CN117283873A - 用于制造产品的装置和方法 - Google Patents

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CN117283873A CN202311346314.2A CN202311346314A CN117283873A CN 117283873 A CN117283873 A CN 117283873A CN 202311346314 A CN202311346314 A CN 202311346314A CN 117283873 A CN117283873 A CN 117283873A
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迈克尔·托马斯·肯沃西
卢卡斯·菲利普·辛格
陈金波
安东尼奥·伯纳德·马丁内斯
马修·库珀·凯勒
亚历克斯·哈马德
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Abstract

公开了用于制造产品的装置和方法。根据本公开的用于制造产品的装置可以包括设计装置和增材制造装置。设计装置被配置为接收输入信息，在至少一个位置中拆分结构，使得结构被划分成能被打印并装配在一起以形成产品的多个零件，并至少基于所述结构的拆分来生成设计输出；增材制造装置被配置为接收设计输出并制造多个零件。

Description

用于制造产品的装置和方法
本申请是申请号为“202180055849.7”，申请日为“2021年6月9日”，题为“适应性生产系统”专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2020年6月10日提交的题为“ADAPTIVEPRODUCTION SYSTEM”的美国专利申请第63/037,555号的权益，并且根据35U.S.C.§119(e)还要求于2020年7月2日提交的题为“ADAPTIVE PRODUCTION SYSTEM”的美国专利申请第63/047,815号的权益，对于那些允许通过引用并入的权限，本节中列出的申请的内容通过引用全部并入本说明书。
技术领域
本公开总体上涉及制造，并且更具体地涉及适应性生产系统。
背景技术
诸如汽车的大型机械的制造是一个高度资本密集型行业。设计、模具(例如，用于大规模生产零件的钢模)、零件的生产线和最终产品的装配线需要大量的资本支出，并且每次设计变更都需要改变这些制造安排中的大部分。
汽车工业的经济性，以及维持设计和装配操作所需的资本支出，通常需要多年的资本投资，维持设计和制造团队的人员，以及建立、维持和重新设计装配线。只有当这些结构到位时，制造商才能开始生产产品。
汽车总成的一个重要部分是车身和底盘结构。车身和底盘结构是车辆乘员、动力系统和汽车中其他大型部件的保护结构。许多汽车制造商使用组合式车身和底盘结构，被称为“一体式(unibody)”构造，以更及时和更高效的方式生产汽车。一体式构造将车辆的车身和底盘结合在一个被冲压和焊接在一起的结构中。自从一百多年前的一体式构造发展以来，整个构造过程几乎没有变化。几乎所有的汽车、运动型多用途车、小型货车，以及甚至一些轻型卡车，都使用一体式构造建造。
给定汽车的生产生命周期始于最初的感知需求，并且可能只持续很短的一段时间。尽管一些流行车型可能会持续几代，并且有时甚至几十年，但许多汽车型号每两到五年更新一次样式、功能和部件。开始设计模型，并启动和装配生产线。从决定设计一款给定的模型到生产第一辆汽车之间的时间可能是三或四年，在此期间没有投资回报。
给定汽车模型的一体式车身可能需要一年或更长时间来完全设计和工程化。在将设计工作室的物理模型转换为一体式车身之前，需要对多个特性进行广泛的计算机模拟，例如耐撞性、耐久性、可制造性、空气动力学等。一旦工程设计完成，就需要九到十二个月的时间来加工用于冲压数百个不同的单独金属板车身和框架件的模具。然后，这些车身和车架部件在装配线上被固定并焊接在一起，通常有数千个点焊，以形成一体式车身。
也可以采用其他类型的一体式车身的装配，例如结构性粘合剂、自攻螺钉、铆钉、机械铆接技术等。此后，一体式车身被电镀和喷漆，并且汽车的其余零件，例如玻璃、传动系统、内饰件、电子设备等被安装，以完成机动车辆的构造。
从该描述中可以看出，这种系统是资本密集型的，并且通常使用模具、构造装备和其他特定设计的部件。这种系统很难修改，并且甚至更难以以快速、高效或经济合理的方式修改。当市场力量、创新或其他约束条件改变时，修改生产线所需的时间和费用往往难以证明是合理的。
因此，生产给定模型的成本通常在三到四年的设计和验证期以及六到七年的销售期内摊销。尽管十到十五年的摊销似乎很长时间，但前期资本支出和实现投资回报之前的较长时间为任何给定的汽车模型创造了巨大的回报风险。
发明内容
公开了适应性制造系统、方法和装置的几个方面和特征。根据本公开的用于制造产品的装置可以包括设计装置、装配装置以及耦合到设计装置和装配装置的控制装置。控制装置从设计装置和装配装置接收输入信息。控制装置提供输出信息，用于改变在产品制造中由设计装置和装配装置中的至少一个使用的至少一个参数。
根据本公开的一个方面的用于制造产品的装置包括设计装置、装配装置和控制装置。控制装置被耦合到设计装置和装配装置。控制装置从设计装置和装配装置接收输入信息，并提供用于改变产品制造中使用的至少一个参数的输出信息。
这种装置还可以可选地包括控制装置，在改变设计装置或装配装置所使用的至少一个参数时，该控制装置将至少一个第一参数保持在期望值，该至少一个第一参数为强度、耐撞性、成本或装配时间中的至少一项，并且输出信息被递送到设计装置和装配装置，用于改变设计装置或装配装置的操作。
这种装置还可以可选地包括测试装置，控制装置使用测试装置的输出来改变由设计装置或装配装置使用的至少一个参数。
控制装置还可以可选地包括监控装置，监控装置至少监控装配装置，使得由装配装置使用的至少一种材料在该至少一种材料在装配装置中的使用之前的某一时间被提供给装配装置，监控装置还监控设计装置，使得由设计装置做出的产品的设计的改变被发布(promulgate)到装配装置，并且监控装置监控所述至少一种材料的库存。
根据本公开的一个方面的用于制造产品的装置可以包括设计装置、装配装置、存储器和至少一个处理器，该至少一个处理器耦合到存储器、设计装置和控制装置，并且被配置为从设计装置和装配装置接收输入信息，并且提供用于改变在产品制造中使用的至少一个参数的输出信息。
根据本公开的一个方面的用于制造产品的方法可以包括从设计装置和装配装置中的至少一个接收输入信息、向设计装置和装配装置中的至少一个提供输出信息，以及使用输出信息来改变由设计装置和装配装置中的至少一个在产品制造中使用的至少一个参数。
可以理解，制造的其他方面，包括对总体设计和制造工艺的改变，对于本领域技术人员来说，从以下详细描述中将变得显而易见，其中，仅通过本文实施例中的说明来显示和描述。如本领域技术人员可以理解的，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的原理或特征可以用其他实施例来实现。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
在附图中，现在将通过示例而不是通过限制来在详细描述中呈现本公开的各个方面，其中：
图1示出了根据本公开的一个方面的示例适应性生产系统(APS)。
图2示出了根据本公开的一个方面的示例APS。
图3示出了根据本公开的一个方面的处理系统的功能框图。
图4示出了根据本公开的一个方面的设计子系统的实施例。
图5示出了根据本公开的一个方面的制造子系统的实施例。
图6示出了根据本公开的一个方面的数据仓库(data vault)的实施例。
图7示出了根据本公开的一个方面的测试子系统的进一步细节。
图8示出了根据本公开的一个方面的软件设计模块的进一步细节。
图9示出了根据本公开的一个方面的部件设计模块的进一步细节。
图10示出了根据本公开的一个方面的核心部件设计模块的进一步细节。
图11-13示出了根据本公开的一个方面的可以由生成式设计模块生成的结果类型的一些示例。
图14示出了根据本公开的一个方面通过制造约束分析1011做出的示例修改。
图15示出了根据本公开的一个方面的载荷/边界条件(LBC)管理模块的示例操作。
图16示出了根据本公开的一个方面的裕度模块的设计的进一步细节。
图17示出了根据本公开的一个方面的设计验证模块的进一步细节。
图18示出了根据本公开的一个方面的添加模块的进一步细节。
图19示出了根据本公开的一个方面的装配模块的进一步细节。
图20示出了根据本公开的一个方面的工厂管理模块的进一步细节。
图21示出了根据本公开的一个方面的AM粉末和材料管理模块的进一步细节。
图22示出了根据本公开的一个方面的AM部件制造模块的进一步细节。
图23示出了根据本公开的一个方面的AM打印模块的进一步细节。
图24示出了根据本公开的一个方面的加工(部件)模块的进一步细节。
图25示出了根据本公开的一个方面的材料运输和存储模块的进一步细节。
图26示出了根据本公开的一个方面的质量/检验模块的进一步细节。
图27示出了根据本公开的一个方面的涂覆的进一步细节。
图28A-28D示出了根据本公开的一个方面的3D打印机系统的各个侧视图；
图28E示出了根据本公开的一个方面的3D打印机系统的功能框图；
图29示出了根据本公开的一个方面的装配制造模块的进一步细节。
图30示出了根据本公开的一个方面的零件分段模块的进一步细节。
图31示出了根据本公开的一个方面的自动化装配模块的进一步细节。
图32示出了根据本公开的一个方面的自动化固化模块的进一步细节。
图33示出了根据本公开的一个方面的加工(装配)模块的进一步细节。
图34示出了根据本公开的一个方面的成品库存模块的进一步细节。
图35示出了根据本公开的一个方面的装配系统的透视图。
图36示出了示出根据本公开的一个方面的用于增材制造部件的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在提供适应性生产系统的示例性实施例的描述，并且不旨在表示其中可以实践本公开的仅有的实施例。整个本公开中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或图示”，并且不应该一定被解释为优选的、有利的或排他性的。出于向本领域技术人员提供充分传达本公开的范围的彻底且完整的公开内容的目的，详细描述包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在一些情况下，众所周知的结构和部件可以以框图形式示出，或者完全省略，以避免模糊在整个本公开中所呈现的各种概念。
概述
在本公开的一个方面，一种适应性生产系统，其在本文中可以被称为发散适应性生产系统TM(Divergent Adaptive Production SystemTM，DAPSTM)，可以减少当今工业中当前汽车和/或其他重型制造过程中存在的资本密集度、设计部灵活和产品周期长的问题。在本公开的一个方面，当汽车制造商使用DAPS时，DAPS可以降低资本成本，缩短产品周期，降低产品引入的风险，并且可以实现更加材料高效、能源高效和资本高效的车辆的生产。
在本公开的一个方面，适应性生产系统(DAPS是其一个实施例)可以提供更加本地化和更具弹性的汽车工业以及其他制造行业。DAPS还可以通过使用支持增材制造的制造来实现复杂结构(诸如汽车)中的高效材料分布。在本公开的一个方面，诸如DAPS的适应性生产系统在复杂结构中的预期载荷路径中在其操作和/或安全要求期间放置材料。相比之下，冲压部件是由制造过程驱动的，因此冲压部件包括不起载荷路径作用的区域中的材料。这种额外的材料会导致质量和能量消耗，以及材料成本损失。
在本公开的一个方面，诸如DAPS的适应性生产系统用作数字通用构造或制造系统，其可以部分和/或完全替代一体式构造过程。在汽车工业之外，诸如DAPS的适应性生产系统可以应用于任何主要的工业部门，诸如航空航天，其产品基于用作底盘或主板的大型复杂结构。此类行业还可以从类似于汽车工业的诸如DAPS的适应性生产系统中获得益处。
在本公开的一个方面，诸如DAPS的适应性生产系统可以是集成多种制造技术的端到端、复杂的生产系统。在这样的方面中，数字设计约束作为输入被提供给系统，并且系统产生表示数字输入的物理结构。产品可以按照数字设计生产，或进行修改和重新评估，以确定是否仍能实现总体设计目标。
在本公开的一个方面，诸如DAPS的适应性生产系统可以为设计团队提供通用的构造模块或系统，从而允许用户输入任何结构的各种设计要求，并且使系统以数字形式生成满足所有输入性能要求的完全工程化的结构设计，包括材料选择、制造订单等。
该设计可以被表示为为增材制造、自动化装配和集成式增材制造而设计的物理结构。该系统还可以提供设计的部件的精确装配，无论部件是增材制造的还是以其他方式制造的，并产生最终的物理结构作为输出。该设计可以在尺寸或产品输出(即，生产量)上进行缩放，并且本公开的系统可以保持一些特性，同时改变其他特性，以确定在总体设计和制造过程中可以做出改进的地方。
在本公开的一个方面，诸如DAPS的适应性生产系统可以在当前设计和制造系统上提供额外的设计和制造灵活性，因为适应性生产系统的硬件和软件保持不变。相反，设计需求被用作系统的输入，并输出精确表达的物理结构。根据本公开的一个方面的适应性生产系统可以从一种设计无缝切换到另一种设计。
在本公开的一个方面，诸如DAPS的适应性生产系统可以包括一个或多个子系统。每个子系统可以包括一个或多个模块。例如，而非作为限制，在本公开的一个方面，可以使用功能性过程路径来指定诸如DAPS的适应性生产系统的子系统，例如设计子系统、制造子系统、测试子系统和/或附加子系统。在这样的方面中，子系统可以包括模块，例如，数据仓库模块、软件设计模块、添加模块、装配模块、增材制造(AM)部件制造模块和自动化装配模块，和/或附加子系统。
根据本公开的一个方面的适应性生产系统可以将生成式或迭代式设计过程、材料选择、性能要求、增材制造、机器人制造、采购和机器学习集成到全球化的系统中。这种全球化的系统可以改变设计和制造过程，同时维持性能、质量和工厂产量参数以及其他参数。
根据本公开的一个方面的适应性生产系统可以监控设计、所用材料、制造数据、装配过程、测试，并且可以使用由一个监控的方面生成的数据来改变系统的其他部分中的方面。通过全局地而不是在子装配级别查看数据，可以收集更详细的分析和情报，以在成本、性能、质量或其他参数方面改进最终产品设计。全球数据分析可以使整个系统适应一个领域的变化，这些变化在另一个领域可能不一定可见，但仍会产生影响。根据本公开的自适应系统可以生成信息，该信息转而被用于改进系统以及改进整个产品。
根据本公开的一个方面的适应性生产系统可以更高效地使用所生成和生产的每个有用产品的材料、能源和资本支出。因为在分析中使用了来自更大部分或整个系统的数据，所以根据本公开的一个方面的适应性生产系统可以降低涿州开发新产品的财务风险，并且可以提供对经济价值、生产成本和环境影响的更多见解。
根据本公开的一个方面的诸如DAPS的适应性生产系统可以被视为数字通用构造系统。因为适应性生产系统是非特定设计的，因此工厂可以很容易地从一种设计改变为另一种设计，而无需重新加工、重组或停机。输入到适应性生产系统的数字设计决定了物理输出，但对系统的软件和硬件或其配置的影响极小或没有影响。
适应性生产系统图
图1示出了根据本公开的一个方面的示例适应性生产系统(APS)，诸如DAPS。
APS100可以包括两个子系统，设计子系统101和制造子系统103。该子系统可以包括六个模块，数据仓库105、软件设计模块107、添加模块109、装配模块111、AM部件制造模块113和装配制造模块115。
设计子系统101可以允许用户输入用于任何结构的设计要求，并且该子系统可以以数字形式自动生成完全工程化结构设计(包括材料选择)，该设计满足所有输入性能要求，并且可以被设计用于制造子系统103的增材制造和自动化装配。设计子系统101可以特别针对AM和自动化装配的组合来优化结构设计。以这种方式，例如，因为设计可以基于AM和自动化装配的组合的特定要求、优点和限制，所以可以更有效地设计和制造结构并降低成本。
在各种实施例中，设计子系统101可以被实施为软件即服务(SaaS)模型。例如，设计子系统101可以是由制造子系统103可以通过互联网访问的服务。在该示例中，设计子系统101和制造子系统103可以位于地理上不同的位置。在各种实施例中，设计子系统101可以与制造子系统103本地集成，例如在制造子系统的工厂车间上的一个或多个计算系统和数据库中。在各种实施例中，设计子系统的一些功能可以替代地在制造子系统中执行，例如，以实现对一些功能的“工厂级”决策。例如，设计子系统可以生成特定零件的完全工程化CAD，并将该CAD发送到制造子系统，并且制造子系统可以基于CAD为该零件生成打印机指令。
