定制化結構設計的案例
Mimics在定制化假體設計和制造中的應用
引言
目前國內的假體、植入體的生產制造大多是序列化的生產，個體化的假體制造還沒有形成規模。導致這種現狀有多方面的原因，但是技術的不完善是最重要的一方面。序列化的假體、植入體可以實現批量的生產，但是序列化的假體、植入體有其不利的一面。主要表現在患者生理結構的獨特性，序列化的假體、植入體與患者的匹配常常存在問題。手術后，患者可能由于假體、植入體的不匹配，從而感到不適。
建構病理區三維模型
現在的設計都是在三維模式下，然而現在的診斷設備多為CT和MRI。CT和MRI輸出的是斷層掃描圖片，如何將二維的圖像轉化為三維的CAD模型是進行三維假體、植入體設計的關鍵。現在三維重構軟件最為出名的是比利時Materialise公司的Mimics（Materialise’s Interactive Medical Image Control System）軟件，該軟件提供可將Dicom格式的文件自動的讀入，同時還可以讀入BMP和Tiff格式的文件。對于版本比較的老的CT和MRI設備，Mimics也提供相應的輸入接口，從而讀入斷層掃描圖像，如圖1。右上角的視圖顯示原始的掃描圖像，即為橫斷面圖；左上角的為根據橫斷面圖像計算生成的關狀面圖像；左下角同樣為根據橫斷面圖像計算生成的矢狀面圖像。通過閾值提取的方法，以及使用軟件的編輯功能，就可以快速得到三維模型，如圖2所示。
Mimics提供了測量工具，可以對病歷區進行測量。同時對于病理區是關于中心矢狀面對稱的案例，還可以直接使用該軟件的simulation模塊進行植入體的設計。其主要方法是通過對稱的方法，將沒有缺失的區域鏡像到病理區，然后調節位置，最后布爾預算，從而達到假體、植入體與本體的完全匹配。
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車間從集成式 CAD、CAM、CMM 軟件套裝中獲益
我們的數字化零件生產解決方案可以幫助車間實現同步零件生產并使用已定義的 3D 模型模擬和加工零件以提高運營效率。完全合并數字化和物理流程并打造連續、數字化溝通和反饋回路，以便理解零件設計的每項更改將對更大的制造流程產生怎樣的影響。
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定制化制造 – 西門子數字化零件生產
為了滿足與日俱增的定制化需求，圍繞新機器面世的方方面面的復雜性在不斷上升，這是機械制造商如今面臨的最大挑戰之一。
客戶比以往任何時候都更需要高度定制的產品，以滿足他們的特定需求，，而千篇一律的產品無法滿足所有需求。
在消費者對定制制造需求的驅動下，為了保持競爭力，機械制造商必須創造出模塊化、多功能的機器。
自動化零件制造
西門子數字化零件生產 (DPP) 提供全新的工程和制造實踐，以便緊跟日益增長的復雜性趨勢，同時盡可能使生產量和零件生產質量達到最高水平。全面數字化雙胞胎將整個生產流程以數字化的方式連通起來，使工程與制造之間的眾多流程實現自動化。
工業制造中的數字化雙胞胎
西門子數字化零件生產 (DPP) 是一種基于全面數字化雙胞胎的集成式數字化解決方案。
展開 SOLIDWORKS二次開發——拓展設計能力與定制化解決方案
成功案例與應用示例
① 自動裝配生成：通過開發腳本，實現根據設計參數自動生成復雜裝配的功能，節省了大量手動操作的時間和勞動力。
② 參數化設計軟件：通過參數化設計軟件，實現快速完成產品改型設計，減少人工的重復性工作，提高零件的重用率。
③ 批量作業軟件：通過二次開發，將一些批量作業交給程序來完成，比如批量寫屬性、批量轉格式。
SOLIDWORKS二次開發能夠拓展設計能力，優化工作流程。Solidkits可以根據企業自身需求進行SOLIDWORKS定制開發，通過使用SOLIDWORKS的API和編程技術，幫助企業以更高的效率實現智能的設計過程。二次開發不僅提高了個人和團隊的工作效率，還為企業提供了差異化的競爭優勢。
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聲明
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（來源：網絡，版權歸原作者）
醫學影像三維重建軟件如何助力定制化3D打印植入物設計？
醫學影像三維重建軟件在個性化醫療器械設計開發中起到日益重要的作用，結合仿真模擬技術、3D打印技術在醫療器械制造中的應用發展，這些技術為醫療器械，特別是定制化醫療器械的設計開發提供了高效的解決方案。本期3D科學谷將分享Corin Group，360 Knee Systems等骨科醫療器械公司使用醫學圖像三維重建軟件開發定制化植入物的應用案例。
圖片來源：Simpleware Product Group
用于手術規劃、仿真分析、植入物設計...
