Ανακοίνωση των Αποτελεσμάτων

Με βάση την υπολογιστική μηχανική, η τοπολογική βελτιστοποίηση ορίζει τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ της αντίστασης στην κάμψη και της υψηλής ικανότητας έγχυσης.

Ανακοίνωση των Αποτελεσμάτων

Χρησιμοποιήσαμε υπολογιστική μηχανική αιχμής-και τεχνολογίες βελτιστοποίησης τοπολογίας για να καθορίσουμε με επιτυχία το "βέλτιστο όριο Pareto" για την απόδοση άκαμπτων δομών σωλήνων με υποδοχές. Με βάση αυτό, αναπτύξαμε την πλατφόρμα έξυπνου σχεδιασμού «OptiSlot» και τα σχετικά προϊόντα της. Αυτή η πλατφόρμα μπορεί να δημιουργήσει αυτόματα μοναδικά βέλτιστα μοτίβα αυλακώσεων σύμφωνα με συγκεκριμένους περιορισμούς στόχου, όπως η αξονική αντοχή, ο συντελεστής αντίστασης κάμψης, η στρεπτική ακαμψία και το βάρος. Ως αποτέλεσμα, οι άκαμπτοι σωλήνες με σχισμές που παράγονται από αυτή την πλατφόρμα έχουν συνολική μηχανική απόδοση που είναι πάνω από 40% υψηλότερη από αυτή των παραδοσιακών εμπειρικών σχεδίων, επιτυγχάνοντας μια άνευ προηγουμένου ακριβή ισορροπία μεταξύ της αντίστασης κάμψης και της αξονικής δύναμης έγχυσης.

Προκλήσεις ιστορικού έρευνας και ανάπτυξης

Στο σχεδιασμό των άκαμπτων δομών σωλήνων, οι μηχανικοί βασίζονται εδώ και πολύ καιρό σε εμπειρικούς τύπους και μεθόδους δοκιμής-και-των σφαλμάτων για τον καθορισμό των παραμέτρων για την αυλάκωση (όπως το μήκος της σχισμής, το πλάτος της σχισμής, την απόσταση και τη γωνία). Αυτή η προσέγγιση δεν είναι μόνο αναποτελεσματική αλλά και δύσκολο να αξιολογηθούν ποσοτικά οι διαφορές απόδοσης μεταξύ διαφορετικών σχεδίων και δεν είναι σε θέση να διερευνήσει πιθανά σχέδια που πλησιάζουν το θεωρητικό όριο. Ως αποτέλεσμα, τα σχέδια τείνουν να είναι υπερβολικά συντηρητικά, είτε θυσιάζοντας πολύ εσωτερικό χώρο για ασφάλεια είτε εισάγοντας κινδύνους κάμψης όταν επιδιώκουμε την απόλυτη δύναμη έγχυσης. Κλινικά, υπάρχουν σημαντικές παρτίδες-σε-παραλλαγές και σχεδιαστικά τυφλά σημεία στην "αίσθηση" και την αξιοπιστία των συσκευών. Η έλλειψη μιας φυσικής-συστηματικής μεθοδολογίας σχεδιασμού είναι ο θεμελιώδης λόγος για τη στάσιμη απόδοση του προϊόντος και το σοβαρό πρόβλημα ομοιογένειας.

