面向制造的設(shè)計(jì)的案例
DfAM專欄 | nTopology—面向增材制造的高效設(shè)計(jì)平臺(tái)
nTopology是一款面向增材制造的高效設(shè)計(jì)平臺(tái)，平臺(tái)預(yù)置了大量增材制造常用的設(shè)計(jì)工具包，工程師通過調(diào)用若干個(gè)預(yù)置工具包、或自主開發(fā)定制的工具包，建立一個(gè)工作流，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)。nTopology集合了的強(qiáng)大幾何建模和仿真分析功能，并充分考慮增材制造的工藝特點(diǎn)，能夠幫助工程師快速掌握面向增材制造的設(shè)計(jì)方法，充分發(fā)揮增材制造帶來的廣闊自由度，同時(shí)可重復(fù)使用的工作流使得設(shè)計(jì)流程自動(dòng)化，大大提高設(shè)計(jì)效率。
展開 基于正向設(shè)計(jì)和增材制造的高端研發(fā)與先進(jìn)制造整體解決方案
1、技術(shù)架構(gòu)
基于正向設(shè)計(jì)和增材制造的高端研發(fā)與先進(jìn)制造整體解決方案的技術(shù)架構(gòu)參照了錢學(xué)森在系統(tǒng)觀點(diǎn)指導(dǎo)下1980年代初提出的“三個(gè)層次一座橋梁”的現(xiàn)代科學(xué)學(xué)科體系一般框架，包括基礎(chǔ)學(xué)科層——系統(tǒng)工程、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)等，信息化使能環(huán)境——面向數(shù)字主線和數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)協(xié)同、基于大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的云制造，技術(shù)學(xué)科層——TRIZ及技術(shù)創(chuàng)新和管理、拓?fù)鋬?yōu)化、工程仿真、知識(shí)工程，工程技術(shù)層——基于系統(tǒng)工程面向增材制造的產(chǎn)品材料工藝一體化設(shè)計(jì)方法學(xué)、及其流程體系組合配置而成的正向設(shè)計(jì)咨詢體系、先進(jìn)制造工藝融合優(yōu)選咨詢體系、先進(jìn)材料制備研備服務(wù)體系，工程實(shí)踐層——面向工業(yè)品的解決方案體系（如飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、模具等）、面向產(chǎn)業(yè)鏈的解決方案體系（如創(chuàng)業(yè)者、消費(fèi)者、高等教育和職業(yè)培訓(xùn)等公共事業(yè)、文創(chuàng)、建筑等）、面向工業(yè)化和信息化的產(chǎn)品體系（工藝和材料設(shè)備、軟件工具和平臺(tái)等）,核心內(nèi)容為：
圖1 基于正向設(shè)計(jì)和增材制造的高端研發(fā)與先進(jìn)制造整體解決方案技術(shù)架構(gòu)
2、流程體系
面向增材制造的設(shè)計(jì)的總體流程如圖2所示。這一流程涵蓋了產(chǎn)品的需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等過程。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要將這一指導(dǎo)性流程與雙V模型的系統(tǒng)工程過程框架進(jìn)行結(jié)合。圖3給出了基于德國標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)化設(shè)計(jì)VDI 2221的面向增材制造的設(shè)計(jì)流程，可以認(rèn)為這是圖2按VDI 2221在研發(fā)階段上的具體化。
支撐上述面向增材制造設(shè)計(jì)頂層流程的是若干專業(yè)化子流程，如基于MBSE的系統(tǒng)建模、拓?fù)鋬?yōu)化及仿真和創(chuàng)成設(shè)計(jì)一體化流程（圖4），面向增材制造的創(chuàng)成設(shè)計(jì)流程（圖5）等。
展開 面向3D打印-增材制造的先進(jìn)設(shè)計(jì)案例與完整流程
3D打印-增材制造的一大潛力是可以制造復(fù)雜設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，使得很多我們?cè)瓉硭煜さ漠a(chǎn)品變得跟原來的設(shè)計(jì)相比零件更少，材料更少，具備同樣甚至更好的力學(xué)性能，可以說增材制造為設(shè)計(jì)師們打開了一個(gè)全新的領(lǐng)域。
在增材制造的加工工藝中，設(shè)計(jì)師可以更多的去關(guān)注這個(gè)產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)的性能目標(biāo)是什么？可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有相同功能特性的產(chǎn)品而使用較少的材料嗎？怎樣獲得成本節(jié)約？正是增材制造的靈活性使得零件正變得越來越復(fù)雜、更集成、更輕，同時(shí)滿足產(chǎn)品的性能要求。
本期，谷.專欄通過介紹基于拓?fù)鋬?yōu)化的先進(jìn)設(shè)計(jì)經(jīng)典案例來理解發(fā)揮增材制造潛力的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并通過安世中德介紹的面向增材制造的先進(jìn)設(shè)計(jì)完整過程的介紹來分享仿真優(yōu)化為核心的增材制造設(shè)計(jì)思維。
