CN109478053A - 用于运输结构的增材制造的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了车辆的增材制造的系统和方法。增材制造设备可以包括增材地制造车辆的结构的打印机和多个分析组件。每个分析组件可以接收基于车辆的设计模型的信息，并且基于分析因素对该信息进行分析。每个分析组件基于不同的分析因素对该信息进行分析。整合器可以从分析组件接收分析的信息，基于分析的信息更新设计模型，并且确定更新的设计模型是否满足准则。如果更新的设计模型满足准则，则整合器确定用于使打印机基于更新的设计模型打印车辆的一个或多个结构的打印指令，如果更新的设计模型不满足准则，则整合器将基于更新的设计模型的信息发送给分析组件。

Description

用于运输结构的增材制造的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月24日提交的标题为“SYSTEMS AND METHODS FORENGINEERING OPTIMIZATION FOR 3D-PRINTED STRUCTURES”的美国临时专利申请No.62/340,930的权益，该申请整个地通过引用明确地并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及增材制造，更具体地涉及用于车辆制造的增材制造(AM)打印机。

背景技术

三维(“3-D”)打印的或增材制造的结构具有跨多个行业的广泛工程应用，包括汽车、航空航天、海事等。使用节点或结点的模块化构造是可以用在车辆设计中的构造技术的一个例子。该技术可以得到诸如低工具加工成本、设计灵活性和生成高效率的结构的能力的优点。3-D打印的接合点可以用于标准结构和结构材料(诸如管道、碳板和蜂窝板)的连接。多个不标准的、但是低成本、高性能的材料的连接也是可能的。例如，可以根据每个管道交点处的几何要求和物理要求的规范来打印接合点。

然而，随着3-D打印设计的复杂度提高，与生成3-D打印结构相关联的复杂度、要求或约束(例如，时间、成本、制造等)也变得越来越复杂。考虑到不同于常规设计的复杂的、有时冲突的设计变量和目标，现有的拓扑结构优化技术对于设计和制造基于3-D打印结构的物体(例如，车辆)可能是不足的。

发明内容

在下文中将更充分地描述用于制造运输结构的制造(诸如车辆制造)的增材制造设备的几个方面。

在各种方面，一种增材制造设备可以包括打印机、多个分析组件和整合器，打印机增材地制造车辆的结构，每个分析组件被配置为接收基于车辆的设计模型的信息，并且基于分析因素对所述信息进行分析，其中每个分析组件基于与其他分析组件不同的分析因素对所述信息进行分析，整合器从分析组件接收分析的信息，基于分析的信息更新设计模型，并且确定更新的设计模型是否满足准则，其中，如果更新的设计模型满足所述准则，则整合器确定使打印机基于更新的设计模型打印车辆的一个或多个结构的指令，如果更新的设计模型不满足所述准则，则整合器将基于更新的设计模型的信息发送给分析组件，分析组件基于更新的设计模型更新所述信息。

在各种方面，一种增材制造方法可以包括：将基于车辆的设计模型的信息发送给多个分析组件；从分析组件接收分析的信息，其中每个分析组件基于与其他分析组件不同的分析因素对所述信息进行分析；基于分析的信息更新设计模型；确定更新的设计模型是否满足准则；基于更新的设计模型确定用于使打印机增材地制造车辆的一个或多个结构的打印指令，如果更新的设计模型满足所述准则，则基于打印指令打印所述一个或多个结构，如果更新的设计模型不满足所述准则，则将基于更新的设计模型的信息发送给分析组件，其中分析组件基于更新的设计模型对所述信息进行分析。

在各种方面，一种存储用于增材制造的计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质可以包括可执行来执行以下步骤的指令：将基于车辆的设计模型的信息发送给多个分析组件；从分析组件接收分析的信息，其中每个分析组件基于与其他分析组件不同的分析因素对所述信息进行分析；基于分析的信息更新设计模型；确定更新的设计模型是否满足准则；基于更新的设计模型确定用于使打印机增材地制造车辆的一个或多个结构的打印指令，如果更新的设计模型满足所述准则，则基于打印指令打印所述一个或多个结构，如果更新的设计模型不满足所述准则，则将基于更新的设计模型的信息发送给分析组件，其中分析组件基于更新的设计模型对所述信息进行分析。

从以下描述，其他方面对于本领域技术人员来说将变得容易明白，在以下描述中仅通过例示说明示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将认识到的，本文中的构思能够有其他的不同的实施例，并且几个细节能够在各种其他的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和详细描述要被认为本质上是说明性的，而不要被认为是限制性的。

附图说明

在附图中，现在将在详细描述中以举例的方式、而非限制的方式呈现用于制造运输结构的增材制造设备的各方面，

图1A-D例示说明不同操作阶段期间的示例3-D打印机系统。

图2例示说明包括多因素设计整合的示例性3-D打印机。

图3示出设计优化系统的示例性组件。

图4例示说明示例性设计改善层级。

图5示出将被考虑用于车辆底盘设计的示例性因素的列表。

图6示出包括各种规程的因素的设计优化处理中的示例性示意性框架。

图7示出多目标优化情形的例子和解决所述问题的方法。

图8例示说明示例性多层设计处理。

图9示出设计处理中所涉及的要求的例子。

图10A示出用于用户偏好驾驶的设计的关注因素和权衡选项的视觉表示的例子。

图10B-C例示说明偏好驾驶的层级上的设计优化的例子。

图10D例示说明提供图形用户界面和用户交互的装置的例子。

图11示出整个示例性设计优化周期的数据流程的示图。

图12示出模拟测试的一个周期的示例性输出的渲染。

图13示出通过最优性评估单元评估的示例性性能测试结果的曲线图。

图14例示说明数据库中包含的数据的例子。

图15例示说明来自制造处理和其他处理的数据的例子。

图16例示说明示例性设计优化系统的示意性框图。

图17A-B例示说明为了满足离地间隙准则的、对于车辆前端结构的元件的示例性修改。

图18例示说明示例性多因素整合设计处理。

图19是例示说明示例性整合设计处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图阐述的详细描述意图提供本文中公开的构思的各种示例性实施例的描述，而非意图仅表示其中可以实施本公开的实施例。本公开中使用的术语“示例性”意指“用作例子、实例或例示说明”，而不应一定被解释为较于本公开中呈现的其他实施例是优选的或有利的。详细描述包括为了提供透彻的、完成的本公开的目的的、向本领域技术人员充分地传达构思的范围的特定细节。然而，本公开可以在没有这些细节的情况下实施。在一些情况下，众所周知的结构和组件可以以框图形式示出，或者完全被省略，以便避免使整个本公开所呈现的各种构思模糊。

3-D打印技术可以使得用于汽车、卡车、船只、飞机等的自定义售后零件可以被快速地且方便地制造。例如，赛车队可以在本赛季的第一场比赛之后决定例如更大的向下的力需要由后翼产生。产生更大的向下的力的新的后翼可以在本赛季的下一场比赛之前被快速地设计和打印以用于安装。换句话说，3-D打印已经大大地提高了设计和制造通常被设计为满足单个分析因素(即，设计规程或领域)内的有限数量的关注面较窄的准则(即，设计目标)的各车辆零件的容易性和能力。在以上例子中，赛车队的后翼设计集中于空气动力学的分析因素内的单个准则，即，向下的力。

然而，设计更大规模的车辆组件(诸如底盘、乘客舱等)、特别是设计整个车辆需要满足许多准则。在这些情况下，通常使用烟囱法，在烟囱法中，不同的因素(诸如空气动力学、耐用性、人类工程学等)由单独的团队分析。每个团队尝试优化对于该团队重要的准则。例如，碰撞团队尝试使碰撞测试得分最大化，而空气动力学团队尝试使阻力系数最小化。

随着准则由于例如政府管制增加、环境影响的关注等而变得越来越多、越来越复杂，该烟囱法变得越来越低效。特别是，目前的用于设计车辆的方法尚未随着准则数量增加而很好地扩展。这样的烟囱法导致团队之间的竞争，这可能导致一个团队(即，分析因素)主导设计。

本公开的各种方面可以例如提供整合的设计优化。在各种方面，用户可以被提供在若干个方面定制目标的自主权。

在一个方面，本公开提供一种使得可以定制用于3-D打印结构的设计处理并且使该设计处理自动化的方法。设计系统可以用于3-D结构化设计。本文中提供的大部分例子可以提到车辆，然而，所呈现的方法和系统可以被跨行业广泛地应用，在所述行业中，3-D打印结构形成整个产品的一部分。例如，3-D打印结构可以是基于陆地的、基于航空的、基于水的或基于空间的车辆(例如，箱式轿车、卡车、公交车、厢型车、小型货车、旅行车、露营车(RV)、拖车、拖拉机、学步车、汽车、火车、摩托车、船、航天器、飞机等)；车辆的一部分或子系统，诸如车辆本体、底盘、面板、引擎等。

在各种实施例中，设计目标可以基于与标准的结构组件和零件(诸如管道、板材、弧形物、蜂窝材料等)连接在一起的3-D打印节点。节点(例如，接合点构件)可以被构造为为可以用于构造轻量级空间框架的多个管道提供连接。空间框架可以是具有三维体积的框架。空间框架可以是可以接受一个或多个面板以至少部分地装入该框架的框架。空间框架的例子可以是车辆底盘。除了包括基于节点和结构的构造的其他结构之外，本公开的各种方面可以被应用于这里识别的应用。应理解，本公开的不同方面可以被单个地、共同地或彼此组合地利用。

图1A-D图示说明示例性3-D打印机系统的各侧视图。在该例子中，3-D打印机系统是粉末床熔融(PBF)系统100。图1A-D示出了不同操作阶段期间的PBF系统100。图1A-D所示的具体实施例是采用本公开的原理的PBF系统的许多合适的例子中的一个。还应注意到，本公开中的图1A-D及其他图的元件不一定是按比例绘制的，而是可以为了更好地例示说明本文中描述的构思的目的而被更大地或更小地绘制。PBF系统100可以包括沉积器101、能量束源103、偏转器105和构建板107，沉积器101可以沉积每层金属粉末，能量束源103可以产生能量束，偏转器105可以施加能量束来使粉末材料熔融，构建板107可以支撑一个或多个构建件，诸如构建件109。PBF系统100还可以包括位于粉末床容器内的构建底板111。粉末床容器112的壁大体上限定粉末床容器的边界，粉末床容器112从侧面被夹在壁112之间，并且邻接构建底板111的在下面的一部分。构建底板111可以使构建板107渐进地降低，以使得沉积器101可以沉积下一层。整个机构可以驻留在可以装入其他组件的腔室113中，从而保护设备、使得能够实现空气动力学和温度调节、并且降低污染风险。沉积器101可以包括漏斗115和校平器119，漏斗115包含粉末117，诸如金属粉末，校平器119可以校平沉积的粉末的每层的顶部。

具体参照图1A，该图示出了构建件109的切片已经被熔融之后的、但是下一层粉末已经被沉积之前的PBF系统100。事实上，图1A例示说明PBF系统100已经沉积和熔融多层切片(例如，150层)以形成构建件109(例如，由105个切片形成)的当前状态的时间。已经沉积的多层创建了粉末床121，粉末床121包括沉积的、但没有熔融的粉末。

图1B示出了构建底板111可以降低粉末层厚度123的阶段时的PBF系统100。构建底板111的降低使构建件109和粉末床121下降粉末层厚度123，以使得构建件和粉末床的顶部比粉末床容器壁112的顶部低等于粉末层厚度的量。这样，例如，具有等于粉末层厚度123的一致的厚度的空间可以在构建件109和粉末床121的顶部上创建。

