光學制造鏈建模的案例
光學設計中的光學加工鏈建模
Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設計進行調控和仿真的策略，以及沿制造鏈應用的最佳光學制造技術集（OFT）。這樣，就可以在光學設計階段進行成本影響分析，從而優(yōu)化設計，降低制造成本和風險。
1.簡介
在現(xiàn)代光學系統(tǒng)中，隨著技術的快速多樣化和專業(yè)化，我們面臨著在高度專業(yè)化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統(tǒng)，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應用參數(shù)轉化為光學系統(tǒng)布局的光學系統(tǒng)設計師，到（c）將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉化為優(yōu)化制造鏈的光學制造鏈設計師，最終將其移交給（d）生產制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統(tǒng)設計師之間的交流，但光學系統(tǒng)設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統(tǒng)制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統(tǒng)一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，以實現(xiàn)確定性、可預測性和優(yōu)化的制造鏈布局、成本和交付時間。
展開 光學設計中的光學加工鏈建模
Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設計進行調控和仿真的策略，以及沿制造鏈應用的最佳光學制造技術集（OFT）。這樣，就可以在光學設計階段進行成本影響分析，從而優(yōu)化設計，降低制造成本和風險。
1.簡介
在現(xiàn)代光學系統(tǒng)中，隨著技術的快速多樣化和專業(yè)化，我們面臨著在高度專業(yè)化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統(tǒng)，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應用參數(shù)轉化為光學系統(tǒng)布局的光學系統(tǒng)設計師，到（c）將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉化為優(yōu)化制造鏈的光學制造鏈設計師，最終將其移交給（d）生產制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統(tǒng)設計師之間的交流，但光學系統(tǒng)設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統(tǒng)制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統(tǒng)一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，以實現(xiàn)確定性、可預測性和優(yōu)化的制造鏈布局、成本和交付時間。
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Oliver Faehnle1,
OST – Applied University of Sciences, Buchs, Switzerland,
摘要：本文描述了對給定的光學設計進行調控和仿真的策略，以及沿制造鏈應用的最佳光學制造技術集（OFT）。這樣，就可以在光學設計階段進行成本影響分析，從而優(yōu)化設計，降低制造成本和風險。
1. 簡介
在現(xiàn)代光學系統(tǒng)中，隨著技術的快速多樣化和專業(yè)化，我們面臨著在高度專業(yè)化的個人、過程和機器之間進行可靠通信的需要。從最初的想法到最終的光學系統(tǒng)，一般會涉及四個方面：從（a）想要將光用作工具的客戶開始，然后是（b）將應用參數(shù)轉化為光學系統(tǒng)布局的光學系統(tǒng)設計師，到（c）將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉化為優(yōu)化制造鏈的光學制造鏈設計師，最終將其移交給（d）生產制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統(tǒng)設計師之間的交流，但光學系統(tǒng)設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統(tǒng)制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統(tǒng)一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，以實現(xiàn)確定性、可預測性和優(yōu)化的制造鏈布局、成本和交付時間。
2.