案例：通訊衛(wèi)星支架結(jié)構(gòu)經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化的再設(shè)計(jì)，去掉了44個(gè)鉚釘成為一體化結(jié)構(gòu)，重量減輕了35%，而剛性卻提高了40%。
案例：機(jī)器人機(jī)械臂的增材設(shè)計(jì)流程在ANSYS平臺(tái)下完成，對(duì)其兩個(gè)機(jī)械臂部件進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，流程包括拓?fù)鋬?yōu)化、結(jié)構(gòu)光順、模型驗(yàn)證，并通過3D打印制造。優(yōu)化結(jié)果在最大應(yīng)力和最大變形相當(dāng)?shù)那闆r下，重量減少了40%。
一個(gè)完整的面向增材制造的先進(jìn)設(shè)計(jì)流程通常包括如下幾個(gè)步驟：
Step1
拓?fù)鋬?yōu)化：確定概念設(shè)計(jì)。
Step2
后拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括模型光順處理、實(shí)體化、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。
Step3
設(shè)計(jì)驗(yàn)證：對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行性能仿真，確定其符合設(shè)計(jì)要求。
Step4
參數(shù)優(yōu)化：在設(shè)計(jì)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和定型。
來源：安世中德
拓?fù)鋬?yōu)化
拓?fù)鋬?yōu)化基于已知的設(shè)計(jì)空間和工況條件以及設(shè)計(jì)約束，考慮工藝約束，比如增材制造的懸垂角，確定剛度最大、質(zhì)量最小的設(shè)計(jì)方案。
展開 PanDao：面向光學(xué)設(shè)計(jì)師的制造成本影響分析軟件工具
Marco Tinnera, Irina Livshitsb and Oliver Faehnlea
a 瑞士圣加侖市的PanDao 有限公司，b 用于光信息與節(jié)能系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”，圣彼得堡國立信息技術(shù)、機(jī)械與光學(xué)研究大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡
摘要. 本文介紹了一款名為“PanDao”的新軟件工具，專為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員打造。該工具能夠在設(shè)計(jì)階段模擬出最佳的制造流程和所需技術(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和公差的制造成本影響進(jìn)行分析。
在光學(xué)系統(tǒng)的生成過程中，會(huì)依次涉及三個(gè)不同的實(shí)體:
(a)最開始，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員會(huì)將性能參數(shù)轉(zhuǎn)化為光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構(gòu)型、面型精度、粗糙度和中頻誤差以及所使用的鍍膜類型。
(b)接下來，光學(xué)制造設(shè)計(jì)師將光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)化為一套精心設(shè)計(jì)的制造流程，采用配備有優(yōu)化制造參數(shù)（如所用磨料、加工運(yùn)動(dòng)學(xué)、共振頻率或?yàn)R射速率等）的機(jī)器。
(c)最后，生產(chǎn)經(jīng)理們開始利用現(xiàn)有配置的光學(xué)制造鏈，采用優(yōu)化后的批量規(guī)模和訓(xùn)練有素的操作人員來進(jìn)行高自動(dòng)化水平地光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)。
傳統(tǒng)習(xí)慣上，光學(xué)設(shè)計(jì)師會(huì)與客戶就產(chǎn)品的“光學(xué)系統(tǒng)”進(jìn)行磋商，討論內(nèi)容包括規(guī)格、價(jià)格以及有關(guān)產(chǎn)品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學(xué)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)最佳光學(xué)元件組合方面得到了軟件工具的有力幫助，但目前還沒有工具能夠幫助他們設(shè)計(jì)出生產(chǎn)所需的最佳制造流程。就光學(xué)制造而言，光學(xué)設(shè)計(jì)師的決策僅限于他們之前與公司內(nèi)部或供應(yīng)商光學(xué)研討會(huì)磋商所積累的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。這是因?yàn)楣鈱W(xué)制造技術(shù)并非光學(xué)設(shè)計(jì)師培訓(xùn)內(nèi)容的一部分，尤其是化學(xué)工程、材料科學(xué)、機(jī)床計(jì)量學(xué)、機(jī)械工程、磨料加工、制造工藝參數(shù)控制以及“光學(xué)工程師的黃金之手”對(duì)背后科學(xué)原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項(xiàng)目中1，開發(fā)出了這樣一款工具。
展開 