图1C示出了沉积器101被定位为使粉末117沉积在构建件109和粉末床121的顶表面上创建的并且由粉末床容器壁112界定的空间中的阶段时的PBF系统100。在该例子中，沉积器101在从漏斗115释放粉末117的同时在限定的空间上渐进地移动。校平器119可以校平释放的粉末以形成粉末层125，粉末层125具有基本上等于粉末层厚度123的厚度(参见图1B)。因此，PBF系统中的粉末可以由粉末材料支撑结构支撑，粉末材料支撑结构可以包括例如构建板107、构建底板111、构建件109、壁112等。应注意到，粉末层125的例示说明的厚度(即，粉末层厚度123(图1B))大于用于涉及以上参照图1A讨论的150个先前沉积的层的例子的实际厚度。

图1D示出了在粉末层125(图1C)沉积之后能量束源103产生能量束127并且偏转器105施加能量束来使构建件109中的下一个切片熔融的阶段时的PBF系统100。在各种示例性实施例中，能量束源103可以是电子束源，在这种情况下，能量束127构成电子束。偏转器105可以包括偏转板，这些偏转板可以产生选择性地使电子束偏转以使电子束跨被指定熔融的区域扫描的电场或磁场。在各种实施例中，能量束源103可以是激光器，在这种情况下，能量束127是激光束。偏转器105可以包括使用反射和/或折射来操纵电子束扫描将被熔融的选定区域的光学系统。

在各种实施例中，偏转器105可以包括可以使能量束源旋转和/或平移以定位能量束的一个或多个平衡环和致动器。在各种实施例中，能量束源103和/或偏转器105可以对能量束进行调制，例如，随着偏转器扫描开启和关闭能量束以使得能量束仅被施加于粉末层的适当区域中。例如，在各种实施例中，能量束可以由数字信号处理器(DSP)调制。

图2例示说明包括多因素设计整合的示例性3-D打印机，例如，PBF设备200。图2示出了构建板201、粉末床203和构建件205。能量施加系统209可以施加能量来使沉积的粉末层中的粉末材料熔融。为了例示说明的目的，粉末沉积器在该图中没有示出。能量施加系统209可以包括能量施加器210，能量施加器210可以包括能量束源211和偏转器213。能量施加系统还可以包括计算机存储器215，诸如RAM、计算机存储盘等。存储器215可以存储打印指令217。打印指令217可以包括打印处理中的用于每个粉末层的指令，这些指令可以控制能量束源211和偏转器213如何扫描每个粉末层。例如，打印指令217可以控制打印参数，诸如扫描速率、束功率、束熔融的位置等。

在该例子中，打印指令217可以由整合器219基于多个设计因素确定。具体地说，整合器219可以将基于车辆或车辆零件(例如，用于运输结构的组件)的设计模型的信息发送给多个分析组件，诸如第一分析组件221、第二分析组件223和第N分析组件225。每个分析组件可以基于与分析组件相对应的分析因素对信息进行修改。每个分析组件基于与其他分析组件不同的分析因素对信息进行修改。例如，第一分析组件221可以对信息进行分析以确定设计模型的空气动力学特性。在这种情况下，第一分析组件可以例如是基于设计模型的外部形状信息计算空气动力学特性的计算机程序。第二分析组件223可以对信息进行分析以确定设计模型的耐用性。在这种情况下，第二分析组件可以例如是基于当前选择用于设计模型的各种结构的材料的信息计算耐用性特性的计算机程序。分析组件可以将分析的信息发送给整合器219。

整合器219可以从分析组件接收分析的信息，并且基于分析的信息更新设计模型。整合器219然后可以确定更新的设计模型是否满足关于车辆的准则。例如，准则可以包括空气动力学分析组件返回的信息将与其最相关的最大空气动力学阻力系数。在另一例子中，准则可以包括空气动力学分析组件返回的信息将与其最相关的、故障之前的最少数量的应力周期。

如果更新的设计模型满足准则，则整合器219可以基于更新的设计模型确定使3-D打印机打印车辆的一个或多个结构的打印指令217。另一方面，如果更新的设计模型不满足准则，则整合器219可以将基于更新的设计模型的信息发送给分析组件。在这种情况下，分析组件可以基于更新的设计模型对信息进行分析。这样，例如，整合器219可以将迥然不同的分析信息整合到更新的设计模型中，如果更新的设计模型不满足关于车辆的所有准则，则所述处理以重复所述处理以迭代地接近满足所有准则的状态。

图3示出了示例性多因素设计整合系统的组件。设计整合系统可以包括多个设计改善层级301。在一些实施例中，设计产品的多个设计改善层级301可以使用各种分析因素来执行。在各种实施例中，可以在多个设计改善层级301上的设计优化期间对分析因素303进行分析和评估。应理解，本文中的术语优化包括设计选择的定制或个性化，并且在整个本描述中可以互换地使用。

如图3所示，设计改善层级301可以包括宏观层级、中间层级和微观层级。对于车辆结构设计，宏观层级可以对应于车辆层级，中间层级可以对应于节点层级，微观层级可以对应于材料层级。应注意到，存在限定设计改善层级和程度的各种方式。在拓扑结构优化中可以存在多于或少于三个的层级。在一些实施例中，可以根据设计产品的模块化来限定设计改善层级。

在一些实施例中，多个分析因素303中的一个或多个可以基于或者可以不基于物理学，即，物理分析。图3示出了将被考虑用于车辆设计的示例性分析因素303的列表。各种分析因素可以包括传统的汽车工程规范中的被考虑用于车辆设计的领域，诸如NVH(噪声、振动和声振粗糙度)、空气动力学、燃料经济/排放、耐用性/腐蚀、包装/人类工程学、车辆动力学、线性有限元分析(FEA)/刚度、环境影响等。另外，各种分析因素还可以包括与3-D打印结构设计有关的元素，诸如节点位置、复合材料、热和现有的零件箱/系统成本等。在一些实施例中，这些分析因素可以与基于物理学的分析相关或者可以与基于物理学的分析无关，以使得它们可以覆盖来自如前所述的传统的基本规程的领域(例如，性能)到生命周期领域(诸如可制造性、造型、可支持性、环境影响、经济和成本等)的宽范围。

在一些实施例中，分析因素可以是指可以包括用于模拟测试或分析的组件的设计工程属性或规程。所述组件可以被配置为基于数学模型或经验模型对来自特定领域的产品进行分析。模拟架构内的组件可以被实现为计算机代码，诸如前面提到的各种各样的软件程序。模块可能需要设计模型的一个或多个输入变量，并且可以产生朝向特定的一个准则或多个准则优化的或针对特定的一个准则或多个准则测试的相关输出。

在一些实施例中，可以使用可以被实现为软件程序或计算机代码的组件来对多个分析因素进行分析或评估。可用的CAD(计算机辅助设计)和CAE(计算机辅助工程)模拟分析软件程序和/或多重物理量软件包可以用于各种分析因素。

在一些实施例中，可以使用一个或多个多重物理量模型来同时对多个分析因素进行分析。多重物理量方法(诸如单一离散化和/或多重离散化方法)可以涉及到多个物理模型或多个同时物理现象的分析中。各种开放源软件包和市售的软件包可以用于模拟基于有限元法或其他常见的数值方法的多重物理量模型(耦合的物理)。

在一些实施例中，可以对每个分析因素单个地进行分析，并且可以使用如本文中稍后描述的整合程序来对来自各种组件的分析结果进行整合和评估。

多个变量可以涉及到各阶段时的设计优化处理中。在一些实施例中，一个或多个变量可以根据设计产品或层的准则同时地涉及到设计优化处理的迭代中。

设计优化的程度可以基于模块化。在一些实施例中，本公开提供了一种设计优化方法，该方法可以包括改善优化处理期间的设计的多个程度或层级的修改和迭代。

在传统的设计优化处理中，设计模型的一些方面通常是固定的，并且与设计变量相比难以更改或改变。然而，本公开可以提供使得基于3-D打印结构的设计的各方面可以在各种层级上更改和调整并且可以显著地改进优化结果的方法。在一些实施例中，不同的设计改善层级可以涉及修改和调整可以被3-D打印的或者可能不能被3-D打印的零件或组件的各种性质。

图4例示说明示例性设计改善层级400。在一些实施例中，可以在不同层级上对3-D打印结构进行修改和/或优化。以基于3-D打印节点的结构为例，在如图4所示的拓扑结构优化处理中，可以包括用于设计改善的三个设计改善层级400。

在一些实施例中，宏观层级401优化可以包括结构层级上的修改和更改。例如，如果设计产品是包括多个子装配件或子系统的车辆，则在宏观层级401优化期间，子装配件或子系统组件的数量和在空间中的放置是可以改变的。在车辆底盘设计的另一例子中，可以通过3-D打印接头(节点)的区域和位置来调整材料拓扑结构以实现最佳性能。

在一些实施例中，中间层级403优化可以包括相对于宏观层级401的子结构层级上的对于组件的修改和更改。例如，对于基于3-D打印节点结构的车辆底盘，中间层级403可以是指节点层级。在这种情况下，节点层级优化可以改善节点的各种性质，诸如形状、大小、结构、管道和接合点之间的连接角度、细微特征(例如，居中、连接和折叠特征)、连接和粘合材料等。

在一些实施例中，微观层级405优化可以包括对于材料的微观结构性质的修改。在一些实施例中，材料的性质可以为毫米或亚毫米尺度。材料的性质可以包括，但不限于，材料类型、用于粘合的层厚度、多孔性、合金、浸渍、离子注入、编织方向、骨架化、孔隙充满等。在一些实施例中，中间层级组件(例如，节点、面板、结点)可以包括内部结构。例如，面板可以通过施加多孔性、骨架化或者形成内部蜂窝结构而形成以减小材料体积、重量或成本。当高强度、轻量级材料期望实现燃料效率目标时，蜂窝、泡沫、桁架栅格结构和任何其他合适的2-D或3-D结构可以被采用。这些微观结构的形式可以被优化以提供某些性能益处。例如，3-D Kagome栅格结构(最初作为编织图案)可以通过拓扑结构优化而被基于其对于一定范围的分数体积的弹性模量识别为优于其他结构(例如，四面体、金字塔形桁架、六角形等)的最佳结构。选定材料的性质可以通过改变结构内的组件的尺寸、材料和布置来进一步优化。这样的3-D打印结构和材料包括标题为“Modular formed nodes for vehicle chassisand their method of us”的WO 2015/175892和标题为“Systems and methods forfabricating joint members”的WO 2016/003982中描述的那些，这些申请整个地通过引用并入本文。

应注意到，存在限定设计改善层级和程度的各种方式。在一些实施例中，可以基于特定的设计产品来限定设计改善层级。例如，如果设计产品是车辆底盘的一部分，则层级可以仅包括中间层级和微观层级改善。在一些实施例中，来自不同层级的设计模型的一个或多个变量和/或参数可以在一个迭代周期内同时修改，或者可能不能在一个迭代周期内同时修改。而且，拓扑结构优化在本文中是作为例子讨论的，另外的结构优化也可以被涉及到，诸如组成元件的大小、重量和刚度、数量以及形状优化。

在一些实施例中，可以在多个层级上对设计和优化基于3-D结构的物体中考虑的多个分析因素进行分析或优化。图5示出了多个分析因素500和多个设计改善层级510之间的示例性关系。

多个分析因素可以包括设计规程，诸如NVH(噪声、振动和声振粗糙度)、空气动力学、燃料经济/排放、耐用性/腐蚀、包装/人类工程学、车辆动力学、线性FEA/刚度、环境影响等。另外，各种因素还可以包括与3-D打印有关的元素，诸如节点位置、复合材料、热和现有的零件箱/系统成本等。这些分析因素可以与基于物理学相关或者可以与物理学无关，并且可以覆盖从传统的基本规程的领域(例如，性能)到生命周期领域(诸如可制造性、可支持性、经济和成本等)的宽范围。

在一些实施例中，多个分析因素可以包括可以被实现为软件程序或计算机代码的组件。在一些实施例中，多重物理量方法(诸如单一离散化和/或多重离散化方法)可以涉及到多个物理模型或多个同时物理现象的分析中。

