的章節(jié)內(nèi)容如第1章給出了本文件的范圍和內(nèi)容概要，闡明本項(xiàng)目的立項(xiàng)背景、意義及目第3章給出了標(biāo)準(zhǔn)中適用的術(shù)語和定義，特別是，包含于本文件關(guān)鍵內(nèi)容的術(shù)第4章提供了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)的分類方法，編制組經(jīng)過查閱大量文獻(xiàn)資料，給出了常見的5大類分類方法，相關(guān)方法涵蓋材料、機(jī)械、仿生等領(lǐng)域，可為多學(xué)科領(lǐng)第5章給出了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)通用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則用以指導(dǎo)整體設(shè)計(jì)工作。并且，編制組同時(shí)結(jié)合仿生常見設(shè)計(jì)流程及異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作特色，提出了適用性的異），第6章給出了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)制造方法、制造流程和制造工藝。編制組針對(duì)現(xiàn)有異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)制造方法，并結(jié)合異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)分類方法，將目前研究領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活等領(lǐng)域內(nèi)異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)的常見制造方法依據(jù)其適用性進(jìn)行總結(jié)與評(píng)第7章給出了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)推薦性優(yōu)化方法。其中，從材料、結(jié)構(gòu)、材料-結(jié)構(gòu)跨尺度、制造工藝4個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化工作相關(guān)方法的敘述。在材料相關(guān)優(yōu)化方法部分，編制組總結(jié)出4個(gè)優(yōu)化準(zhǔn)則，同時(shí)，結(jié)合異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)特性，總結(jié)出5種材料優(yōu)化方法。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化部分，編制組依據(jù)《仿生學(xué)仿生結(jié)構(gòu)優(yōu)化》（GB/T37402-2019）內(nèi)容制定適用于異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并增添先進(jìn)數(shù)字輔助、機(jī)器學(xué)習(xí)等結(jié)構(gòu)優(yōu)化內(nèi)容，順應(yīng)當(dāng)今科學(xué)研究、附錄A異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)按照材料組成分類示例、附錄B異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)按照分布特征分類示例和附錄C異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)尺度分類示例。3個(gè)附錄分別提供了相異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作存在以下4個(gè)方面的需求：1）明確異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)的分類促使設(shè)計(jì)與制造工作更具有針對(duì)性，并降低相應(yīng)工作的復(fù)雜性；2）異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程和各個(gè)階段適用的設(shè)計(jì)方法仍舊缺失；3）異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)的通用制造流程和適用的制造工藝仍不明確；4）現(xiàn)有優(yōu)化理念及優(yōu)化方法適用性較低。但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)大多關(guān)注于仿生學(xué)的應(yīng)用范圍、仿生材料的要素及檢驗(yàn)方法以及單一性能優(yōu)化，無法覆蓋異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的需求。此外，異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)領(lǐng)域現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程緩慢、互通性差、效率低下；缺乏通用的制造流程及方法，導(dǎo)致相關(guān)產(chǎn)業(yè)化推廣進(jìn)程滯后；推行的優(yōu)化方法繁雜多樣，存在適用性窄、針對(duì)性弱等問題?？傮w來看，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)無法給予合適的指導(dǎo)及建議，且適用于異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)依態(tài)效益;本文件中涉及的設(shè)計(jì)理念、制造技術(shù)以及優(yōu)化方法已經(jīng)在異質(zhì)金屬仿生結(jié)構(gòu)相關(guān)研究中進(jìn)行驗(yàn)證?，F(xiàn)已成功制備出包含316L/NiTi梯度異質(zhì)、TC4/Invar輕量異質(zhì)結(jié)構(gòu)等多種異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)與器件，成形樣件性能優(yōu)異，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。本文件中涉及的多材料一體化成形技術(shù)也委托瑞吉仿生智造技術(shù)（杭州）有限公司進(jìn)行設(shè)備研發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)中涉及的優(yōu)化方法已經(jīng)與西安交通大學(xué)、江蘇大學(xué)等單位合作展開理論標(biāo)準(zhǔn)工作組調(diào)研了6項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)和近20項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)當(dāng)前異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)1)調(diào)研了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)架構(gòu)，包括分類方法、設(shè)2)研討了異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)制造相關(guān)工作進(jìn)展，包括制造方法、制造準(zhǔn)則、制造流3)調(diào)研異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造過程中常見的問題及解決策略，結(jié)合當(dāng)前領(lǐng)域發(fā)展形式及動(dòng)態(tài)，以及國家數(shù)字化和智能化戰(zhàn)略需求，總結(jié)了優(yōu)化工作相同時(shí)，通過對(duì)國內(nèi)外異質(zhì)結(jié)構(gòu)、異質(zhì)材料、異質(zhì)器件等仿生相關(guān)學(xué)術(shù)研究總結(jié)本文件中涉及的設(shè)計(jì)理念、制造技術(shù)以及優(yōu)化方法已經(jīng)吉林大學(xué)牽頭，結(jié)合多家科研單位與生產(chǎn)企業(yè)在異質(zhì)金屬仿生結(jié)構(gòu)相關(guān)研究中進(jìn)行驗(yàn)證?，F(xiàn)已成功制備出包含316L/NiTi梯度異質(zhì)、TC4/Invar輕量異質(zhì)結(jié)構(gòu)等多種異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)與器件，成形樣件性能優(yōu)異，滿足實(shí)際應(yīng)用需求。本文件中涉及的多材料一體化成形技術(shù)也委托瑞吉仿生智造技術(shù)（杭州）有限公司進(jìn)行設(shè)備研發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)中涉及的優(yōu)化方法已經(jīng)本文件的設(shè)立有助于促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型，引領(lǐng)高技術(shù)制造企業(yè)產(chǎn)品快速迭代發(fā)展，提高產(chǎn)品附加值，實(shí)現(xiàn)與國際同類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，顯著提高企業(yè)利潤。本標(biāo)準(zhǔn)涉及的產(chǎn)品可覆蓋能源、冶金、建材、地質(zhì)、航天等眾多工程領(lǐng)域，可以有效拓展以異質(zhì)仿本文件的主要技術(shù)內(nèi)容符合現(xiàn)行有效國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，并與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。本文件與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)為確保國家標(biāo)準(zhǔn)《異質(zhì)仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與優(yōu)化方法論》的順利實(shí)施，需成立標(biāo)準(zhǔn)宣貫實(shí)施工作小組并于編制組建立戰(zhàn)略合作，由編制組與宣貫工作組共同推薦相關(guān)領(lǐng)域的專家、學(xué)者和行業(yè)代表組成標(biāo)準(zhǔn)宣發(fā)專家團(tuán)隊(duì)（或?qū)＜医M），負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的宣傳、推廣和具體實(shí)施工作。同時(shí)，加強(qiáng)與政府、行業(yè)組織、企業(yè)等各方的合作，定期舉辦