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DARPA通过美国施乐公司降低前沿制造技术的设计复杂性,DARPA通过数百万美元的研究计划推动CAD设计的极限

2020-01-03 19:18

[据3Ders网站2017年4月25日报道] 美国国防先期研究计划局已经选择了施乐公司的PARC来开发和提供FIELDS,这是先进制造工艺如组合金属増材制造和机加工的“新计算范式”。

美国施乐公司PARC子公司4月25日宣布,已被美国国防高级研究计划局选中,为其开发和提供一种新的计算模式,以消除现有设计平台中存在的局限性。该项目名为FIELDS,旨在为设计师和工程师们提供新的工具,将分析和反馈集成到材料结构、复杂的几何设计,以及先进制造工艺的关键性能标准中。该项的目标是颠覆传统和现代制造工艺中零件,组件及系统的设计模式。将通过建模、规划、综合及性能分析实现计算创新,从而在产品的几何形状与材料空前复杂的情况下,提高制造的自由度。他们的目标是使用所开发的表示法和算法,验证从设计要求到制造指令的全自动“编译”过程。PARC首席执行官Tolga Kurtoglu表示:“这个项目将从根本上改变了计算机辅助工程领域,以及我们如何进行下一代复杂工程系统的设计。FIELDS将创建一种系统,能够自动搜索高维空间可用的形状、材料和工艺,从而改变产品设计。它将为一组设计规范生成可行的解决方案,并使生成的解决方案具备多重保真、基于多物理分析的能力。FIELDS技术最直接的效益是能够显著提升产品性能,缩短产品的上市时间。”作为FIELDS项目的研究成员,PARC公司旨在克服现有计算机辅助设计技术的局限性,并且能够对与其性能与制造工艺紧密结合的设计进行可靠而有效的综合与分析。PARC将与完整解决方案公司、俄勒冈州立大学一起,开发和提供一种新的计算设计方法,旨在广泛利用高性能计算能力。PARC系统科学实验室副总裁兼主任Ersin Uzun表示,“PARC及其合作伙伴将缩小CAD、CAE、CAM和创新制造技术之间的差距。研究团队将通过对计算工作流中的加工件进行深入的考虑,来改变设计和制造过程。围绕每个方面,对加工件的结构进行建模,以从六个尺度来展现其形状、拓扑和异质各向异性材料结构。该计算架构将自动为综合设计提供可制造性和性能的反馈,并将设计要求编译为具有制造说明的有效设计。这种模式将减轻设计师整合多学科间计算和不同专业知识的工作负担,这也是当今产品生命周期管理系统的重大瓶颈。该框架将适用于例如金属增材与机械加工的混合制造,梯度材料的制造等具体工艺。通过DARPA及其合作伙伴,PARC的解决方案将包括:1. 为具有非均质、各向异性材料结构的加工件建立新的数学模型、表示和计算方法;2. 实现综合、制造规划与分析之间的互操作性整合;3. 面对高度复杂性设计,通过自动搜索可用的高维空间形状、材料和工艺,以帮助设计师发现物理上可实现的设计。PARC的数字化制造技术方案通过将实际的制造约束纳入产品的设计周期,并在设计早期阶段确定供应链的制造限制,从而弥补工程能力的缺陷,并最终缩短上市时间,提高整体产品质量。

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[据本站2018年9月27日综合报道] DARPA与帕洛阿尔托研究中心合作研发新型设计方法,将突破现有CAD技术的局限性,使设计人员能够充分利用增材制造和增减材混合制造在几何结构和材料复杂性方面的优势进行设计创新,提出具有卓越功能特性的全新设计,并且具有可制造性。 目前广泛应用的计算机辅助设计和计算机辅助制造软件和产品生命周期管理系统等传统的研发工具及材料往往会限制设计人员的创新能力,无法扩展以满足产品功能、结构和制造工艺复杂性大幅提升的需求。DARPA实施的TRAnsformative DESign研究计划正在开发相关技术,以实现能够优化多个目标的更加复杂的多材料设计,推动设计变革。 PARC在TRADES计划支持下开展研究,新的设计方法将通过预编程实现与各种材料配合使用,并集成面向增材制造和增减材混合制造的特定工具。这种突破性方法能够满足具有数十亿个几何属性的产品设计,如喷气发动机或燃气轮机。利用控制程序可以自动优化几何形状、材料布局以及产品设计参数,并确定最佳的制造环境。 PARC系统科学实验室的项目负责人Sai Nelaturi表示,新型设计技术正在推动制造业的深刻变革,未来的设计将把高度复杂结构的3D表示与人工智能、基于模型的推理和数据驱动的学习结合在一起,是一种复杂几何信息与物理学、机器学习模型相融合的混合设计表达方式。与此同时,随着越来越多的新型复杂材料引入制造过程,设计技术在许多方面无法适应这种快速变化,比如3D打印梯度材料,因此制造能力的提升也在牵引设计技术的发展。