关于多个因素的分析可以涉及到各阶段时的设计优化处理中。在一些实施例中，因素中的一个或多个可以根据设计产品的准则同时地涉及到设计优化处理的迭代中。

在一些实施例中，分析方法可以使用一个或多个模块。在一些情况下，模块可以是指被配置为对单个分析因素进行分析的软件程序。在其他情况下，模块可以是指被配置为在优化期间对多个因素进行分析的软件程序。模块可以被配置为基于数学模型或经验模型对来自特定领域的产品进行分析。模拟架构内的模块可以被实现为计算机代码，诸如前面提到的各种各样的软件程序。模块可能需要设计模型的一个或多个输入变量，并且产生朝向特定的准则优化的或针对特定的准则测试的相关输出。

在一些实施例中，可以在一个或多个设计改善层级上对设计模型的所述一个或多个变量进行修改或调整。多个因素可以被分组在一起，并且被同时优化。例如，如图5所示，在优化迭代中，多个分析因素可以被同时分析和评估501，而模型的来自一个或多个设计改善层级的多个变量可以被调整。

在一些实施例中，可以在设计处理中同时(例如，并行地)对多个设计分析因素进行分析和优化。在一些实施例中，可以包括监督各种分析因素的分析和优化的整合器。

图6示出了包括各种规程的分析因素的设计优化处理中的示例性示意性框架。可以同时对多个分析因素进行优化或分析。在各种实施例中，这些分析因素可以对应于不同的设计规程。在一些实施例中，几个分析因素可以被耦合在一起。在一些情况下，一个分析因素可以由对应的分析组件(诸如空气动力学分析组件611、成本分析组件613和碰撞分析组件615)分析。在各种实施例中，单个组件可以执行多个因素的分析。

在一些实施例中，用于分析各种因素的各种组件可以是耦合的或相关的。例如，一个组件的输入变量可以是在系统层级、总产品层级等上引起反馈回路的另一组件的约束。在一些情况下，这些反馈回路可以在优化处理中的导致延迟的迭代内被引起。本公开可以通过使用如前所述的多个改善层级使多个分析因素解耦来改进设计处理。例如，选择设计变量的灵活性可以在迭代优化处理期间允许有最佳的且高效的信息流。

在一些情况下，耦合的分析组件可以与要实现的不同分析因素中的准则共享相同的设计输入变量x 601。例如，空气动力学分析模块611可能需要变量x和约束/要求g1和h1，成本分析模块613可能需要相同的设计变量x和设计目标J2，碰撞分析组件615可能需要设计变量x、设计目标J3以及约束g3和h3。在一些实施例中，多个分析因素的目标和约束(诸如g1、h1、j2、j3、g3和h3)可能是冲突的，或者可能不是冲突的。在冲突的优化目标存在的情况下，可以包括整合分析组件的整合器600。在各种实施例中，如果必要，整合器600可以与用户进行通信以基于用户偏好来决定冲突的目标之间的权衡。

在各种实施例中，在优化期间，整合器600可以与多个分析因素模块进行通信。在一些实施例中，分析因素模块可以由整合器600指示运行测试以在某些条件下对设计的一个或多个性能特性进行分析并且将分析结果提交给整合器600进行评估和决策。整合器600可以对接收的单个的分析结果进行分析，并且确定设计变量x的新的值，该值可以被指定为x’。随后，新的值x’可以被提供给多个分析因素组件以更新当前的设计。可以包括多次迭代，直到实现优化的结果为止。在一些实施例中，整合器600可以通过将数据存储在数据库中来记录设计模型的每个版本的设计变量和分析结果。例如，如图6所示，整合器600可以指示空气动力学分析组件611和成本组件613同时对当前的设计模型运行分析和测试。来自空气动力学分析组件611和成本分析组件613的测试结果可以被发送给整合器600进行评估。基于整合的测试结果对照总设计准则的评估，整合器可以确定变量(诸如变量x)的新的值以更新当前的模型，并且指示分析组件基于更新的模型重复分析。在一些实施例中，可以执行一次或多次迭代，直到实现优化的结果为止。

除了分析之外，多个分析组件还可以优化每个组件内的当前的设计模型，以使得设计模型可以在每个分析组件内修改。因此，所得的优化的设计模型连同测试评估一起可以被提交给整合器600。在一些情况下，分析组件可以并行地执行测试。在其他情况下，分析组件可以在没有来自其他分析组件的输入的情况下执行测试，与其他分析组件的整合可以以逐个完成的方式执行。整合器600可以为分析组件提供将分别在每个组件内优化的设计任务。

在两种示意性框架之中任一示意性框架中，优化改善的迭代可以要么由整合器600、要么由各种单个的分析组件请求。在任一种情况下，优化改善都可以在多个层级(诸如如前所述的宏观层级、中间层级和微观层级)上执行。

在一些实施例中，整合器600可以被实现为定制的工具(例如，软件程序、API、计算机代码)以与现有的结构模拟和分析软件程序通过接口连接、并且指示分析程序中的一些或全部以分批的方式运行、快速地提供设计的所有特性的完整报告并且如本文中的其他地方所描述的那样与每个分析程序进行通信。

在一些实施例中，各种分析处理、优化处理和设计处理可以用软件程序在装置上来实现。所述装置可以包括处理器和/或存储器。存储器可以包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括用于执行一个或多个动作(诸如设计动作或计算)的代码、逻辑或指令。处理器可以被配置为执行根据所述非暂时性计算机可读介质的动作。所述装置可以是台式计算机、电池、智能电话、平板、膝上型计算机、服务器或其他类型的计算装置。所述装置可以与3-D打印机进行通信。3-D打印机可以根据优化处理和设计处理开发的设计来打印各种结构。3-D打印机可以被配置为通过增材和/或减材制造来产生物体。3-D打印机可以被配置为形成金属物体、复合物体、聚合物物体等。3-D打印机可以例如是直接金属激光烧结(DMLS)打印机、电子束熔化(EBM)打印机、熔融沉积建模(FDM)打印机、Polyjet打印机等。3-D打印机可以打印由例如钛、铝、不锈钢、结构塑料、其他结构材料等制成的物体。

在许多情况下，设计优化可以涉及将被同时分析和优化的彼此冲突的几个准则(例如，成本、质量、变形)。图7部分A例示说明具有冲突的准则的分析因素的例子。在该示例车辆设计优化中，因素1和因素2可以表示冲突的两个分析因素(例如，使得改进一个因素可能使另一个变差)，例如，车辆操纵对舒适度、可见的安全特征对车辆质量、简单性对灵活性、空气动力学对形状、男性造型对女性造型等。

在一些实施例中，设计优化中的方法可以在设计处理期间使用以实现优化的解决方案，尽管有多个冲突的因素。这些方法可以包括例如加权和方法、加权度量方法、目标编程、物理编程、Pareto最优性等。例如，可以对来自设计分析因素的各种冲突的准则进行加权和求和以表示设计的目标，以使得聚合的目标函数可以表达用户的偏好(限定加权因子)，因此可以使用传统的技术进行优化以找到多目标问题的单个最优解。在其他情况下，可以在需要用户的偏好或目标信息之前执行优化。在这种情况下，可以识别最优解(例如，Pareto最优)集合，并且使用该最优解集合来引导用户输入偏好。

在一些实施例中，Pareto滤波器方法可以用于获得多目标优化处理中的最优解。图7部分B示出了Pareto高效边缘的例子。在该方法中，Pareto边缘或Pareto集合可以被计算为多目标优化的最优解集合。通过限制到或关注作为最优解的选择集合，设计者或用户可以在该集合内做出权衡，而不是考虑整个范围的每一个参数，从而使优化过程加速。若干种方法(例如，自适应加权和、正常边界相交)可以用于计算Pareto边缘。

在一些实施例中，识别的最优解(例如，Pareto边缘)可以被提供给用户。这可以使得用户可以基于他们的偏好做出设计决策和权衡以使得可以实现偏好驾驶的设计优化。在一些实施例中，可以基于用户偏好来确定Pareto边缘集合/最优解内的权衡。在一些实施例中，用户可以被允许选择关注因素并且在约束空间内设置多个因素之间的偏好层级。在一些实施例中，约束空间可以是指其中所有的基本要求都被满足并且附加的优化可能性可获得的空间。

在一些实施例中，权衡和偏好选项可以通过视觉表示提供给用户，用户可以被提示选择对于确定权衡或偏好层级更有关系的因素。关于偏好选择的细节在本文中其他地方描述。

在一些实施例中，最优解可以用于确定可以选择的可用因素和用于权衡层级的范围或受限空间。在一些情况下，约束空间可以是指权衡层级的尺度限度，在该尺度限度内，用户被允许设置权衡。例如，基于当前模型的分析结果(例如，最优解)，可以提供用于同一组关注因素的权衡层级的宽松的或紧缩的尺度限度，并且用户可以被允许在该限度内调整权衡的比例或层级。在一些实施例中，可以基于设计头上空间来确定可用因素和权衡尺度。

在一些实施例中，可以基于优化解来确定设计头上空间。设计头上空间可以是指当一个或多个以前的分析测试结果超过一组最低要求时可以识别的设计容量。在一些实施例中，可以存在超过所有的最低要求的最优解(例如，Pareto边缘)集合，在这种情况下，可以对过度空间中的优化解集合进行评估，并且以相对于可以选择的相关因素的偏好的层级的形式提供给用户。在一些实施例中，设计头上空间可以沿着用户偏好的特定因素(即，关注因素)的方向而不同。

在本公开的一个方面，提供了一种用于基于3-D打印节点的结构的设计优化方法。在一些实施例中，所述方法可以允许有用户偏好驾驶的设计。

在一些实施例中，设计处理可以包括一系列设计优化层。图8例示说明示例性根据一些实施例的五层设计处理800。

在一些实施例中，在不同的层，可以涉及多个设计改善层级810上的设计改善。例如，如图8所示，在层3(805)、层4(807)和层5(809)中可以涉及优化，并且在这些层上的优化处理期间，可以在多个层级810上修改设计模型，所述多个层级810包括如本文中其他地方描述的微观层级、中间层级和宏观层级。

设计处理800可以包括如图8所示的一系列设计优化层。在一些实施例中，不同的层可以对应于不同层级的设计分析和优化深度。例如，所述五层可以组成范围为从结构809的简单分析801到基于整个机器学习的设计的分层结构。在设计处理期间，所述五层无需以顺序的方式执行。在一些实施例中，一个或多个迭代周期可以包括在一层中。在一些实施例中，不同层中包括的迭代周期的数量可以是不同的。在一些实施例中，在每个层中，相似性迭代策略可以被顺序地或并行地使用，但是设计分析和修改的层级可以根据每层中的设计目标的层级增大而增大。

在一些实施例中，不同的层可以涉及用于不同准则(目标)的设计优化。在一些情况下，可以将不同的准则引入到不同层上的设计处理800中。例如，与层1(801)相关的准则可以包括设计产品的几个基本要求或性能要求，与层3(803)相关的准则可以包括许多规程(例如，经济、制造等)中的要求，与层4(807)相关的准则可以集中于设计的就物理(现实世界)性能而言的进一步的改进。在一些情况下，不同层中所涉及的设计准则可以在各种时间点、通过各种手段限定。例如，基本性能要求可以是预先定义的，并且被存储在数据库中，而用户偏好可以由用户在设计处理的中间输入。

在一些实施例中，可以通过提供参考模型的分析来限定设计处理800的层1(801)。在后一层2(803)中，可以对照一组预定义的最低要求来对参考模型在多个测试条件下的多组性能特性进行评估。在层3(805)中，可以迭代地改变模型/设计，直到所有的要求(例如，用户期望的要求、预定义的要求等)都被满足为止。在层4(807)中，可以基于从先前的结果识别的设计预留空间来将一个或多个客户偏好的选项提供给用户，并且可以将用户的输入合并到偏好驾驶的设计过程中。在层5(809)中，可以基于实际的产品数据(诸如制造性能和产品性能)和物理测试数据(诸如现场测试)来对设计施加进一步的改善。