使患者獲得長期的舒適度，是骨科植入手術的關鍵目標。手術時，植入物能否被準確放置，是影響舒適度和是否會產生翻修手術的重要因素。在骨科治療中，有些使用標準化植入物無法治療、修復的病例需要通過個性化定制植入物進行治療，醫生和工程師可以為患者定制設計任何所需的個性化植入物，并作出合適的手術決策。
定制化植入物設計和術前規劃領域出現了很多技術應用趨勢，包括：拓撲優化，有限元分析（FEA），復合材料/材料測試，逆向工程，3D打印和法規遵從。一些公司正在使用基于3D圖像建模軟件，以非侵入的方式設計和測試植入物的性能。
Corin Group，360 Knee Systems等醫療器械公司通過應用醫學掃描影像、影像三維重建軟件、3D打印技術和激光引導手術，展示了成功和可重復的工作流程。以下案例概述了用基于醫學影像的技術解決種植體設計挑戰的步驟，同時強調了與開發和使用該技術相關的一些關鍵問題。
在開發定制化植入物中的應用
CT、MRI 等醫學影像數據，是從掃描中捕獲患者的逼真幾何形狀，使用這些患者特異性解剖結構，手術過程和植入物設計都能夠基于個體需要和病理進行定制。
展開 漢莎科技：靈活的CFRP結構設計 服務私人定制飛機客戶
可是一旦私人定制的飛機被改造成更多的小隔間，當機艙中壓力突然降低時，這種分割設計會放大壓力突降的影響，在機艙中形成極低的壓力，給艙壁、地板和家具帶來損傷。為了彌補這部份損失的氣壓，研究人員在機艙地板上設計了更大的通氣閥（cutout或者breather vents）。在不同飛行環境的模擬中，研究人員可以了解飛機何處的內外艙壓平衡，而何處的機構需要加強。
以上就機艙地板進行的實驗所得成果可以依樣應用到機艙橫側（side ）和艙頂（upper）中去，由三者共同實現額外應力的疏導。基于上述實踐，研究人員進一步設計了機身的整體結構。這是一次突破性的嘗試，因為沒有任何設計數據可以參考。目前，設計工作人在進行中。
如上所述，該項目的研究成果已經應用到了一架私人定制的飛機上。研究團隊還將就地板接著點（floor attachment points）做其他領域的拓展研究。其為機艙內飾和個性化設計帶來的可能性，將使得漢莎科技得以在不久的將來為VIP客戶提供私人定制飛機的可靠解決方案。
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展開 設計仿真 | Adams進行關鍵結構通用化設計的工程價值
對基礎模型進行測試
在通用化項目之前，團隊已經做了基礎模型的設計，包含基礎模型的CAD。多體模型從現場操作及試驗中獲取信息，并產生載荷。這些載荷將被用到最終評價軟件中，從而獲取應力信息并與實際的測試數據進行對比。在應力層面進行對比，是因為每個部件都可以獲取應力。加入應力能夠匹配，則凍結多體模型，否則需要修改多體模型。
準備好基礎模型后，在多體模型中更換通用化的部件，對比應力，通過應力水平對設計進行評價，應力水平應低于基礎值。如果應力滿足要求，將會進一步進行部件開發、樣機測試及量產化。如果不滿足要求，將會修改通用化結構。
原始的轉動軸承有32個螺栓，新的設計有37個，雖然增加了螺栓的數量，但是新的設計減重35kg。在多體模型中，允許螺栓是不等間距的，能夠減少螺栓的最大載荷，在撞擊下載荷分配更加均勻，這點保證了設計優化。
展開 冠脈支架結構設計全過程，參數化設計支架 ￥9.9
教材詳細講述了冠脈支架的設計思路和三維繪制，支架性能的數值計算
python結構化程序設計
控制臺輸入函數input( ) 和raw_input( )
input( ) 函數支持輸入數字或表達式，但是不支持輸入字符串；返回數字類型的值
raw_input( ) 函數將搏或原始輸入，返回字符串類型的值
條件：
if (表達式1):
語句1
elif (表達式2):
語句2
else:
語句3
循環：
while (表達式):
語句
else:
語句
※ while內表達式為真時，執行循環，否則執行else塊中的語句，根據編程需要，else語句可以省略，表達式兩旁的括號也可以省略。else從句也是循環體的一部分，while最后一次循環后執行else從句。