设计子系统101可以基于APS100中使用的AM和装配的组合进行制造设计(DFM)。设计子系统102可以考虑许多因素，诸如AM和自动化装配的制造约束。例如，设计子系统101可以基于AM的制造约束(诸如打印机速度与质量、各种材料的打印特性等)和自动化装配约束(诸如机器人臂展、机器人速度、机器人单元布局等)进行设计。在各种实施例中，例如，设计子系统101可以确定在特定打印机参数下用特定材料打印特定零件将可能由于热效应导致零件的特定收缩。在这种情况下，设计子系统101可以采取各种措施，诸如增加设计的尺寸以补偿收缩，调整用于在机器人单元打印后将零件粘合到组件的粘合剂的量，调整打印机参数以降低打印速度为代价来减少收缩，等等，或者这些措施或其他措施的组合。在各种实施例中，零件可以包括被设计到零件中的快速连接(QC)特征部(即，机器人可以快速连接以拾取和操纵零件的特征部)。设计子系统101可以在确定零件中QC特征部的位置时考虑AM和装配因素。例如，虽然3D打印将QC特征部定位在特定位置可能是有利的(例如，因为可以在不使用支撑结构的情况下打印QC特征部)，但该位置可能会使QC特征部在特定装配顺序期间无法被机器人接触到。在这种情况下，设计子系统101可以调整QC特征部的位置和/或可以调整用于装配零件的装配顺序。
在DFM的另一个示例中，在3D打印机由于3D打印机的打印尺寸限制而不能一次打印整个大型结构的情况下，设计子系统101可以在不同的拆分位置拆分大型结构，从而将整个结构分成多个零件，这些零件可以被打印并装配在一起以形成整个结构。在这种情况下，更少的拆分导致需要装配的零件更少，这通常会导致更短的装配时间。然而，设计子系统101可以确定增加拆分的数量，从而最终增加装配时间，因为拆分的数量增加导致更小的零件，这些零件可以由3D打印机更有效地嵌套和打印。
例如，通过这些方式，设计子系统101可以为使用了3D打印机和机器人装配的集成组合的特定制造环境进行设计。
数据仓库105
数据仓库105可以为从APS100的各个部件收集的所有数据提供可扩展的安全数据存储和数据查询应用编程接口(API)。数据挖掘和机器学习可以应用于数据仓库105，以利用制造过程中的广泛数据覆盖来改进设计、AM和装配中的算法。数据仓库105可以包括从APS100中的任何模块(包括设计子系统101的软件设计模块107、添加模块109和装配模块111以及制造子系统103的AM部件制造模块113和装配制造模块115)收集的数据，以及从APS100外部的源收集的数据，诸如在役数据(in-service data)，其可以包括例如客户使用数据(例如，来自与APS100制造的结构结合并由客户使用的传感器的数据)。在包括测试子系统的各种实施例中，在数据仓库105中收集的数据可以包括来自测试的数据，诸如来自测试子系统204的数据，其将在下面更详细地描述。
软件设计模块107数据可以包括，例如，设计输入数据(FEM、CAD)、设计目标、模拟数据(拓扑优化、自由形状优化、疲劳分析、耐撞性分析、热分析)、设计输出(CAD、设计验证、设计目标的度量)、每个设计选项的建议接头、以及标称装配顺序和成本。添加模块109数据可以包括例如在AM制造期间收集的数据，诸如构建日志、构建指令或AM数据规范中定义的其他数据。在各种实施例中，AM数据可以从一个或多个各种软件应用程序(诸如Splunk)中获得。添加模块109数据可以包括例如可以通过图像处理分析的涂覆前/涂覆后图像。在各种实施例中，可以使用诸如MinIO的云存储。添加模块109数据可以包括例如来自制造执行系统(MES)2003的数据，诸如下面更详细描述的。装配模块111数据可以包括例如来自装配制造模块115的可编程逻辑控制器(PLC)的数据。以这种方式，例如，可以收集和存储机器人运动、定时等的所有数据以供分析。在各种实施例中，PLC数据可以从一个或多个各种软件应用程序(诸如Splunk)中获得。在包括测试子系统的各种实施例中，数据仓库105中的数据可以包括测试数据。
数据仓库105可以为设计数据、AM数据装配数据、测试数据、在役数据等提供统一接口，并将数据关联起来以提高质量、性能和成本。来自材料数据库601(数据仓库105的一部分)的数据可以被转移到软件设计模块107。更具体地，该数据可以被转移到架构设计/优化模块701(软件设计模块107的一部分)，其将在下面的说明书中更详细地描述。例如，该数据可以包括以下一个或多个：来自合金和参数数据库605的用于应用的一种或多种合金的材料选择、来自粘合剂数据库607的用于应用的一种或多种粘合剂的材料选择、来自商业现货(COTS)零件库609的COTS几何形状。以下将更详细地描述材料数据库601、合金和参数数据库605、粘合剂数据库607和商业现货(COTS)零件库609。此外，一些数据可以被转移到制造103。更具体地，该数据可以被转移到AM粉末和材料管理214，这将在下面的说明书中更详细地描述。例如，该数据可以包括以下一个或多个：来自合金和参数数据库605的用于应用的一种或多种合金的材料选择、来自粘合剂数据库607的用于应用的一种或多种粘合剂的材料选择。
软件设计模块107
软件设计模块107可以使用一种系统方法，以通过考虑结构性能要求、AM制造过程和装配过程，以及系统的这些部分如何相互作用以优化效率、成本和性能，来提供强大的以设计者为中心的解决方案。软件设计模块107可以利用生成式设计和私有HPC云来快速生成经验证的解决方案。此外，通过对数据仓库105中的数据使用机器学习，软件设计模块107可以自我改进其算法，以生成更好的解决方案，并随着收集更多数据和实现多个数据维度的更好覆盖而降低制造成本。
软件设计模块107的输入可以包括设计输入数据(FEM、CAD)和设计目标。软件设计模块107可以生成设计输出(CAD、设计验证、设计目标的指标)。
添加模块109
添加模块109可以生成数字模型和指令，诸如打印指令，以允许制造子系统103的模块(诸如AM部件制造模块113)执行一系列将原料(通常为粉末或线材)转换为净或近净形状输出的过程。例如，指令还可以使3D打印机制造的物理结构经过一系列规定的后处理和验证步骤，以确保实现目标性能特性。这些后处理步骤通常需要热方法(例如，热等静压(HIP)热处理)、减材工艺(诸如机械加工、支撑物去除或切割)、表面精加工(例如，大众媒介、化学)和涂覆工艺(例如转换涂层、电涂覆、阳极氧化)的组合，这些结合在一起可以可靠地实现用于目标设计环境的一组机械目标。基于可被系统密切监控的贡献因素(例如材料构成/降解、AM系统条件等)的层叠(stack-up)，数字设计的物理实现在定义的一组可允许极限(尺寸、材料属性)内变化。原料和AM系统的这些监控要素可以根据应用关键性和相关质量要求而预先、现场、事后或以其任意组合进行规定。
添加模块109的输入可以包括数字模型(三维结构)，其满足设计优化过程产生的一组性能要求。添加模块109可以生成一组输出，包括例如用于打印部件的打印机指令、后处理指令等，其可以由制造子系统103用于制造部件。在各种实施例中，来自添加模块109的数据可以被发送到并存储在数据仓库105中，以供以后分析以提高系统性能。
装配模块111
装配模块111可以生成指令，以在给定结构/组件上自动进行特定的自动化制造工程。它可以将创建装配指令(例如，机器人装配单元指令)所花费的时间从几周大幅减少到几分钟，并解决/收敛于优于那些可以通过简单考虑标准机器人装配标准获得的解决方案的解决方案。模块本身可以被体现在软件中，即机器人装配单元的前端，用户在其中上传CAD并选择布局(可以预设)，并且自动化输出可以是具有所有自动化特征和所有机器人和PLC/IPC代码的详细CAD。基本上，在该模块完成计算之后，它可以输出用于机器人装配单元的指令，使得该单元可以配备所有必要的信息以开始物理装配过程，并且设计模块可以接收所有自动化/制造数据，以包括在详细CAD(机器人机械爪特征位置(QC)，UV特征、计量特征)的自动化生成中。
装配模块111的输入可以包括机器人装配布局(所有硬件和硬件的量化性能)和装配/结构CAD(具有相关信息)。装配模块111的输出可以包括详细描述了制造数据和特征的CAD、所完成装配的精度预测、周期时间预测、装配顺序、准备上传到单元的所有机器人程序(OLP)、兴趣点、经由点、程序逻辑和用于PLC/IPC(工业PC)的装配日志/甘特图。输出可以被发送到制造子系统103，并且例如由机器人装配单元/服务器/MES用于物理装配。在各种实施例中，来自装配模块111的数据可以被发送到并存储在数据仓库105中，以将生成的装配数据/特征包括在详细CAD中，以供以后分析以提高系统性能。
制造子系统103
制造子系统103可以通过集成式增材制造在物理结构中表达由设计子系统101生成的完全工程化结构设计的数字形式，并且精确地将增材制造的部件和其他部件自动装配为满足所有设计和产品要求的最终物理结构输出。
AM部件制造模块113
AM部件制造模块113可以主要使用增材工艺来增材制造由设计子系统101设计的结构，以达到设计意图。可以根据需要采用减材工艺，以实现从AM工艺在经济或技术上无法直接实现的公差或精加工要求。AM部件制造模块113可以包括例如一个或多个3D打印机、后处理机器、用于运输的自动化机器例如构建板、处于各种中间精加工状态的结构等。
增材制造技术的示例包括自由成型制造、熔融沉积建模、电子束熔化、层压物体制造、粘合剂喷射、选择性激光烧结、激光粉末床熔合(也被称为直接金属激光烧结或熔化或选择性激光熔化)，以及立体光刻、冷喷涂沉积、定向能量沉积等。
AM部件制造模块113的输入可以是，例如，用于打印结构的打印机指令、用于细化结构的后处理指令等。AM部件制造模块113的输出可以包括3D打印的零件，其是作为独立产品或者用于与其他部件集成到组件中的最终一组要求的数字设计的物理实现。
装配制造模块115
装配制造模块115可以将多个部件物理装配成组件。在各种实施例中，这可以包括例如零件分段、自动化装配、组件加工和成品库存。装配制造模块115可以包括例如机器人(例如，其可以被布置在机器人装配单元中)、自动引导车辆(AGV)、零件台、一个或多个固化炉等。装配制造模块115的输入可以包括来自库存的物理零件和来自装配模块111的指令/代码。在各种实施例中，装配制造模块115可以从MES/工厂规划/库存软件接收指令，以控制装配制造模块的各个方面。在各种实施例中，例如，MES软件可以协调从库存中释放物理零件。装配制造模块115的输出可以是完成的、装配的结构，其例如可以被粘合的、烘烤的、计算机数字控制(CNC)-机械加工等。
图2示出了根据本公开的一个方面的适应性生产系统的配置。
APS200尤其可以包括三个子系统，例如设计子系统201、制造子系统203和测试子系统204。子系统尤其可以包括如图2所示的八个模块。
设计子系统201可以允许用户输入用于任何结构的设计要求，并且该子系统可以以数字形式自动生成完全工程化结构设计(包括材料选择)，该设计满足所有输入性能要求，并且其可以被设计用于制造子系统203的增材制造和自动化装配。设计子系统201可以特别针对制造子系统203中使用的AM和自动化装配的组合来优化结构设计。例如，通过这种方式，可以更高效地设计和制造结构并且降低成本，因为设计可以基于AM和自动化装配的组合的特定要求、优点和限制。
在各种实施例中，设计子系统201可以被实施为软件即服务(SaaS)模型。例如，设计子系统201可以是制造子系统203可以通过互联网访问的服务。在该示例中，设计子系统201和制造子系统203可以位于地理上不同的位置。在各种实施例中，设计子系统201可以与制造子系统203本地集成，例如，在制造子系统的工厂车间上的一个或多个计算系统和数据库中。在各种实施例中，设计子系统的一些功能可以替代地在制造子系统中被执行，例如，以实现某些功能的“工厂级”决策。例如，设计子系统可以生成特定零件的完全工程化CAD并将该CAD发送到制造子系统，并且制造子系统可以基于CAD为该零件生成打印机指令。
设计子系统201可以基于APS200中使用的AM和装配的组合进行制造设计(DFM)。设计子系统202可以考虑许多因素，诸如AM和自动化装配的制造约束。例如，设计子系统201可以基于AM的制造约束(诸如打印机速度与质量、各种材料的打印特性等)和自动化装配约束(诸如机器人臂展、机器人速度、机器人单元布局等)进行设计。在各种实施例中，例如，设计子系统201可以确定在特定打印机参数下用特定材料打印特定零件将可能由于热效应导致零件的特定收缩。在这种情况下，设计子系统201可以采取各种措施，诸如增加设计的尺寸以补偿收缩，调整用于将部件粘合到机器人单元中的组件的粘合剂的量，调整打印机参数以降低打印速度为代价来减少收缩，等等，或者这些措施或其他措施的组合。在各种实施例中，零件可以包括被设计到零件中的快速连接(QC)特征部(即，机器人可以快速连接以拾取和操纵零件的特征部)。设计子系统201可以在确定QC特征部在零件中的位置时考虑AM和装配因素。例如，虽然3D打印将QC特征部定位在特定位置可能是有利的(例如，因为可以在不使用支撑结构的情况下打印QC特征部)，但该位置可能会使QC特征部在特定装配顺序期间无法被机器人接触到。在这种情况下，设计子系统201可以调整QC特征部的位置和/或可以调整用于装配零件的装配顺序。
在DFM的另一个示例中，在3D打印机由于3D打印机的打印尺寸限制而不能一次打印整个大型结构的情况下，设计子系统201可以在不同的拆分位置拆分大结构，从而将整个结构拆分成多个零件，这些零件可以被打印并装配在一起以形成整个结构。在这种情况下，更少的拆分导致需要装配的零件更少，这通常会导致更短的装配时间。然而，设计子系统201可以确定增加拆分的数量，从而最终增加装配时间，因为拆分的数量增加导致更小的零件，这些零件可以由3D打印机更有效地嵌套和打印。
例如，通过这些方式，设计子系统201可以为使用3D打印机和机器人装配的集成组合的特定制造环境进行设计。
制造子系统203
制造子系统203可以通过集成式增材制造在物理结构中表达由设计子系统201生成的完全工程化结构设计的数字形式，并且可以精确地将增材制造的部件和其他部件自动装配成满足所有设计和产品要求的最终物理结构输出。
数据仓库205
可以作为设计子系统201的一部分被包括的数据仓库205可以为从APS200的各个部件收集的所有数据提供可扩展的安全数据存储和数据查询API。数据挖掘和机器学习可以应用于数据仓库205，以利用制造过程中的广泛数据覆盖来改进设计、AM和装配中的算法。数据仓库205可以包括从APS200中的任何模块(包括设计子系统201的软件设计模块207、添加模块209和装配模块211以及制造子系统203的AM部件制造模块213、装配制造模块215和AM粉末和材料管理模块214，测试子系统204)收集的数据，以及从APS200外部的源收集的数据，诸如在役数据，其可以包括例如客户使用数据(例如，来自与APS200制造的结构结合并由客户使用的传感器的数据)。
软件设计模块207数据可以包括，例如，设计输入数据(FEM、CAD)、设计目标、模拟数据(拓扑优化、自由形状优化、疲劳分析、耐撞性分析、热分析)、设计输出(CAD、设计验证、设计目标的度量)、每个设计选项的建议接头以及标称装配顺序和成本。添加模块209数据可以包括例如在AM制造期间收集的数据，诸如构建日志、构建指令或AM数据规范中定义的其他数据。在各种实施例中，AM数据可以从一个或多个各种软件应用程序(诸如Splunk)中获得。添加模块109的数据可以包括例如可以通过图像处理分析的涂覆前/涂覆后图像。在各种实施例中，可以使用诸如MinIO的云存储。添加模块209数据可以包括例如来自制造执行系统(MES)的数据，诸如下文更详细描述的MES 2003。装配模块211数据可以包括例如来自装配制造模块215的可编程逻辑控制器(PLC)的数据。以这种方式，例如，可以收集和存储机器人运动、定时等的所有数据以供分析。在各种实施例中，PLC数据可以从一个或多个各种软件应用程序(诸如Splunk)获得。在包括测试子系统的各种实施例中，数据仓库205中的数据可以包括测试数据。
数据仓库205可以为设计数据、AM数据装配数据、测试数据、在役数据等提供统一接口，并将数据关联起来，以提高质量、性能和成本。来自材料数据库601的数据(其可以是数据仓库205的一部分)可以被转移到软件设计模块207。更具体地，该数据被转移到架构设计模块801，其可以是软件设计模块208的一部分，这将在下面的说明书中更详细地描述。该数据可以包括以下一个或多个：来自合金和参数数据库605的用于应用的一种或多种合金的材料选择，来自粘合剂数据库607的用于应用的一种或多种粘合剂的材料选择、来自商业现货(COTS)零件库609的COTS几何形状。以下将更详细地描述材料数据库601、合金和参数数据库605、粘合剂数据库607和商业现货(COTS)零件库609。此外，一些数据可以被转移到制造203。更具体地，该数据可以被转移到AM粉末和材料管理214，这将在下面更详细地描述。该数据可以包括以下一个或多个：来自合金和参数数据库605的用于应用的一种或多种的合金的材料选择，来自粘合剂数据库607的用于应用的一种或多种粘合剂的材料选择。