层1

在一些实施例中，层1(801)中的设计操作可以包括基准性能表征。在一些实施例中，设计处理可以从层1(801)的层级上的分析和设计开始。在一些实施例中，如果车辆底盘是设计产品，则层1(801)可以包括选择种子/初始车辆底盘结构，并且使用物理模拟和分析软件来表征它。种子/初始模型可以基于特定的设计产品从多个设计副本选择。例如，如果设计产品是车辆的零件，诸如仪表面板，则初始面板模型可以从历史面板设计库提供。

在一些实施例中，种子模型最初可以根据一些最低要求选择。例如，车辆底盘设计库可以包含设计的一些或所有特性的记录，通过快速地对照一些最低要求比较记录，可以选择参考设计/种子模型。要求可以是预定义的，并且被存储在历史数据库中，或者可以由用户输入。

在一些实施例中，种子/初始设计模型可以被称为参考设计。参考设计可以选自将多个参考设计存储在各种类别下的数据库。关于数据库的细节将在本文中稍后描述。在一些实施例中，可以根据机械结构对多个设计进行分类以使得不同的类别可以表示不同的结构。例如，车辆底盘参考设计可以选自车辆底盘类别，类似地，车体参考设计可以选自车体参考集合。多个设计可以用其他方式分类，诸如举例来说通过函数分类。可以根据特定的设计产品采用任何合适的分类手段。在各种实施例中，设计处理可以不从选自数据库的参考设计开始，在这种情况下，初始模型可以通过scratch手动创建。例如，底盘设计模型可以用计算机辅助设计(CAD)软件程序(诸如AutoCAD、Autodesk、SolidWorks、pro/Engineer或Solid Edge)产生。可选地，底盘设计模型可以用针对基于3-D打印节点的空间框架设计定制的自定义设计工具产生。

在一些实施例中，存储在数据库中的参考设计可以包括参数化CAD(计算机辅助设计)模型。参数化CAD模型可以包括模型的参数化描述。例如，对于车辆设计，车辆的参数化描述可以包括其结构、轮胎、引擎、门、传动装置、冷却系统等。在一些实施例中，参数化描述可以包括每个组件的三维描述和它们如何彼此附连。在一些实施例中，参数化描述还可以包括模型中使用的材料性质，诸如玻璃、金属、橡胶和塑料。

表1、2和3是由节点、连接器、子装配件和底盘模块构成的车辆的各种特性的例子。表中列出的一个或多个特性可以被记录为数据库条目，并且当设计模型被选择作为参考设计时可以被检索。在一些实施例中，这些数据库条目也可以用于制作车辆或修改车辆设计。

表1包括用于车辆底盘参考模型的示例性特性。

表2包括用于底盘模块的示例性特性。

表3包括用于节点、连接器和/或面板的示例性特性。

在层1(801)中，在参考设计被确定之后，可以通过一个或多个物理模拟和分析软件程序对参考模型进行表征和分析以建立参考模型的性能基准。例如，对于车体结构设计，性能基准可以包括车体在多规程负荷情况下的性能，诸如碰撞(非线性瞬态)、NVH(频域)、刚度(线性静态)、耐用性(线性静态)、空气动力学(CFD)等。

能够执行模拟测试的各种方法可以被使用。模拟测试可以是静态的或动态的、确定性的或随机的、连续的或离散的、等等。如前所述，各种测试模型也可以被涉及(例如，物理模型、经验模型等)。各种可用的CAD(计算机辅助设计)和CAE(计算机辅助工程)模拟分析软件程序(诸如ANSYS、AutoCAD、Autodesk、SolidWorks、Nastran、Fluent、或pro/Engineer和多重物理量分析市售软件)可以用于对参考设计的性能特性进行测试和评估。

在一些实施例中，定制的软件程序可以被提供给与现有的结构设计软件的接口，并且指示分析程序的一些或全部以分批的方式运行，以快速地提供设计的所有特性的完整报告。

在各种实施例中，多个软件包可以被作为多个同时的模拟启动，这可以使得可以同时测量车辆性能的几个不同的方面。在各种实施例中，所述多个软件包可以被顺序地启动。相同软件的多个副本可以被启动用于对各组测试条件下的性能的相同参数进行测试。例如，可以通过使用相同的软件在各种天气条件(炎热的夏天、寒冷的冬天、下雨和雪结冰的道路)下在相同的测试轨道上运行相同的车辆模型。在该测试中捕捉的结果的测试范围可以提供全天候性能的压缩的高级快照。

在一些实施例中，可以在同一个计算机上运行多个模拟测试。可选地，可以在可以经由网络通信的或者可能不能经由网络通信的多个计算机上运行多个模拟测试，从而使得可以进行快速的并行性能表征。在一些实施例中，可以并行地运行数百个或数千个测试，以使得广泛的一组性能特性可以在短暂的时间内被收集。例如，就全天候测试来说，可以在单独的计算机上执行每个季节性变化。测试规划和条件的范围可以根据需要定制以适合特殊的车辆能力。

在一些实施例中，性能基准可以包括作为一个或多个测试的结果的、参考模型的一个或多个特性。在一些实施例中，测试可以是对照一组准则对参考模型的一个或多个特性进行评估的模拟测试。所述一个或多个性能特性可以包括例如承载能力、碰撞和故障安全性、车辆NVH(噪声、振动和声振粗糙度)性能、耐用性、刚度等。例如，模拟可以提供关于车辆的各种组件在诸如碰撞的情形期间可以如何移动或变形的分析结果。在另一例子中，分析可以包括时间测试方案——例如可以通过以以下方式运行车辆的测试来对车辆的性能进行评估，即，从零速开始，以给定的斜坡速率加速到最大值，通过几个姿势进行操纵，并且减速回到零。

在一些实施例中，可以在一组基本/最低要求下对参考设计的性能表征进行评价和测试。例如，对于车体结构设计，基本/最低要求可以包括多规程负荷情况，诸如碰撞(非线性瞬态)、NVH(频域)、刚度(线性静态)、耐用性(线性静态)、空气动力学(CFD)等。在一些实施例中，这些基本要求可以从参考设计继承。在一些实施例中，这些基本要求可以根据某些规则修改，或者从scrach定制。例如，要求可以包括由主管部门或许可部门设置的操作规则、联邦安全标准、燃料和排放标准、巷道状况描述、环境描述等。这些要求可以根据车辆将被操作的地方(哪个国家管辖范围)并且根据车辆的目的(例如，公用载重汽车、乘客通勤车、应急车辆或赛车)而变化。在一些实施例中，这些基本要求可以在设计处理开始时限定。

层2

如图8所示，层2(803)可以是指设计验证。在一些实施例中，可以对来自层1(801)的性能结果进行评估和分析以核实参考设计是否满足一组要求。在一些情况下，要求可以包括要满足的基本性能准则和安全要求。例如，要求可以指定基本功能，并且生成应力和故障状况下的行为和特性。在另一例子中，要求可以包括由主管部门或许可部门设置的操作规则、联邦安全标准、燃料和排放标准、巷道状况描述、环境描述等。这些要求可以根据车辆将被操作的地方(例如，哪个国家管辖范围)并且根据车辆的目的(例如，公用载重汽车、乘客通勤车、应急车辆或赛车)而变化。

在一些实施例中，一些要求可以由用户输入。例如，对于系统层级设计的要求可以由用户使用用户友好的界面输入。车辆要求界面的例子在图9中示出。如图9所示，用户可以被允许使用下拉菜单输入设计的要求。例如，用户可以被提供输入注册国家、车辆类、碰撞评级、离地间隙、同系化反应、头灯类、排放类等的选项。为了例示说明的目的，示出了下拉菜单，然而，应注意到，不同的尺度可以由用户提供，并且各种手段可以用于允许用户输入或限定要求。图9示出了指定详细的车辆碰撞测试要求的示例子菜单。整体碰撞评级要求针对每个特定的碰撞测试被分解为单个的要求。

在一些实施例中，可以通过多个模拟测试来对设计模型进行评价以确定模型是否满足要求。在一些实施例中，模拟测试可以在各种物理测试条件下对参考设计的性能进行评估。在一些实施例中，一组或多组测试条件可以是预定义的，并且被存储在数据库中。测试条件可以包括例如周围温度和湿度、大气压力、风速和风向以及太阳辐射负荷。测试条件还可以包括测量设计模型在各种时刻(诸如白天、夜间)或不同地点(诸如赤道或更高维度测试)的性能。例如，一组测试条件可以被设置为如此极端以致诱发车辆故障，然后设计模型的性能或故障率可以被记录为测试的结果。

在一些实施例中，对于设计的规范和测试结果可以用数值矢量来表示。根据特定的测试，数值矢量可以是多维的。在一些实施例中，设计规范可以用可以包括对于某些维度的通过-失败的数值矢量来表示。可以通过对照要求对模拟测试的结果进行评估来产生通过-失败性能矢量，然后可以计算指示要求的通过或失败的层级的得分。在一些实施例中，可以对照对应的要求对各种测试结果进行量化以使得可以以数值读数的矢量的形式表示性能测试结果。矢量可以包括例如特定的驾驶周期下的燃料消耗、爬坡能力和温度的测度。矢量还可以合并标准化的行程或驾驶周期期间汇编的时间序列。

层3

层3(805)可以是指在其中对设计模型进行优化并且改变设计模型以满足如前所述的所有要求的层级。基于在层2(803)中挑战的且解决的通过-失败性能矢量，参考模型(设计)被自动地用意图使其性能符合所有要求的修改改变。在一些实施例中，本公开可以使得模型的变量可以在如前所述的多个改善层级(例如，宏观层级、中间层级、微观层级等)上修改。就调整设计模型的参数而言的灵活性可以确保设计满足所有的最低要求。可以对修改的模型的每个版本进行评估，并且可以使用结果来引导后续修改。当涉及单个目标设计优化时，可以使用诸如全局优化、局部无导数优化、基于局部梯度的优化、启发法等的优化方法或算法。当要求包括冲突的目标或多个规程时，可以使用如前所述的优化方法来修改设计。

层4

层4(807)可以是指用户偏好驾驶的层级上的设计优化。在该层中，用户偏好可以被带入优化过程中，并且引导设计方向。在一些实施例中，可以根据设计头上空间来约束和提供用户偏好。设计头上空间可以在来自层3(803)的单个的表征得分包含超过最低要求的容量时识别。这个过大的“设计容量”表示在该层级上可以耗费的头上空间。

在层4(807)，进一步的优化可以考虑用户偏好。用户可以被允许选择一个或多个关注属性、权衡或偏好层级等。在一些实施例中，自定义软件程序可以用于引导一个或多个偏好的用户输入。在一些实施例中，软件程序可以被配置为向用户提供可调属性的列表以供选择并且基于选定的性质和性质集合内的相互耦合关系来产生一个或多个项，其中，项可以是上下文组，所述上下文组包括至少一个选定的性质和一个或多个耦合的/相关的性质以及供用户调整该组性质内的权衡或偏好层级的范围。软件可以被进一步配置为向用户显示项的视觉表示以供他们设置偏好层级或权衡，以基于对其他项设置的权衡动态地更新可调权衡的范围并且向用户提供即刻的结果以帮助做出权衡决策。

在一些实施例中，可调性质的列表可以包括主要性质和次要性质。在一些情况下，主要性质可以是从客户角度来讲的车辆的共性的性质或产品层级上的与客户期望/体验直接相关的性质(诸如舒适度、车辆最高速度等)。在其他情况下，主要性质可以是与其他性质不太耦合的或相关的、使得可以涉及较少的计算或迭代的性质。在一些实施例中，次要性质可以是指从工程角度来讲的可以为工程设计要求的形式的性质，诸如尺寸、重量和材料等。然而，许多其他的手段可以用于限定主要性质和次要性质。主要性质和次要性质这二者都可以与如前所述的各种因素直接关联或被变换为如前所述的各种因素。