展開 光學制造鏈設計
通過在光學設計過程中分析透鏡數(shù)據(jù)，可以確定最佳的光學制造鏈
Oliver F?hnle, Rolf Rascher, and Marco Tinner
要將光作為工具加以利用，例如在黑暗中看清事物、探測外太空的巖石或人體腎臟中的結石，就需要借助精密的光學系統(tǒng)，如復雜的汽車前燈、望遠鏡或內窺鏡。隨著光學工具使用精度的迅速提升，光學系統(tǒng)的質量也必須隨之提高。因此，在制造光學系統(tǒng)的整個過程中，必須對其進行優(yōu)化，以確保從最初的構想到最終的驗收測試，所有后續(xù)環(huán)節(jié)都能實現(xiàn)精度和質量的最佳傳遞。
圖1.借助在線工具，光學制造鏈設計觸手可及
光學系統(tǒng)生成
光學系統(tǒng)的生成一般是一個涉及四方的過程（如圖2a所示）：從（a）客戶開始，他們希望將光作為工具使用，并因此定義了應用參數(shù)（例如，MTF、圖像分辨率、信噪比dB），接著是（b）光學系統(tǒng)設計者，他們將應用參數(shù)轉化為符合ISO10110標準的光學系統(tǒng)布局和元件參數(shù)（例如，玻璃類型、形狀和精度）。隨后是（c）光學制造鏈設計師，他們將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉化為優(yōu)化的制造工藝鏈，該優(yōu)化的制造工藝鏈最終被移交給（d）生產部門，根據(jù)光學系統(tǒng)客戶和設計者的要求（成本、產量和質量），安裝設備和自動化系統(tǒng)，培訓人員并制造光學系統(tǒng)。
在所有的設計和生產系統(tǒng)中，大部分生產成本都在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇，每種技術都有其特定的能力。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，在設計階段優(yōu)化光學設計，以實現(xiàn)生產效率和最小成本。
展開 
光學制造鏈設計
通過在光學設計過程中分析透鏡數(shù)據(jù)，可以確定最佳的光學制造鏈
Oliver F?hnle, Rolf Rascher, and Marco Tinner
要將光作為工具加以利用，例如在黑暗中看清事物、探測外太空的巖石或人體腎臟中的結石，就需要借助精密的光學系統(tǒng)，如復雜的汽車前燈、望遠鏡或內窺鏡。隨著光學工具使用精度的迅速提升，光學系統(tǒng)的質量也必須隨之提高。因此，在制造光學系統(tǒng)的整個過程中，必須對其進行優(yōu)化，以確保從最初的構想到最終的驗收測試，所有后續(xù)環(huán)節(jié)都能實現(xiàn)精度和質量的最佳傳遞。
圖1.借助在線工具，光學制造鏈設計觸手可及
光學系統(tǒng)生成
光學系統(tǒng)的生成一般是一個涉及四方的過程（如圖2a所示）：從（a）客戶開始，他們希望將光作為工具使用，并因此定義了應用參數(shù)（例如，MTF、圖像分辨率、信噪比dB），接著是（b）光學系統(tǒng)設計者，他們將應用參數(shù)轉化為符合ISO10110標準的光學系統(tǒng)布局和元件參數(shù)（例如，玻璃類型、形狀和精度）。隨后是（c）光學制造鏈設計師，他們將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉化為優(yōu)化的制造工藝鏈，該優(yōu)化的制造工藝鏈最終被移交給（d）生產部門，根據(jù)光學系統(tǒng)客戶和設計者的要求（成本、產量和質量），安裝設備和自動化系統(tǒng)，培訓人員并制造光學系統(tǒng)。
在所有的設計和生產系統(tǒng)中，大部分生產成本都在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇，每種技術都有其特定的能力。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，在設計階段優(yōu)化光學設計，以實現(xiàn)生產效率和最小成本。
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通過在光學設計過程中分析透鏡數(shù)據(jù)，可以確定最佳的光學制造鏈
Oliver F?hnle, Rolf Rascher, and Marco Tinner
要將光作為工具加以利用，例如在黑暗中看清事物、探測外太空的巖石或人體腎臟中的結石，就需要借助精密的光學系統(tǒng)，如復雜的汽車前燈、望遠鏡或內窺鏡。隨著光學工具使用精度的迅速提升，光學系統(tǒng)的質量也必須隨之提高。因此，在制造光學系統(tǒng)的整個過程中，必須對其進行優(yōu)化，以確保從最初的構想到最終的驗收測試，所有后續(xù)環(huán)節(jié)都能實現(xiàn)精度和質量的最佳傳遞。
圖1.借助在線工具，光學制造鏈設計觸手可及
光學系統(tǒng)生成
