面向制造的設計（DFM）的案例
光譜掃描激光雷達為大規模部署自動駕駛鋪路
汽車制造商、共享出行服務提供商以及科技巨頭正朝著完全自動駕駛的未來邁進，一直以來他們都被激光雷達的可擴展性、可靠性以及性能問題困擾，該項創新解決了上述問題。
光譜掃描技術可讓Baraja激光雷達在簡單工業組件構建的系統中提供高性能和長距離探測功能，與同類技術相比，該技術大大提升了汽車可靠性。憑借靈活的模塊化設計，Baraja激光雷達可輕易整合到車輛上，讓自動駕駛車輛實時智能地控制和調整掃描模式，以適應復雜、動態的道路狀況。
傳統的激光雷達通過手動旋轉激光或使用活動鏡和微機電系統（MEMS）來控制光線掃描道路。由于汽車行駛時不斷的振動和沖擊，此類活動部件會出現不可靠的問題，其精細組件會失效或需要昂貴的加工來保護。該類傳統掃描辦法存在成本高、可靠性低以及性能低等問題，而且外觀笨拙，很難集成到現有的激光雷達解決方案中。上述限制阻礙自動駕駛汽車大規模部署。
Baraja緊湊模塊化雷達傳感器通過光纖連接，使用智能手機攝像頭和電信激光器中的現成組件，可實現自動駕駛行業所要求的高性能水平。該類組件使汽車可靠性最大化，并可為車隊大規模提供此技術，同時實現長期的成本效益。
在研發光譜掃描激光雷達的過程中，Baraja旨在實現最終能集成到車輛中的激光雷達的目標。通過滿足可擴展性、可制造性以及可靠性，Baraja采用面向制造的設計（DFM）方法指導產品研發。
展開 什么是零部件數據管理？
零部件數據管理最關鍵的部分是為設計選型和采購評估提供決策依據。
生產型企業一般會采購大量外協零部件，就會涉及到選購其它廠家產品的過程。這個過程在大多數企業起始于產品的研發階段，由研發部門負責。簡而言之就是選擇其它廠家的產品，作為零部件放入自己產品的過程。我們把這個過程叫做：研發選型、物料選型或設計選型。
選型----是產品成本和質量的基石。后續的改進提高只能在此之上進行，并且效果有限，比如“可靠性設計”、“基于成本的改型”等。
選型：根據實際需要對硬件、軟件和所需的技術進行規格選擇。
型是“面向制造的設計”DFM的前提，它直接決定了物料的可靠性、可維護性、工藝性等。
“采購和供應商管理”也是在選型的基礎上微調的。眾所周知，當設計人員指定了一個物料，采購人員是很難議價的。所以選型極大的影響最終產品的綜合成本和市場成功。
傳統的產品研發可以分為以下管理環節：立項，方案設計，初步設計，詳細設計，工程工藝設計，驗證測試，產品發布等。而隨著三維設計的普及，驗證測試環節可以在詳細設計階段就開始。大量零件、部件、模塊的測試數據也成為選型的重要依據。
所以在眾多管理環節中，除了“立項”就是“設計選型”管理最為重要。它為管理者提供了一個絕佳的支點和杠桿，以最少的投入撬動整個體系。
零部件數據管理就是對零部件的物理信息、商務信息、使用反饋信息的收集、保存、分析的過程。具體可以思考以下幾個問題，并根據實際情況找到管理的切入點：
一個物料被選用需要研發以外人員的確認嗎？比如整個環節里的質保、采購、生產、工藝等人員。
開放一個新物料是否有驗證環節及全方位的質量評估？
工程師是否使用物料優選清單，怎樣確保每次選型都會參考優選清單?