在一些实施例中，只有主要性质可以显示给用户。在其他实施例中，来自主要性质或次要性质或这二者的可调性质的列表可以被提供给用户以供选择。在一些实施例中，可以基于显示给用户的性质的历史优先级或兴趣水平来确定这些性质。在一些情况下，可以从指示用户感兴趣的领域或性质的历史数据推导优先级或兴趣水平。在一些实施例中，可以基于从数据库检索的用户特定的信息来确定显示的性质。在一些实施例中，可以基于当前的优化结果和评估的潜在性能来确定提供给用户的可调性质。

在一些实施例中，项可以是表示多组耦合的性质的图形。在一些实施例中，这些耦合的性质可以被称为关注性质。在一些实施例中，关注性质也可以被称为关注因素。

当一个或多个可调性质耦合到选定的性质时，一个或多个项可以被自动地显示给用户以供做出权衡决策。在一些实施例中，可以基于如前所述的耦合关系来确定耦合的或链接的性质。例如，耦合关系可以包括受相同的输入变量影响的不同的性质，性质的输入变量受另一性质或具有冲突的准则的不同性质的输出影响。在一些实施例中，可以基于各种模块(诸如如前所述的模块)来预先确定耦合关系，并且将该耦合关系存储在数据库中。当耦合的性质被确定为可调的时，它们可以被显示给用户以供做出权衡决策。

项可以包含可以被分组在一起并且显示给用户的任何数量的关注因素。项可以包含至少一个选定的因素和相关的未被选定的因素。项可以包含全都是选定的因素的因素。在一些实施例中，项可以向用户显示一组因素和该组内的耦合关系。

图10A示出了根据一些实施例的用于用户偏好驾驶的设计的关注因素和权衡选项的视觉表示的例子。例如，两个关注因素可以用滑动条来表示，所述滑动条可以允许用户通过选择该条的位置来选择关注因素之间的权衡层级或偏好层级。在例子1017中，用户可以被允许使用光标来在关注因素样式和空气动力学之间移动权衡层级。在一些实施例中，当一对关注因素调整权衡层级时，其他耦合的因素的偏好/权衡层级就可以被自动地计算和即刻地呈现给用户。

在另一例子中，三个关注因素可以用具有可移动物体的三角形来显现，所述可移动物体表示三个因素之间的比例或权衡层级。通过调整可移动物体在受限的空间内的位置，用户可以容易地提供个人偏好来引导设计处理。例如，如图10A所示，用户可以被允许移动参考光标1021来确定三个关注因素成本、速度和样式之间的权衡。

在其他实施例中，多于三个的关注因素可以用3-D视觉表示1015来表示。例如，可以使用四面体1015。在3-D表示例子中，每个顶点可以表示关注因素，四面体的表面可以形成到约束空间。用户可以被允许移动参考光标来确定多个关注因素之间的偏好。

在一些实施例中，偏好被提供给约束空间内的用户。权衡层级的的范围可以用视觉呈现来指示。例如，范围可以用滑动条1017的左限值和右限值或三角形1019的边缘来呈现。

应注意到，其他形状(例如，条、角锥体、立方体、圆、球体等)或其他形式(例如，数值、图像等)的表示可以被提供给用户以用于显现选定的关注因素和决策权衡。所述表示可以是2-D图像(诸如滑动条1017和三角形1019)或3-D图像(诸如四面体1015)。

在三角形1019的例子中，可以在二维平面中的任何方向上移动参考光标1021。移动范围可以受三角形的边缘的限制。在一些实施例中，可用的设计空间可以用三角形空间内的指示可能的设计头上空间的高光区域来表示。每个顶点可以表示关注因素(例如，成本、速度和样式)。光标的位置可以对应于三个因素之间的偏好或权衡层级的比例。例如，偏好光标和每个顶点之间的距离可以与偏好层级成比例。在其他情况下，所述距离可以与偏好层级成反比。

在3-D表示例子1015中，四面体的每个顶点可以表示关注因素(例如，空气动力学、安全性-RC、舒适度-RH和可见性-DW)，四面体的表面可以表示可能的设计空间。在一些实施例中，约束空间或可用的设计空间可以用图形描绘为四面体1015内的高光区域或体积。

在一些实施例中，用户可以被提供就可以选择的可用的关注因素和相关的权衡层级而言的受限尺度的定制。在一些情况下，约束空间可以是指可以选择的、可以通过优化解确定的因素(可调因素)。在一些情况下，约束空间可以是指权衡层级的尺度限度，在该尺度限度内，用户被允许设置权衡。例如，基于当前模型的不同的分析结果，可以提供用于同一组关注因素的权衡层级的宽松的或紧缩的尺度限度，并且用户可以被允许在该限度内调整权衡的比例或层级。在一些实施例中，可以基于设计头上空间或约束来确定可用因素和权衡尺度。

在一些实施例中，设计头上空间可以是指当一个或多个以前的分析测试结果(例如，从层3(805)获得的单个的表征得分)超过一组最低要求时可以识别的设计容量。在一些实施例中，优化解(例如，Pareto边缘)集合可以超过所有的最低要求，在这种情况下，可以对过度空间中的最优解集合进行评估，并且以相对于可以选择的相关因素的偏好的层级的形式提供给用户。在一些实施例中，设计头上空间可以沿着用户偏好的特定因素(即，关注因素)的方向而不同。

在一些实施例中，呈现给用户的关注因素可以不是与如前所述相同的设计分析因素。在一些情况下，诸如质量功能部署(QFD)的方法可以用于将工程因素转化为解决客户需要的形式。例如，工程因素(例如，节点位置、打印时间等)可以被转换为客户需求相关的因素(内部舒适度、成本等)。在一些实施例中，客户需要可以包括经济、性能特征、大小和造型以及其他推导的属性之间的权衡。

在一些实施例中，用户的输入可以指示设计偏好，并且可以被实现为用于进一步的设计优化的要求/约束和/或目标。在一些实施例中，用户的输入(例如，关注因素和偏好/权衡层级)可以被变换为用于进一步的优化处理的工程要求/约束、目标或测试规划。诸如QFD的方法可以用于将用户的要求转化为工程要求。在用户偏好被变换为工程分析因素之后，可以执行当前模型的分析来对照新的要求(从用户偏好输入推导)对模型进行评估，然后可以根据分析结果对设计进行修改或者可以不进行修改以用于进一步优化。

在一些实施例中，设计的视觉表示可以被实时地或近乎实时地呈现给用户以帮助用户做出偏好决策。该视觉表示可以反映由用户输入的权衡或偏好引入的瞬时设计影响。在一些实施例中，即时的结果可以是先前保存在数据库中以使得不需要计算或模拟测试的测试结果。在其他实施例中，即时的结果可以是基于先前的测试结果的新的组合的、可能不需要冗长的计算周期的计算。在其他实施例中，结果可以从优化处理获得。基于用户选择的特定的关注因素和权衡层级，对于结构设计的对应改变可以用图形模型可见，或者可以不用图形模型可见。在一些情况下，用户可以能够显现模型的外观中的即时的改变，诸如组件的形状、大小、数量等。在其他情况下，用户可以被允许显现数值形式的改变，诸如表格、示图、分析图等。在一些实施例中，与不同版本的设计相对应的一组视觉表示可以被呈现给用户以用于比较和选择。在其他实施例中，用户可以被允许在动态的模拟中对模型进行“测试驾驶”以对已经改变的行为进行评估，并且当实现期望的性能“感觉”时，偏好设置可以被锁住。可以为用户提供虚拟地对车辆进行测试驾驶的各种手段，诸如动画、虚拟现实等。

图10B-C例示说明根据一些实施例的偏好驾驶的层级上的设计优化的例子。在该例子中，设计物体是车辆。在偏好驾驶的层上的处理之前，基准车辆设计可能已经通过模拟测试进行了评估。例如，用户可能通过运行车辆模型驾驶模拟对于当前设计1063来说发现驾驶者通过挡风玻璃的可见性是不足的。

可调性质的列表1001可以被提供给用户。任何合适的形式可以用于显示可调性质的列表，诸如下拉列表、表格、图表、图片表示等。用户可以选择一个或多个性质进行调整。在该例子中，“可见性-驾驶者挡风玻璃”(可见性-DW)可以选自该列表。当选择可见性-DW性质时，若干个链接的/耦合的或受影响的性质(诸如舒适度-驾驶者头上空间、安全性-顶盖挤压、空气动力学-峰值顶高)可以被自动地识别并且显示给用户1003。另外，具有有注释的或例示说明的性质的当前模型的图形表示可以被显示给用户。在一些情况下，有注释的性质可以是高度相关的或与关注性质相关联的并且出于例示说明的目的呈现给用户的性质或因素。在该例子中，如图10C所示，四个不同的车辆高度1081-1084被显示以表示档分玻璃(可见性-DW)性质。车辆高度限制的放宽可以使得更大的或更加垂直倾斜的挡风玻璃可以为驾驶者提供改进的向前的道路可见性。

如图10C所示，对于车辆高度的调整范围可能受调整的影响。设计模型的四个版本1061-1064对应于四个不同的高度1081-1084，第三模型1063表示基准模型。

表格1005可以是包含耦合关系的所有的识别的关注性质的交叉矩阵。例如，如表格1005所示，耦合关系可以用六对来识别和表示：T1、T2、T3、T4、T5和T6。

此外，每对关注性质可以用用户可选的滑动控件1007显示，用户可以选择或者可以不选择调整滑块。用户可以被提示通过调整滑块的位置来决定一对性质之间的偏好层级或权衡。

如前所述，耦合关系可以用许多其他的方式来表示。例如，相同的关注性质列表可以用图10A中的四面体1094的形式示出。这可以在屏上随着滑块被移动而以实时的更新示出。所述四个性质中的每个可以被映射到四面体的一个顶点(可见性-DW 1095、舒适度-DH1096、安全性-RC 1097和空气动力学-RH 1098)。每个边缘可以表示两个性质的配对的置换，总共六个边缘。每个交换滑块T1、T2、T3、T4、T5和T6表示沿着所述六个边缘中的一个的点。每对的滑块设置百分比可以被表示为沿着边缘的点。

在一些情况下，车辆模型的图形表示对应于可以即刻显示给用户1011的权衡选择。用户可以被允许立即显现作为他们的表达的权衡偏好的结果的、对设计模型的直接改变和间接改变。

在一些实施例中，用于用户偏好驾驶的设计的关注因素和权衡选项的视觉表示以及该设计的视觉表示可以在装置上显示给用户。图10D例示说明根据本公开的实施例的提供图形用户界面和用户交互的装置的例子。在一些实施例中，所述装置可以是计算装置。所述装置可以包括显示用户输入偏好的视觉表示的显示器1023。显示屏幕可以包括或者可以不包括触摸感测输入能力。所述装置可以包括处理器和/或存储器。存储器可以包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括用于执行一个或多个步骤(诸如设计步骤或计算)的代码、逻辑或指令。处理器可以被配置为执行根据所述非暂时性计算机可读介质的步骤。所述装置可以是台式计算机、电池、智能电话、平板、膝上型计算机、服务器或任何其他类型的计算装置。所述装置可以与3-D打印机进行通信。所述装置可以是或者可以不是网络装置。在一些实施例中，所述装置可以能够连接网络，诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)(诸如互联网)、电信网络、数据网络或任何其他类型的网络。

在一些实施例中，用户可以被允许经由用户交互装置1019移动偏好光标。这样的用户交互装置的例子可以包括键盘、按钮、鼠标、触摸屏、触控板、操纵杆、轨迹球、照相机、麦克风、运动传感器、热量传感器、惯性传感器或任何其他类型的用户交互装置。