光學系統(tǒng)的生成一般是一個涉及四方的過程（如圖2a所示）：從（a）客戶開始，他們希望將光作為工具使用，并因此定義了應用參數(shù)（例如，MTF、圖像分辨率、信噪比dB），接著是（b）光學系統(tǒng)設計者，他們將應用參數(shù)轉化為符合ISO10110標準的光學系統(tǒng)布局和元件參數(shù)（例如，玻璃類型、形狀和精度）。隨后是（c）光學制造鏈設計師，他們將光學系統(tǒng)的參數(shù)和公差轉化為優(yōu)化的制造工藝鏈，該優(yōu)化的制造工藝鏈最終被移交給（d）生產部門，根據(jù)光學系統(tǒng)客戶和設計者的要求（成本、產量和質量），安裝設備和自動化系統(tǒng)，培訓人員并制造光學系統(tǒng)。
在所有的設計和生產系統(tǒng)中，大部分生產成本都在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇，每種技術都有其特定的能力。因此，在工業(yè)上，強烈需要能夠通過調控光學制造鏈，在設計階段優(yōu)化光學設計，以實現(xiàn)生產效率和最小成本。
展開 光學制造過程建模
Petersburg, Russia
摘要
PanDao項目作為全球首款同類軟件工具，其最新進展報告顯示：該工具能夠在設計階段確定所需的最佳光學制造鏈，對透鏡設計進行優(yōu)化，以此實現(xiàn)最低成本與最佳可生產性的雙重目標。
1. 簡介
《牛津詞典》將光定義為來自太陽、燈具等的能量，使人能夠觀察到物體。為達到有效觀測，需要構建不同層級的光學系統(tǒng)——從袖珍手電筒到航海燈塔，或從簡易放大鏡到尖端光刻成像系統(tǒng)。光學系統(tǒng)的生成是一個四階段多方協(xié)同的過程：始于 (a)終端客戶（以光為工具的應用需求方，定義MTF、圖像分辨率、信噪比等應用參數(shù)），繼由 (b)光學系統(tǒng)設計師將應用參數(shù)轉化為光學系統(tǒng)架構，并依據(jù)ISO10110標準明確光學元件參數(shù)（如玻璃類型、面形精度、公差等級）。隨后，(c)光學制造鏈設計師將光學系統(tǒng)參數(shù)與公差轉化為優(yōu)化后的制造工藝鏈，并最終移交給(d)生產部門，負責設備配置、工藝實施、人員培訓，并依據(jù)客戶與設計師在成本、產能及質量方面的要求進行光學系統(tǒng)制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統(tǒng)設計師之間的交流，但光學系統(tǒng)設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統(tǒng)制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統(tǒng)一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業(yè)上，強烈需要一種方式能夠通過調控光學制造鏈，以構建確定的、可預測的且成本與交付時間最優(yōu)化的制造鏈布局。
2.
展開 光學制造過程建模
Petersburg, Russia
摘要
PanDao項目作為全球首款同類軟件工具，其最新進展報告顯示：該工具能夠在設計階段確定所需的最佳光學制造鏈，對透鏡設計進行優(yōu)化，以此實現(xiàn)最低成本與最佳可生產性的雙重目標。
1. 簡介
《牛津詞典》將光定義為來自太陽、燈具等的能量，使人能夠觀察到物體。為達到有效觀測，需要構建不同層級的光學系統(tǒng)——從袖珍手電筒到航海燈塔，或從簡易放大鏡到尖端光刻成像系統(tǒng)。光學系統(tǒng)的生成是一個四階段多方協(xié)同的過程：始于 (a)終端客戶（以光為工具的應用需求方，定義MTF、圖像分辨率、信噪比等應用參數(shù)），繼由 (b)光學系統(tǒng)設計師將應用參數(shù)轉化為光學系統(tǒng)架構，并依據(jù)ISO10110標準明確光學元件參數(shù)（如玻璃類型、面形精度、公差等級）。隨后，(c)光學制造鏈設計師將光學系統(tǒng)參數(shù)與公差轉化為優(yōu)化后的制造工藝鏈，并最終移交給(d)生產部門，負責設備配置、工藝實施、人員培訓，并依據(jù)客戶與設計師在成本、產能及質量方面的要求進行光學系統(tǒng)制造。雖然光學設計軟件工具可以很好地支持客戶和光學系統(tǒng)設計師之間的交流，但光學系統(tǒng)設計師和光學制造鏈設計師之間的交流至今仍然完全基于人與人的交互。這種交互方式是光學系統(tǒng)制造過程中最后的主要障礙之一，因為它基于個人判斷，不是確定性的，在很大程度上取決于人的經驗和談判。與所有設計和生產系統(tǒng)一樣，大部分生產成本是在設計階段確定的。特別是在光學制造中，設計參數(shù)對生產成本的影響是巨大的，因為有各種各樣的制造技術可供選擇。因此，在工業(yè)上，強烈需要一種方式能夠通過調控光學制造鏈，以構建確定的、可預測的且成本與交付時間最優(yōu)化的制造鏈布局。
2.