PanDao：面向光學(xué)設(shè)計(jì)師的制造成本影響分析軟件工具
Marco Tinnera, Irina Livshitsb and Oliver Faehnlea
a 瑞士圣加侖市的PanDao 有限公司，b 用于光信息與節(jié)能系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”，圣彼得堡國立信息技術(shù)、機(jī)械與光學(xué)研究大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡
摘要. 本文介紹了一款名為“PanDao”的新軟件工具，專為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員打造。該工具能夠在設(shè)計(jì)階段模擬出最佳的制造流程和所需技術(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和公差的制造成本影響進(jìn)行分析。
在光學(xué)系統(tǒng)的生成過程中，會(huì)依次涉及三個(gè)不同的實(shí)體:
(a)最開始，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員會(huì)將性能參數(shù)轉(zhuǎn)化為光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構(gòu)型、面型精度、粗糙度和中頻誤差以及所使用的鍍膜類型。
(b)接下來，光學(xué)制造設(shè)計(jì)師將光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)化為一套精心設(shè)計(jì)的制造流程，采用配備有優(yōu)化制造參數(shù)（如所用磨料、加工運(yùn)動(dòng)學(xué)、共振頻率或?yàn)R射速率等）的機(jī)器。
(c)最后，生產(chǎn)經(jīng)理們開始利用現(xiàn)有配置的光學(xué)制造鏈，采用優(yōu)化后的批量規(guī)模和訓(xùn)練有素的操作人員來進(jìn)行高自動(dòng)化水平地光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)。
傳統(tǒng)習(xí)慣上，光學(xué)設(shè)計(jì)師會(huì)與客戶就產(chǎn)品的“光學(xué)系統(tǒng)”進(jìn)行磋商，討論內(nèi)容包括規(guī)格、價(jià)格以及有關(guān)產(chǎn)品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學(xué)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)最佳光學(xué)元件組合方面得到了軟件工具的有力幫助，但目前還沒有工具能夠幫助他們設(shè)計(jì)出生產(chǎn)所需的最佳制造流程。就光學(xué)制造而言，光學(xué)設(shè)計(jì)師的決策僅限于他們之前與公司內(nèi)部或供應(yīng)商光學(xué)研討會(huì)磋商所積累的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。這是因?yàn)楣鈱W(xué)制造技術(shù)并非光學(xué)設(shè)計(jì)師培訓(xùn)內(nèi)容的一部分，尤其是化學(xué)工程、材料科學(xué)、機(jī)床計(jì)量學(xué)、機(jī)械工程、磨料加工、制造工藝參數(shù)控制以及“光學(xué)工程師的黃金之手”對(duì)背后科學(xué)原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項(xiàng)目中1，開發(fā)出了這樣一款工具。
展開 面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展
面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展
金屬增材制造技術(shù)雖有效解決復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可制造性差的問題
,
但仍存在某些制造約束，如結(jié)構(gòu)最小尺寸小于束斑直徑時(shí)，零件實(shí)際打印輪廓會(huì)超出設(shè)計(jì)輪廓；激光選區(qū)熔化技術(shù)所能制造的零件成形幾何尺寸受限；懸垂角度選擇不當(dāng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生零件裝配孔材料塌陷（圖
6a
）、結(jié)構(gòu)支撐斷裂（圖
6b
）等現(xiàn)象；采用粉末床增材制造技術(shù)時(shí)，制造含有封閉孔洞的結(jié)構(gòu)存在內(nèi)部粉末與支撐無法去除
等問題（圖
6c
）。因此，在拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中需同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)幾何約束、成形約束、材料性能約束等多種增材制造約束（圖
7
），從產(chǎn)品拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)源頭改善制造工藝局限性，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造一體化
。
圖6 增材制造打印失效。(a)裝配孔材料塌陷；(b)支撐結(jié)構(gòu)斷裂；(c)內(nèi)部支撐無法去除
圖7 面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)