展開 PanDao：面向光學設計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 用于光信息與節能系統的計算機輔助設計”，圣彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學、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，專為光學系統設計人員打造。該工具能夠在設計階段模擬出最佳的制造流程和所需技術，并對設計參數和公差的制造成本影響進行分析。
在光學系統的生成過程中，會依次涉及三個不同的實體:
(a)最開始，光學系統設計人員會將性能參數轉化為光學系統參數，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構型、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，光學制造設計師將光學系統的參數轉化為一套精心設計的制造流程，采用配備有優化制造參數（如所用磨料、加工運動學、共振頻率或濺射速率等）的機器。
(c)最后，生產經理們開始利用現有配置的光學制造鏈，采用優化后的批量規模和訓練有素的操作人員來進行高自動化水平地光學系統生產。
傳統習慣上，光學設計師會與客戶就產品的“光學系統”進行磋商，討論內容包括規格、價格以及有關產品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學設計師在設計最佳光學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計出生產所需的最佳制造流程。就光學制造而言，光學設計師的決策僅限于他們之前與公司內部或供應商光學研討會磋商所積累的個人經驗。這是因為光學制造技術并非光學設計師培訓內容的一部分，尤其是化學工程、材料科學、機床計量學、機械工程、磨料加工、制造工藝參數控制以及“光學工程師的黃金之手”對背后科學原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項目中1，開發出了這樣一款工具。
展開 PanDao：面向光學設計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 用于光信息與節能系統的計算機輔助設計”，圣彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學、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，專為光學系統設計人員打造。該工具能夠在設計階段模擬出最佳的制造流程和所需技術，并對設計參數和公差的制造成本影響進行分析。
在光學系統的生成過程中，會依次涉及三個不同的實體:
(a)最開始，光學系統設計人員會將性能參數轉化為光學系統參數，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構型、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，光學制造設計師將光學系統的參數轉化為一套精心設計的制造流程，采用配備有優化制造參數（如所用磨料、加工運動學、共振頻率或濺射速率等）的機器。
(c)最后，生產經理們開始利用現有配置的光學制造鏈，采用優化后的批量規模和訓練有素的操作人員來進行高自動化水平地光學系統生產。
傳統習慣上，光學設計師會與客戶就產品的“光學系統”進行磋商，討論內容包括規格、價格以及有關產品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學設計師在設計最佳光學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計出生產所需的最佳制造流程。就光學制造而言，光學設計師的決策僅限于他們之前與公司內部或供應商光學研討會磋商所積累的個人經驗。這是因為光學制造技術并非光學設計師培訓內容的一部分，尤其是化學工程、材料科學、機床計量學、機械工程、磨料加工、制造工藝參數控制以及“光學工程師的黃金之手”對背后科學原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項目中1，開發出了這樣一款工具。
展開 
面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展
面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展
金屬增材制造技術雖有效解決復雜拓撲結構的可制造性差的問題
,
但仍存在某些制造約束，如結構最小尺寸小于束斑直徑時，零件實際打印輪廓會超出設計輪廓；激光選區熔化技術所能制造的零件成形幾何尺寸受限；懸垂角度選擇不當時，會產生零件裝配孔材料塌陷（圖
6a
）、結構支撐斷裂（圖
6b
）等現象；采用粉末床增材制造技術時，制造含有封閉孔洞的結構存在內部粉末與支撐無法去除
等問題（圖
6c
）。因此，在拓撲優化設計中需同時考慮結構幾何約束、成形約束、材料性能約束等多種增材制造約束（圖
7
），從產品拓撲優化設計源頭改善制造工藝局限性，以實現結構設計制造一體化
。
圖6 增材制造打印失效。(a)裝配孔材料塌陷；(b)支撐結構斷裂；(c)內部支撐無法去除
圖7 面向金屬增材制造的拓撲優化設計
4.1 考慮結構幾何約束的拓撲優化方法
拓撲構型往往會產生細小的桿狀分支，若桿狀最小尺寸小于高能束的束斑直徑、結構最大幾何尺寸大于設備成型腔尺寸，則存在無法制造的難題。因此合理設計結構構型、分塊與連接方式，考慮增材制造成形件幾何約束的拓撲優化方法，可有效降低加工難度，減少結構熱變形。學者們主要從最大、最小尺寸約束兩個方面出發。