软件设计模块207
可以作为设计子系统201的一部分被包括的软件设计模块207可以使用一种系统方法，以通过考虑结构性能要求、AM制造过程和装配过程，以及系统的这些部分如何相互作用以优化效率、成本和性能，来提供强大的以设计者为中心的解决方案。软件设计模块207可以利用生成式设计和私有HPC云来快速生成经验证的解决方案。此外，通过对数据仓库205中的数据使用机器学习，软件设计模块207可以自我改进其算法，以生成更好的解决方案，并且随着收集更多数据和实现多个数据维度的更好覆盖而降低制造成本。
软件设计模块207的输入可以包括设计输入数据(FEM、CAD)和设计目标。软件设计模块207可以生成设计输出(CAD、设计验证、设计目标的指标)。
添加模块209
可以作为设计子系统201的一部分被包括的添加模块209可以生成数字模型和指令(诸如打印指令)，以允许制造子系统203的模块(诸如AM部件制造模块213)执行一系列将原料(通常为粉末或线材)转换为净或近净形状输出的过程。例如，指令还可以致使3D打印机制造的物理结构经过一系列规定的后处理和验证步骤，以确保实现目标性能特性。这些后处理步骤通常需要热方法(例如，HIP、热处理)、减材工艺(诸如机械加工、支撑物去除或切割)、表面精加工(例如，大众媒介、化学)和涂覆工艺(例如转换涂层、电涂覆、阳极氧化)的组合，这些结合在一起可以可靠地实现用于目标设计环境的一组机械目标。基于可以被系统密切监控的贡献因素(例如，材料构成/降解、AM系统条件等)的层叠，数字设计的物理实现在定义的一组可允许极限(尺寸、材料属性)内变化。原料和AM系统的这些监控要素可以根据应用关键性和相关质量要求而预先、现场、事后或以其任意组合进行规定。
添加模块209的输入可以包括满足设计优化过程产生的一组性能要求的数字模型(三维结构)。添加模块209可以生成一组输出，包括例如用于打印部件的打印机指令、后处理指令等，其可以由制造子系统203用于制造部件。在各种实施例中，来自添加模块209的数据可以被发送到并存储在数据仓库205中，以供以后分析以提高系统性能。
装配模块211
可以作为设计子系统201的一部分被包括的装配模块211可以生成指令，以在给定结构/组件上自动进行特定的自动化制造工程。它可以将创建装配指令(例如，机器人装配单元指令)所花费的时间从几周大幅减少到几分钟，并解决/收敛于优于那些可以通过简单考虑标准机器人装配标准获得的解决方案的解决方案。模块本身可以被体现在软件中，即机器人装配单元的前端，用户在其中上传CAD并选择布局(可以预设)，并且自动输出可以是具有所有自动化特征和所有机器人和PLC/IPC代码的详细CAD。基本上，在该模块完成计算之后，它可以输出用于机器人装配单元的指令，使得该单元可以配备所有必要的信息以开始物理装配过程，并且设计模块可以接收所有自动化/制造数据，以包括在详细CAD(机器人机械爪特征位置(QC)，UV特征、计量特征)的自动化生成中。
装配模块211的输入可以包括机器人装配布局(所有硬件和硬件的量化性能)和装配/结构CAD(具有相关信息)。装配模块211的输出可以包括详细描述了制造数据和特征的CAD、所完成装配的精度预测、周期时间预测、装配顺序、准备上传到单元的所有机器人程序(OLP)、兴趣点、经由点、程序逻辑和用于PLC/IPC(工业PC)的装配日志/甘特图。输出可以被发送到制造子系统203，并且例如由机器人装配单元/服务器/MES用于物理装配。在各种实施例中，来自装配模块211的数据可以被发送到并存储在数据仓库205中，以将生成的装配数据/特征包括在详细CAD中，以供以后分析以提高系统性能。
工厂管理模块212
可以作为设计子系统201的一部分被包括的工厂管理模块212可以持续优化产品组合的变化，包括成本、能源、时间、特定加工能力等。工厂管理模块212可以包括例如各种软件，用于在设计子系统202和制造子系统203之间高效集成数据。例如，工厂管理模块212可以包括企业资源规划(ERP)软件、制造执行系统(MES)软件、质量管理系统(QMS)软件和/或产品生命周期管理(PLM)软件。下面参考图20更详细地描述示例工厂管理模块。
AM部件制造模块213
可以作为制造子系统203的一部分被包括的AM部件制造模块213可以主要使用增材工艺来增材制造由设计子系统201设计的结构，以达到设计意图。可以根据需要采用减材工艺，以实现从AM工艺在经济或技术上无法直接实现的公差或精加工要求。AM部件制造模块213可以包括例如一个或多个3D打印机、后处理机器、用于运输的自动化机器例如构建板、处于各种中间精加工状态的结构等。
增材制造技术的示例包括自由成型制造、熔融沉积建模、电子束熔化、层压物体制造、粘合剂喷射、选择性激光烧结、激光粉末床熔合(也被称为直接金属激光烧结或熔化或选择性激光熔化)，以及立体光刻、冷喷涂沉积、定向能量沉积等。
AM部件制造模块213的输入可以是，例如，用于打印结构的打印机指令、用于细化结构的后处理指令等。AM部件制造模块213的输出可以包括3D打印的零件，其是作为独立产品或者用于与其他部件集成到组件中的最终一组要求的数字设计的物理实现。
装配制造模块215
可以作为制造子系统203的一部分被包括的装配制造模块215可以将多个部件物理装配成组件。在各种实施例中，这可以包括例如零件分段、自动化装配、组件加工和成品库存。装配制造模块215可以包括例如机器人(例如，其可以被布置在机器人装配单元中)、自动引导车辆(AGV)、零件台、一个或多个固化炉等。装配制造模块215的输入可以包括来自库存的物理零件和来自装配模块211的指令/代码。在各种实施例中，装配制造模块215可以从MES/工厂规划/库存软件2003接收指令，以控制装配制造模块的各个方面。在各种实施例中，例如，MES软件2003可以协调从库存中释放物理零件。装配制造模块115的输出可以是完成的、装配的结构，其可以例如被粘合、烘烤和CNC机械加工等。
AM粉末和材料管理214
可以作为制造子系统203的一部分被包括的AM粉末和材料管理214可以包括工厂内的材料管理，其可以包括生命周期的工艺原料和废物/回收部分。
AM粉末和材料管理214的输入可以包括由供应商提供的原始粉末、散装容器中的粘合剂(系统可以在现场修改)、由供应商提供的COTS、通过工厂AM部件循环的用过的粉末、打印机的废物管理要求、表面精加工、机械加工、涂覆以及粘合系统。AM粉末和材料管理214的输出可以包括在工厂内以所需的质量和状态(原材料、半加工、加工成品)向需要这些材料的各个部分/模块的总体供应。下面将更详细地描述示例AM粉末和材料管理模块。
测试子系统204
测试子系统204可以通过详细的测试和验证过程，生成由设计子系统201使用、设计和工程化并由制造子系统203制造的材料、部件和组件的机械和物理属性的数据。下面参考图5更详细地描述示例测试子系统。
图3示出了根据本公开的一个方面的处理系统的功能框图。
在本公开的一个方面，控制设备和/或元件(包括计算机软件)可以被耦合到APS100或APS200，以控制APS100或APS200内的一个或多个部件。这样的设备可以是计算机300，其可以包括可以协助控制APS100和APS200的一个或多个部件。为了便于理解，图3将被示出为显示计算机300被耦合到APS100，尽管根据本公开的一个方面，计算机300可以是APS100和/或APS200的一部分，可以控制APS200，或者可以是任何APS的一部分或控制任何APS。
计算机300可以经由一个或多个接口302与APS100和/或APS100的部分进行通信。计算机300和/或接口302是可以被配置为实施本文所述各种方法的设备的示例。
在本公开的一个方面，计算机300可以包括至少一个处理器304、存储器306、信号检测器308、数字信号处理器(DSP)310和一个或多个用户界面312。计算机300可以包括额外的部件，而不偏离本公开的范围。
处理器304也可以被称为中央处理单元(CPU)。可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的存储器306可以向处理器304提供指令和/或数据。存储器306的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(NVRAM)。处理器304通常基于存储在存储器306内的程序指令执行逻辑和算术运算。存储器306中的指令可以是可执行的(例如，由处理器304执行)，以实施本文描述的方法。在本公开的方面中，存储器306或存储器306的一部分可以被体现为数据仓库105或数据仓库205。
处理器304可以包括或成为用一个或多个处理器实施的处理系统的部件。一个或多个处理器可以用通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、浮点门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、控制器、状态机、门控逻辑、离散硬件部件、专用硬件有限状态机或者可以执行信息的计算或其他操作的任何其他合适的实体来实施。
处理器304还可以包括用于存储软件的机器可读介质。软件应被广义地解释为任何类型的指令，无论是指软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其他。指令可以包括代码(例如，源代码格式、二进制代码格式、可执行代码格式、RS-274指令(G代码)、数字控制(NC)编程语言和/或任何其他合适的代码格式)。当由一个或多个处理器执行时，指令致使处理系统执行本文描述的各种功能。
信号检测器308可以被用于检测和量化由计算机300接收到的任何级别的信号，以供处理器304和/或计算机300的其他部件使用。信号检测器308可以检测信号诸如能量束源功率、偏转器位置、构建底板高度、沉积器中剩余的粉末量、校平器位置、机器人臂位置、材料选择和其他信号。DSP 310可以被用于处理由计算机300接收到的信号。DSP 310可以被配置为生成指令和/或指令包，用于传输到APS100。
用户界面312可以包括键盘、定点设备和/或显示器。用户界面312可以包括向计算机300的用户传达信息和/或从用户接收输入的任何元件或部件。
计算机300的各个部件可以通过接口302耦合在一起，接口302可以包括例如总线系统。例如，接口302可以包括数据总线，以及除了数据总线之外的电源总线、控制信号总线和状态信号总线。计算机300的部件可以被耦合在一起，或者使用一些其他机制来彼此接受或向彼此提供输入。
尽管图3中示出了许多单独的部件，但一个或多个部件可以被组合或共同实施。例如，处理器304不仅可以被用于实施以上关于处理器304描述的功能，还可以用于实施以上关于信号检测器308、DSP 310和/或用户界面312描述的功能。此外，图3中所示的每个部件可以使用多个单独的元件来实施。
图4示出了根据本公开的一个方面的设计子系统的实施例。
图4示出了APS200的设计子系统201内的模块和子系统之间的数据流的示例。如图4所示，数据仓库205(其可以是存储器306的一部分)可以从APS 200中的许多源接收数据。从适应性生产系统的许多方面收集数据可以提高设计子系统201的设计能力、制造子系统203的制造效率或APS200的总体效率。
图4还显示了包括在设计子系统201中的其他模块，例如数据仓库205、软件设计模块207、添加模块209、装配模块211和工厂管理模块212。
在本公开的一个方面，数据仓库205可以从制造子系统203和测试子系统204收集数据，并且可以从设计子系统201内的其他模块(例如，软件设计模块207、添加模块209和装配模块211)收集数据。
例如，如图4所示，数据仓库205可以从测试子系统204接收数据，例如，各种3D打印或COTS材料的测量抗拉强度、伸长率、温度性能或其他材料属性。此外，数据仓库205可以从制造子系统203接收数据，诸如关于3D打印机和机器人装配单元的操作的数据。数据仓库205还可以从添加模块209、装配模块211和软件设计模块201接收数据，使得设计子系统201中的每个模块以及APS 200中的其他子系统可以使用由APS200的其他部分生成的信息来改进最终产品的总体设计。
收集并存储在数据仓库205中的数据也可以通过例如机器学习算法进行分析，以确定可以由APS200用于改进设计和制造的相关性和关系。
图5示出了根据本公开的一个方面的制造子系统的实施例。
类似于图4，图5示出了APS200内的各种模块和子系统之间的数据和材料/零件的流动，以及可以被包括在制造子系统203中的一些模块的示例。
例如，并不作为限制，AM部件制造模块213可以从设计子系统201接收打印机指令、后处理指令等，并且可以从AM粉末和材料管理214接收原材料，诸如用于打印的粉末。AM粉末和材料管理214可以从AM部件制造模块213接收废物/可回收材料，诸如用过的粉末、去除的支撑结构等。AM粉末和材料管理214可以从设计子系统201接收数据，诸如打印机指令。装配制造模块215可以从AM部件制造模块213接收打印的零件，可以从AM粉末和材料管理214接收COTS零件和未固化的粘合剂，并且可以从设计子系统201接收数据，诸如关于用于装配的PLC代码的数据。
图6示出了根据本公开的一个方面的制造子系统的数据仓库的实施例。
如上所述，可以作为存储器306的一部分被包括的数据仓库205可以用作从APS200的各个部件收集的数据的中央存储库。存储在数据仓库205中的数据可以由APS200内的各个子系统检索、分析或存储，使得公共数据集被用于制造各个部件并装配最终产品。
通过将各种部件、组件和总体装配的数据存储在单一位置，可以提高给定产品的效率和总体设计。
数据仓库205尤其可以包括用作信息存储的材料数据库601和信息数据库603。材料数据库601可以包括合金和参数数据库605、粘合剂数据库607、COTS数据库609和其他材料特定参数。信息数据库603可以包括结构设计和制造数据存储库611、在役数据库613和制造数据库615。
材料数据库601
可以作为数据仓库205的一部分被包括的材料数据库601可以提供可用元素的菜单，其可以由例如以下描述的APS200的架构设计/优化模块利用，以满足设计的一组性能要求。
一组性能要求可以涵盖设计的机械性能，包括静态要求、动态要求、疲劳要求、冲击要求、环境(例如腐蚀)要求、美学和饰面约束等。材料数据库601内的每一种材料可以针对这些性能维度中的每一个被完全捕获，并且实际性能的极限可以基于测量的或经验的数据。
材料数据库601的输入可以包括要求材料选择的设计量和一组性能要求。材料数据库601的输出可以包括被划分为用于最终产品的总体设计的最佳候选材料的设计量。
数据库(信息存储)603
在本公开的一个方面，数据仓库205可以包括信息数据库603，作为对材料数据库601中数据的数据管理、数据分析和机器学习的存储。信息数据库603的输入可以包括识别的AM材料数据，以及本文描述的一个或多个子模块的其他输入数据。来自信息数据库603的输出可以包括用于数据分析、数据挖掘和机器学习的可扩展索引AM材料数据，以及以下描述的其他子模块输出数据。
合金和参数数据库605
对于设计和制造金属结构的系统，材料数据库601可以包括合金和参数数据库605。一些系统可能专注于轻金属，主要是铝基。它们在操作温度、腐蚀环境、刚度、强度、耐久性等方面具有不同但完全定义的功能要求。每种合金的增材制造将具有独特的加工参数和机器设置，以实现一组目标属性(机械属性、各种层厚度的成本生产率/经济性等)。每种合金和参数组合将进一步为后处理(诸如大众媒介或化学精加工)带来不同的、完全定义的指导。
合金和参数数据库605的输入可以包括性能/功能要求，诸如操作环境(温度、腐蚀)、与后续涂覆工艺的兼容性、刚度、强度、成本等。合金和参数数据库605的输出可以包括用于应用的一种或多种合金的材料选择。
在本公开的一个方面，合金和参数数据库605可以包括基础材料的底层结构，其可以是例如结晶型或周期性结构，诸如立方结构，即，基础材料的原子位于立方体的每个角处，面心立方结构，即基础材料的原子位于立方体的角和至少一个面中，等等。例如，作为基础材料，铝(Al)金属以面心立方(fcc)结构排列，钛以体心立方(bcc)结构或六方紧密堆积(hcp)结构排列等。
在本公开的一个方面，替代溶质或间隙溶质可以与基础材料一起使用，以产生具有所需参数的合金。例如，并不作为限制，基础材料可以是铁(Fe)，并且替代溶质可以是镍(Ni)、铬(Cr)、锡(Sn)或其他材料中的一种或多种。当溶质的原子大小与基础材料的原子大小大致相同时，可以形成替代合金。
间隙溶质也可以被用于改变基础材料的属性。例如，并不作为限制，基础材料可以是铝(Al)，并且间隙溶质可以是镁(Mg)、锆(Zr)和/或锰(Mn)中的一种或多种。当溶质的原子尺寸小于基础材料时，可以形成间隙合金。还可以形成既具有替代溶质又具有间隙溶质的组合合金，并将其属性存储在合金和参数数据库605中。