为了消除与当前设计平台相关的限制,DARPA已经委托施乐公司PARC开发了一种新的设计计算模式。该项目将涉及创建用于分析材料结构、几何设计复杂性和先进制造过程的工具。PARC表示,该项目将对计算机辅助工程和复杂工程系统产生重大影响。

西门子,佐治亚理工学院,密歇根州立大学(MSU)和PARC被选为DARPA的TRAansformative DESIGN(TRADES)研究计划。

“通过这项工作,我们的目标是打破传统和现代制造工艺的部件、组装和系统设计。”PARC研究区域经理Saigopal Nelaturi说,“建模、规划、综合和性能分析的计算创新将被开发,以支持日益增长的制造自由,具有前所未有的几何和材料复杂性。”

TRADES的目标是开发一种新的数字建模程序,扩展当前计算机辅助设计(CAD)的局限性。 TRADES技术将促进创建更复杂的对象,通过3D打印和其他数字技术优化快速的“设计制造”。

在今天推出的新闻稿中,PARC首席执行官何科特格鲁解释说,代表“可互操作的工程、制图、设计和分析”的FIELDS将通过创建一个自动生成基于所选择的设计系统来“转换产品设计”参数,从而提高产品性能并缩短产品上市时间。 PARC正在计划克服现有CAD软件的局限性,同时可以轻松创建和评估设计,“其性能与用于制造它们的制造流程紧密耦合”。

西门子NX PLM平台的建模,检测和仿真

其中一种制造工艺将是増材制造,特别是组合金属3D打印和机加工。据PARC系统科学实验室副总裁兼总监埃尔辛·乌尊(Ersin Uzun)介绍,“FIELDS”将减轻设计师整合不同学科的计算和实践专长的负担,这是当今产品生命周期管理系统的重大瓶颈。副总裁又补充说,“框架将适应特定的制造过程,如组合金属増材制造和机加工,以及使用分级材料的制造。”

“我们已经达到了计算机辅助设计的基本要求”

“PARC的数字制造技术组合提供缺失的工程能力,通过将现实生产制造约束纳入产品设计周期,并在设计阶段早期确定供应链的制造限制,从而最大限度地缩短上市时间并提高整体产品质量。”施乐公司说到。

CAD的能力的扩展在2016年首次实现,当时DARPA发出了对TRADES项目的研究建议的呼吁。 在发布会时,DARPA计划经理Jan Vandenbrande解释说,这种发展的必要性,

PARC将与俄勒冈州立大学和威斯康星州的自动化软件公司Intact Solutions合作开发FIELDS。

我们已经达到了我们的计算机辅助设计工具和流程可以处理的基本限制,需要革命性的新工具,可以从人类设计师那里获得需求,并提出一些新的概念,形状和结构,这些概念,形状和结构甚至可能是逆天的。

DARPA成立于1958年2月,是国防部负责开发军事使用新技术的部门。

现在西门子NX?软件已被选为扩展的基础平台。数十亿的几何形状在一个简单的平台中呈现。NX是西门子的产品生命周期管理(PLM)平台,旨在简化从初始模拟到最终部件生产的生产过程。 它已经被预编程,可以处理各种材料和复合材料,并且具有集成用于增材制造的特定工具。

PARC新的FIELDS解决方案中包含哪些高级制造?

在TRADES中,这些功能将得到增强,以满足具有数十亿个几何属性的物体,如喷气发动机,燃气轮机,电动机和发电机。

1、具有异质、各向异性材料结构的物理赝像新数学模型、表示和计算。

西门子SGT5-8000H燃气轮机,功率为340兆瓦(MW)

2、综合整合、制造规划和分析。

PARC研究员和TRADES项目负责人Saigopal Nelaturi解释说:“我们的工作将通过向工程师提供使用简单程序定义设计的工具来增强创建,优化和制造这些极其复杂设计的能力。”

3、通过自动搜索形状、材料和工艺替代品的高维空间,帮助人类设计师发现物理上可实现的设计,从而使设计复杂化。

Nelaturi增加了简单的程序将自动优化对象的设计参数,并确定最佳的制作设置。

谈到整体合作,西门子企业技术高级科学家苏拉杰·穆苏维奇博士解释了DARPA集团的优势,他说:“我们的团队提供了一种独一无二的技能组合。”

西门子和佐治亚理工学院的专长在于提供CAD系统的用户体验。此外,西门子提供了丰富的增材制造和材料知识,用于制造3D打印涡轮叶片。

Musuvathy博士继续说道,他解释说,密歇根州在“多学科优化方面具有很强的背景”,而施乐研究与开发部门的PARC将提供“具有广泛商业应用经验的材料科学家”的机会。

TRADES项目是PARC早些时候在2017年宣布的DARPA现有FIELDS(制造与互操作工程,制图,设计和分析)项目的扩展项目。

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