4.1 考慮結(jié)構(gòu)幾何約束的拓?fù)鋬?yōu)化方法
拓?fù)錁?gòu)型往往會(huì)產(chǎn)生細(xì)小的桿狀分支，若桿狀最小尺寸小于高能束的束斑直徑、結(jié)構(gòu)最大幾何尺寸大于設(shè)備成型腔尺寸，則存在無法制造的難題。因此合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)型、分塊與連接方式，考慮增材制造成形件幾何約束的拓?fù)鋬?yōu)化方法，可有效降低加工難度，減少結(jié)構(gòu)熱變形。學(xué)者們主要從最大、最小尺寸約束兩個(gè)方面出發(fā)。
4.1.1 考慮最小尺寸約束的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)
基于單元網(wǎng)格的最小尺寸優(yōu)化方法主要有投影濾波函數(shù)、魯棒公式、功能梯度函數(shù)等。
展開 沈航：面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展
結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)以尋求材料最優(yōu)分布形式與最佳承力路徑為目的，在符合結(jié)構(gòu)材料力學(xué)特性的前提下，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。然而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜，傳統(tǒng)制造技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、快速制造。金屬增材制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的快速制造，極大地拓寬了設(shè)計(jì)空間。
增材制造技術(shù)前沿注意到，來自沈陽航空航天大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院和中國航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所的研究人員發(fā)表了《面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展》一文，綜述了面向金屬增材制造技術(shù)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究進(jìn)展，從優(yōu)化拓?fù)渌惴ǖ慕嵌龋瑲w納了基于單元網(wǎng)格與邊界演化的拓?fù)鋬?yōu)化方法在改善結(jié)構(gòu)連續(xù)性與可制造性方面的有效措施；從金屬增材制造約束的角度，總結(jié)了考慮幾何約束、成形約束、材料性能約束的拓?fù)鋬?yōu)化方法，并結(jié)合金屬增材制造與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
面向金屬增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)
隨著我國航空航天事業(yè)的持續(xù)發(fā)展，航空結(jié)構(gòu)件需滿足輕質(zhì)高效、長航時(shí)、高機(jī)動(dòng)性等要求，因此，進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)輕量化設(shè)計(jì)大多是基于經(jīng)典結(jié)構(gòu)的等效替換，例如通過新工藝、新材料等精益改善和挖掘結(jié)構(gòu)潛能，現(xiàn)已趨近“天花板”。
拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要分支，通過定義材料屬性、載荷工況與約束條件，尋求給定設(shè)計(jì)域內(nèi)材料的最優(yōu)分布形式，是結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)、獲得高性能創(chuàng)新構(gòu)型的有效設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到航空航天、汽車制造等領(lǐng)域中。
展開 面向光學(xué)設(shè)計(jì)師的制造成本影響分析軟件工具PanDao
Marco Tinnera, Irina Livshitsb and Oliver Faehnlea
a 瑞士圣加侖市的PanDao 有限公司，b 用于光信息與節(jié)能系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”，圣彼得堡國立信息技術(shù)、機(jī)械與光學(xué)研究大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡
摘要. 本文介紹了一款名為“PanDao”的新軟件工具，專為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員打造。該工具能夠在設(shè)計(jì)階段模擬出最佳的制造流程和所需技術(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和公差的制造成本影響進(jìn)行分析。
在光學(xué)系統(tǒng)的生成過程中，會(huì)依次涉及三個(gè)不同的實(shí)體:
(a) 最開始，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員會(huì)將性能參數(shù)轉(zhuǎn)化為光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構(gòu)型、面型精度、粗糙度和中頻誤差以及所使用的鍍膜類型。
