模塊組裝
關注創建者：孫燁 創建時間：2015-07-24
模塊組裝的實例教程
圖5：磁力驅動模塊的遠程導航組裝與多功能集成原位重構
視頻4
通過遠程控制模塊的導航與組裝，并集成形狀與磁化的重構功能，實現了磁驅材料的形狀與驅動模式的高度定制化與可編程化。利用三維磁場操控模塊的翻滾和旋轉運動，根據需求遠程控制不同模塊組裝，并利用激光實現遠程焊接，得到復雜的磁驅組裝結構。對同一結構，進一步重構磁化分布與永久形狀，進而改變驅動模式與功能 （圖5）。例如，通過固定一個雙向磁化模塊，遠程操控其他的單向磁化模塊，組裝焊接了十字形組裝體。在面外磁場下，組裝體產生交替向上或者向下彎曲變形。改變同一個結構的磁化分布后，彎曲變形模式可變成閉合-打開驅動模式。而磁驅的閉合的狀態，在加熱后釋放應力，可得到無應力的閉合結構。
該工作首次提出磁性動態高分子材料，將含有動態化學鍵的基體與硬磁顆粒相結合，實現具有復雜外形與磁化分布的磁驅軟材料加工，與形狀與磁化分布的再次改變。這種嶄新的磁性動態高分子材料概念，可以擴展到含有不同刺激響應動態高分子材料基體和磁特性顆粒的材料體系。由于動態交聯材料自身多功能性，包括材料加工過程可以焊接與重塑，服役過程的可以自修復，使用后可回收加工，這種新概念材料將極大提高變形軟材料可編程變形能力，多功能性與可持續性，也為下一代多功能組裝體、可編程驅動器與組合機器人與功能材料新型加工提供新的解決方案。
展開 圖6
MDP 模塊的磁驅動遠程導航和組裝，具有可重新編程驅動和可重新配置架構的組合功能。
a) MDP模塊的磁驅動遠程導航和組裝機制。b,c) 條形 (b) 和十字形 (c) 的 MDP 模塊的組裝邏輯。d) 磁化重編程和重塑。e) (b) 中條帶結構的組裝。f,g) 有限元分析 (f) 和 (b) 中組裝條帶結構的動態爬行運動 (g) 的實驗演示。h) (c) 中交叉結構的組裝。i,j) 有限元分析 (i) 和 (c) 中組裝的交叉結構的動態旋轉運動 (j) 的實驗演示。k,l) 有限元分析 (k) 和交叉結構動態運動 (l) 的實驗演示，在 (d) 中具有重新編程的磁化強度，用于在順時針旋轉磁場下轉移球體的封裝和滾動運動。m) 重新編程和重塑后交叉結構的永久結構重構。
【總結】
該團隊報告了一種
MDP 復合材料，用于創建具有復雜幾何形狀和磁化分布的結構，用于模塊化組裝和可重構形狀變形架構。
DP 網絡重排和磁偶極重排是通過溫度場和磁場的協同控制來調整的。展示了功能特性和應用，包括具有目標功能驅動的模塊化組件的無縫焊接、可重構驅動模式的磁化重編程以及具有異常特性的遠程控制結構重構。
通過合并共價自適應網絡聚合物和磁性材料的 MDP 概念可以擴展到不同的 MSM，使用各種刺激響應動態反應和眾多磁性材料，具有可調的機械、流變和磁性特性。由于共價自適應網絡聚合物能夠在制造過程中實現材料焊接和
結構重構、服務過程中的修復以及服務結束時的回收利用的獨特性能，
它們為 MSM 提供了一種綠色材料矩陣，具有增強的多功能性，超越了可重構的形狀變形。
團隊
設想 MDP 及其衍生功能為下一代多功能組件、可重新配置的形狀變形架構和設備提供了巨大的潛力。
展開 天然的生物催化體系通常在微生物細胞這個微型工廠內會形成物理上、空間上組織有序的多酶復合體、酶分子腳手架或者反應微區，這種類似機器組裝的高度組織性帶來了高效的催化能力。
然而，人工構建的合成體系多不存在這種高效的組織性，由此引發的目標途徑合成效率低、代謝流不平衡等問題，很大程度上限制了人工合成體系的生物制造潛力。