4.1.1 考慮最小尺寸約束的拓撲優化設計
基于單元網格的最小尺寸優化方法主要有投影濾波函數、魯棒公式、功能梯度函數等。
展開 沈航：面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展
結構拓撲優化設計以尋求材料最優分布形式與最佳承力路徑為目的，在符合結構材料力學特性的前提下，實現結構的輕量化設計。然而拓撲結構往往比較復雜，傳統制造技術難以實現精準、快速制造。金屬增材制造技術可實現復雜零件的快速制造，極大地拓寬了設計空間。
增材制造技術前沿注意到，來自沈陽航空航天大學機電工程學院和中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所的研究人員發表了《面向金屬增材制造的拓撲優化設計研究進展》一文，綜述了面向金屬增材制造技術的結構拓撲優化設計研究進展，從優化拓撲算法的角度，歸納了基于單元網格與邊界演化的拓撲優化方法在改善結構連續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，總結了考慮幾何約束、成形約束、材料性能約束的拓撲優化方法，并結合金屬增材制造與拓撲優化技術的發展趨勢進行了展望。
面向金屬增材制造的拓撲優化設計
隨著我國航空航天事業的持續發展，航空結構件需滿足輕質高效、長航時、高機動性等要求，因此，進一步降低結構質量系數是結構優化設計領域面臨的一項嚴峻挑戰。
傳統輕量化設計大多是基于經典結構的等效替換，例如通過新工藝、新材料等精益改善和挖掘結構潛能，現已趨近“天花板”。
拓撲優化技術作為結構優化設計的重要分支，通過定義材料屬性、載荷工況與約束條件，尋求給定設計域內材料的最優分布形式，是結構輕量化設計、獲得高性能創新構型的有效設計方法，現已被廣泛應用到航空航天、汽車制造等領域中。
展開 DfAM專欄 | nTopology—面向增材制造的高效設計平臺
nTopology是一款面向增材制造的高效設計平臺，平臺預置了大量增材制造常用的設計工具包，工程師通過調用若干個預置工具包、或自主開發定制的工具包，建立一個工作流，實現復雜幾何結構的參數化設計。nTopology集合了的強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，能夠幫助工程師快速掌握面向增材制造的設計方法，充分發揮增材制造帶來的廣闊自由度，同時可重復使用的工作流使得設計流程自動化，大大提高設計效率。
展開 面向光學設計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 用于光信息與節能系統的計算機輔助設計”，圣彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學、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，專為光學系統設計人員打造。該工具能夠在設計階段模擬出最佳的制造流程和所需技術，并對設計參數和公差的制造成本影響進行分析。
在光學系統的生成過程中，會依次涉及三個不同的實體:
(a) 最開始，光學系統設計人員會將性能參數轉化為光學系統參數，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構型、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，光學制造設計師將光學系統的參數轉化為一套精心設計的制造流程，采用配備有優化制造參數（如所用磨料、加工運動學、共振頻率或濺射速率等）的機器。
(c) 最后，生產經理們開始利用現有配置的光學制造鏈，采用優化后的批量規模和訓練有素的操作人員來進行高自動化水平地光學系統生產。
傳統習慣上，光學設計師會與客戶就產品的“光學系統”進行磋商，討論內容包括規格、價格以及有關產品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學設計師在設計最佳光學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計出生產所需的最佳制造流程。就光學制造而言，光學設計師的決策僅限于他們之前與公司內部或供應商光學研討會磋商所積累的個人經驗。這是因為光學制造技術并非光學設計師培訓內容的一部分，尤其是化學工程、材料科學、機床計量學、機械工程、磨料加工、制造工藝參數控制以及“光學工程師的黃金之手”對背后科學原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項目中1，開發出了這樣一款工具。
展開 PanDao：面向光學設計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 用于光信息與節能系統的計算機輔助設計”，圣彼得堡國立信息技術、機械與光學研究大學、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，專為光學系統設計人員打造。該工具能夠在設計階段模擬出最佳的制造流程和所需技術，并對設計參數和公差的制造成本影響進行分析。
在光學系統的生成過程中，會依次涉及三個不同的實體:
(a)最開始，光學系統設計人員會將性能參數轉化為光學系統參數，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構型、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，光學制造設計師將光學系統的參數轉化為一套精心設計的制造流程，采用配備有優化制造參數（如所用磨料、加工運動學、共振頻率或濺射速率等）的機器。