层5

回头参照图8，层5(809)可以是指机器学习优化的层级。在该层级，设计优化可以涉及来自实际产品的数据和/或通过物理模型的实验。在一些实施例中，设计的数据库、制造体验、设计体验、制造性能和产品性能等可以被汇编并且被规律地更新。例如，存储在数据库中的数据可以包括在组件或产品交付之后产生的反馈，所以它捕捉来自所述处理的最终成果。成果可以例如要么是令人满意的，要么是不令人满意的。例如，数据库可以包括从产品的整个生命周期收集的数据。数据集合可以包括产品制造(从开采/预备原材料开始)、设计处理、制造、交付、现场使用和最终的回收。在另一例子中，可以对在各种真实的条件下从类似产品的性能采集的历史数据进行记录和分析。在一些实施例中，对于车辆设计数据库，所述数据可以进一步包含与客户相关的信息，诸如偏好、习惯、驾驶行为等。可以使用诸如机器学习、神经网络分析技术等的技术来从数据库提取知识和模式。

在一些实施例中，从物理数据的数据库提取的信息可以用于引导对于设计模型的进一步的修改和改善。例如，可以将客户行为相关的信息分解到设计优化处理中以实现个性化的最终的设计产品。从实际的实物产品获悉的信息可以改进设计优化，并且交付仅基于常规的数学模型和数值模拟难以实现的产品。

图11示出了整个示例性设计优化周期的数据流程的示图。在一些实施例中，在本公开中的多个层中可以涉及一个或多个优化周期。如前所述的各种基于3-D打印结构的物体可以通过所呈现的方法来优化。以下实施例使用车辆结构涉及作为例子；然而，优化方法可以被应用于车辆的任何子系统，诸如车辆的轮胎或引擎，或者可以用于其他非机动车辆结构的设计。

在一些实施例中，设计优化周期可以从车辆的参数化CAD(计算机辅助设计)模型1101开始。初始车辆模型1101可以包含车辆的完整参数化描述，诸如结构、轮胎、引擎、门、传动装置、冷却系统等。初始车辆模型1101可以包括每个组件和它们彼此如何附连的三维描述。初始车辆模型1101还可以包含关于各种玻璃、金属、橡胶和塑料组件的材料性质。如前所述，数据库可以用于存储可以用作初始设计的许多设计模型。

测试规划和条件1111可以是针对车辆规定的预定义的一组测试。在一些实施例中，测试规划可以包括被实现为计算机编码指令集的各种模拟模块，测试条件可以包括将出于各种测试目的被应用于对应的测试规划的参数集合。模拟测试单元1103可以获取车辆模型1101以及测试规划和条件1111，并且用分析软件执行模拟测试。例如，模拟程序1103可以对模型进行可能引起行为极端的一组模拟的有压力的操纵，性能的测量可以在适当的时刻获取。

测试规划和条件1111可以描述对模型在若干预定义的测试情形下如何执行进行评估的物理测试处理。例如，测试条件可以指定例如周围温度和湿度、大气压力、风速和风向以及太阳辐射负荷(对于白天、夜间、赤道或更高维度测试)。在另一例子中，测试条件可以包括多规程负荷情况，诸如碰撞(非线性瞬态)、NVH(频域)、刚度(线性静态)、耐用性(线性静态)、空气动力学(CFD)等。一些测试条件可以如此极端以致故意地诱发车辆故障。找到和测量故障在哪里发生或怎么发生可以是测试的关键特征。例如，模拟可以提供车辆的各种组件在诸如碰撞的情形期间可能如何移动或变形的指示。在另一例子中，分析可以包括时间测试方案——例如可以通过以以下方式运行车辆的测试来对车辆的性能进行评估，即，从零速开始，以给定的斜坡速率加速到最大值，通过预定的路径点、速度、转弯或障碍的列表进行操纵，并且减速回到零。

模拟测试单元1103可以包括可以被作为多个模拟启动的一组软件包。该组软件包可以同时运行，或者可以不同时运行。在一些实施例中，软件包可以被指示根据由测试规划和条件1111指定的每个自己的规划和条件执行测试。这个多个模拟测试可以使得可以测量车辆性能的几个不同的方面。各种模拟分析软件可以用于分析，诸如ANSYS、AutoCAD、Autodesk、SolidWorks、Nastran、Fluent或pro/Engineer可以用于各种设计分析。

在一些实施例中，多个软件包可以被作为多个同时的模拟启动，这可以使得可以同时测量车辆性能的几个不同的方面。在其他实施例中，所述多个软件包可以被顺序地启动。相同软件的多个副本可以被启动用于对各组测试条件下的性能的相同参数进行测试。例如，可以通过使用相同的软件在各种天气条件下(炎热的夏天、寒冷的冬天、下雨和雪结冰的道路)在相同的测试轨道上运行相同的车辆模型。在该测试中捕捉的结果的测试范围可以提供全天候性能的压缩的高级快照。

在一些实施例中，可以在同一个计算机上运行多个模拟测试。可选地，可以在可以经由网络通信的或者可能不能经由网络通信的多个计算机上运行多个模拟测试，从而使得可以进行快速的并行性能表征。在一些实施例中，可以并行地运行数百个或数千个测试，以使得广泛的一组性能特性可以在短暂的时间内被收集。例如，就全天候测试来说，可以在单独的计算机上执行每个季节性变化。测试规划和条件的范围可以根据需要定制以适合特殊的车辆能力。

图12示出了模拟测试软件的一个周期的示例性输出的渲染1200。这是线性节点位置和管道拓扑结构的结构分析。所示的结构是具有节点位置和拓扑结构的敏感度分析的基于节点的车辆框架。所述结构的一些部分对于关于当前优化目标的节点位置和拓扑结构可能更加敏感。在该例子中，所述结构的左侧1201(如在图12中所看到的)对于节点位置比所述结构的右侧1203更加敏感。该模拟测试结果可以驱动对于所述结构的左侧的一个或多个改变。

回头参照图11，随着测试阶段继续进行，可以对来自各种测试的测量进行汇编并且记录为数值读数的矢量的形式的性能测试结果1105。矢量可以包括例如燃料消耗、爬坡能力和应力下的温度等的测度。矢量还可以合并标准化的行程或驾驶周期期间汇编的时间序列。

在模拟的测试完成之后，最优性评估单元1115可以对编译的性能测试结果1105进行评估。最优性评估单元1115可以使用被表达为目标和约束1113的预选的目标状态来测量模型的性能的可接受性。从模型的当前性能层级到目标性能层级的距离可以被定量地测量。该矢量在性能空间中的方向可以用于通过改变用于随后的优化迭代的增量步长、步进方向、权重因子等的设置来引导进一步的优化。

图13示出了最优性评估单元1115评估的示例性性能测试结果1105的曲线图。在该例子中，所述曲线图展示了性能测试结果矢量1105的维度中的两个，这两个维度形成两个轴线“测试得分A”和“测试得分B”。所述两个测试得分可以表示任何两个因素，诸如燃料经济和爬坡能力。

所述两个轴线被定向为在左下有最不可取的象限并且在右上有最可取的象限。在图13的部分A中，点1350可以表示目标状态的估计的坐标。在拐角和目标之间可能存在表示过度设计的或能力过度的产品条件的一些过度空间。

来自单个模拟测试的性能测试结果矢量的测试结果被表示为点1341。约束线1348可以表示在该曲线图上不可表示的测试结果矢量的其他维度所施加的限度-界限。约束线1348右边的区域可能违反了产品的功能需要，因此在该区域中不存在可接受的解。部分A中的曲线图表明目标1350位于受约束的空间的外部。这表明目标点1350通过测试得分A和测试得分B之间的任何简单的交换是不可实现的。这种情况可以对应于典型的产品性能空间，在该空间中，目标方向被明确地设定，但是对于其、没有解是直接可见的或可实现的。

在这种情况下，点1351和点1352被显示为如部分B中所示的最适宜的候选。点1351和1352这二者都满足约束界限线1348，并且这二者都邻近目标点1350。后续步骤例示说明软件如何探测该空间以找到最优的令人满意的解。

测试结果点1341是通过在当前车辆模型上运行模拟测试而生成的。在一些情况下，当性能测试结果矢量表明模型明显达不到其设定的性能目标时，测试的结果可以被分类为次优。在这种情况下，模型需要模型的修改来改进其性能，最优性评估单元1115可以将包含目标和要求的指令提供给设计改变单元1107。

在另一种情况下，当测试表明模型已经实现或超过性能目标时，测试结果在这个得分维度上可以是令人满意的。在这种情况下，当前改变方向上的进一步的优化可能不能得到有效值。迭代处理然后由最优性评估单元115要么重新定向、要么终止。

在又一种情况下，当测试表明一个或多个约束表面已经被超过时，设计违反可能已经发生。在这种情况下，最优性评估单元1115可以指示优化处理“后退”到前一次更高评分设计迭代。这移除了最近的设计改变的影响。恶化方向的发现是这个参数化方向上的进一步的递增探测将不会富有成效的指示。类似地，当约束表面被发现是阻挡递增改进时，这是具有已经达到最优值的指示。

参照图11，在最优性评估单元1115发现当前模型已经实现性能目标的情况下，设计处理可以结束，并且当前模型可以被作为最优的车辆模型1117输出。在最优性评估单元1115指示改变要求的情况下，设计改变单元1107可以对初始车辆模型1101做出递增改变，并且生成改变的车辆模型1109。

在一些实施例中，可以对原始模型1101中的一个或多个设计参数做出改变。所述参数可以选自所有车辆参数的关注子集。在某些情况下，在引导的优化的情况下，所述参数可以手动选择。在其他实施例中，在开放的或全车辆的整体优化的情况下，所述参数可以自动选择。在一些实施例中，可以在如前所述的各种设计改善层级上改变所述参数。

在模型1109已经被改变之后，它可以作为新的更新的车辆参考设计取代初始车辆模型1101。

在一些实施例中，模拟测试单元1103、最优性评估单元1115和设计改变单元1107可以用一个或多个自定义软件程序来实现。所述一个或多个软件程序可以被配置为与一个或多个模拟和分析软件程序通过接口连接。在一些实施例中，可以包括存储如其他地方描述的设计处理中所涉及的数据(例如，初始车辆模型1101、测试规划和条件1111、目标和约束1113、性能测试结果1105、改变的车辆模型1109、最优车辆模型1117等)的一个或多个数据库。

在一些实施例中，可以通过显现迭代结果来跟踪优化方向。通过将优化路径与目标进行比较，可以决定进一步的优化方向。图13的部分C中的曲线图示出了来自四个连续的迭代1341、1342、1343和1344的性能测试结果得分。每个结果是通过在迭代改变的模型上运行的一组模拟测试生成的。在一些实施例中，改变可以应用于设计变化。优化路径的模式在对于每个性能测试得分1341、1342、1343和1344的连续改变中可以是明显的。

在另一方面，本公开提供了一种用于设计基于3-D打印结构的物体的方法和系统，其中，设计处理动态地合并用户偏好和物理数据以使得能够实现有效的个性化的设计。

在一些实施例中，可以将设计的要求合并到不同层上的分层设计处理，因此可以产生设计模型、测试结果、分析的许多改变。在一些实施例中，设计处理期间所涉及的各种数据可以被存储在一个或多个数据库中。

图14例示说明根据一些实施例的可以包含在数据库中的数据的例子。应注意到，车辆设计在本文中是用于说明性的目的，任何其他的设计产品相关数据可以基于特定的设计被存储在数据库中。

数据库(一个或多个)可以是被配置为存储数据(例如，句子结构、句子元素、用于每个句子元素的词语和图像等)。另外，在一些实施例中，数据库(一个或多个)也可以被实现为具有存储装置的计算机系统。在一个方面，优化系统的组件可以使用数据库(一个或多个)来执行与所公开的实施例一致的一个或多个操作。本领域普通技术人员将认识到，所公开的实施例不限于所述数据库(一个或多个)的配置和/或布置。

在一些实施例中，数据库1410可以包含与设计的模型和实际产品相关的数据。在设计阶段期间可以创建并且使用数据库(例如，库、车辆设计储存库)。所述数据库可以被存储在计算装置的一个或多个非易失性存储器上。所述数据库可以被存储在用户/设计者的本地计算装置上。所述数据库也可以被存储在可以被各地点处的多个用户访问的云基础设施上。已经针对单个的车辆设计和制造的节点和连接器、底盘子装配件、底盘子结构、底盘模块和/或底盘可以被记录在数据库中。每个零件的各种特性和对应的标识符可以被记录在数据库中。这样的数据库可以用作用户开始设计和制造另一车辆时的模板。这样的数据库也可以用作对先前制作的车辆进行维护和/或升级的参考。