(b) 接下來，光學(xué)制造設(shè)計(jì)師將光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)化為一套精心設(shè)計(jì)的制造流程，采用配備有優(yōu)化制造參數(shù)（如所用磨料、加工運(yùn)動(dòng)學(xué)、共振頻率或?yàn)R射速率等）的機(jī)器。
(c) 最后，生產(chǎn)經(jīng)理們開始利用現(xiàn)有配置的光學(xué)制造鏈，采用優(yōu)化后的批量規(guī)模和訓(xùn)練有素的操作人員來進(jìn)行高自動(dòng)化水平地光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)。
傳統(tǒng)習(xí)慣上，光學(xué)設(shè)計(jì)師會(huì)與客戶就產(chǎn)品的“光學(xué)系統(tǒng)”進(jìn)行磋商，討論內(nèi)容包括規(guī)格、價(jià)格以及有關(guān)產(chǎn)品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學(xué)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)最佳光學(xué)元件組合方面得到了軟件工具的有力幫助，但目前還沒有工具能夠幫助他們設(shè)計(jì)出生產(chǎn)所需的最佳制造流程。就光學(xué)制造而言，光學(xué)設(shè)計(jì)師的決策僅限于他們之前與公司內(nèi)部或供應(yīng)商光學(xué)研討會(huì)磋商所積累的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。這是因?yàn)楣鈱W(xué)制造技術(shù)并非光學(xué)設(shè)計(jì)師培訓(xùn)內(nèi)容的一部分，尤其是化學(xué)工程、材料科學(xué)、機(jī)床計(jì)量學(xué)、機(jī)械工程、磨料加工、制造工藝參數(shù)控制以及“光學(xué)工程師的黃金之手”對(duì)背后科學(xué)原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項(xiàng)目中1，開發(fā)出了這樣一款工具。
展開 PanDao：面向光學(xué)設(shè)計(jì)師的制造成本影響分析軟件工具
Marco Tinnera, Irina Livshitsb and Oliver Faehnlea
a 瑞士圣加侖市的PanDao 有限公司，b 用于光信息與節(jié)能系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”，圣彼得堡國立信息技術(shù)、機(jī)械與光學(xué)研究大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡
摘要. 本文介紹了一款名為“PanDao”的新軟件工具，專為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員打造。該工具能夠在設(shè)計(jì)階段模擬出最佳的制造流程和所需技術(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和公差的制造成本影響進(jìn)行分析。
在光學(xué)系統(tǒng)的生成過程中，會(huì)依次涉及三個(gè)不同的實(shí)體:
(a)最開始，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員會(huì)將性能參數(shù)轉(zhuǎn)化為光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構(gòu)型、面型精度、粗糙度和中頻誤差以及所使用的鍍膜類型。
(b)接下來，光學(xué)制造設(shè)計(jì)師將光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)化為一套精心設(shè)計(jì)的制造流程，采用配備有優(yōu)化制造參數(shù)（如所用磨料、加工運(yùn)動(dòng)學(xué)、共振頻率或?yàn)R射速率等）的機(jī)器。
(c)最后，生產(chǎn)經(jīng)理們開始利用現(xiàn)有配置的光學(xué)制造鏈，采用優(yōu)化后的批量規(guī)模和訓(xùn)練有素的操作人員來進(jìn)行高自動(dòng)化水平地光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)。
傳統(tǒng)習(xí)慣上，光學(xué)設(shè)計(jì)師會(huì)與客戶就產(chǎn)品的“光學(xué)系統(tǒng)”進(jìn)行磋商，討論內(nèi)容包括規(guī)格、價(jià)格以及有關(guān)產(chǎn)品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學(xué)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)最佳光學(xué)元件組合方面得到了軟件工具的有力幫助，但目前還沒有工具能夠幫助他們設(shè)計(jì)出生產(chǎn)所需的最佳制造流程。就光學(xué)制造而言，光學(xué)設(shè)計(jì)師的決策僅限于他們之前與公司內(nèi)部或供應(yīng)商光學(xué)研討會(huì)磋商所積累的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。這是因?yàn)楣鈱W(xué)制造技術(shù)并非光學(xué)設(shè)計(jì)師培訓(xùn)內(nèi)容的一部分，尤其是化學(xué)工程、材料科學(xué)、機(jī)床計(jì)量學(xué)、機(jī)械工程、磨料加工、制造工藝參數(shù)控制以及“光學(xué)工程師的黃金之手”對(duì)背后科學(xué)原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項(xiàng)目中1，開發(fā)出了這樣一款工具。