合金和参数数据库605中的其他内含物可以包括标准化的、“命名的”合金的属性和成本。例如，但不作为限制，国际合金命名系统(IADS)是一种被广泛接受的铝合金命名方案，其中每种合金使用四位数字表示。数字的第一位数表示合金中包括的主要溶质元素。第二位数表示溶质合金的任何变体，第三位数和第四位数表示该系列中的特定合金。
对于在IADS中命名(即编号)的铝合金，1000系列合金基本上是按重量百分比(wt％)计的纯铝含量，并且其他位数代表此类合金的各种应用。2000系列铝合金是与Cu合金化，3000系列铝合金是与Mn合金化，4000系列铝合金是与硅(Si)合金化，5000系列铝合金是与Mg合金化，6000系列铝合金是与Mg和Si合金化，7000系列铝合金是与Zn合金化，以及8000系列铝合金是与其他元素或其他系列名称未涵盖的元素的组合合金化。作为示例，而非作为限制，一种普通的铝合金被称为“6061”，根据IADS命名方案，其主要的合金溶质是Mg和Si。然而，6061具有不同百分比的其他合金溶质，例如铁(Fe)、铜(Cu)、铬(Cr)、锌(Zn)、钛(Ti)和锰(Mn)，并且允许具有小于一定百分比的其他溶质，其可以被称为“杂质”。6061中存在的溶质可以具有wt％的范围，这取决于应用、制造商、合金公差和/或其他原因。
这些合金以及这些命名合金的混合物的属性可能会改变，这取决于合金是通过熔炼、锻造和/或铸造而不是3D打印制造的。这样，可以将不同类型的制造技术输入到合金和参数数据库605中，使得设计可以基于属性、制造时间、成本和/或其他因素来选择一种或多种合适的材料。
粘合剂数据库607
对于使用粘合剂粘合部件以形成组件的APS200，材料数据库601还可以包括粘合剂数据库607。在本公开的一个方面，APS200可以使用两种类型的粘合剂：结构性粘合剂和保持粘合剂。
保持粘合剂通常是一种快速固化粘合剂，用于相对于彼此保持(即固定)两个(或多个)零件，以便机器人可以“放手(let go)”其中一个零件，并且装配过程可以继续，而同时零件之间的结构性粘合剂可以长时间固化。结构性粘合剂是在两个零件之间的接合处提供所需强度的粘合剂。这些粘合剂可以在操作温度、刚度、强度等方面具有不同的定义的功能要求集，使得APS200可以在装配过程中的期望点处使用期望的粘合剂，并相应地安排固化/干燥时间/技术，提供适当的应用技术等。
粘合剂数据库607的输入可以包括性能/功能要求，诸如操作环境(温度、腐蚀)、基材兼容性、刚度、强度、成本等。来自粘合剂数据库607的输出可以包括在装配过程中的给定点处使用的一种或多种粘合剂的材料选择。
商业现货零件库609
可以作为材料数据库601的一部分被包括的商业现货(COTS)零件库609可以包括APS200中使用的COTS零件的技术规范、性能数据、尺寸数据和其他数据等。COTS可以是多材料结构的元件，其生产成本可能比3D打印零件低，或者可以是简单的几何形状，诸如管、梁或平板等，其不包含复杂的几何形状、接口、接合特征或其他复杂的功能特征或形状。
COTS零件库609也可以作为标准化材料从第三方供应商处采购。平板和管可以是任何横截面。管可以由任何材料制成，并且这种材料属性可以作为数据被包括在COTS零件库609中，以供在APS200中使用。COTS零件库609也可以作为COTS零件结构性能和成本的存储库。
COTS零件库609的输入数据可以包括COTS材料和成本数据。商业现货(COTS)零件库609的输出数据可以包括COTS几何形状、规格等。
结构设计和制造数据存储库611
结构设计和制造数据存储库611，其可以是优化的设计存储库，可以包括由APS200生成的一个或多个设计的数据，并且可以是信息数据库603的一部分。当设计完成时，可以将生成的工程、生产和成本数据与人类设计、机器生成的设计或部分由人类生成和部分由机器生成的混合设计进行比较。数据仓库205可以使用存储在结构设计和制造数据存储库611中的设计信息作为给定零件的修订历史，以及用于输入和验证由APS200生成的新的设计和制造数据。
结构设计和制造数据存储库611的输入数据可以包括来自各种程序的最终设计数据。结构设计和制造数据存储库611的输出数据可以包括支持机器学习的数据。
在役数据库613
在本公开的一个方面，APS200可以被用于设计和构建车辆，诸如汽车。随着APS200生产的车队的增加，来自使用APS200技术的车辆的在役数据的量成比例增加。
操作的车辆的在役数据可被用于数据挖掘，以查找操作性能数据、失效数据和其他操作服务参数。可以作为信息数据库603的一部分被包括的在役数据库613可以包括从内置于例如由APS200制造的车辆结构中的传感器获得的在役数据。一些车辆可能会经历各种操作场景，从偶尔使用到可能被推到或超过其设计操作极限的设计。例如，卡车底盘可以由在高速公路上驾驶车辆的驾驶员使用，并且相同的底盘可被用于岩石地形、泥地等的越野行驶。诸如加速度计、应变仪的传感器是可以与结构集成并从结构中捕获的工程/性能数据生成设备的示例。这种数据可以与其他数据(诸如全球定位系统(GPS)数据)相结合，以通过地理位置来填充地形数据库。
这样的数据库可以允许APS200基于地区要求以不同方式制造通用零件。作为在役数据库613的一部分，这种信息将类似于为设计改进而执行的其他相关性测试。在役数据库613的输入数据可以包括来自车辆结构上的传感器的数据。来自在役数据库613的输出数据可以包括关于在役结构的实际性能的经验数据。
制造数据615
制造数据615可以存储制造过程期间生成的数据。大多数制造装备包括集成传感器，其可以向制造数据615提供实时数据，以作为信息数据库603的一部分被包括在内。随着多个生产运行被完成，制造数据615存储历史信息，用于记录和系统性能改进的目的。当APS200具有足够大的数据库时，可以得出相关性，可以创建神经网络，或者其他数据预测/分析算法来预测/建议可以改变的参数，以提高APS200在一个或多个子系统或模块中的性能。
制造数据615的输入可以包括AM数据和装配数据。数据输入可以从工厂中的传感器记录下来，作为历史记录并用于系统改进。AM数据的输入可以包括AM打印构建数据。装配数据的输入可以包括可编程逻辑控制器(PLC)和与机器人装配单元相关联的所有活动的机器人装配单元(非设计专用的、灵活的机器人农场系统)服务器时间日志，包括周期时间、计量数据、任何故障、粘合剂分配数据(体积、温度等)、固化时间、预测周期时间、任何差异、机器人运动路径、维护指标等。
在本公开的一个方面，APS200可以从生产的设计开始，并且与材料、尺寸、构造技术等相关的数字数据可以被输入到数据仓库205中。数据仓库205可以与软件设计模块207交互，以确定哪些零件要被3D打印，以及哪些零件可以作为COTS零件购买，并向添加模块209、装配模块211、工厂管理模块212和制造模块203提供代码。使用来自材料数据库601的材料的原型模型可以在测试模块204中被构造和测试，以确定设计满足期望的参数，例如安全性、性能等。
然后，APS200可以使用来自数据仓库205的数据，诸如来自信息数据库603的数据，以生成设计的初始构建规划。然后，可以按零件、按过程或零件和过程的组合来迭代构建规划，以在一个或多个参数(例如，重量、成本、性能、构建时间等)中改进设计。对APS200内每个模块的各种细节的描述允许分析和控制APS200的各个部分，例如设计参数、制造参数、成本参数等，以提高给定设计的制造效率。
如果对设计进行更改，APS200可以提供如何实施这种更改的各种解决方案，同时减少实施方式的时间和工作量成本。在本公开的一个方面中，关于“制造还是购买？”的决策或给定零件所需的精度，可以显示那些决策如何影响整个制造过程。此外，通过让APS200为这种延迟生成变通方法，可以标记和适应零件可用性的中断、材料的变化等。
图7示出了根据本公开的一个方面的测试子系统204的进一步细节。
测试子系统204可以在从原材料到完全装配的结构的各种材料粒度水平上执行测试。测试可以包括，例如，确定基础材料属性、打印结构的属性、COTS结构的属性以及带有打印和/或COTS零件的装配结构的属性。在各种实施例中，可以从制造子系统203接收用于测试的打印结构和用于测试的装配结构。测试子系统可以包括材料测试R&D模块701、验证测试(基本)模块703和验证测试(部件和组件)705，其可以包括验证已知材料模块707。
材料测试R&D(新合金开发)701
材料测试R&D 701可以包括例如在开发新合金时进行的材料测试。该测试可以在粉末采购的早期阶段开始，并通过对APS200所涉及的各种加工参数的微调继续进行。由此产生的属性可以被编译成综合数据表，其在APS200的优化和详细工程模块期间被使用。
材料的AM可加工性是一般第一步，以评估材料是否能够承受与某些种类的3D打印相关联的非常快速的冷却过程(10^5至10^6deg./sec类型的速率)-各种类型的裂纹在设计用于缓慢冷却过程(诸如铸造)的常规合金中很常见。可加工性设计空间的实验调查通常需要扫描各种参数，诸如功率、舱口间距、速度、层厚、各种偏移因素等。这可以根据“纯”激光加工/构建速率(通常以ml/h表示的体积速率)提供经济可行性的指示。
材料测试R&D(例如，新合金开发)的输入可以包括粉末，诸如给定规格的粉末样品、打印的密度立方体、在各种打印方向的打印的拉伸杆和打印的疲劳杆。材料测试R&D(例如，新合金开发)的输出可以包括粉末数据，诸如湿度、氧含量、粒度分布、球度/圆度、化学性质和流动时间。其他输出可以包括诸如给定密度/孔隙率、晶粒大小和显微照片的数据，其可以从打印的密度立方体中获得。其他输出可以包括诸如应力-应变曲线和硬度的数据，其可以从打印的拉伸杆中获得。其他输出可以包括诸如S/N曲线的数据，其可以从打印的疲劳杆中获得。其他输出包括工程数据表。
验证测试(元素-粘合剂/涂层)703
验证测试(元素-粘合剂/涂层)703可以包括许多不同种类的测试。例如，可以通过流变仪、GIC和GIIC测试来收集粘合剂的具体属性，测试以表征给定粘合剂、基材和涂层规格的剪切属性。该测试在室温、以及最低环境温度条件和最高环境温度条件下进行。该测试也在暴露于工业标准加速老化和腐蚀测试之后进行。对于给定的粘合剂、基材和涂层配置，可以表征接头的疲劳性能。该测试使用完全相反的轴向-轴向载荷曲线进行。由此产生的属性可以被编译成综合数据表，该数据表在APS200的优化和详细工程模块期间被使用。
验证测试(元素-粘合剂/涂层)703的输入可以包括，例如，粘合双搭接剪切试样、粘合舌槽试样、GIC和GIIC试样以及粘合剂。验证测试(元素-粘合剂/涂层)703的输出可以包括，例如，从-40C至150C的力/位移曲线、加速腐蚀力/位移曲线、从-40C至150C的疲劳曲线和流变仪数据，诸如复数模量与温度和粘度与温度。
验证测试(部件和组件)705
验证测试(部件和组件)705可以包括进行部件级测试，其包括例如，悬架控制臂、转向节、制动器、铰链、方向盘、转向柱、防撞栏等。该部件级测试可被用于关联模型，并进一步验证生产用的部件。
验证测试(部件和组件)705的输入可以包括待测试的部件。输入还可以包括部件的静态载荷和矢量的信息，诸如预期应变(在给定的x、y、z坐标处)、预期挠度(在给定x、y和z坐标处)以及预期失效载荷和失效位置。输入还可以包括部件的动态载荷、矢量和重复因子的信息，诸如预期的失效周期数。输入还可以包括部件的冲击载荷信息，诸如预期失效模式和冲击能量以及预期加速度与时间曲线。输入还可以包括部件的腐蚀暴露要求的信息。
验证测试(部件和组件)705的输出可以包括静态载荷和矢量的测量数据，诸如测量的应变(在给定的x、y、z坐标处)、测量的挠度(在给定x、y和z坐标处)以及测量的失效载荷和失效位置。输出可以包括动态载荷、矢量和重复因子的测量数据，诸如测量的失效周期数。输出还可以包括冲击载荷的测量数据，诸如测量的失效模式和冲击能量以及测量的加速度与时间曲线。输出还可以包括腐蚀暴露的测量数据，诸如对零件的腐蚀影响的评估，是否影响零件的刚度。
验证已知材料(拉伸样品(tensile sample)等)707
验证已知材料(拉伸样品等)707可以包括，例如，通过APS200中使用的所有材料的内部测试而开发工程性能。这包括商业现货材料，包括碳纤维面板和管，以及挤压金属。
验证已知材料(拉伸样品等)707的输入可以包括拉伸样品、压缩样品、面内剪切样品、CTE试样和复合材料(诸如层压材料)的密度试样。其他输入可以包括挤压件或其他COTS金属的拉伸试样。
验证已知材料(拉伸样品等)707的输出可以包括，对于层压材料，弹性模量(纵向和横向)、泊松比、应力与应变曲线(其可以从拉伸样品中获得)、密度、弹性模量、阻尼系数、纤维体积分数、纤维重量分数(其可以从压缩样品中获得)，横向应力与剪切力、面内应力与剪切力(其可以从剪切样品中获得)以及从层间剪切样品中获得的其他数据，并且挤压件(或其他COTS金属)，可以包括晶粒大小和方向，以及工程和真实应力与应变曲线(针对与晶粒大小相比较的每个方向)，其可以从拉伸试样中获得。
图8示出了根据本公开的一个方面的软件设计模块的进一步细节。
在本公开的一个方面，可以是软件设计模块207的软件设计模块可以包括一个或多个模块。例如，但不作为限制，根据本公开的一个方面的软件设计模块可以包括架构设计模块801和部件设计和优化模块803。在不脱离本公开的范围的情况下，其他模块可以被包括在软件设计模块207内。
架构设计模块801，其可以是如图8所示的架构设计/优化模块，可以包括多材料选择模块805、自动化接合拆分模块807、带有AM/装配/结构的拆分分析模块809和优化接合拆分模块811。
架构设计模块801
架构设计/优化模块801可以生成架构设计选项，其可以包括性能、材料选择、制造成本、生命周期分析和其他参数的量化度量。设计者可以审查来自架构设计模块801的输出，以基于改变的设计要求或对给定设计的其他改变的输入来修改、细化或以其他方式改变设计。
架构设计模块801的输出设计可以作为给定产品的初始设计，然后可以对其进行讨论、更新、改变等，并进行迭代，以查看对给定设计的一部分的改变可能如何影响设计的其他部分。该迭代过程可以由部件设计/优化模块803执行，最终导致从架构设计/优化模块801输出一个更最终的“高保真”架构。
例如，架构设计模块801可以分析包括3D打印部件的底盘的初始结构设计。对初始设计的分析可以定位可以用COTS部件替换的3D打印部件，并且如果这种替换发射在设计中，则可以向设计者提供时间、材料成本、装配简易性等方面的成本效益分析。
架构设计模块801的输入可以包括设计输入数据(FEM、CAD)和设计目标。输入还可以包括对车辆规格的高水平要求(例如跑车、超级跑车或乘用车、预期成本、预期销售价格等)和APS200专有载荷工况。来自架构设计模块801的输出可以包括车辆/子结构的低保真度设计输出：由部件CAD和COTS选择组成的BOM、设计验证、设计目标的度量。该模块可以执行部件的低保真度设计优化，并且可以与部件设计/优化模块803循环。
部件设计模块803
部件设计模块803，其可以是部件设计/优化模块803，可以捕获APS200制造过程(设计、AM、装配和测试)，并部分或完全自动化这些过程。部件设计模块803可以使用几何内核技术、拓扑优化、双向进化结构优化(BESO)、高性能计算(HPC)或其他计算技术来快速生成部件设计。可以通过机器学习和分析数据仓库205中存在的数据来进一步增强设计算法。
部件设计模块803的输入可以包括设计优化输入数据(FEM、CAD)和优化目标(性能目标、打印成本目标、装配目标)。输入还可以包括来自材料数据库601的数据。来自部件设计模块803的输出可以包括模拟数据(拓扑优化、自由形状优化、疲劳分析、耐撞性分析、热分析等)。输出还可以包括设计输出(CAD、设计验证、设计目标的指标)，诸如每个设计选项的建议接头(如果适用)以及标称装配顺序和成本(如果适用)。
多材料选择(MMSO)805
多材料选择805可以选择满足诸如性能或成本的要求的材料和/或COTS，并且还可以计算每个材料选择建议的度量。例如，MMSO 805可以确定COTS铝管可以被用于设计的一部分，并且那些管可以与3D打印部件(例如节点)装配在一起。MMSO 805还可以提供COTS铝管和一种或多种材料的3D打印管之间在成本、性能、耐撞性等方面的比较，从而可以获得对总体设计的更透彻的理解。
对MMSO 805的输入可以包括设计输入数据(例如，FEM、CAD)和多材料选择的设计目标，诸如最大化COTS的使用、最大化安全性等。输入还可以包括来自数据仓库205的COTS数据库609的数据。MMSO 805的输出可以包括CAD文件、识别的COTS使用规范、设计验证和设计目标的度量，以及最终产品给定位置处的材料之间的比较。
自动化接合拆分807