在一些实施例中，数据库1410可以包含与设计的模型相关的数据。在一些实施例中，模型可以是使得相关数据可以包括来自使用物理模型的实验、系统测试、车辆现场测试的反馈的物理模型。在这种情况下，任何合适的手段(诸如感官沉浸、监视器和人类体验)可以用于获得反馈数据。在其他实施例中，模型可以是使得数据可以与一个或多个车辆的数值模拟、测试、分析、参数化模型或设计描述相关的数学模型。

例如，数据库1410可以包括参考车辆设计、环境和测试规范、产品要求、客户偏好、动态模型、微型工厂和制造规格、材料和组件规范、车辆现场操作日志和寿命终止日志的库。

在分层车辆设计和优化处理期间，数据库1410可以耦合到五层设计处理1411。例如，数据库可以交互式地读取与设计处理相关联的数据，诸如预定义的要求、用户输入偏好、测试规划、性能优化数据、制造优化数据和寿命周期优化数据等。在一些实施例中，可以改变和改善可以通过数据库跟踪的关于车辆的基本操作的要求和目标。如前所述，要求可以继承自参考车辆，并且从性质列表修改，或者从scrach定制。要求可以包括例如由主管部门或许可部门设置的操作规则、联邦安全标准、燃料和排放标准、巷道状况描述、环境描述等。这些要求可以根据车辆将被操作的地方(哪个国家管辖范围)并且根据车辆的目的(例如，公用载重汽车、乘客通勤车、应急车辆或赛车)而变化。

一些要求可以在车辆设计开始时被限定一次，并且限定在车辆的寿命期间保持不变。这些要求可能影响基本车辆限定配置文件或车辆的基本限定。

其他要求可以在设计处理的中间限定，诸如用户偏好。这些可以包括车辆类型和整体大小，并且在解决客户需求的因素(诸如经济、性能特征、大小和造型以及如其他地方描述的其他推导的属性)之间建立一些基本权衡。

同时，数据库还可以记录设计处理期间产生的数据，诸如车辆-模型性能的各种方面的测量以及设计处理的所有步骤或一些步骤处的模型参数。

在一些实施例中，数据库1410还包含与实际产品1413相关的数据。这些外部源1413可以提供关于物理成果的真实世界反馈。来自这些源1413的数据可以包括制造期间的意外变化或公差(例如，GD&T)、以前未知的物理现象和意想不到的优化结果。例如，存储在数据库中的数据可以包括在组件或产品交付之后产生的反馈，所以它捕捉所述处理的最后成果。成果可能要么是令人满意的、要么是不令人满意的。例如，数据库可以包括从产品的整个寿命周期收集的数据。数据集合可以包括产品制造(从开采/预备原材料开始)、它们的设计处理、它们的制造、交付、现场使用和最终的回收。在另一例子中，可以对在各种真实的条件下从类似产品的性能采集的历史数据进行记录和分析。在一些实施例中，对于车辆设计数据库，所述数据可以进一步包含与客户相关的信息，诸如偏好、习惯、环境和道路状况、驾驶行为等。

在基于3-D打印节点的制造系统中，可以捕捉数据并且将该数据合并到数据库1410中，从而使得信息可以在后续产品的设计期间或者在现有产品的修正期间被考虑。在一些实施例中，可以产生并且实时地显示数据反馈。

图15例示说明根据实施例的可以从制造处理和其他处理获得的数据的例子。如图15所示，数据可以从各种领域获得，诸如所用材料(例如，粉末、材料标签、处理参数等)、打印机(例如，组件测试数据、机器打印数据、零件标签等)、装配机器(例如，测试数据、装配标签等)、车辆数据(车辆构建跟踪、节点跟踪等)、智能节点(例如，内置传感器、使用数据等)。在一些实施例中，来自实物产品的数据可以在短期内被反馈给设计处理以使得设计可以在它被交付给客户之前得到改进。数据可以被存储在数据库1500中。

例如，数据可以被合并到节点或接合点(智能节点)中的传感器捕捉以用于检测力、利用活动和状态、压力、温度和/或任何其他的参数。在一些实施例中，传感器可以经由3-D打印处理集成到接合点中。传感器可以检测接合点或管道的主要故障。集成的传感器可以确定车辆的接合点或其他组件是否适合碰撞之后的服务。从传感器捕捉的数据可以以及时的方式提供设计的真实世界性能结果以使得可以使对于设计的进一步的改进是可能的。

在一些实施例中，本公开可以允许个人设计他们的期望的结构。在这种情况下，数据库可以包括用户特定的数据。数据库可以包括个人的订购历史、装运偏好(例如，装配的结构、半装配的或完全自定义的车辆)、个人的驾驶习惯、关于驾驶体验的报告、安全性等。

本公开还可以使得可以对与现场的性能相关的零件或零件质量进行调整。例如，数据库可以包含基于保修索赔或客户投诉领域的重新设计的触发。可以基于任何数量的性能准则来更新系统，并且将对设计进行调整以解决性能、耐用性、对齐、磨损或其他问题。

图16例示说明根据本公开的实施例的示例性设计优化系统1600的示意性框图。设计优化系统可以被配置为执行如本文中其他地方描述的设计和优化操作。设计优化系统1600可以包括装置，所述装置包括一个或多个处理器1601、存储器1603、图形用户界面1605和用户交互装置。存储器可以包括非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质包括用于执行一个或多个步骤(诸如设计步骤或计算)的代码、逻辑或指令。存储器可以包括如图14所示的一个或多个数据库。处理器可以被配置为执行根据所述非暂时性计算机可读介质的步骤。图形用户界面和用户交互装置可以允许如图10D中所描述的对于设计的用户输入偏好和要求。所述装置可以是台式计算机、电池、智能电话、平板、膝上型计算机、服务器或其他类型的计算装置。应理解，本文中的术语设计优化可以是指设计的定制或个性化，并且在整个本描述中可以互换使用。

在某些实施例中，所述装置可以在被配置为作为前端装置操作的服务器上实现的基于云的处理集群，其中所述前端装置被配置为向用户提供图形用户界面。服务器可以包括已知的计算组件，诸如一个或多个处理器、存储供处理器(一个或多个)执行的软件指令和数据的一个或多个存储器装置。服务器可以具有一个或多个处理器以及用于存储程序指令的至少一个存储器。处理器(一个或多个)可以是能够执行特定的指令集的单个微处理器或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)。计算机可读指令可以被存储在有形的非暂时性计算机可读介质上，诸如柔性盘、硬盘、CD-ROM(紧凑盘-只读存储器)、以及MO(磁光)、DVD-ROM(数字多功能盘-只读存储器)、DVD RAM(数字多功能盘-随机存取存储器)或半导体存储器。可替代地，本文中公开的方法可以用硬件组件或硬件和软件的组合来实现，诸如举例来说ASIC、特殊目的的计算机或通用计算机。

如前所述，服务器可以是数据网络(诸如云计算网络)中的服务器。服务器可以是被编程为发送数据、接受请求、与其他计算装置和/或用户接口分发工作的计算机。另外，服务器可以包括web服务器、企业服务器或任何其他类型的计算机服务器。

设计优化系统1600可以与3-D打印机1620进行通信。例如，3-D打印机1620可以是PBF系统，诸如以上图1A-D的PBF系统100。设计优化系统1600可以与3-D打印机共处一地，或者可以不与3-D打印机共处一地。3-D打印机1620可以打印根据用软件程序开发的设计的结构。3-D打印机可以被配置为通过增材和/或减材制造来产生物体。3-D打印机可以被配置为形成金属物体、复合物体或聚合物物体。3-D打印机可以是直接金属激光烧结(DMLS)打印机、电子束熔融(EBM)打印机、熔融沉积建模(FDM)打印机或Polyjet打印机。3-D打印机可以打印由例如钛、铝、不锈钢、结构塑料或任何其他的结构材料等制成的接合点。如前所述，设计优化系统1600可以进一步包括数据库1610。数据库可以可供所述装置访问，并且可以是与图14中所描述的数据库相同的数据库。

设计优化系统1600可以与一个或多个外部装置1631-1、1631-2和1631-3进行通信。所述一个或多个外部装置可以是被配置为执行如本文中其他地方描述的模拟测试、分析、优化。各种操作可以在外部装置上同时操作，或者可以不在外部装置上同时操作。外部装置可以从设计优化系统1600接收指令、参数、设计模型等，并且输出分析结果或根据设计优化系统的指令的任何结果。通信可以通过网络发生。网络可以是通信网络。通信网络(一个或多个)可以包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，诸如互联网。通信网络(一个或多个)可以包括电信网络(一个或多个)，所述电信网络包括发射机、接收机和用于在之间路由消息的各种通信信道(例如，路由器)。通信网络(一个或多个)可以使用任何已知的网络协议来实现，所述网络协议包括各种有线或无线协议，诸如以太网、通用串行总线(USB)、防火墙、全球移动通信系统(GSM)、增强数据GSM环境(EDGE)、码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、蓝牙、Wi-Fi、网络电话(VoIP)Wi-MAC或任何其他的合适的通信协议。

图17A-B例示说明为了满足离地间隙准则的对于车辆前端结构的元素的示例性修改。修改可以由整合器(诸如举例来说图2的整合器219)确定。图17A例示说明车体前端结构的设计模型1701。设计模型1701可以是例如初始设计模型，或者可以是已经在诸如上述多因素整合的设计处理的多次迭代之后确定的设计模型。碰撞横梁1703和车身底部框架横梁1705由CAD优化的节点1707接合，CAD优化的节点1707被设计为将碰撞负荷转移到车身底部结构。设计模型1701具有基于政府规定的要求的保险杠高度1709。设计模型1701还具有离地间隙1711。在该例子中，离地间隙1711不满足最低离地间隙准则。整合器(诸如整合器219)可以通过例如升高离地间隙来对设计模型进行修改。升高的离地间隙的信息可以被发送给CAD分析组件以对更新的设计模型进行分析并且将分析提供给整合器。在该例子中，CAD分析组件提供的分析可以包括如图17B所示的修改的节点结构。

图17B例示说明基于CAD分析组件提供的分析的更新的设计模型1713。具体地说，如增大的离地间隙1715所示，车辆的离地间隙已经被增大。这使碰撞横梁1703和框架横梁1705之间的高度差减小。节点设计已经被分析并且被自动地重新计算给CAD修改的节点1717。这样，例如，CAD分析组件提供的分析(即，CAD修改的节点)可以被整合器整合到更新的设计模型1713中、尽管在图中未示出，但是整合器还可以从多个其他的分析组件接收更新的分析，诸如更新的成本、更新的重量、更新的碰撞模拟结果、更新的空气动力学特性等。来自各种多个分析组件的更新的分析全都可以被整合器整合以确定更新的设计模型1713。如果满足所有的车辆准则，则迭代可以结束，并且可以产生用于打印一个或多个零件(诸如CAD修改的节点1717)的3-D打印指令。一些零件可以例如是可以通过供应系统订购的COTS零件。

即使在更新的设计模型1713满足所有的车辆准则时，所述系统也可以继续迭代地优化设计。在各种实施例中，当更期望改进时，一些准则可以被加权。例如，一旦满足所有的车辆准则，所述系统就可以在尝试改进总车辆成本之前尝试改进阻力系数。

图18例示说明示例性的多因素整合的设计处理。图18示出了可以形成产品规划1801的基础的一些示例性用户输入。产品规划1801的各种元素可以是用户可选的，例如，通过可以在计算机显示器上的图形用户界面中呈现给用户的滑块、选择器等来选择。例如，目标客户可以被选择为私人的或商业的。人口统计信息也可以被输入。一个或多个市场可以被选择，诸如北美、欧洲等。产品体积可以被选择，例如，用范围为从低体积到高体积的滑块来选择。目标制造商零售价格(MSRP)可以被作为单个值或值范围录入。偏好特性可以被选择，诸如最高速度(例如，从慢到快)、公路/非公路特性等。自主性的程度可以被选择。制造特性可以被选择，例如，可以用于打印车辆的零件的3-D打印的量对可以使用的COTS部件的量。