Βασική Τεχνολογική Καινοτομία

• Παραμετρικά πεπερασμένα στοιχεία και Πλατφόρμα ενοποίησης βελτιστοποίησης πολλαπλών-στόχων:Αναπτύξαμε ένα ολοκληρωμένο περιβάλλον σχεδιασμού με ανεξάρτητα δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας, που συνδυάζει απρόσκοπτα παραμετρικά γεωμετρικά μοντέλα, μη γραμμική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) και πολυ-γενετικό αλγόριθμο (MOGA). Οι χρήστες χρειάζεται μόνο να εισαγάγουν την εξωτερική διάμετρο, το πάχος του τοιχώματος, τις ιδιότητες του υλικού και το εύρος στόχου της αναμενόμενης απόδοσης (όπως ελάχιστη θλιπτική δύναμη αστοχίας, μέγιστη επιτρεπόμενη γωνία κάμψης, ελάχιστη στρεπτική ακαμψία) και η πλατφόρμα μπορεί να βελτιστοποιηθεί αυτόματα ανάμεσα σε χιλιάδες πιθανά σχέδια. Ο αλγόριθμος λαμβάνει ως στόχους βελτιστοποίησης την αξονική ακαμψία, την αντίσταση πλευρικής κάμψης, την απόδοση στρεπτικής μετάδοσης, το βάρος κ.λπ. και, τέλος, εξάγει μια σειρά από μη κυριαρχούμενες λύσεις (δηλ. σχέδια σχεδίασης που δεν μπορούν να βελτιωθούν σε μια πτυχή χωρίς να βλάψουν μια άλλη) στο "μέτωπο Pareto", τις οποίες οι μηχανικοί μπορούν να επιλέξουν βάσει προτεραιότητας.
• Βάση δεδομένων Bionic και μη{0}}ενιαίας πλεγμένης υποδοχής:Παραβιάζοντας την παραδοσιακή ομοιόμορφη νοοτροπία για κουλοχέρηδες, έχουμε δημιουργήσει μια βάση δεδομένων που περιέχει δεκάδες προηγμένους τύπους κουλοχέρηδων. Αυτοί οι τύποι αυλακώσεων είναι εμπνευσμένοι από φυσικές δομές κατά{1}}κάμψης, όπως αρθρώσεις από μπαμπού, φλοιώδεις στρώσεις οστών του συστήματος σωλήνων Havercus κ.λπ. Συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά, των: σταδιακής αλλαγής διαστημάτων σχισμών, σχισμών διάχυσης τάσης σε σχήμα τόξου-σχημάτων διάχυσης τάσης, φράκταλ σχισμών διακλάδωσης, ασύμμετρης στρεπτικής σχισμής σε αυτές τις βασικές υποδοχές στρέψης, κ.λπ. εξαιρετικά περίπλοκα, μη-ομοιόμορφα κατανεμημένα αλλά μηχανικά αποδοτικά σύνθετα μοτίβα θυρίδων.
• Σύζευξη περιορισμών παραγωγής και επαλήθευση παραγωγικότητας:Κατά τη διάρκεια του κύκλου βελτιστοποίησης, ενσωματώσαμε καινοτόμα τη "Μονάδα περιορισμού παραγωγής". Αυτή η ενότητα αξιολογεί τη δυνατότητα κατασκευής κάθε παραγόμενου σχεδίου σε πραγματικό χρόνο, συμπεριλαμβανομένης της σκοπιμότητας κοπής με λέιζερ (όπως η ελάχιστη ακτίνα εσωτερικής γωνίας, η αποφυγή συσσώρευσης θερμότητας), η δυνατότητα πρόσβασης των εργαλείων στίλβωσης και αν θα δημιουργήσει δύσκολη--αφαίρεση γρέζιων. Ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης θα αποφύγει αυτόματα τους μη πρακτικούς σχεδιασμούς, διασφαλίζοντας ότι κάθε βέλτιστη λύση είναι ένα "κατασκευάσιμο βέλτιστο", μεταβαίνοντας απευθείας από τον ψηφιακό χώρο στη γραμμή παραγωγής και εξαλείφοντας την "χάρτινη συζήτηση".

Μηχανισμός Δράσης

Η σχεδιαστική φιλοσοφία της πλατφόρμας OptiSlot είναι «να καθοδηγεί το άγχος, όχι να αντιτίθεται στο άγχος». Τα παραγόμενα σχέδια σχισμής σχεδιάζουν ουσιαστικά την πιο αποτελεσματική και ομαλή διαδρομή μετάδοσης για τις εσωτερικές δυνάμεις (ροή καταπόνησης) του σωλήνα υπό πολύπλοκα φορτία. Μέσω της προσομοίωσης υπολογιστικής μηχανικής, η πλατφόρμα προσδιορίζει με ακρίβεια την «αλυσίδα δύναμης» που φέρει το κύριο φορτίο υπό αξονική πίεση, καθώς και τις «αδύναμες περιοχές» που είναι επιρρεπείς σε λυγισμό υπό πλευρικές δυνάμεις. Οι βελτιστοποιημένες υποδοχές θα διατηρούν επαρκή συνεχή υλικά «γεφύρωσης» κατά μήκος της διαδρομής της «αλυσίδας δύναμης», όπως ένας συμπαγής κεντρικός δρόμος. ενώ στις «αδύναμες περιοχές» ή στις ζώνες που δεν φέρουν -κύριο φορτίο-, εισάγονται στρατηγικά συγκεκριμένα σχήματα και κατευθύνσεις θυρίδων. Αυτές οι εγκοπές είναι σαν προσεκτικά σχεδιασμένοι "εύκαμπτοι σύνδεσμοι" ή "απορροφητές ενέργειας", επιτρέποντας στο υλικό να υποστεί μικρή, ελεγχόμενη ελαστική παραμόρφωση, διαχέοντας έτσι την ενέργεια κρούσης και αποτρέποντας την εξάπλωση της τοπικής αστάθειας σε πλήρη κατάρρευση. Αυτός ο σχεδιασμός ενεργού διαχείρισης που βασίζεται σε-πεδία πίεσης επιτυγχάνει την πιο οικονομική και αποτελεσματική χρήση της διανομής υλικών.