自动化接合拆分807可以提出如何拆分部件或子结构，同时仍然满足一个或多个总体设计要求，例如性能、成本、安全性等。自动化接合拆分807还可以计算每个建议的度量，例如，总体效率、用3D打印零件替换COTS零件的成本或进度的变化、改变零件的重量惩罚等。自动化接合拆分807的输入可以包括设计输入数据(FEM、CAD)和多材料选择的设计目标，诸如最大化COTS的使用、最小化材料重量等。自动化接合拆分807的输出可以包括具有拆分的CAD数据、接头的规格、设计验证、包括拆分建议和其他因素的设计目标的度量。
带有AM/装配/结构的拆分分析809
带有AM/装配/结构的拆分分析809可以根据设计要求评估来自自动化接合拆分807的每个接合拆分建议。例如，各种设计之间的性能、成本、制造时间、耐撞性等的变化或给定设计中的单个变化可以通过将各种设计中的每一种输入到带有AM/装配/结构的拆分分析809中进行比较。然后，设计者、成本分析师和管理层可以从整体角度比较每个设计的差异，而不是着眼于单个零件成本或性能问题。这样，可以使用各种设计参数的人工交互、自动化选择或混合人工-自动化选择来执行任何下游选择过程，这可以基于优化的接合/拆分模块811中的机器学习。
带有AM/装配/结构的拆分分析809的输入可以包括具有拆分的CAD、接头规格。输入还可以包括来自数据仓库205的合金和参数数据库605、粘合剂数据库607和COTS数据库609的数据。带有AM/装配/结构的拆分分析809的输出可以包括设计目标的指标，包括拆分建议和结构性能/质量、打印成本、装配成本和生命周期分析。
优化接合拆分811
优化接合拆分811可以对自动化接合拆分807和带有AM/装配/结构的拆分分析809的各种解决方案进行采样，以产生关于零件之间的接头可能位于何处的一个或多个解决方案。由于组件中的每个零件都会受到许多变量的影响，因此，就将接头定位在给定位置如何影响成本、性能、制造效率和其他因素方面的总体设计而言，对每个接头或零件之间的连接的整体审查可能是有帮助的。
优化接合拆分811的输入可以包括设计优化输入数据(FEM、CAD)和优化目标(性能目标、打印成本目标、装配目标)。输入还可以包括来自数据仓库205的合金和参数数据库605、粘合剂数据库607和COTS数据库609的数据。优化接合拆分811的输出可以包括多个解决方案(不同的拆分建议)，以满足各种设计目标(性能、打印成本、装配成本等)。
图9示出了根据本公开的一个方面的部件设计模块703的进一步细节。
部件设计模块703可以包括一个或多个模块，例如核心部件设计模块901、裕度设计模块903和设计验证模块905。
核心部件设计901
核心部件设计901可以生成零件的初始设计。核心部件设计901在下面的图10中被详细描述。
裕度设计903
裕度设计903可以分析来自数据仓库205的数据，并将来自数据仓库205的参数与来自测试子系统204的测试数据相关联，以调整内部设计裕度，以实现预期的设计裕度。裕度设计903的输入可以包括来自架构设计模块801的结构、期望的设计裕度、来自数据仓库205的AM数据和来自数据仓库205的测试数据。来自裕度设计903的输出可以包括具有预期安全系数的设计，该预期安全系数可以不同于用作对裕度设计903的输入的安全系数。
设计验证905
设计验证905可以使用软件工具(其可以是商业上可用的软件工具)来评估设计。例如，但不作为限制，设计验证905可以确保符合一个或多个标准，诸如安全性、耐撞性等。设计验证905的输入可以包括由架构设计模块801生成的结构。来自设计验证906的输出可以包括静态分析、疲劳分析、耐撞性分析和热分析，其可以被用于验证设计方案。
图10示出了根据本公开的一个方面的核心部件设计模块的进一步细节。
在本公开的一个方面中，核心部件设计模块901可以包括几何内核(geokernel)1001、生成式设计模块1003、格构模块(lattice module)1005、拓扑优化模块1007、尺寸/形状优化模块1009、制造约束分析模块1011、碰撞分析、疲劳分析模块1013、载荷/边界条件管理模块1015、打印优化、制造优化模块1017、装配分析模块1019和生命周期分析模块1021。
几何内核1001
几何内核1001可以提供几何和网格操作技术，诸如网格平滑、网格修复和重新网格化、薄区域和薄骨检测和固定、融合或挖空操作，以供在部件设计中使用。几何内核1001的输入可以包括设计优化输入数据(FEM、CAD)、几何/网格操作指令，诸如平滑、融合、增厚或清理。来自几何内核1001的输出可以包括所得的网格，这将实现下游优化过程，诸如拓扑结果解释、自由形状优化、空心骨设计等。
生成式设计(骨、空心骨、盒)1003
生成式设计1003可以通过利用几何内核和BESO技术生成结构。生成式设计1003可以生成不同的设计选项，例如，具有/不具有内部格构的骨、空心骨或盒，以供在部件设计以及总体产品设计中使用。由生成式设计1003产生的设计选项可以根据整个产品的设计要求被进一步评估和排序。
格构模块1005
格构模块1005，其可以作为几何内核1001和/或生成式设计1003的一部分被包括，可以被用于设计格构结构，格构结构可以在碰撞结构中提供更有效的冲击能量吸收。此外，在增材制造期间，格构特征可以同时用作集成构建支撑。
格构模块1005的输入可以包括工程要求(载荷、冲击性能目标等)。格构模块1005的输出可以包括并入到增材制造结构中的格构特征。
拓扑优化1007
拓扑优化1007，其可以作为几何内核1001和/或生成式设计1003的一部分被包括，可以经由BESO和其他分析工具提供拓扑改进能力。在设计验证期间，APS200可以使用例如商业拓扑软件，诸如OptiStruct或其他商业软件，来运行拓扑比较或其他计算机辅助工程(CAE)分析。BESO技术可以通过使用基于梯度的改进和GPU来进一步扩展双向进化结构性能，以提高拓扑解决方案的质量和计算时间效率。
对拓扑优化1007的输入可以包括带有载荷工况和优化约束的输入FEM。来自拓扑优化1007的输出可以包括用于对各种性能度量进行比较的结构。
尺寸/形状优化1009
尺寸/形状优化1009，其可以作为几何内核1001和/或生成式设计1003的一部分被包括，可以进一步改进设计的尺寸和/或形状。不同部件设计之间的比较可以导致设计的质量减少，而不会显著降低设计的性能。APS200可以使用来自尺寸/形状优化1009的输出来减少或改变一个或多个给定部件的尺寸/形状，并且可以报告对整个成品的影响。尺寸/形状优化1009的输入可以包括具有载荷工况和优化约束的输入FEM。来自尺寸/形状优化1009的输出可以包括修改的和/或改进的结构，在选定的性能参数(例如，重量减轻、空气动力阻力等)上有不同的改进。
制造约束分析1011
制造约束分析1011，其可以作为几何内核1001和/或生成式设计1003的一部分被包括，可以分析制造约束并将这些约束应用于设计。例如，制造约束分析1011可以检测设计中的薄区域、薄骨骼、粉末捕获区域和热变形问题，并且可以调整设计中的这些区域以减少或消除部件和/或最终产品的可制造性中的问题。制造约束分析1011可以通过使各个区域变厚或变薄来调整各个区域，自动为空心区域生成孔以排空粉末，补偿模型以减轻热变形等，同时保持其他设计约束，诸如强度、耐撞性、总重量等。
制造约束分析1011可以分析AM制造约束和/或装配制造约束，并为给定部件、接头、节点等做出或提供有关选择的信息。例如，3D打印零件的初始设计可以包括被设计用于减少零件重量的薄区域。然而，制造约束分析1011可以确定该薄区域在该零件与其他零件装配期间可能弯曲。制造约束分析1011可以将该确定基于AM约束和装配约束。因为打印的薄区域的强度可以取决于打印的材料、打印机参数和设置等。类似地，在装配期间施加到薄区域的力可以取决于装配顺序、机器人的运动等。因此，薄区域是否会弯曲并因此必须进行修改的确定可以取决于AM约束和装配约束。一旦制造约束分析1011确定薄区域在装配期间可能弯曲，该分析可以确定应该对AM工艺、装配工艺或两者做出修改。例如，制造约束分析1011可以通过修改零件的设计来修改AM工艺，以使薄区域更厚，以抵抗该区域在装配时将承受的力并防止弯曲。除了修改AM工艺之外或代替修改AM工艺，制造约束分析1011可以通过例如改变装配顺序来修改装配工艺，使得具有薄区域的零件以不同的顺序被添加到组件中，并且以不会在薄区域上施加太多应力的取向上被添加。
碰撞分析、疲劳分析1013
碰撞分析、疲劳分析1013可以对建议的设计进行碰撞分析和/或疲劳分析，以确保设计满足性能要求。碰撞分析、疲劳分析1013的输入可以包括由架构设计/优化701生成的优化结构。碰撞分析、疲劳分析1013的输出可以包括使用碰撞分析(例如使用LSDyna)和耐久性/疲劳NVH分析(例如nCode)，以确保设计通过耐撞性和疲劳标准。
载荷/边界条件管理1015
载荷/边界条件(LBC)管理1015可以通过将LBC投射到新设计上，以稳健的方式执行网格操作，而无需任何人工工作。结果，LBC被准确地转移到新生成的设计，并且LBC管理1015可以保持设计优化模拟的精度。
打印优化、制造优化1017
打印优化、制造优化1017可以通过计算最佳方向以最小化支撑、补偿模型的热变形以提高打印精度以及优化包装/嵌套以提高生产率，来优化打印准备过程。打印优化、制造优化1017的输入可以包括由架构设计/优化701生成的优化结构和来自数据仓库205的AM数据。打印优化、制造优化1017的输出可以包括打印方向、包装/嵌套、热补偿。
装配分析1019
装配分析1019可以对给定模型(连接性和接合定义)和机器人装配单元配置执行利用效率分析和灵敏度分析。该分析可以被用于尝试不同的接合定义和不同的机器人装配单元配置。装配分析1019的输入可以包括由架构设计/优化701、接合定义和机器人装配单元配置生成的优化结构。装配分析1019的输出可以包括机器人利用率、装配时间、灵敏度分析。
生命周期分析1021
生命周期分析1021可以执行从主要资源到周期结束(从摇篮到坟墓)的成本分析，并优选包括周期结束输出流的升级(从摇篮到摇篮)。生命周期分析1021的输入可以包括由架构设计/优化701生成的优化结构。生命周期分析的输出1021可以包括对优化结构的调整，以改善生命周期特性。
图11-13示出了根据本公开的一个方面的可由生成式设计模块生成的结果。
图11示出了根据各种实施例的示例骨设计1101。骨设计1101可以具有实心内部，其可以具有高性能、无需去除内部粉末和通常高打印速度的期望属性。
图12示出了根据各种实施例的示例空心骨设计1201。空心骨设计1201可以类似于骨设计1101，但可以包括空心的部分，其可以包括内部结构，诸如格构、肋骨等。空心骨结构对于某些载荷工况可以具有高性能的特性，但可能需要去除内部粉末，并且可能具有低的打印速度。
图13示出了根据各种实施例的示例盒状设计1301。盒状结构可以具有诸如具有薄壁的能力以及对于某些载荷工况的高性能的特性。然而，盒状结构可能需要去除内部粉末，并且可能具有潜在的低打印速度。
生成式设计(骨、空心骨、盒)1003的输入可以包括设计优化输入数据(FEM、CAD)和设计目标(性能目标、打印成本目标、装配目标)。生成式设计(骨、空心骨、盒)1003的输出可以包括满足设计目标的高度优化的结构。
图14示出了根据本公开的一个方面通过制造约束分析1011做出的示例修改。
图14显示了初始设计1401。初始设计包括薄骨区域1403。制造约束分析1011可以确定薄骨区域在与其他零件装配期间可能弯曲。制造约束分析1011可以调整初始设计1401以创建以较暗阴影显示的调整后的设计1405。调整后的设计1405还可以包括可以提高可打印性和性能的较厚的骨区域1407。
制造约束分析1011的输入可以包括优化的结构。制造约束分析1011的输出可以包括满足诸如厚度、额外长袜和热补偿的制造约束的改进结构。
图15示出了根据本公开的一个方面的LBC管理1015的示例操作。
LBC管理1015可以接收具有LBC的设计空间1501和目标网格1503。然后，LBC管理1015可以基于输入生成具有LBC的目标网格1505。
载荷/边界条件管理1015的输入可以包括设计输入模型中的载荷工况和边界条件(LBC)。载荷/边界条件管理1015的输出可以包括LBC的高级表示，使得APS200可以在一系列设计优化过程期间准确地转移LBC。
图16示出了根据本公开的一个方面的裕度设计903的进一步细节。
裕度设计903可以包括载荷工况分析模块1601、创建变化模块1603和优化拆分模块1605。
载荷工况分析1601
载荷工况分析1601可以对识别的载荷工况(例如，施加的特定力或压力的不同值，或施加的力的不同方向)执行灵敏度分析，以提高设计稳健性。载荷工况分析1601的输入可以包括设计输入模型中的载荷工况和边界条件(LBC)。载荷工况分析1601的输出可以包括识别临界载荷工况和临界载荷工况的灵敏度分析。
创建变体1603
创建变体1603可以使用知识、机器学习和来自数据仓库205的数据来产生一组设计的代表性变体。这些变体可以允许基于设计要求和约束的更有效的总体设计。通过在给定设计上创建变体，创建变体1603可以减少成本、制造时间，或对设计中的某些约束施加权重，使得计算分析可以产生专注于特定设计特性的多个设计。创建变体1603可以由APS200内的许多模块(例如，部件设计模块803、优化拆分811、拆分分析809、MMSO 805等)使用，以生成用于设计的不同建议。
创建变体1603的输入可以包括设计优化输入数据(FEM、CAD)和设计目标(性能目标、打印成本目标、装配目标)，以及设计变体规则定义，其定义了如何选择COTS材料选择、打印材料选择、接合拆分策略、装配策略选择、打印策略选择和其他制造过程策略。创建变体1603的输出可以包括端到端规范(设计、装配和打印)的变体列表，以便系统可以基于一组要求来评估变体。
优化拆分1605
优化拆分1605可以分析不同的拆分策略，以实现多个设计目标：减少打印时间或成本、装配时间或成本、结构性能和其他标准。优化拆分1605的输入可以包括由创建变体1603生成的变体列表以及用于评估拆分的目标函数：打印成本、装配成本、结构性能和其他标准。优化拆分1605的输出可以包括部件/子结构的优化拆分。
图17示出了根据本公开的一个方面的设计验证模块905的进一步细节。
设计验证模块905尤其可以包括载荷/边界条件(LBC)管理模块1701、应力分析模块1703、疲劳分析模块1705、碰撞分析模块1707和热分析模块1709。
载荷/边界条件管理1701
LBC管理1701可以通过将LBC投射到设计上，而将网格操作技术应用于设计。换言之，LBC管理1701可以在网格构造中创建具有某些设计约束的设计，其中载荷和边界条件应用于总体设计。结果，这些条件可以被转移到设计中，并且APS200可以在设计模拟中保持边界条件的精度。对LBC管理1701的输入可以包括设计输入模型中的载荷工况和边界条件。LBC管理1701的输出可以包括LBC的高级表示，使得APS200可以在一系列设计改进/优化过程期间准确地转移LBC。
应力分析1703
应力分析1703可以确定结构的应力。应力分析1703可以产生全面或局部的设计解决方案，以及产生可缩放的解决方案。设计缩放可以相对于一个或多个变量来完成，可以是线性或非线性的，可以在静态和动态条件下执行，和/或考虑声学、疲劳、耐撞性、材料变化或其他因素。应力分析1703可以针对各种性能指标(诸如重量、强度、刚度、振动和疲劳特性等)进行修改、改进或优化结构，以确定材料、设计理念、制造技术等的变化的影响。在本公开的一个方面，诸如Optistruct的商业软件可以被用作应力分析1703的一部分或全部。应力分析1703的输入可以包括有限元模型输入。来自应力分析1703的输出可以包括FEM分析结果，诸如位移、应力和力矩值。
疲劳分析1705
疲劳分析1705可以提供数字信号处理、声学和振动分析、疲劳寿命预测、耐久性分析、工程数据管理和报告。疲劳分析1705可以识别设计内的临界应力点，并且可以计算各种部件的疲劳寿命。这些分析可以包括各种材料(包括金属和复合材料)的有限元(FE)分析结果。在本公开的一个方面，可以使用商业软件，诸如nCode。疲劳分析1705的输入可以包括由架构设计模块801生成的结构、疲劳载荷工况、来自合金和参数数据库605、粘合剂数据库607、COTS零件库609的数据或数据仓库205中的其他数据。来自疲劳分析1705的输出可以包括部件、子组件或最终产品的结构的疲劳寿命分析。
碰撞分析1707
碰撞分析1707可以对子组件、部件或产品进行模拟。这些模拟尤其可以包括使用显式时间积分的非线性瞬态动态有限元分析(FEA)、失效分析、来自疲劳分析1705的疲劳分析或其他模拟。在本公开的一个方面，可以使用诸如LS-DYNA的商业软件。碰撞分析1707的输入可以包括来自架构设计/优化801的结构。来自碰撞分析1706的输出可以包括优化结构的耐撞性分析。
热分析1709