for variable in set: 一般用于遍歷某個集合（元組、列表、字典等）
語句
else:
語句
for i in range(num1, num2, num3) range函數返回從num1開始到num2步長為num3的列表。
語句跳轉 break 和continue
展開 基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化
導讀：目前，各企業也都在有意識的去改變這種困境，廣泛應用三維CAD、CAE軟件，改進設計方法、開發各類輔助工具等，但從發展趨勢來看，這僅僅只是一個起點，還不能達到設計“快速、高效、可靠”的最終目的。
背景及發展趨勢
結構設計的發展趨勢
根據研究分析，我們可將產品結構設計發展的進程分為四個階段
基于三維CAD的結構設計：利用三維CAD軟件代替傳統的二維圖開展設計，使結構設計變得簡單、直觀；
基于三維CAD二次開發的結構快速設計：在三維CAD軟件上進行二次開發、定制快速設計功能，實現由頁面參數驅動三維模板，快速生成設計模型；
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化：知識構件是一種更為先進的專家系統形態，其實質是基于軟件構件化技術，實現的一系列可即插即用的執行自動化或半自動化知識型工作任務的軟件應用程序，通過這種技術，建立設計、仿真快速迭代的協同設計環境；
智慧設計：是指應用現代信息技術，采用計算機模擬人類的思維活動，提高計算機的智能水平，從而使計算機能夠更多、更好地承擔設計過程中各種復雜任務，成為設計人員的重要輔助工具。
隨著社會的發展，當今市場對產品的要求越來越苛刻，產品更新換代越來越快、研發周期越來越短、可靠性要求越來越高，而企業又存在人員年輕化、更迭頻繁、設計手段落后等問題，這些都對產品設計帶來嚴峻的挑戰。
展開 基于曲面的飛機機翼結構參數化設計
<FONT color=#000000 size=4>以某型無人機機翼結構設計為例,介紹在計算機輔助三維交互應用(Computer Aided Three-dimensional Interactive Application,catia)軟件三維設計環境下,基于機翼理論外形曲面的機翼結構參數化設計方法。通過完整數據鏈的全相關結構設計,實現設計更改過程的全模型自動更新,設計周期縮短,成本降低。</FONT><FONT color=#6f6f6f> </FONT><BR><Font color=#FF0000><B>.PS.:</B>該帖附件于2006-09-25 23:21:21被火沙評為3星級，為發貼者加分60。</Font><BR><Font color=#FF0000><B>點評:</B></Font>
基于曲面的飛機機翼結構參數化設計.rar
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鋼包架結構輕量化設計
1）輕量化要求及原始模型
如圖所示，鋼包架需要承受中間的鋼包（有效重量為271噸）。鋼包架如圖2所示，原始結夠重92噸，需要滿足正常工作的前提下，減重15噸左右。
2）鋼包架結構參數定義
根據鋼包結構，進行結構分析：預設計鋼板厚度1=（50-60 ）mm，2=（20-30）mm，3=（60-80）mm，4=（40）mm ，5=（50-80）mm ，6=（20-40）mm ，7=（20-40）mm ，8=（30-50）mm，9=（30-40）mm
為了便于分析說明，對主框架進行結構參數定義，見下表所示。
展開 基于Altair Inspire的結構設計與增材制造一體化研究
1.題目：
基于Altair Inspire的結構設計與增材制造一體化研究
概述：拓撲優化代表著當今結構設計的發展方向，通過該技術能得到滿足使用工況下的最優構型，達到輕量化的目的。增材制造技術的提出有效地解決了拓撲優化的難加工問題。本文主要通過結合增材制造技術和拓撲優化方法，利用Altair Inspire軟件，針對兩個具體研究對象，制定了結構創新設計和增材制造的設計制造流程。