展開 設(shè)計(jì)仿真 | 面向增材制造工藝的打印數(shù)據(jù)準(zhǔn)備解決方案
01 引言
增材制造（Additive Manufacturing，簡(jiǎn)稱AM），通常也被稱為3D打印，是一種采用逐層堆疊或者燒結(jié)，直接制造與相應(yīng)數(shù)學(xué)模型完全一致的三維物理實(shí)體模型的新興制造技術(shù)，它與傳統(tǒng)的切削或去除材料的制造方法截然不同。增材制造的核心概念是通過逐層堆疊或添加材料，逐漸構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)，而不是從一個(gè)塊材料中削減或去除材料以獲得所需形狀。針對(duì)這一技術(shù)，除了打印設(shè)備，軟件技術(shù)中的增材制造結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝仿真、制造工藝數(shù)據(jù)處理、打印數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等也是該技術(shù)的核心關(guān)鍵。
02 增材制造工藝方案
海克斯康增材制造工藝方案涵蓋了整個(gè)增材制造工藝流程，從前端結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)、創(chuàng)成式設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化，實(shí)現(xiàn)增材結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，到增材制造結(jié)構(gòu)定位、支撐創(chuàng)建、定位和排布、打印策略、打印過程仿真、層切片數(shù)據(jù)可視化、成本評(píng)估，實(shí)現(xiàn)增材過程的參數(shù)準(zhǔn)備，還涵蓋了增材制造工藝仿真優(yōu)化，預(yù)測(cè)打印過程的變形、開裂、收縮線、卡刮刀、應(yīng)力集中等，通過變形補(bǔ)償自動(dòng)優(yōu)化，幫助實(shí)現(xiàn)一次打印成功。補(bǔ)償優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，可以再次進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，也可以進(jìn)行打印參數(shù)準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)增材制造工藝參數(shù)的閉環(huán)。幫助用戶解決3D打印過程中的問題。
圖：海克斯康增材制造工藝方案示意
03 金屬增材制造工藝打印數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
海克斯康旗下的CADS Additive GmbH與Simufact 增材制造工藝仿真、Apex Generative Design創(chuàng)成式設(shè)計(jì)等軟件形成完整的增材制造方案，幫助用戶解決增材制造過程中的各個(gè)階段面臨的問題，其中CADS Additive的AM Studio提供了面向金屬增材制造工藝打印參數(shù)準(zhǔn)備方案，可實(shí)現(xiàn)輔助零件定向、支撐創(chuàng)建、定位和排布、打印過程仿真、打印策略、層切片數(shù)據(jù)及可視化層切片數(shù)據(jù)、成本評(píng)估等。
展開 面向增材制造的嫦娥四號(hào)中繼衛(wèi)星—斜裝動(dòng)量輪支架優(yōu)化設(shè)計(jì)
衛(wèi)星斜裝動(dòng)量輪支架拓?fù)鋬?yōu)化
衛(wèi)星斜裝動(dòng)量輪支架拓?fù)鋬?yōu)化輸出結(jié)果
Altair Inspire自帶PolyNURBS功能，增材制造實(shí)現(xiàn)更容易
通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的零部件，傳統(tǒng)的制造工藝往往加工困難甚至無法制造，而增材制造（即3D打印）是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，通過采用層層堆積材料的方法來制造零件結(jié)構(gòu)。相對(duì)于傳統(tǒng)的材料切削去除技術(shù)，增材制造能夠?qū)崿F(xiàn)幾何高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)快速“生長”成型，有相對(duì)較少的制造約束。尤其增材制造具有流程短、適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，給材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者提供了豐富的想象空間，使傳統(tǒng)制造技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變得易于實(shí)現(xiàn)，本次衛(wèi)星斜裝動(dòng)量輪支架優(yōu)化設(shè)計(jì)的制造方式就選用了增材制造技術(shù)。