Επαλήθευση αποτελεσματικότητας

Συγκρίνοντας τον παραδοσιακό ομοιόμορφο σχεδιασμό σχισμής με τον βελτιστοποιημένο σχεδιασμό OptiSlot, οι διαφορές είναι σημαντικές: ενώ συναντάται η ίδια αντίσταση θλιπτικής αστοχίας (όπως 1000N), το βάρος του σώματος του σωλήνα στο βελτιστοποιημένο σχέδιο μειώνεται κατά μέσο όρο κατά 18%, ή η εσωτερική διάμετρος μπορεί να επεκταθεί κατά 15%. Στη δοκιμή κάμψης τριών-σημείων, όταν επιτυγχάνεται η ίδια παραμόρφωση, το φορτίο που υφίσταται το σώμα του βελτιστοποιημένου σχεδιαστικού σωλήνα είναι 25%-50% υψηλότερο από αυτό του παραδοσιακού σχεδιασμού. Το πιο σημαντικό είναι ότι ο τρόπος αστοχίας του βελτιστοποιημένου σχεδιασμού είναι πιο «ήπιος», που εκδηλώνεται ως προοδευτική και πολλαπλών σταδίων υποχώρηση, παρά ως ξαφνικό κάταγμα, παρέχοντας πολύτιμη ανάδραση και χρόνο αντίδρασης στον χειριστή. Σε μια εφαρμογή για εργαλεία εμφυτευμάτων σπονδυλικής σύντηξης, το χιτώνιο οδηγού που σχεδιάστηκε με το OptiSlot είχε σφάλμα γωνίας στρέψης 60% μείωση κάτω από την προσομοίωση μέγιστης ροπής εμφυτεύματος σε σύγκριση με πριν, και η ανατροφοδότηση του χειρουργού ήταν ότι είχε πιο «μαλακή» αίσθηση, ήταν πιο προβλέψιμη και η εμπιστοσύνη στη λειτουργία του οργάνου αυξήθηκε σημαντικά.

Στρατηγική και Φιλοσοφία Έρευνας και Ανάπτυξης

Η βασική μας στρατηγική είναι «η σχεδίαση οδηγεί στην απόδοση, η προσομοίωση αντικαθιστά τη δοκιμή και το σφάλμα». Θεωρούμε τις προηγμένες τεχνολογίες υπολογιστικής προσομοίωσης και βελτιστοποίησης ως το «σούπερ μικροσκόπιο» και «μηχανή επιτάχυνσης» για την ανάπτυξη νέων ιατρικών συσκευών στη νέα εποχή. Έχουμε επενδύσει πολλά στη δημιουργία συμπλεγμάτων υπολογιστών υψηλών-επιδόσεων και έχουμε καλλιεργήσει μια επαγγελματική ομάδα που εκτείνεται σε συμπαγή μηχανική, υπολογιστικά μαθηματικά και μηχανική λογισμικού. Η φιλοσοφία μας είναι: ο αληθινός καινοτόμος σχεδιασμός βρίσκεται συχνά στον απέραντο χώρο πέρα ​​από την ανθρώπινη διαίσθηση και εμπειρία, και οι έξυπνοι αλγόριθμοι βελτιστοποίησης που βασίζονται στη φυσική-είναι ο καλύτερος οδηγός για την εξερεύνηση αυτής της άγνωστης περιοχής. Δεσμευόμαστε να απελευθερώσουμε τους μηχανικούς από την επαναλαμβανόμενη εργασία-που βασίζεται στην εμπειρία, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να επικεντρωθούν στον καθορισμό πιο αιχμής-απαιτήσεων απόδοσης και κλινικών ζητημάτων, αφήνοντας παράλληλα το καθήκον της εύρεσης της βέλτιστης λύσης στους ακούραστους ευφυείς αλγόριθμους.

Μελλοντικές προοπτικές

Στο μέλλον, η δομική βελτιστοποίηση θα μετατοπιστεί από στατική σε δυναμική και από μεμονωμένα στοιχεία στην ολοκλήρωση συστήματος. Αναπτύσσουμε την τεχνολογία "βελτιστοποίησης τοπολογίας σε πραγματικό χρόνο", η οποία μπορεί να προσαρμόσει δυναμικά την τοπική κατανομή ακαμψίας του οργάνου με βάση δεδομένα πλοήγησης σε πραγματικό-χρόνο κατά τη διάρκεια της λειτουργίας (όπως η δύναμη επαφής μεταξύ του οργάνου και του οστού και η σύνθετη αντίσταση του ιστού). Ταυτόχρονα, θα επεκτείνουμε το πεδίο βελτιστοποίησης από ένα σώμα ενός σωλήνα σε ολόκληρο το σύστημα οργάνων, συμπεριλαμβανομένων των διεπαφών σύνδεσης μεταξύ του σώματος του σωλήνα και της εγγύς λαβής και της απομακρυσμένης κεφαλής εργασίας, για να επιτύχουμε τη βελτιστοποίηση της μηχανικής απόδοσης σε επίπεδο συστήματος. Το περαιτέρω όραμα είναι να δημιουργηθεί μια «αγορά σχεδιασμού cloud», όπου οι κλινικοί γιατροί ή οι εταιρείες οργάνων μπορούν να υποβάλλουν τα πακέτα απαιτήσεων απόδοσης. Η πλατφόρμα cloud μας θα επιστρέψει πολλαπλά εικονικά-επαληθευμένα βελτιστοποιημένα σχήματα σχεδίασης και σχετικές αναφορές πρόβλεψης απόδοσης μέσα σε λίγες ώρες, επιταχύνοντας σημαντικά τη διαδικασία από την ιδέα στο πρωτότυπο καινοτόμων οργάνων και προωθώντας την άφιξη της εποχής των εξατομικευμένων χειρουργικών εργαλείων.