(c)最后，生產經理們開始利用現有配置的光學制造鏈，采用優化后的批量規模和訓練有素的操作人員來進行高自動化水平地光學系統生產。
傳統習慣上，光學設計師會與客戶就產品的“光學系統”進行磋商，討論內容包括規格、價格以及有關產品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。
雖然光學設計師在設計最佳光學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計出生產所需的最佳制造流程。就光學制造而言，光學設計師的決策僅限于他們之前與公司內部或供應商光學研討會磋商所積累的個人經驗。這是因為光學制造技術并非光學設計師培訓內容的一部分，尤其是化學工程、材料科學、機床計量學、機械工程、磨料加工、制造工藝參數控制以及“光學工程師的黃金之手”對背后科學原理的深刻理解。
最近，在PanDao軟件項目中1，開發出了這樣一款工具。
展開 面向3D打印-增材制造的先進設計案例與完整流程
3D打印-增材制造的一大潛力是可以制造復雜設計的產品，使得很多我們原來所熟悉的產品變得跟原來的設計相比零件更少，材料更少，具備同樣甚至更好的力學性能，可以說增材制造為設計師們打開了一個全新的領域。
在增材制造的加工工藝中，設計師可以更多的去關注這個產品要實現的性能目標是什么？可以設計一個具有相同功能特性的產品而使用較少的材料嗎？怎樣獲得成本節約？正是增材制造的靈活性使得零件正變得越來越復雜、更集成、更輕，同時滿足產品的性能要求。
本期，谷.專欄通過介紹基于拓撲優化的先進設計經典案例來理解發揮增材制造潛力的設計特點，并通過安世中德介紹的面向增材制造的先進設計完整過程的介紹來分享仿真優化為核心的增材制造設計思維。
案例：通訊衛星支架結構經過拓撲優化的再設計，去掉了44個鉚釘成為一體化結構，重量減輕了35%，而剛性卻提高了40%。
案例：機器人機械臂的增材設計流程在ANSYS平臺下完成，對其兩個機械臂部件進行設計優化，流程包括拓撲優化、結構光順、模型驗證，并通過3D打印制造。優化結果在最大應力和最大變形相當的情況下，重量減少了40%。
一個完整的面向增材制造的先進設計流程通常包括如下幾個步驟：
Step1
拓撲優化：確定概念設計。
Step2
后拓撲結構設計：包括模型光順處理、實體化、點陣結構設計等。
Step3
設計驗證：對設計方案進行性能仿真，確定其符合設計要求。
Step4
參數優化：在設計驗證的基礎上進一步進行詳細的設計優化和定型。
來源：安世中德
拓撲優化
拓撲優化基于已知的設計空間和工況條件以及設計約束，考慮工藝約束，比如增材制造的懸垂角，確定剛度最大、質量最小的設計方案。
展開 設計仿真 | 面向增材制造工藝的打印數據準備解決方案
01 引言
增材制造（Additive Manufacturing，簡稱AM），通常也被稱為3D打印，是一種采用逐層堆疊或者燒結，直接制造與相應數學模型完全一致的三維物理實體模型的新興制造技術，它與傳統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，逐漸構建三維結構，而不是從一個塊材料中削減或去除材料以獲得所需形狀。針對這一技術，除了打印設備，軟件技術中的增材制造結構設計、工藝仿真、制造工藝數據處理、打印數據準備等也是該技術的核心關鍵。
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增材制造工藝流程，從前端結構輕量化設計、創成式設計、拓撲優化，實現增材結構的設計，到增材制造結構定位、支撐創建、定位和排布、打印策略、打印過程仿真、層切片數據可視化、成本評估，實現增材過程的參數準備，還涵蓋了增材制造工藝仿真優化，預測打印過程的變形、開裂、收縮線、卡刮刀、應力集中等，通過變形補償自動優化，幫助實現一次打印成功。補償優化后的結構，可以再次進行結構的優化設計，也可以進行打印參數準備，實現增材制造工藝參數的閉環。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據準備
海克斯康旗下的CADS Additive GmbH與Simufact 增材制造工藝仿真、Apex Generative Design創成式設計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準備方案，可實現輔助零件定向、支撐創建、定位和排布、打印過程仿真、打印策略、層切片數據及可視化層切片數據、成本評估等。
展開 
可制造性評估（DFM）
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可制造性評估（DFM）
AI-FORM 的DFM 模塊具備強大的可制造性分析功能，適用于產品開發階段與制造前期的DFM分析。DFM分析是產品制造的第一步，也是產品工程師與制造供應商之間溝通的橋梁。
找到零件可制造性的關鍵難點區域
快速響應制造報價環節
找出沖壓難點
只需3分鐘
3次點擊
AI-FORM DFM 功能列表與應用
■內置前端幾何分析的CAE技術
■針對沖壓件幾何模型檢查成形性，包括基于零件幾何的成形難易云圖，針對特征位置的成形難易云圖和成形難易指數（FDI）云圖
■成形難易指數可直接指導沖壓工序和模具設計，如對于復雜的拉深零件至少需要幾個拉深工序
■配合網格變形技術和網格光滑技術，用戶可以隨意地設計預拉深工步的幾何參數
■高級的可視化結果功能
■用戶可調整難易指數（FDI）計算的參數
?