但傳統(tǒng)的CAD軟件在設(shè)計(jì)與優(yōu)化產(chǎn)品時(shí)，通常是直上直下或是直接用布爾運(yùn)算進(jìn)行幾何實(shí)體操作，或是簡(jiǎn)單的放樣，而當(dāng)遇到形狀過于復(fù)雜的零部件時(shí)，存在很難將結(jié)果直接轉(zhuǎn)為CAD的挑戰(zhàn)。Altair Inspire對(duì)此有相應(yīng)的解決辦法，采用Parasolid的多邊形建模——PolyNURBS，是用多邊形建模的方式解決工程問題，可以直接導(dǎo)入到其他的任何相關(guān)軟件進(jìn)行制造流程的對(duì)接。
展開 
直播 I 面向電池行業(yè)新一代數(shù)字化研發(fā)創(chuàng)新平臺(tái)（設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)端到端）
直播內(nèi)容
結(jié)合案例深入分享面向電池領(lǐng)域的一體化創(chuàng)新協(xié)作平臺(tái)：從市場(chǎng)需求到產(chǎn)品定義、從產(chǎn)品定義到產(chǎn)品/項(xiàng)目組合管理，從材料篩選、配方開發(fā)到電芯設(shè)計(jì)，從工程到制造，基于真正的“單一數(shù)據(jù)源”實(shí)現(xiàn)端到端的協(xié)作體驗(yàn)。
直播時(shí)間
2022年8月30日 14:00-15:00
講師介紹
楊宜鈞
達(dá)索系統(tǒng) Battery & NEV
行業(yè)高級(jí)顧問
報(bào)名方式
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展開 面向增材制造的嫦娥四號(hào)中繼衛(wèi)星—斜裝動(dòng)量輪支架優(yōu)化設(shè)計(jì)
衛(wèi)星斜裝動(dòng)量輪支架拓?fù)鋬?yōu)化
衛(wèi)星斜裝動(dòng)量輪支架拓?fù)鋬?yōu)化輸出結(jié)果
Altair Inspire自帶PolyNURBS功能，增材制造實(shí)現(xiàn)更容易
通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的零部件，傳統(tǒng)的制造工藝往往加工困難甚至無法制造，而增材制造（即3D打印）是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，通過采用層層堆積材料的方法來制造零件結(jié)構(gòu)。相對(duì)于傳統(tǒng)的材料切削去除技術(shù)，增材制造能夠?qū)崿F(xiàn)幾何高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)快速“生長”成型，有相對(duì)較少的制造約束。尤其增材制造具有流程短、適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，給材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者提供了豐富的想象空間，使傳統(tǒng)制造技術(shù)難于實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變得易于實(shí)現(xiàn)，本次衛(wèi)星斜裝動(dòng)量輪支架優(yōu)化設(shè)計(jì)的制造方式就選用了增材制造技術(shù)。
但傳統(tǒng)的CAD軟件在設(shè)計(jì)與優(yōu)化產(chǎn)品時(shí)，通常是直上直下或是直接用布爾運(yùn)算進(jìn)行幾何實(shí)體操作，或是簡(jiǎn)單的放樣，而當(dāng)遇到形狀過于復(fù)雜的零部件時(shí)，存在很難將結(jié)果直接轉(zhuǎn)為CAD的挑戰(zhàn)。Altair Inspire對(duì)此有相應(yīng)的解決辦法，采用Parasolid的多邊形建模——PolyNURBS，是用多邊形建模的方式解決工程問題，可以直接導(dǎo)入到其他的任何相關(guān)軟件進(jìn)行制造流程的對(duì)接。
展開 面向制造企業(yè)的PLM項(xiàng)目管理
導(dǎo)讀：簡(jiǎn)述制造企業(yè)對(duì)PLM項(xiàng)目管理系統(tǒng)的需求及定義，以項(xiàng)目管理為核心，強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。對(duì)項(xiàng)目從需求捕獲到最終產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的全過程開展研究，并簡(jiǎn)單介紹了基于項(xiàng)目管理的產(chǎn)品開發(fā)流程，以構(gòu)建項(xiàng)目管理和數(shù)據(jù)管理于一體的PLM項(xiàng)目管理系統(tǒng)。
1 引言
目前，制造企業(yè)的分工合作越來越細(xì)，大量產(chǎn)品均采取面向訂單的模式，而部門的相對(duì)獨(dú)立以及客戶化定制要求，導(dǎo)致產(chǎn)品研制周期長且協(xié)同較少，且研發(fā)部門到生產(chǎn)部門往往只有紙質(zhì)文件傳遞，這對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式、管理模式提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段，企業(yè)各單位對(duì)設(shè)計(jì)工具、質(zhì)量要求、工作標(biāo)準(zhǔn)等方面提出了更高要求，對(duì)設(shè)計(jì)到制造主線的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要重新配置和進(jìn)行控制管理。
以具體的項(xiàng)目整個(gè)生命周期流程為例，介紹基于PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）項(xiàng)目管理子系統(tǒng)的工作模式，達(dá)到對(duì)項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)、進(jìn)度和績效的管控目的。