北京時間9月22日，中科院深圳先進技術研究院馬田副研究員、武漢大學劉天罡教授團隊與鄧子新院士合作在《Nature Communications》上發表題為“Metabolic pathway assembly using docking domains from type I cis-AT polyketide synthases”的研究成果。該研究模擬了天然模塊聚酮合酶的有序組裝，開發的mPKSeal策略能夠有效提高人工細胞工廠的合成效率。
該研究通過模擬天然模塊聚酮合酶 (PKS) 高度有序的組裝方式，利用其中研究較多的I型cis-AT聚酮合酶對接域，開發了“mimic PKS enzyme assembly line (mPKSeal)”多酶組裝策略（圖1），并應用于蝦青素合成途徑酶的組裝，蝦青素的產量最高提高了2.4倍 （產量達16.9 mg/g DCW）。這是該研究團隊繼RIAD/RIDD雙酶組裝策略[1]之后的又一多酶組裝策略的開發，前者已在不同報道中顯示出其良好的應用潛力[2,3]，而mPKSeal策略不再局限于兩種酶的組裝，而是可拓展為同一體系中的多種酶有序組裝，且潛在的組裝元件個數超萬，可為生物催化、代謝工程及合成生物學等相關領域提供更廣泛有效的提高合成效率的解決方案。
圖 1. mPKSeal多酶組裝策略（以紅霉素聚酮合酶DEBS為例）
對接域的體內體外組裝研究。
展開 【圖文導讀】
圖一：pH控制乙二胺體系下的DNA納米結構自組裝示意圖
圖二：在實驗反應器中自組裝的DNA二維陣列
a）6%天然聚丙烯酰胺凝膠電泳圖，
b）不同pH緩沖體系下的DX的AFM圖像，
c）在pH=7.5緩沖體系中自組裝的DX二維陣列的AFM圖
圖三：pH可逆控制四面體結構的DNA自組裝與拆卸
a）實驗示意圖，
b）pH循環條件下的瓊脂糖凝膠電泳分析組裝和拆卸的凝膠圖像
圖四：在TAE/Mg2+緩沖器和EN緩沖體系中TET的DNase I消化酶的PAGE測定結果
【小結】
作者基于乙二胺（EN）開發出一種新的非金屬緩沖體系，成功打破了DNA自組裝的緩沖體系必須要有金屬陽離子的限制，并順利用于DNA納米結構自組裝。這項研究成果促進了DNA納米自組裝技術發展，拓寬了成功自組裝的DNA在醫藥及生物傳感領域的應用。
文獻鏈接：Universal pH-Responsive and Metal-Ion-Free Self-Assembly of DNA Nanostructures，Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 6892 –6895
展開 因此筆者打算總結之前用ansys apdl做仿真的8年間的經驗，分享一些模塊化的命令流塊，與大家交流討論，為迎接后續deepseek等AI工具更進一步精準升級做好準備。
愿景
讓即使是入門者也能通過模塊化命令流快速組拼出一套能夠準確仿真的全套命令流，服務用戶，提高效率。
目標
開箱即用，模塊組裝，像做樂高一樣仿真。
分享的內容
1，ansys的模塊化命令流，一個小模塊盡量獨立，解決一類問題。例如截面生成、文件讀寫、結果后處理等等。
2，基于python對ansys的二次開發，例如如何封裝命令流為模塊化函數。
簡要介紹
APDL二次開發的技術定位與優勢
1， 技術背景
ANSYS APDL（參數化設計語言）作為有限元分析的核心腳本工具，通過命令流實現從建模、求解到后處理的全程自動化。其模塊化開發能力可顯著提升復雜工程問題的仿真效率，尤其在參數化設計、多物理場耦合及批處理優化中表現突出。
2， 開發優勢
靈活性與復用性：支持宏命令（Macro）封裝常用操作，如材料定義、網格劃分等，實現“一次開發，多次調用”。
跨平臺協同：通過Python、C#等接口與外部程序（如MATLAB）聯合仿真，擴展分析邊界。
流程標準化：針對特定行業（如土木工程、汽車、小家電制造）定制模塊庫，降低工程師重復勞動。