热分析1709可以对设计执行热分析。在本公开的一个方面，可以使用商业软件，诸如Altair、MSC软件或其他标准CAE软件包。热分析1709的输入可以包括来自架构设计/优化801的结构和热分析输入。来自热分析1709的输出可以包括优化结构的热分析。
图18示出了根据本公开的一个方面的添加模块209的进一步细节。
添加模块209可以包括AM(打印)模块1801，其可以包括自动化嵌套模块1803和自动化支撑生成模块1805。
AM模块1801
在AM模块1801中，三维结构被分解为一系列指令，这些指令控制焊接、微焊接、沉积、粘结、熔合或以其他方式将原料材料分段连接成更大的整体。通常被称为增材制造，与减材制造相反，其中较大的基材通过一系列工艺被减小为最终几何形状。
AM模块1801的输入可以包括准备好的数字设计模型，其具有打印通常需要将其解构成一系列切片所需的特征，这些切片可以是固定的或变化的厚度，并且可以包括用于热和应力管理的支撑结构，以促进成功构建。AM模块1801的输出通常可以包括直接和/或利用相关支撑结构、部分烧结或粘结粉末等附接到构建基板的半成品/结构。该产品可以在最终使用之前被暴露于后续加工。
自动化嵌套1803
在自动化嵌套1803中，可以分析一组或一群具有一组特性的数字设计模型，该一组特征诸如边界包络、形状复杂度/凹度值、关键特征等。这些模型可以根据一组生产要求(例如，数量、进度、相关装备能力等)通过一组算法来表征和解释。该算法通过结合互补和类似活动来减少材料、建造时间、停工时间等的浪费，寻求提高或最大化工厂运营效率。
自动化嵌套1803的输入可以包括一组/一群具有嵌套分析所需的一组特性的数字设计模型。来自自动化嵌套1803的输出可以包括一组优化的构建定义，其最大化工厂运营效率目标函数并定义在添加过程中要共同制造的每个项目的所需位置和方向。
自动化支撑生成1805
自动化支撑生成1805可以为AM设计生成支持结构设计，AM设计可以在打印期间采用支撑结构。对于具有定义的构建矢量的任何给定数字设计模型，可以用打印过程中使用的特征来修改模型。自动化支撑生成1805的输出可以根据用于打印的机器以及打印期间零件的角度或旋转、APS200中的其他模块生成的零件中的拆分等而改变。
选择性激光熔化或粉末床熔合技术通常将设计解构为一系列固定或可变厚度的切片，并且这种设计可以采用支撑结构进行热和应力管理，以促进成功构建。这些热机械结构被用于在所选AM技术的限制要求内(诸如构建角度、来自工艺设置的残余、预热/环境条件等)增加成功构建的概率。来自AM工艺模拟软件的知识库和先前制造的产品的不断增长的数据库，以及诸如输入模型的尺寸精度的其他特性，使该过程随着时间的推移越来越自动化，并增加打印过程的产量。
自动化支撑生成1805的输入可以包括准备好的数字设计模型和相关的构建矢量/方向，如果适用。来自自动化支撑生成1805的输出可以包括用增加成功打印概率所需的任何热机械结构修改的模型。
图19示出了根据本公开的一个方面的装配模块211的进一步细节。
装配模块211尤其可以包括装配规划模块1901，其可以包括装配规划器用户界面1903、顺序规划器1905、装配特征定位器1907、运动规划器1909、精度预测器/指挥器1911以及离线编程(OLP)规划器1913。这些部件可以相互循环以汇聚为优化的装配解决方案。
装配规划器用户界面1903
装配规划器用户界面1903可以包括装配规划器的图形用户界面(GUI)，其可以是机器人装配单元/自动化装配过程的用户界面。装配规划器用户界面1903可以是图形的和直观的，使得它可以在没有专门训练的情况下被操作。
装配规划器用户界面1903可以以直观的方式显示模拟装配过程，随着制造过程的推进，突出显示组件或子组件的零件和步骤。对用户的输出可以包括机器的周期时间、预测的装配精度和机器人利用率。
装配规划器用户界面1903可以包括一个或多个软件，其可以包括商业可用软件或专有软件、基于几何的模拟、评估传感器输入的处理器和其他项目。装配规划器用户界面1903的输入可以包括结构CAD和装配布局、来自自动化装备的传感器输出、零件定位器和其他输入。来自装配规划器用户界面1903的输出可以包括图形界面。
顺序规划器1905
顺序规划器1905可以接收结构的CAD和装配布局，并输出给定子组件或产品的装配顺序。装配顺序描述零件或子组件被装配或接合的顺序，以创建最终装配或最终产品。顺序规划器1905描述并保持整个装配线/单元中每个机器人的顺序和位置、哪个机器人夹持/装配哪些零件、每个机器人的操作顺序、哪个零件台以哪个零件开始等。
由顺序规划器1905生成的顺序可以是开发更大机器人程序和PLC/IPC代码的基础。由顺序规划器1905产生的顺序说明了装配制造模块215要遵循的装配顺序。装配过程也可以与架构设计模块801集成，以确定整体装配的最佳拆分。这种拆分可以包括从装配顺序规划器输出的信息，以比较不同装配顺序之间的精度、周期时间、效率等。该顺序规划器1905还可以与装配特征定位器1907、运动规划器1909和精度规划器1911集成并与之对接。当与装配规划模块1901内的各种规划模块对接时，顺序规划器905生成最终装配顺序，以用作OLP规划器1913的基线。
顺序规划器1905的输入可以包括结构CAD、装配布局、与装配特征定位器、运动规划器和精度预测器的循环，以及与架构设计/优化模块的循环。顺序规划器1905的输出可以包括装配顺序、与装配特征定位器、运动规划器和精度预测器的循环以及与架构设计/优化模块的循环。
装配特征定位器1907
装配特征定位器1907可以确定零件、子组件或最终产品上所有装配特征的位置。然后，这些位置可以被用于装配特征中的自动设计。装配特征定位器1907可以涉及多个分析以确定最佳位置，同时考虑整个APS200的成本和效率性能。
装配特征定位器1907可以专注于接合位置、质量控制(QC)特征、紫外线(UV)特征和计量特征，但其他特征定位器位置可以由装配特征定位器考虑。
装配特征定位器1907模块与顺序规划器1905对接，因为顺序和位置的变化相互影响，并且还与架构设计模块801和部件设计模块803对接，以考虑拆分和CAD设计特征的变化。
装配特征定位器1907的输入可以包括结构CAD、装配布局、顺序规划器1905、运动规划器1909和精度预测器1911，以及架构设计/模块801和部件设计模块803。装配特征定位器1907的输出可以包括接合位置选择或位置、确定的QC(机器人机械爪)位置、确定的UV特征位置、定位的计量特征、顺序规划器变化、运动规划器变化和精度预测器变化，以及架构设计模块801和部件设计模块803的输入。
运动规划器1909
运动规划器1909可以使用装配特征定位器1907的输入来确定装配单元或装配线中每个机器人的运动路径。可以基于一个或多个参数(例如，周期时间、过程、装配线安全(机器人碰撞控制等))或其他参数来改进该路径。运动规划器1909的输入可以包括装配顺序、装配特征位置、与顺序规划器、装配特征定位器和精度预测器的循环，以及与架构设计/优化模块和核心部件设计模块的循环。来自运动规划器1909的输出可以包括每个机器人的运动路径、顺序规划器1905、装配特征定位器1907和精度预测器1911的数据以及架构设计模块801和部件设计模块803的数据。
精度预测器/指挥器(conductor)1911
精度预测器/指挥器1911可以提供最终装配/产品的精度的预测，并且也可以用于在制造过程中提高装配精度。精度预测器/指挥器1911可以使用软件模块来基于结构CAD、装配顺序、装配特征位置等来预测制造精度。精度预测器/指挥器1911可以与顺序规划器1905、装配特征定位器1907和运动规划器1909对接，以提高制造/构建过程中每个步骤的精度，并且可以基于构建时间、成本或关于构建精度的其他因素来提供权衡。精度预测器/指挥器1911还可以与架构设计模块801和部件设计模块803对接，以告知关于制造精度的期望的或改进的拆分和几何形状。
精度预测器/指挥器1911的输入可以包括装配顺序、装配特征位置、顺序规划器1905、装配特征定位器1907和运动规划器1909，以及来自架构设计模块801和部件设计模块803的输入。来自精度预测器/指挥器1911的输出可以包括装配精度的预测、物理装配过程的实时控制的选项、机器学习(对机器人的反馈)等，以调整位置并提高总体装配精度。
OLP规划器1913
OLP规划器1913创建了可以被发送至IPC/PLC/单元服务器并下载至机器人的结构化OLP。OLP规划器1913将装配模块211的输出编译成与装配单元硬件兼容的形式，使得装配模块211输出可以被装配单元接收以构造子组件/产品。OLP规划器1913的输入可以包括机器人运动路径、装配顺序(例如，IPC/PLC的甘特图)和装配特征位置。OLP规划器1913的输出可以包括结构化OLP以及功能、I/O和其他通信，以由装配单元使用。
图20示出了根据本公开的一个方面的工厂管理模块的进一步细节。
工厂管理模块212可以包括企业资源规划器(ERP)2001、制造执行系统(MES)2003、质量管理系统(QMS)2005和产品生命周期管理(PLM)系统2007。
企业资源规划器(ERP)2001
ERP 2001可以执行库存控制和自动化采购。ERP 2001可以是诸如Oracle的商业可用的软件，或者可以是用于部分或全部装配过程的专有软件。ERP 2001的输入可以包括MES2003数据和PLM 2007集成。ERP 2001的输出可以包括基于MES2003和PLM 2007提供的数据的库存控制和自动采购。
MES2003
MES2003可以用作高级控制器来调度/排序活动或制造步骤。MES2003还可以被用于验证数据、记录数据和显示制造过程中生成的数据。MES2003可以集成并向设计选择或设计子系统201提供输入。MES2003考虑工厂产能、调度和其他因素，并可以确定是否有过剩产能以及与过剩产能相关联的任何成本。
MES2003可以提供数据，以允许复杂的设计选择，例如，其中设计可能更偏重于性能而不是周期时间(即，工厂中存在过剩产能)，或可能受到产能或进度变化影响的其他权衡。MES2003可以通过特定机器上的传感器、系统中的PLC/IPC等被连接到APS200。MES还可以被连接到ERP 2001，共享与库存管理和材料采购相关的数据。
MES2003的输入可以包括来自APS200的设计子系统201部分和制造子系统203的制造指令。来自MES2003的输出可以包括生产进度，例如，每个制造步骤/过程等的调度细节、根据ISO标准验证的生产数据、受控的生产数据、记录的数据，以及与ERP 2001集成以进行采购和库存管理的数据。
质量管理系统(QMS)2005
QMS2005可以提供用于开发APS200技术和执行生产计划的一套政策、过程和程序。这些政策、过程和程序可以记录并提供改进机会，帮助预防缺陷，并减少生产和供应链中的变化和浪费。QMS2005的输入可以包括客户要求、过程要求和技术要求。QMS2005的输出可以包括经验教训、标准化表格、标准操作程序、工作指南、培训材料、风险评估和响应、不合格报告和纠正措施，以及来自性能监控和执行的测量数据，包括维护日志、生产线末端或现场质量监控测试。
产品生命周期管理(PLM)系统2007
PLM系统2007可以提供标准的产品生命周期管理功能、设计和工艺文件的管理、BOM、分类和其他元数据，以及合规数据(诸如出口控制数据)。PLM系统2007的输入可以包括产品和过程列表。来自PLM系统2007的输出可以包括生命周期管理的产品数据。
图21示出了根据本公开的一个方面的AM粉末和材料管理模块214的进一步细节。
AM粉末和材料管理模块214可以包括粉末管理模块2101、粘合剂管理模块2103、废物管理模块2105和COTS管理模块2107。粉末管理模块2101可以包括粉末质量测试模块2109和粉末递送和存储模块2111。粘合剂管理模块2103可以包括粘合剂质量测试模块2113和粘合剂递送和存储模块2115。废料管理模块2105可以包括过滤器更换模块2117和材料废物/回收模块2119。
粉末管理模块2101
粉末管理模块2101可以管理用于制造装配零件的3D打印机的粉末和其他原料的测试、存储和递送。粉末管理模块2101的输入可以包括原始粉末和用过的粉末、将支撑物回收到可用的库存中，以及库存中新接收的粉末。粉末管理模块2101的输出可以包括用于AM操作的原料。
粘合剂管理模块2103
粘合剂管理模块2103可以提供关于在适当条件下(例如温度控制、制冷等)存储粘合剂的信息，并且可以将粘合剂供应到机器人装配单元，例如，保持粘合剂、结构性粘合剂、待分配的量等，用于装载到专门设计的分配系统中，以应用于零件粘合线。
粘合剂管理模块2103管理装配单元或机器人中使用的粘合剂的剂量、应用和类型，以及粘合剂一旦应用后的固化。粘合剂管理模块2103还可以控制所使用的粘合剂的浪费，并按照适用的监管标准管理该浪费。粘合剂管理模块2103的输入可以包括被递送到机器人装配单元的粘合剂(粘合剂的类型、量、使用率等)，用于零件粘合。粘合剂管理模块2103的输出可以包括为装配单元操作提供的粘合剂的速率。
废物管理模块2105
废物管理模块2105可以管理由APS200生成的废物/可回收材料。废物管理模块2105可以管理由工厂过程生成的废物，诸如过滤器、暴露的粉末、支撑物、涂层冲洗材料、用过的浴液材料、中和剂、喷嘴中暴露的粘合剂、废气、加工碎片、用过的滚磨介质和废水，以及其他废料。废物管理模块2105的输入可以包括需要处置、补救或回收的所有废物。废物管理模块2105的输出可以包括与废物相关的数据，包括符合所有监管要求的适当废物处置的报告。
COTS管理模块2107
COTS管理模块2107可以管理制造子系统203的COTS需求。例如，COTS管理模块2107可以包括COTS零件的库存。这些COTS零件可以根据需要被递送到装配制造模块215，以装配成多材料组件。COTS管理模块2107的输入可以包括组件的COTS需求。COTS管理模块2107的输出可以包括用于由装配制造模块215装配的COTS零件。
粉末质量测试模块2109
粉末质量测试模块2109可以提供粉末测试，例如，检查每个质量关键(CTQ)参数，例如粉末流速、湿度、化学性质等。粉末质量测试模块2109可以确认被递送并引入中央粉末处理和分配系统的材料的类型和质量，其将粉末保持在多个AM系统的限定控制限度内。粉末质量测试模块2109可以基于使用和环境变量(诸如粉末寿命/降解模型)周期性地和/或以各种间隔随机地确认和检查粉末。
粉末质量测试模块2109的输入可以包括具有供应商认证和测试的接收到的粉末，以及待验证是否继续使用的一个或多个系统内回收的用过的粉末。粉末质量测试模块2109的输出可以包括在作为APS200的一部分的AM系统中使用的批准的粉末/原料。
粉末递送和存储模块2111
粉末递送和存储模块2111可以为3D打印机提供粉末和其他原料的存储和递送数据。粉末递送和存储模块2111可以提供批准粉末的指示和位置，该批准粉末存储在符合安全规定的位置，例如，反应性、自燃性等，这对每种粉末来说可能是独特的。粉末递送和存储模块2111还可以将批准的粉末引入中央粉末处理和分配系统。粉末递送和存储2111的输入可以包括粉末/原料递送和适当的存储指令以及验证和验收标准和指令。粉末递送和存储模块2111的输出可以包括按照工厂管理工具(诸如ERP 2001和QMS2005)的要求向AM系统供应的粉末/原料。
粘合剂质量测试模块2113
粘合剂质量测试模块2113可以测试库存中的粘合剂，以确保满足粘合剂的质量要求。可以实施各种质量措施以验证粘合剂具有足够的质量以在APS200内使用，诸如固化轮廓、搭接剪切和其他测试技术。粘合剂质量测试模块2113的输入可以包括需要评估和确认的库存中的粘合剂。粘合剂质量测试模块2113的输出可以包括已确认用于APS200的那些库存中的粘合剂。
粘合剂递送和存储模块2115
粘合剂递送和存储模块2115可以为机器人装配单元的粘合剂存储和递送提供跟踪。粘合剂递送和存储模块2115提供关于批准的粘合剂的数据，例如，存储位置、递送状态、安全规定、环境控制要求等，直到使用点的需求达到阈值，使得可能需要额外的粘合剂材料来完成装配操作。粘合剂递送和存储模块2115的输入可以包括给定粘合剂已经被递送并在验证和验收后适当存储的数据。粘合剂递送和存储模块2115的输出可以包括与按照工厂管理工具(诸如ERP 2001和QMS2005)的要求向机器人单元系统供应的给定粘合剂相关的数据。
过滤器更换模块2117
过滤器更换模块2117可以管理需要过滤器的3D打印机的过滤器要求，诸如粉末床熔合打印机。过滤器更换模块2117可以监控需要在一定清洁度范围内操作的过滤器，以确保在广泛的参数范围内的过程稳定性。
过滤器更换模块2117的输入可以包括需要更换或替换的过滤器。过滤器更换2117的输出可以包括满足背压要求的过滤器、库存中的过滤器以及为即将使用而订购的过滤器。
材料废物/回收模块2119