項(xiàng)目管理是指如何在有限的經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、原料、設(shè)備或者人力等條件下，以最有效的管理或者控制方式制定的計(jì)劃；而PLM項(xiàng)目管理系統(tǒng)作為PLM系統(tǒng)中的一個(gè)重要功能點(diǎn)，對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)過程、項(xiàng)目參與人、項(xiàng)目周期、項(xiàng)目交付物等統(tǒng)一管理，并提供相關(guān)的項(xiàng)目監(jiān)控、項(xiàng)目考核、項(xiàng)目預(yù)警、項(xiàng)目報(bào)表等相關(guān)功能。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)
PLM項(xiàng)目管理系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)是以項(xiàng)目為核心，通過設(shè)計(jì)思想、方法、流程和技術(shù)的融合和創(chuàng)新，構(gòu)建以研發(fā)制造過程為主線，以項(xiàng)目管理和數(shù)據(jù)管理為支撐的設(shè)計(jì)制造一體化協(xié)同平臺(tái)。
展開 面向智能制造的鍛造技術(shù)
德國于2013 年4 月推出工業(yè)4.0，美國于2012年秋季提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念，韓國也相應(yīng)推出了制造業(yè)創(chuàng)新3.0，我國于2015 年5月19 日推出《中國制造2025》。上述各國推出的戰(zhàn)略都以智能制造為主導(dǎo)，其目的是：⑴推動(dòng)信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)在制造業(yè)的深入應(yīng)用；⑵創(chuàng)新生產(chǎn)模式和產(chǎn)業(yè)鏈分工；⑶建立全新的個(gè)性化和數(shù)字化的生產(chǎn)與服務(wù)模式；⑷取得全球制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)獲得長期服務(wù)回報(bào)。無論是德國工業(yè)4.0，還是《中國制造2025》，都清晰描繪出了智能制造的發(fā)展途徑：智能生產(chǎn)→智能產(chǎn)品→生產(chǎn)服務(wù)化→云工廠→跨界生產(chǎn)。
智能工廠與智能生產(chǎn)
德國人認(rèn)為在工業(yè)4.0 中，主要有兩個(gè)主題，一是智能工廠，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；二是智能生產(chǎn)，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D 技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。智能工廠的架構(gòu)如圖1所示。
圖1 智能工廠架構(gòu)
所謂智能制造就是將人工智能融合進(jìn)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過將專家的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)固化在系統(tǒng)或軟件中，完成制造過程。在制造過程中，滿足實(shí)現(xiàn)智能制造的要求，關(guān)鍵在于信息系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)的集成，在此基礎(chǔ)上能夠根據(jù)制造環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)智能預(yù)測(cè)、智能調(diào)度、智能診斷和智能決策和優(yōu)化。也就是說，將人工智能技術(shù)深度應(yīng)用在制造工廠。
智能預(yù)測(cè)
在制造過程中，從控制角度來看，存在許多具有不確定性、非線性以及非精確性或多變量、強(qiáng)耦合、機(jī)理繁雜的控制對(duì)象。如果能采用智能集成建模的方法對(duì)其結(jié)果進(jìn)行精確的智能預(yù)測(cè)，就可以對(duì)制造過程的優(yōu)化決策和優(yōu)化控制起到重要的作用。
智能調(diào)度
高效的計(jì)劃與調(diào)度對(duì)提升制造業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本具有重要作用，企業(yè)的計(jì)劃與調(diào)度問題具有生產(chǎn)約束復(fù)雜、不確定因素多、多目標(biāo)等難點(diǎn)。
展開 面向制造的設(shè)計(jì)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
面向制造的設(shè)計(jì)面向制造的設(shè)計(jì)（DFM）芯片設(shè)計(jì)制造面向?qū)ο?/a>精密設(shè)計(jì)與制造增材制造設(shè)計(jì) 智能制造汽車制造制造工藝綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)EDA設(shè)計(jì)工業(yè)設(shè)計(jì) 面向制造與裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南面向光學(xué)設(shè)計(jì)師的制造成本影響分析軟件工具pandao面向制造和裝配面向制造工藝的三維尺寸