展開 實際約束條件下成像系統(tǒng)的初始結構的生成
3.集成制造可行性分析：“First Time Right’”與PanDao的協(xié)同
PanDao是近期研發(fā)的一款建模軟件工具，可讀取透鏡數(shù)據(jù)并確定最佳制造鏈，在考慮約360種制造技術的前提下實現(xiàn)制造成本與風險最小化。為展示FTR與PanDao協(xié)同工作的獨特能力，我們選用機器視覺鏡頭進行驗證（文件3-2-3-2_Machine-vision_Fig-3-26.zmx ），該鏡頭是由R. Siew提供的Zemax案例庫。通過FTR初始透鏡生成器進行規(guī)格化與約束后，僅篩選光學性能相當或更優(yōu)的透鏡方案，最終選定了三種差異比較顯著的設計（見圖2）。
圖2. （a）與（b）參考設計實例；（c）-（e）基于同等規(guī)格與約束條件，由FTR初始透鏡生成器生成的放大視圖系統(tǒng)
經PanDao分析，所有四個目標方案（參考方案(b)及FTR方案(c)、(d)、(e)）均具備低風險量產可行性，但其制造成本差異顯著（詳見圖3）。所有FTR方案成本均低于參考方案，其中方案(d)為綜合成本效益最優(yōu)選擇。
圖3. PanDao對圖2所示四個目標方案進行的分析。左側為典型鏡頭制造鏈分析界面，展示鏡片左右側制造工藝鏈、制造成本及風險（通過技術能力指數(shù)與供應鏈獨特性指數(shù)表征）。右側表格匯總各方案總成本對比
綜上所述，采用“First Time Right”（FTR）方法，能夠基于給定的規(guī)格與約束生成多樣化的約束成像系統(tǒng)。結合PanDao這一創(chuàng)新的光學制造技術（OFT）分析軟件，可對面向量產的系統(tǒng)快速完成設計、建模與優(yōu)化，實現(xiàn)從規(guī)格定義到產品交付的全流程高效貫通。
參考文獻：
1.F. Duerr and H.
展開 實際約束條件下成像系統(tǒng)的初始結構的生成
3.集成制造可行性分析：“First Time Right’”與PanDao的協(xié)同
PanDao是近期研發(fā)的一款建模軟件工具，可讀取透鏡數(shù)據(jù)并確定最佳制造鏈，在考慮約360種制造技術的前提下實現(xiàn)制造成本與風險最小化。為展示FTR與PanDao協(xié)同工作的獨特能力，我們選用機器視覺鏡頭進行驗證（文件3-2-3-2_Machine-vision_Fig-3-26.zmx ），該鏡頭是由R. Siew提供的Zemax案例庫。通過FTR初始透鏡生成器進行規(guī)格化與約束后，僅篩選光學性能相當或更優(yōu)的透鏡方案，最終選定了三種差異比較顯著的設計（見圖2）。
圖2. （a）與（b）參考設計實例；（c）-（e）基于同等規(guī)格與約束條件，由FTR初始透鏡生成器生成的放大視圖系統(tǒng)
經PanDao分析，所有四個目標方案（參考方案(b)及FTR方案(c)、(d)、(e)）均具備低風險量產可行性，但其制造成本差異顯著（詳見圖3）。所有FTR方案成本均低于參考方案，其中方案(d)為綜合成本效益最優(yōu)選擇。
圖3. PanDao對圖2所示四個目標方案進行的分析。左側為典型鏡頭制造鏈分析界面，展示鏡片左右側制造工藝鏈、制造成本及風險（通過技術能力指數(shù)與供應鏈獨特性指數(shù)表征）。右側表格匯總各方案總成本對比
綜上所述，采用“First Time Right”（FTR）方法，能夠基于給定的規(guī)格與約束生成多樣化的約束成像系統(tǒng)。結合PanDao這一創(chuàng)新的光學制造技術（OFT）分析軟件，可對面向量產的系統(tǒng)快速完成設計、建模與優(yōu)化，實現(xiàn)從規(guī)格定義到產品交付的全流程高效貫通。
參考文獻：
1.F. Duerr and H.
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