材料废物/回收模块2119可以从制造203中的各个模块接收废物和/或可回收材料，并处理材料以进行处置和/或回收。材料废物/回收模块2119可以管理废物/可回收功能，诸如支撑材料回收、支撑物的球磨、电解抛光废物的再生、过滤材料回收等。材料废物/回收模块2119还可以管理相变回收或处置，例如，固体可回收物转化为液体、从溶液中重新电镀金属或其他回收或处置过程。材料废物/回收模块2119的输入可以包括作为回收候选的各种废物流。材料废物/回收模块2119的输出可以包括可被转换回APS200的原料(feedstock)中的回收材料。
图22示出了根据本公开的一个方面的AM部件制造模块213的进一步细节。
AM部件制造模块213可以包括增材制造(打印)模块2201、加工(部件)模块2203、材料运输和存储模块2205、质量/检验模块2207和涂覆模块2209。
增材制造(打印)模块2201
增材制造(打印)模块2201可以管理和操作3D打印机和后处理机器，以添加制造零件。增材制造(打印)模块2201可以跟踪或打印完成的零件或用于由装配制造模块215装配的组件的零件。增材制造模块(打印)2201可以管理从原料到半成品或成品输出的AM工艺链，如果适用于所考虑的部件，则不包括机加工和装配操作。增材制造(打印)模块2201的输入可以包括用于3D打印机的粉末和/或原料等。增材制造(打印)模块2201的输出可以包括3D打印零件。
加工(部件)模块2203
加工(部件)模块2203可以管理传统的减材方法，最通常涉及CNC切割和钻孔工具。加工(部件)模块2203还可以根据加工3D打印零件所涉及的材料来管理其他方法，诸如EDM。加工(部件)模块2203的输入可以包括具有或不具有滚磨表面的半成品或成品零件。加工(部件)模块2203的输出可以包括加工完成的部件。
材料运输和存储模块2205
材料运输和存储模块2205可以管理和跟踪设施内从一个站到另一个站的部件移动，包括临时库存位置，如工作指令/流动工人所规定的。如果使用任何外包过程，则材料运输和存储模块2205可以包括设施外运输。材料运输和存储模块2205可以包括质量保持/隔离区、需要返工/修理的零件或材料等，以完成处理。材料运输和存储模块2205的输入可以包括需要在设施内从一个站到另一个站移动以完成处理或装配的部件的位置。材料运输和存储模块2205的输出可以包括零件或材料的完成处理以及到最终库存位置的递送。
质量/检验模块2207
质量/检验模块2207可以管理和跟踪需要进行质量测试的那些零件，以验证那些零件的适用性。质量/检验模块2207可以用于避免在不可用的硬件中投入时间和制造资源。质量测试可以按照工艺能力和缺陷性质告知的频率执行。质量/检验模块2207的输入可以包括需要质量测试的零件。质量/检验模块2207的输出可以包括已通过质量测试的已检查零件和需要返工、修理或返回给制造商的零件。
涂覆模块2209
涂覆模块2209可以管理和跟踪制造过程中可能被涂覆的零件。涂层可以用于满足各种特性，但最常见的是用于摩擦、腐蚀或美学目的。涂覆模块2209可以基于应用要求并考虑基材性能来管理合适涂层的选择。除了电涂覆，阳极氧化、自装配单层、油漆、有机涂覆和其他都是可能的。涂覆模块2209的输入可以包括需要涂覆的零件。涂覆模块2209的输出可以包括已经成功涂覆的零件，以及已经使用的、库存的或需要订购的涂层量。
图23示出了根据本公开的一个方面的AM打印模块2201的进一步细节。
增材制造(打印)模块2201尤其可以包括，构建圆筒再合并模块2301、构建板/圆筒预热模块2203、打印模块2305、构建包解除合并模块2307、构建包冷却模块2309、粉末回收模块2311、自动化构建板分离模块2313、构建板表面重修(CNC)模块2315、构建板喷丸模块2317、热处理模块2319、支撑物去除模块2321和表面处理模块2323。
构建圆筒再合并模块2301
构建圆筒再合并模块2301可以包括专用装备，该设备可将构建板包机械地互锁并密封至构建圆筒，以形成整体构建包。构建圆筒再合并模块2301可以构造构建包，其可以是用未熔化的粉末包围所完成的构造的密封容器。构建圆筒再合并模块2301可以进一步添加用于顶面的密封元件，诸如盖子，以防止粉末污染、松散粉末的意外溢出、暴露于大气等。构建圆筒再合并模块2301的输入可以包括装配的构建板包[这可以是自动化的]和适当准备的构建圆筒。构建圆筒再合并模块2301的输出可以包括用于安装在打印机和相关联的处理中的完全合并的组件。
构建板/圆筒预热模块2303
构建板/圆筒预热模块2303可以包括用于构建板/圆筒的预热的指令。被制造的每种材料都有特定的板预热，其是参数设置和其他机器设置的一部分。构建板/圆筒预热模块2303还可以在AM处理期间将预热温度保持在允许的变化范围内，以确保整个构建体积的一致性。构建板/圆筒预热模块2303还可以监控和控制板预热，以通过在打印机外部的一组专门的站处发生而改善整个工厂周期时间和利用率，这可以是机器使用时间值与单独的站的成本、预热的总质量、预热温度与环境条件的差值等的函数。构建板/圆筒预热模块2303的输入可以包括材料特定的预热设置。构建板/圆筒预热模块2303的输出可以包括在整个构建作业中保持的预热温度。
打印模块2305
打印模块2305可以监控和跟踪零件的制造，包括3D打印零件。打印模块2305可以监控和控制具有稍微不同的工艺链的不同AM工艺，这需要监控和控制逐层制造工艺。打印模块2305针对一组质量特性来监控每一层。打印模块2305可以监控开环或闭环过程中的层，并且可以涉及平衡在部分状态下停止构建或者允许其运行到完成，用于对潜在缺陷进行非现场验证，或者在识别出工艺问题时进行干预。打印模块2305的输入可以包括原料、工艺气体、具有相关参数的构建文件和机器设置，以实现一组工程要求(材料性能、尺寸、其他功能，诸如热交换或流量等)。打印模块2305的输出可以包括打印好的零件、工艺废物(过滤器、气体、超大粉末)。
构建包解除合并模块2307
构建包解除合并模块2307可以监控和控制将构建包机械分离为用于后续过程的成分的装备。构建包解除合并模块2307的输入可以包括干净的构建包。构建包解除合并模块2307的输出可以包括装配的构建板包和使用过的构建圆筒，该构建板包括零件。
构建包冷却模块2309
构建包冷却模块2309可以包括对构建包冷却的监控和控制。构建包冷却模块2309可以监控和控制整个构建包，其可以包括外部圆筒和板包。构建板包可以包括板加上包含加热和/或冷却元件的配合板。构建包冷却模块2309可以出于各种目的(诸如温度监控)监控和控制构建包中的传感器。可以包括额外的硬件，以便打印机操作不受冷却时间的限制，这可能涉及工厂AM部分中的站。构建包冷却模块2309的输入可以包括处于不适合后续安全处理的温度的构建包。构建包冷却模块2309的输出可以包括处于适合于后续安全处理的温度的构建包。
粉末回收模块2311
粉末回收模块2311可以包括对使用粉末的APS200中3D打印过程中的粉末回收进行监控和控制。粉末回收模块2311可以通过在搅动下排出来回收粉末，这可以包括高频和低频搅动、连续改变零件姿态，或者包括在单独的装备上的构建板水平上的详细清洁。零件的旋转可以在至少一个轴上进行，并且优选地在三个轴上进行，以便于从复杂的内部通道中去除。粉末回收模块2311的输入可以包括被粉末污染的构建包。粉末回收模块2311的输出可以包括清洁构建包。
自动化构建板分离模块2313
自动化构建板分离模块2313可以包括从构建板分离零件的监控和控制。对于铝合金，通常可以使用机械切割方法，而对于其他材料，其他策略可能更经济，诸如放电加工。自动化构建板分离模块2313可以包括在装配单元或单个机器人水平上的构建板分离的监控和控制，并且还可以包括QC特征、专用切割机器人或其他监控和控制过程。自动化构建板分离模块2313的输入可以包括具有由支撑物附接的部件的构建板。自动化构建板分离模块2313的输出可以包括构建板，该构建板由于在具有保持附接的支撑物的半成品零件上的残余支撑物而需要重修表面。
构建板表面重修(CNC)模块2315
构建板表面重修(CNC)模块2315可以包括对构建板的表面研磨或机加工(铣削)的监控和控制。构建板表面重修(CNC)模块2315可以包括对各种技术的监控和控制，例如，由于研磨石头的修整间隔，研磨可能不如对铝进行机加工更优选，因为铝是相对软的材料。构建板表面重修(CNC)模块2315可以包括对标准化方法的监控和控制，这些方法在制造过程中的各个步骤处可能是足够的，然而，如果经济上支持装配过程中的特定材料或工艺，则可以考虑诸如激光烧蚀的独特方法。构建板表面重修(CNC)模块2315的输入可以包括由于残余支撑物(或者如果太薄则为废料)而需要表面重修的构建板。构建板表面重修(CNC)模块2315的输出可以包括厚度和平整度/光洁度要求内的构建板，或者需要随后的粗糙化以促进第一层的粘附。
构建板喷丸模块2317
构建板喷丸模块2317可以包括监控和控制喷丸或喷珠以使板表面粗糙化。板表面的喷丸或喷珠可以促进支撑物与板表面的良好附接。构建板喷丸模块2317可以改变AM材料的板表面粗糙度的参数，该AM材料可以在没有板表面粗糙化的情况下被打印。例如，但不作为限制，诸如钛的一些材料可以牢固地附接到板上，并且随后被去除而不使板表面粗糙，而其他材料则需要更粗糙的板表面在打印过程中适当地粘附。构建板喷丸模块2317的输入可以包括厚度和平整度/光洁度要求内的构建板，或者需要随后的粗糙化以促进第一层的粘附。构建板喷丸模块2317的输出可以包括用于下一作业的构建板准备状态。
热处理模块2319
热处理模块2319可以包括对构建包的热处理的监控和控制。热处理模块2319可以包括监控和控制残余应力的应力消除，使得减少从板分离之前的零件变形。热处理模块2319可以包括对特定零件的热处理的监控和控制，以实现期望的一组机械性能和相关的微观结构，例如沉淀硬化热处理、老化等。热处理模块2319的输入可以包括需要热处理的构建包或部件。热处理模块2319的输出可以包括热处理/应力消除组件或部件。
支撑物去除模块2321
支撑物去除模块2321可以包括监控和控制满足所需光洁度标准的零件的支撑物去除移除过程。支撑物去除模块2321可以包括对需要额外材料去除的零件的监控和控制，以及对准备好进行后续处理或递送的零件的监控和控制。支撑物去除模块2321可以包括对各种机械装置的监控和控制，包括使用有动力或无动力手动工具。热能方法或电化学方法如电抛光。支撑物去除模块2321的输入可以包括附接有支撑物的半成品零件。支撑物去除模块2321的输出可以包括具有很少/没有支撑物的半成品或成品零件。
表面处理模块2323
表面处理模块2323可以包括对半成品或成品零件的表面处理的监控和控制。表面处理模块2323可以包括对具有各种表面光洁度(诸如光洁度的均匀性、平滑度、上表皮表面和下表皮表面之间的比较、被支撑区域和未被支撑区域等)的零件的监控和控制。表面处理模块2323可以包括对一个或多个过程的监控和控制，诸如使用处于湿润条件下的介质在数分钟或数小时内去除粗糙区域的研磨过程，并且可以在机加工之前执行，并且可能与其他精加工过程(诸如化学或其他机械/研磨过程)相结合。表面处理模块2323的输入可以包括具有很少/没有支撑物的半成品或成品零件。表面处理(滚磨)[大众媒介精加工]模块2323的输出可以包括具有滚磨表面的半成品或成品零件。
图24示出了根据本公开的一个方面的加工(部件)模块2203的进一步细节。
加工(部件)模块2203可以包括部件加工模块2401、钻孔/攻丝加工模块2403、COTS加工模块2405和脱脂/零件清洁模块2407。
部件加工模块2401
部件加工模块2401可以包括监控、控制和设计复杂部件的工件夹持考虑，用于处理所有所需表面的多个加工设置的紧固件(fixture)，和/或专用工件夹持特征部。部件加工模块2401可以包括部件设计的监控、控制和设计，以便于安全和精确的加工。部件加工模块2401的输入可以包括具有或不具有滚磨表面的半成品或成品零件。部件加工模块2401的输出可以包括完成加工的部件的位置和状态。
钻孔/攻丝加工模块2403
钻孔/攻丝加工模块2403可以包括对APS200中使用的激光钻孔、开孔器/沉孔器、放电加工(EDM)、化学铣削或任何其他方法的监控和控制。钻孔/攻丝加工模块2403可以包括对基于基材的加工的监控和控制。钻孔/攻丝加工模块2403的输入可以包括具有或不具有滚磨表面的半成品或成品零件。钻孔/攻丝加工模块2403的输出可以包括完成加工的部件的位置和状态。
COTS加工模块2405
COTS加工模块2405可以包括对COTS零件加工的监控和控制。COTS加工模块2405可以包括各种COTS零件的几何要求或参数。COTS加工模块2405可以监控和控制各种特征，以便于在装配单元和/或多材料结构内的后续处理和附接。COTS加工模块2405的输入可以包括半成品COTS部件，诸如挤压件、铸件、板材等。COTS加工模块2405的输出可以包括完成加工COTS部件的位置和状态。
脱脂/零件清洁模块2407
脱脂/零件清洁模块2407可以包括对APS200内使用的清洁方法的监控和控制。脱脂/零件清洁模块2407可以包括监控和控制溶剂、表面活性剂和用于清洁零件的工艺，诸如超声波搅动、热应用、干冰喷射、材料成分等。脱脂/零件清洁模块2407的输入可以包括受污染的部件(AM、COTS)，包括加工碎片、残余粉末、切削液和其他润滑剂等。脱脂/零件清洁模块2407的输出可以包括在允许的污染限度内零件清洁的位置和状态，用于随后的处理或递送。
图25示出了根据本公开的一个方面的材料运输和存储模块2205的进一步细节。
材料运输和存储模块2205可以包括自动化材料和部件运输模块2501和智能货架/库存模块2503。
自动化材料和组件运输模块2501
自动化材料和部件运输模块2501可以包括对AGV和机器人推车、输送机、龙门运输等的监控和控制，以将材料和部件运输到APS200内的位置。自动化材料和部件运输模块2501的输入可以包括部件在设施内从一个站移动到另一个站以完成装配或零件处理时部件的位置。自动化材料和部件运输模块2501的输出可以包括完成的处理和递送到最终库存位置/递送。
智能货架/库存模块2503
智能货架/库存模块2503可以包括仓储和货架系统的监控和控制。智能货架/库存模块2503可以包括在从构建板分离并完成所需的单独精加工操作之后对零件可追溯性的监控和控制。
在本公开的一个方面，智能货架/库存模块2503可以包括使用UID或基于视觉的系统识别零件，并以适合后续机器人拾取的方式定向零件。智能货架/库存模块2503可以促进在机器人装配单元零件台上的正确定向，这可以减少装配时间。智能货架/库存模块2503的输入可以包括具有已知处理历史和可追溯性的零件，以及用于定向的特征部，如果适用于设计的话。智能货架/库存模块2503的输出可以包括库存零件以用于后续使用，诸如派发给客户、外部供应商服务和供应给其他工厂模块。
图26示出了根据本公开的一个方面的质量/检验模块2207的进一步细节。
质量/检验模块2207可以包括材料质量验证模块2601和自动化计量检验模块2603。
材料质量验证模块2601
材料质量验证模块2601可以包括在一系列水平上对各种材料验证测试的监控和控制。材料质量验证模块2601可以包括对通常执行的质量测试的监控和控制，诸如材料成分、硬度、在感兴趣的温度范围下的强度、应用相关数据、疲劳值、韧性、润湿性、涂层/材料厚度、流变学、粘度、流动、体积分析、以及材料粉末、零件、粘合剂、COTS等的X射线/CT。材料质量验证模块2601的输入可以包括需要材料质量测试的零件。材料质量验证模块2601的输出可以包括与具有验证材料的被检验零件相关的数据。
自动化计量检验模块2603
自动化计量检验模块2603可以包括零件的尺寸检验的监控和控制。自动化计量检验模块2603可以包括使用探测装置、结构光扫描等执行的尺寸检验的监控和控制。尺寸检验可以作为装配过程的一部分而被自动化，例如，通过对用于检验的零件或子组件上的特征进行编程。自动化计量检验模块2603的输入可以包括需要计量评估的零件。自动化计量检验模块2603的输出可以包括满足目标尺寸(或者因适用处置而被拒绝的质量)的经验证的零件。
图27示出了根据本公开的一个方面的涂覆2209的进一步细节。
涂覆2209可以包括电涂覆模块2701。
电涂覆模块2701
电涂覆模块2701可以包括对零件电涂覆的监控和控制。电涂覆模块2701可以包括电涂覆或电镀的监控和控制，其可以用作腐蚀保护以减少环境腐蚀。电涂覆模块2701可以包括在周期完成时对槽液的排出监控和控制，这可以包括：用于有效地涂覆内部复杂特征部或零件的专门保持的均镀能力(throwing power)，并且还可以监控节点级涂覆、子组件级涂覆或全组件涂覆。电涂覆模块2701的输入可以包括要被电涂覆的那些零件或子组件。电涂覆模块2701的输出可以包括要被电涂覆的那些零件或子组件的位置和状态。
图28A-D示出了示例性3D打印机系统的相应侧视图。