所述系统可以基于产品规划1801输入来产生产品描述1803。例如，产品描述1803可以包括诸如以下的元素：品牌标识、产品图像、主要功能性、占用者的数量、法律要求、成本、排放、最高速度、加速度、操纵、非公路能力、载货能力、NVH、GVW、生产量、制造处理等。

产品描述1803可以形成车辆架构设计分析1805的基础。也就是说，可以基于产品描述1803来确定特定的车辆准则。准则可以包括例如输入准则，诸如：离地间隙；重心要求；空气动力学要求；车身底部结构深度；跨过高度/宽度；进出的容易性；离地的眼点高度；前视；头上空间要求；总高度限值；设计-比例；以及自主性程度(驾驶者方位)。硬点输出和可交付准则可以包括：后跟端点X和Z位置；跖球X和Z位置；H点X和Z位置(SgRP)；后角；有效头上空间点；上视角度；下视角度；眼椭圆位置；头部轮廓位置；胫骨CL位置；大腿CL位置；以及V1和V2眼点。受影响的/促进的系统位置准则可以包括：驾驶者的座位；转向轮；变速箱；仪表板；底板；前门孔径(A-B凸缘)；仪表组遮拦；车顶高度；头部位置；顶盖高度；支柱遮拦；到达区域(所有的控件和开关)；反射镜；用于FMVSS 208的碰撞空间的后平面；座位跟踪行程包络；后方乘坐者设置；总高度；以及膝挡。其他输入准则可以包括：载荷尺寸/体积；载货重量；期望的抬高高度；以及保护要求(从：元素、盗窃、冲击)。其他硬点输出/可交付准则可以包括：车尾行李箱/底座尺寸；车辆内部高度和宽度尺寸；货厢底板高度；抬高高度；装货口(A-B凸缘)。其他受影响的/促进的系统位置准则可以包括：座位；车身结构(底板、车身底部框架、外壳)；轮轴位置；轮胎轮廓；总尺寸；碰撞负荷；耐用性测试；以及悬架的选择。

因此，可以存在可以基于产品规划1801的形式的用户输入的许多特定的准则。

图19是例示说明示例性的整合的设计处理的流程图。所述处理可以例如由执行计算机可执行程序指令的处理器来执行。在各种实施例中，整合器(诸如整合器219)可以执行图19所示的处理。整合器可以将基于车辆的设计模型的信息发送(1801)给多个分析组件。例如，整合器可以使用初始设计模型，可以确定与第一分析组件(诸如空气孔动力学组件)相关的关于设计模型的特定信息，并且可以将该信息发送给第一分析组件。同样地，整合器可以确定相关信息并且将相关信息发送给其他分析组件。发送给每个分析组件的信息使得该分析组件可以基于该分析组件的分析因素来执行设计模型的分析。

整合器可以从每个分析组件接收(1802)分析的信息。整合器可以基于分析的信息来更新(1803)设计模型。整合器可以确定(1804)更新的设计模型是否满足车辆的准则，诸如上面讨论的各种准则。整合器可以确定(1805)用于使3-D打印机基于更新的设计模型增材制造车辆的一个或多个结构并且基于更新的设计模型打印所述一个或多个结构(如果更新的设计模型满足准则的话)的打印指令。另一方面，如果更新的设计模型不满足准则，则整合器可以将基于更新的设计模型的信息发送给分析组件，以使得分析组件可以基于更新的设计模型来对信息进行分析。

前面的描述是为了使得本领域的任何技术人员能够实施本文中描述的各种方面而提供的。对于在整个本公开中呈现的这些示例性实施例的各种修改对于本领技术人员将是容易明白的。因此，权利要求并不意图限于整个本公开中呈现的示例性实施例，而是要被给予与语言权利要求一致的整个范围。本领域的普通技术人员已知的或后来变得已知的整个本公开中描述的示例性实施例的元素的所有的结构等同物和功能等同物意图被权利要求所涵盖。而且，本文中公开的内容并不意图不管这样的公开是否被明确地记载在权利要求中都被奉献给公众。没有权利要求元素要根据35U.S.C.§112(f)或适用管辖权中的类似法律进行解释，除非该元素通过使用措辞“用于…….的部件”被明确地记载，或者就方法权利要求来说，该元素通过使用措辞“用于…….的步骤”被记载。

Claims (36)

1.一种增材制造设备，包括：

打印机，所述打印机增材地制造车辆的结构；

多个分析组件，每个分析组件被配置为接收基于车辆的设计模型的信息，并且基于分析因素对所述信息进行分析，其中每个分析组件基于与其他分析组件不同的分析因素对所述信息进行分析；以及

整合器，所述整合器从分析组件接收分析的信息，基于分析的信息更新设计模型，并且确定更新的设计模型是否满足准则；

其中，如果更新的设计模型满足所述准则，则整合器确定用于使打印机基于更新的设计模型打印车辆的一个或多个结构的打印指令，

并且如果更新的设计模型不满足所述准则，则整合器将基于更新的设计模型的信息发送给分析组件，所述分析组件基于更新的设计模型更新所述信息。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析组件中的一个或多个包括计算机辅助工程(CAE)组件。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析组件包括第一分析组件和第二分析组件，

所述第一分析组件至少包括空气动力学组件、热组件、刚度组件、噪声、振动和声振粗糙度(NVH)组件、环境影响组件、增材制造组件、耐撞性组件、车辆动力学组件、复合材料组件、节点定位组件、商用现货(COTS)零件组件、耐用性组件或成本组件，并且

所述第二分析组件至少包括所述空气动力学组件、热组件、刚度组件、NVH组件、环境影响组件、增材制造组件、耐撞性组件、车辆动力学组件、复合材料组件、节点定位组件、COTS零件组件、耐用性组件或成本组件中的不同的一个。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述打印机包括粉末床熔融系统。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析组件布置在所述设计模型的拓扑结构的分层层级中。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述分层层级中的第一分层层级包括对节点结构的材料组成进行分析，所述分层层级中的第二分层层级包括对所述节点结构的形状进行分析，所述分层层级中的第三分层层级包括对所述节点结构相对于一个或多个其他的节点结构的放置进行分析。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析组件对所述信息进行分析是并行地执行的。

8.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

用户输入组件，所述用户输入组件从用户接收输入，其中所述准则是基于所述用户输入。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述输入包括所述车辆的性能特性。

10.根据权利要求8所述的设备，其中，所述输入包括所述车辆的车辆类型。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述准则是基于所述车辆的政府规定标准。

12.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

COTS零件的数据库，其中，所述更新的设计模型包括来自所述数据库的一个或多个COTS零件，以使得所述打印指令不包括用于打印所述一个或多个COTS零件的指令。

13.一种增材制造方法，包括：

将基于车辆的设计模型的信息发送给多个分析组件；

从所述分析组件接收分析的信息，其中，每个分析组件基于与其他分析组件不同的分析因素对所述信息进行分析；

基于分析的信息更新所述设计模型；

确定更新的设计模型是否满足准则；

基于更新的设计模型确定用于使打印机增材地制造所述车辆的一个或多个结构的打印指令，并且如果更新的设计模型满足所述准则，则基于所述打印指令打印所述一个或多个结构；并且

如果更新的设计模型不满足所述准则，则将基于更新的设计模型的信息发送给所述分析组件，其中所述分析组件基于更新的设计模型对所述信息进行分析。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，修改所述信息包括基于计算机辅助工程(CAE)模型对所述信息进行分析。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述分析组件包括第一分析组件和第二分析组件，

所述第一分析组件至少包括空气动力学组件、热组件、刚度组件、噪声、振动和声振粗糙度(NVH)组件、环境影响组件、增材制造组件、耐撞性组件、车辆动力学组件、复合材料组件、节点定位组件、商用现货(COTS)零件组件、耐用性组件或成本组件，并且

所述第二分析组件至少包括所述空气动力学组件、热组件、刚度组件、NVH组件、环境影响组件、增材制造组件、耐撞性组件、车辆动力学组件、复合材料组件、节点定位组件、COTS零件组件、耐用性组件或成本组件中的不同的一个。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述打印指令包括粉末床熔融打印指令。

17.根据权利要求13所述的方法，其中，对所述信息进行分析是基于所述设计模型的拓扑结构的分层层级。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述分层层级中的第一分层层级包括对节点结构的材料组成进行分析，所述分层层级中的第二分层层级包括对所述节点结构的形状进行分析，所述分层层级中的第三分层层级包括对所述节点结构相对于一个或多个其他的节点结构的放置进行分析。

19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述对所述信息进行分析是并行地执行的。

20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

从用户接收输入，其中所述准则是基于所述用户输入。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述输入包括所述车辆的性能特性。

22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述输入包括所述车辆的车辆类型。

23.根据权利要求13所述的方法，其中，所述准则是基于所述车辆的政府规定标准。

24.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

从COTS的数据库选择一个或多个COTS零件，其中，所述更新的设计模型包括来自所述数据库的所述一个或多个COTS零件，以使得所述打印指令不包括用于打印所述一个或多个COTS零件的指令。

25.一种存储用于增材制造的计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令可执行来执行：

将基于车辆的设计模型的信息发送给多个分析组件；

从所述分析组件接收分析的信息，其中每个分析组件基于与其他分析组件不同的分析因素对所述信息进行分析；

基于分析的信息更新所述设计模型；

确定更新的设计模型是否满足准则；

基于更新的设计模型确定用于使打印机增材地制造所述车辆的一个或多个结构的打印指令，并且如果更新的设计模型满足所述准则，则基于所述打印指令打印所述一个或多个结构；并且

如果更新的设计模型不满足所述准则，则将基于更新的设计模型的信息发送给所述分析组件，其中所述分析组件基于更新的设计模型对所述信息进行分析。

26.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，其中，对所述信息进行分析包括基于计算机辅助工程(CAE)模型对所述信息进行分析。

27.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述分析组件包括第一分析组件和第二分析组件，

所述第一分析组件至少包括空气动力学组件、热组件、刚度组件、噪声、振动和声振粗糙度(NVH)组件、环境影响组件、增材制造组件、耐撞性组件、车辆动力学组件、复合材料组件、节点定位组件、商用现货(COTS)零件组件、耐用性组件或成本组件，并且

所述第二分析组件至少包括所述空气动力学组件、热组件、刚度组件、NVH组件、环境影响组件、增材制造组件、耐撞性组件、车辆动力学组件、复合材料组件、节点定位组件、COTS零件组件、耐用性组件或成本组件中的不同的一个。

28.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述打印指令包括粉末床熔融打印指令。

29.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，其中，对所述信息进行分析是基于所述设计模型的拓扑结构的分层层级。

30.根据权利要求29所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述分层层级中的第一分层层级包括对节点结构的材料组成进行分析，所述分层层级中的第二分层层级包括对所述节点结构的形状进行分析，所述分层层级中的第三分层层级包括对所述节点结构相对于一个或多个其他的节点结构的放置进行分析。

31.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，其中，分析组件对所述信息进行分析是并行地执行的。

32.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，所述指令可进一步执行来执行：

从用户接收输入，其中所述准则是基于所述用户输入。

33.根据权利要求32所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述输入包括所述车辆的性能特性。

34.根据权利要求32所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述输入包括所述车辆的车辆类型。

35.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述准则是基于所述车辆的政府规定标准。

36.根据权利要求25所述的非暂时性计算机可读介质，所述指定可进一步执行来执行：

从COTS的数据库选择一个或多个COTS零件，其中所述更新的设计模型包括来自所述数据库的所述一个或多个COTS零件，以使得所述打印指令不包括用于打印所述一个或多个COTS零件的指令。