END
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聲明：公眾號偶爾轉載的文章出于非商業性的教育和科研目的，并不意味著支持其觀點或證實其內容的真實性，歡迎大家評論發表自己的意見。版權歸原作者所有，如轉載稿涉及版權等問題，請立即聯系我們，我們會予以更改或刪除相關文章，保障您的權利！
夏天點個贊，請吃西瓜哦
展開 面向增材制造的嫦娥四號中繼衛星—斜裝動量輪支架優化設計
衛星斜裝動量輪支架拓撲優化
衛星斜裝動量輪支架拓撲優化輸出結果
Altair Inspire自帶PolyNURBS功能，增材制造實現更容易
通過拓撲優化設計的零部件，傳統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）是一種先進的制造技術，通過采用層層堆積材料的方法來制造零件結構。相對于傳統的材料切削去除技術，增材制造能夠實現幾何高度復雜的結構快速“生長”成型，有相對較少的制造約束。尤其增材制造具有流程短、適合復雜結構等特點，給材料和結構設計者提供了豐富的想象空間，使傳統制造技術難于實現的結構變得易于實現，本次衛星斜裝動量輪支架優化設計的制造方式就選用了增材制造技術。
但傳統的CAD軟件在設計與優化產品時，通常是直上直下或是直接用布爾運算進行幾何實體操作，或是簡單的放樣，而當遇到形狀過于復雜的零部件時，存在很難將結果直接轉為CAD的挑戰。Altair Inspire對此有相應的解決辦法，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，可以直接導入到其他的任何相關軟件進行制造流程的對接。
展開 直播 I 面向電池行業新一代數字化研發創新平臺（設計、制造、生產端到端）
直播內容
結合案例深入分享面向電池領域的一體化創新協作平臺：從市場需求到產品定義、從產品定義到產品/項目組合管理，從材料篩選、配方開發到電芯設計，從工程到制造，基于真正的“單一數據源”實現端到端的協作體驗。
直播時間
2022年8月30日 14:00-15:00
講師介紹
楊宜鈞
達索系統 Battery & NEV
行業高級顧問
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展開 面向增材制造的嫦娥四號中繼衛星—斜裝動量輪支架優化設計
衛星斜裝動量輪支架拓撲優化
衛星斜裝動量輪支架拓撲優化輸出結果
Altair Inspire自帶PolyNURBS功能，增材制造實現更容易
通過拓撲優化設計的零部件，傳統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）是一種先進的制造技術，通過采用層層堆積材料的方法來制造零件結構。相對于傳統的材料切削去除技術，增材制造能夠實現幾何高度復雜的結構快速“生長”成型，有相對較少的制造約束。尤其增材制造具有流程短、適合復雜結構等特點，給材料和結構設計者提供了豐富的想象空間，使傳統制造技術難于實現的結構變得易于實現，本次衛星斜裝動量輪支架優化設計的制造方式就選用了增材制造技術。
但傳統的CAD軟件在設計與優化產品時，通常是直上直下或是直接用布爾運算進行幾何實體操作，或是簡單的放樣，而當遇到形狀過于復雜的零部件時，存在很難將結果直接轉為CAD的挑戰。Altair Inspire對此有相應的解決辦法，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，可以直接導入到其他的任何相關軟件進行制造流程的對接。
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