2.課題要求:以某支撐結構優化設計為應用背景，根據零件結構和典型載荷工況，對結構進行減重。
3.課題內容:拓撲優化之后的結果難以采用傳統的加工工藝即減材制造方式加以制造，增材制造的提出有效的迎合了拓撲優化的需要，并且Altair公司旗下的Inspire是一款專業的仿真軟件，其介紹如圖1所示。
圖1 拓撲優化軟件
因此，針對一無人機支撐結構進行拓撲優化，首先提取出幾何模型進行建模，然后在Altair Inspire中劃分設計空間和非設計空間，選取底部八個角點作為固定支撐，頂部受到由機體傳遞的載荷，通過結構分析模塊得到等效應力云圖和等效應變云圖，并將其作為拓撲優化問題的比較基準，如圖2所示。
展開 Adams進行關鍵結構通用化設計的工程價值
使用Adams對回轉支承進行通用化設計，THCM預計節省1500萬盧比，并縮短開發驗證時間。
塔塔日立工程機械有限公司（THCM）是塔塔汽車公司和日本日立工程機械公司在印度的合資公司。THCM在機械領域的產品包括挖掘機、輪式裝載機、反鏟裝載機、壓土機、運輸攪拌車、自卸卡車、機械起重機、電動平地機和堆垛機。公司有三個生產基地，位于Jamshedpur、Dharwad和Kharagpur。
由于新冠肺炎的影響，大量公司都面臨訂單縮減，為了應對這種影響，THCM在積極創造最好產品的同時，通過提升運營效率、降低成本來減少設計支出。
為了上述目標，THCM開始對14噸及13噸兩種挖掘機的轉動軸承進行通用化設計。
挖掘機由鏟斗、斗桿、動臂及各自的油缸，還有上部結構與下部支撐組成。團隊需要研究上部結構與下部支撐的連接，這是由一個回轉支承（帶內外圈的滾子軸承）完成的。它的作用不僅是傳遞載荷,而且實現了上部結構與下部支撐的旋轉運動。
轉動軸承的通用化設計有助于降低產品成本。使用傳統分析進行此項工作需要幾個月的繁瑣計算，而使用Adams進行真實載荷工況下的計算能夠快速驗證設計，縮短開發周期。
使用Adams的多體動力學方法
Adams運用了多體動力學的方法，首先使用約束、襯套、驅動及力對兩種挖掘機進行建模，為了更準確的接近物理樣機，模型包含了所有結構件及慣性載荷。活塞桿端和銷軸使用了直線副，其他銷軸使用了旋轉副，轉動軸承螺栓用襯套模擬，并在履帶與地面及鏟斗與地面設置了接觸，使用腳本進行仿真，進而獲取真實的運動。
根據測試及經驗，團隊確定了兩種載荷工況。
展開 國際化的通用結構分析與設計軟件STAAD/CHINA
阿依艾工程軟件(大連)有限公司是1995年成立的一家專門從事建筑結構分析與設計軟件的開發和鋼結構工程設計與咨詢業務的外商獨資企業，也是美國REI公司在全中國的總代理機構和技術支持中心。公司擁有博士、碩士、教授級高級工程師、國家一級注冊結構工程師等各類技術人員100余人，在北京和上海設有分支機構。
國際化的通用結構分析與設計軟件STAAD/CHINA由2部分組成：STAAD.Pro與SSDD。STAAD.Pro是由美國世界著名的工程咨詢和CAD軟件開發公司—REI（Research Engineering International）從上世紀七十年代開始開發的通用有限元結構分析與設計軟件，到目前為止，在全球近百個國家中已超過160,000用戶。SSDD是由阿依艾工程軟件(大連)有限公司所開發的鋼結構分析設計與繪圖軟件，并可對STAAD.Pro的分析結果進行中國規范檢驗及后處理設計。
STAAD/CHINA主要具有以下功能：
■ 強大的三維圖形建模與可視化前后處理功能：STAAD本身具有強大的三維建模系統及豐富的結構模板，用戶可方便快捷地直接建立各種復雜三維模型。用戶亦可通過導入其他軟件（例如AUTOCAD）生成的標準DXF文件在STAAD中生成模型。對各種異形空間曲線、二次曲面，用戶可借助EXCEL電子表格生成模型數據后直接導入到STAAD中建模。最新的STAAD版本允許用戶通過STAAD的數據接口運行用戶自編宏建模。高級用戶可用各種方式編輯STAAD的核心的STD文件（純文本文件）建模。用戶可在設計的任何階段對模型的部分或整體進行任意的移動、旋轉、復制、鏡象、陣列等操作。
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