如果有問題或者需求直接評論，看到后筆者會第一時間回復，系列文章有空就更新。
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模塊組裝的最新內容
目標
開箱即用，模塊組裝，像做樂高一樣仿真。
分享的內容
1，ansys的模塊化命令流，一個小模塊盡量獨立，解決一類問題。例如截面生成、文件讀寫、結果后處理等等。
2，基于python對ansys的二次開發，例如如何封裝命令流為模塊化函數。
圖3 帶有cPCM熱調節器的電池模塊的組裝過程。
圖4 (a)正二十烷，(b)AlN，(c)cPCM 的SEM圖
2.3 模型裝配
不同的模塊由我們組裝而成。由于使用了八叉樹網格劃分，因此不需要檢查結構的交叉點和間隙。只有尺寸明顯大于網格尺寸的較大孔才需要考慮。
2.4 網格劃分
魚叉用于網格。Harpoon是一種八叉樹網格，可產生以六角為主的網格。在邊界處，切割的單元格被轉換為金字塔，四面體或棱鏡，以獲得最佳質量。計算主圖為50 m x 9.5 m x 9.6 m，圖3。
這種“艦船分解”
預見了每個模塊(通常與單個艦船系統相對應)負責向艦船添加進一步的功能:
最有利于不同模塊的組裝將是最好的設計(或最好的設計之一)。為了對每個組件進行分級，根據設計師建立的關鍵性能指標，通常會對各種系統的原型進行測試。
此時采用虛擬原型是非常方便的。
在過去，IT硬件和軟件允許一次測試一個原型，而現在可以創建和測試整個船的虛擬原型。
另一種機械工具是使用互鎖指狀物或螺柱，類似于市售樂高積木中的指狀物或螺柱，以組裝模塊化微流體的組件（圖2f）。
2. 促進芯片上的3D細胞培養
在研究人體器官時，與生理學相關的3D細胞培養模型比單層細胞更受青睞。
要知道，這都是在2020年美國疫情下完成的，到今年一月開始SpaceX平均每10天就進行一次發射，而這種效率的基礎，就是SpaceX 火箭的模塊化組裝和回收能力。
回收、翻修、迭代-挑戰人類工程技術的極限
SpaceX火箭一級回收技術是它被人熟知的開始，自2015年首次成功以來，媒體和大眾早就習以為常。
效益
成功改善翹曲
無縫整合模流和結構分析的工作流程
成功驗證材料屬性
降低試模成本
案例研究
本案例產品為一車門模塊，由于組裝需求，產品上有許多孔洞設計，因此孔洞的位置相當重要。本案例的最主要目的為改善產品翹曲問題，確保組裝成功。
KOPLA決定以Moldex3D來尋找解決方法。
如果說微生物細胞是一個微型工廠，那么細胞內的酶就是這個工廠內的機器，這些納米級別的機器無時不刻地催化著細胞內的多種化學反應。天然的生物催化體系通常在微生物細胞這個微型工廠內會形成物理上、空間上組織有序的多酶復合體、酶分子腳手架或者反應微區，這種類似機器組裝的高度組織性帶來了高效的催化能力。
然而，人工構建的合成體系多不存在這種高效的組織性，由此引發的目標途徑合成效率低、代謝流不平衡等問題，很大程度上限制了人工合成體系的生物制造潛力
模塊可自由組裝或拆卸，這樣一來，維修調校都非常方便。
同時，在每一個模塊里都內置有電機，以此控制各個部位的運動。
而因為腦袋模塊更加復雜，所以電機也更多。其中，眼睛由8個電機控制，眉毛有4個電機，嘴巴則有2個電機。
除此之外，由Tritium 操作系統提供支持，該系統允許從事機器人技術開發的公司測試他們的技術。
他預測：“隨著我們的用戶執行施工模塊的異地組裝并探索設計替代方案以優化設計，模塊化設計和算法輔助設計（AAD）的使用將成倍增長?！?在強調CAD應用程序中AI和ML的興起方面，Sarkar并不孤單。西門子公司的布朗表示：“將CAD技術的使用從被動的捕獲想法的解決方案轉變為提供基于集體學習的幫助和建議的反應性工具的需求，使人工智能和機器學習的應用脫穎而出。