在该示例中，3D打印机系统是粉末床熔合(PBF)系统2800。图28A-D显示了在不同操作阶段期间的PBF系统2800。图28A-D中所示的特定实施例是采用本公开原理的PBF系统的许多合适的示例中的一个。还应注意，图28A-D和本公开中的其他附图的要素不一定按比例绘制，但出于更好图示本文所描述的概念的目的可以被绘制得较大或较小。PBF系统2800可以包括：沉积器2801，其可以沉积金属粉末的每层；能量束源2803，其可以生成能量束；偏转器2805，其可以施加能量束以熔合粉末材料；以及构建板2807，其可以支持诸如构建件2809的一个或多个构建件。尽管术语“熔合”和/或“融合”用于描述粉末颗粒的机械耦合，但其他机械动作，例如烧结、熔化和/或其他电、机械、机电、电化学和/或化学耦合方法被认为在本公开的范围内。
PBF系统2800还可以包括构造底板2811，其被定位在粉末床容器内。粉末床容器的壁2812一般限定粉末床容器的边界，该粉末床容器从侧面被夹在壁2812之间，并且紧靠下面的构建底板2811的部分。构建底板2811可以逐渐降低构建板2807，使得沉积器2801可以沉积下一层。整个机构可以驻留于可以包围其他组件的腔2813中，从而保护该装备，使得能够实现大气和温度调节并减轻污染风险。沉积器2801可以包括：漏斗2815，其容纳诸如金属粉末的粉末2817；以及校平器2819，其可以校平沉积的粉末的每层的顶部。
具体地参照图28A，此图示出了在已经熔合了构建件2809的一片之后但在沉积粉末的下一层之前的PBF系统2800。事实上，图28A示出了PBF系统2800已经在多层(例如，2850层)中沉积并熔合了片以形成构建件2809的当前状态(例如，由2850片形成)的时间。已经沉积的多层创建了粉末床2821，其包括沉积了但未熔合的粉末。
图28B示出了处于其中构建底板2811可以降低粉末层厚度2823的阶段的PBF系统100。构建底板2811的降低造成构建件2809和粉末床2821下降粉末层厚度2823，使得构建件和粉末床的顶部比粉末床容器壁2812的顶部低一个等于粉末层厚度的量。例如，以此方式，可以在构建件2809和粉末床2821的顶部上方创建具有等于粉末层厚度2823的一致厚度的空间。
图28C示出了处于其中沉积器2801被定位成在构建件2809和粉末床2821的顶部上方创建的并且由粉末床容器壁2812限制边界的空间中沉积粉末2817的阶段的PBF系统2800。在此示例中，沉积器2801可以在所限定的空间上逐渐移动，同时从漏斗2815释放粉末2817。校平器2819可以校平所释放的粉末以形成粉末层2825，该粉末层2825的厚度由粉末层顶表面2826限定，并且可以基本上等于粉末层厚度2823(参见图28B)。因此，可以由粉末材料支撑结构来支撑PBF系统中的粉末，所述粉末材料支撑结构可以包括例如构建板2807、构建底板2811、构建件2809、壁2812等。应注意的是，所示出的粉末层2825的厚度(即粉末层厚度2823(图28B))大于用于上面参照图28A所讨论的包含2850先前沉积的层的示例的实际厚度。
图28D示出了处于其中在粉末层2825的沉积之后(图28C)能量束源2803生成能量束2827并且偏转器2805施加能量束以熔合构建件2809中的下一片的阶段的PBF系统2800。在各种示例性实施例中，能量束源2803可以是电子束源，在该情况下能量束2827构成电子束。偏转器2805可以包括偏转板，其可以生成选择性地偏转电子束以造成电子束跨指定为要被熔合的区域进行扫描的电场或磁场。在各种实施例中，能量束源2803可以是激光器，在该情况下能量束2827为激光束。偏转器2805可以包括光学系统，其使用反射和/或折射来操纵激光束以扫描待熔合的选定区域。
在各种实施例中，偏转器2805可以包括一个或多个平衡环(gimbal)和致动器，其可以旋转和/或平移能量束源以定位能量束。在各种实施例中，能量束源2803和/或偏转器2805可以调制能量束，例如，当偏转器扫描时开启和关闭能量束，使得能量束仅被施加在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)来调制。
图28E示出了根据本公开的一个方面的3D打印机系统的功能框图。
在本公开的一个方面中，控制设备和/或元件(包括计算机软件)可以被耦合到PBF系统2800，以控制PBF系统2800内的一个或多个部件。这样的设备可以是计算机2850，其可以包括可以协助控制PBF设备2800的一个或多个部件。计算机2850可以经由一个或多个接口2851与PBF系统2800和/或其他AM系统进行通信。计算机2850和/或接口2851是可以被配置为实施本文所述的各种方法的设备的示例，该设备可以协助控制PBF系统2800和/或其他AM系统。
在本公开的一个方面，计算机2850可以包括至少一个处理器2852、存储器2854、信号检测器2856、数字信号处理器(DSP)2858和一个或多个用户界面2860。计算机2850可以包括附加部件，而不脱离本公开的范围。
处理器2852可以协助控制和/或操作PBF系统2800。处理器2852也可以被称为中央处理单元(CPU)。存储器2854，其可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，可以向处理器2852提供指令和/或数据。存储器2854的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(NVRAM)。处理器2852通常基于存储在存储器2854内的程序指令执行逻辑和算术运算。存储器2854中的指令可以是可执行的(例如，由处理器2852执行)，以实施本文描述的方法。
处理器2852可以包括或是用一个或多个处理器实施的处理系统的部件。一个或多个处理器可以用通用微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、浮点门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、控制器、状态机、门控逻辑、离散硬件部件、专用硬件有限状态机或者可以执行计算或信息的其他操作的任何其他合适的实体来实施。
处理器2852还可以包括用于存储软件的机器可读介质。软件应被广义地解释为任何类型的指令，无论是被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其他。指令可以包括代码(例如，源代码格式、二进制代码格式、可执行代码格式、RS-274指令(g代码)、数字控制(NC)编程语言和/或任何其他合适的代码格式)。当由一个或多个处理器执行时，指令致使处理系统执行本文描述的各种功能。
信号检测器2856可被用于检测和量化计算机2850接收任何水平的信号，以供处理器2852和/或计算机2850的其他部件使用。信号检测器2856可以检测信号诸如能量束源2803功率、偏转器2805的位置、构建底板2811高度、沉积器2801中剩余的粉末2817的量、校平器2819位置以及其他信号。DSP 2858可被用于处理由计算机2850接收的信号。DSP 2858可以被配置为生成指令和/或指令包用于传输到PBF系统2800。
用户界面2860可以包括键盘、定点设备和/或显示器。用户界面2860可以包括向计算机2850的用户传达信息和/或从用户接收输入的任何元件或部件。
计算机2850的各种部件可以通过接口2851被耦合在一起，接口2851可以包括例如总线系统。接口2851可以包括例如数据总线，以及除了数据总线之外的电源总线、控制信号总线和状态信号总线。计算机2850的部件可以被耦合在一起，或者使用一些其他机制来接受或提供彼此的输入。
尽管在图28E中示出了许多单独的部件，但是一个或多个部件可以被组合或共同实施。例如，处理器2852不仅可以被用于实施上面关于处理器2852描述的功能，还可以用于实施上面关于信号检测器2856、DSP 2858和/或用户界面2860描述的功能。此外，图28E中所示的每个部件可以使用多个单独的元件来实施。
图29示出了根据本公开的一个方面的装配制造模块的进一步细节。
装配制造模块215可以包括零件分段模块2901、自动化装配模块2903、自动化固化模块2905、加工(装配)模块2907和成品库存模块2909。
零件分段模块2901
零件分段模块2901可以包括监控和控制从库存接收零件，以及监控、控制零件并将零件装载到零件台上。零件台对于任何结构是可移动的和灵活的，并且可以被移入和移出装配单元。零件分段模块2901的输入可以包括来自库存的物理零件的标识和位置，这可以由MES2003控制。零件可以按照零件台进行“配套/分组”。输入可以包括来自装配模块211的指令，例如，对于给定构建要释放的零件的标识，哪些零件放在什么台上，以及用于将这些零件放在台上的指令，例如位置、方向。零件分段模块2901的输出可以包括零件台，该零件台将被装载或装载零件以开始或继续给定结构的自动化装配过程。
自动化装配模块2903
自动化装配模块2903可以包括对自动化结构装配的物理过程的监控和控制。自动化装配模块2903可以包括对装载的零件台、来自装配模块211的代码以及进入装配单元的其他输入的监控和控制，并且自动化装配模块2903还可以包括对来自装配单元的粘合结构/组件的监控和控制。自动化装配模块2903的输入可以包括从零件分段模块2901列出的装载零件和来自装配模块211的指令，以及来自MES2003的输入。自动化装配模块2903的输出可以包括来自装配单元的装配或粘合的结构/组件的状态和位置。
自动化固化模块2905
自动化固化模块2905可以包括监控和控制组件到熔炉的运输、组件到熔炉中的装载、固化过程的定时和控制以及组件从熔炉中的卸载。自动化固化模块2905可以包括结构性粘合剂固化的监控和控制，以及获得最终的粘合剂属性。自动化固化模块2905的输入可以包括组件、AGV或用于将组件从装配单元运输到熔炉的其他运输方法、熔炉传感器输入、来自装配模块211的指令以及特定于粘合剂固化的机器人OLP和IPC/PLC代码。还可以输入材料属性(用于确定固化周期)。自动化固化模块2905的输出可以包括固化或部分固化组件的状态和位置。
加工(装配)模块2907
加工(装配)模块2907可以包括对组件的加工的监控和控制。加工(装配)模块2907可以包括对打印的监控和控制，打印可以用于辅助CNC过程，并且还包括对从装配过程生成的数据的分析，诸如接合框架、计量特征部的位置等，以改进或修改装配过程。加工(装配)模块2907的输入可以包括来自完成固化过程的粘合组件的状态和位置、AGV或其他运输设备上的装配紧固件/固定器位置、来自装配模块211的指令、CNC代码和MES2003。加工(装配)模块2907的输出可以包括组件的状态和位置。
成品库存模块2909
成品库存模块2809可以包括监控和控制已完成的组件的库存。成品库存模块2809可以包括对具有MES2003和ERP 2001的APS200软件模块的监控和控制，其可以允许自动采购必要的BOM零件、库存跟踪、交付时间等。成品库存模块2909的输入可以包括成品组件的状态和位置、来自可以与APS200服务器集成的MES2003库存控制系统的数据以及来自ERP2001库存控制系统的数据。成品库存模块2909的输出可以包括成品零件库存的状态和位置，其可以与采购集成以触发ERP 2001系统。
图30示出了根据本公开的一个方面的零件分段模块的进一步细节。
零件分段模块2901可以包括：从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001、零件台自动化装载模块3003以及装载工作台到单元AGV运输模块3005。
从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001
从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001可以监控和控制从库存中释放零件并将其运输到零件台装载站的过程。可以由装配模块211提供要释放哪些零件和套件的指令。从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001的输入可以包括库存中的零件的位置和状态，其可以通过零件台进行配套或分组，并且在本公开的一些方面中，套件可以由MES2003控制或监控。来自装配模块211的指令可以通过从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001来接收，以识别对于给定构建要释放哪些零件、哪些零件在什么工作台上、AGV代码、库存控制以及何时装载可以由MES控制的工作台的信息。从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001的输出可以包括零件从库存到零件台或装载/分段站的自动化运输的状态和位置。
零件台自动化装载模块3003
零件台自动化装载模块3003可以包括监控和控制将零件装载到零件台上的过程。零件台自动化装载模块3003的输入可以包括准备被装载的零件、要被配套在零件台上的零件的套件或配套指令，其可以从从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001中接收，以及来自装配模块211的指令，诸如关于将什么零件放置在零件台的什么位置、工作台表面、质量控制等的指令，以及机器人和IPC/PLC程序(如果自动化装载)。零件台自动化装载模块3003的输出可以包括准备运输到装配单元的装载的零件台的状态和位置。
装载工作台到单元AGV运输模块3005
装载工作台到单元AGV运输模块3005可以包括对经由AGV将装载的零件台运输至装配单元的过程的监控和控制。装载工作台到单元AGV运输模块3005接收来自装配模块211的装载指令。装载工作台到单元AGV运输模块3005允许将零件台受控地输入到装配单元中，这可以提供更连续、不间断的装配。在本公开的这样一个方面中，装载工作台到单元AGV运输模块3005也可以允许零件台通用于任何装配单元结构。装载工作台到单元AGV运输模块3005的输入可以包括完全装载的零件台的状态和位置，以及来自装配模块211的指令，诸如将零件台带入到装配单元中的定时和指示，以及AGV代码/控制。装载工作台到单元AGV运输模块3005的输出可以包括正在或将要经由AGV运输到装配单元中的零件台的状态和监控。
图31示出了根据本公开的一个方面的自动化装配模块的进一步细节。
自动化装配模块2903可以包括：单元控制架构模块3101、单元布局模块3103、产品拣选模块3105、粘合剂填充模块3107、接合模块3109、UV固化模块3111、keystone落入模块3113、零件台重新装载模块3115和组件卸载模块3117。
单元控制架构模块3101
单元控制架构模块3101可以提供对机器人装配单元内活动的监控和控制。单元控制架构模块3101可以从装配模块211接收数据，以监控和报告装配单元内的活动状态。单元控制架构模块3101的输入可以包括来自装配模块211的指令，诸如发送到机器人装配单元机器人的输出，其可以通过MES2003，控制硬件，诸如来自安全硬件和传感器的数据、IPC/PLC和计量硬件、移动-测量-校正(MMC)软件，其可以包括实时精度指挥器模块、用于工具中心点校准的工具中心点(TCP)软件以及IPC和机器人编程代码。单元控制架构模块3101的输出可以包括接收并准备操作机器人装配单元的单元代码。
单元布局模块3103
单元布局模块3103可以包括机器人装配单元的物理布局的软件描述，即机器人如何被布置在单元布局中。单元布局模块3103可以被用于不同的构建，因为单元布局模块3103可以与其他控制软件集成以不同地移动机器人，即使机器人在物理上处于相同的位置也是如此。单元布局模块3103的输入可以包括机器人装配单元中机器人布局的硬件位置，例如，径向布局、线性布局等。单元布局模块3103的输出可以包括机器人装配单元中机器人的布局。
产品拣选模块3105
产品拣选模块3105可以包括对机器人从零件台中取回零件的过程的监控和控制。产品拣选模块3105可以包括监控和控制机器人和零件台为每个特定拣选运行代码/OLP，这可以由装配模块211提供。产品拣选模块3105可以使用来自照相机或其他传感器的输入来纠正零件台上零件的任何轻微错误定位，并且可以在零件台上使用允许机器人和零件台两者同时与零件啮合的依从设备。
产品拣选模块3105的输入可以包括单元控制架构、来自单元布局模块3103的单元布局和来自装配模块211的指令。在本公开的一个方面，拣选模块3105的输入可以包括用于零件台的指令，其可以包括来自零件台上的后置和依从设备的输入、QC硬件机器人输入、照相机或其他视觉系统输入，以及零件台和机器人之间交接的拣选过程。产品拣选模块3105的输出可以包括从零件台成功检索或“拣选”零件的状态。
粘合剂填充模块3107
粘合剂填充模块3107可以包括用结构或快速固化(UV)粘合剂填充零件之间的接头的过程的监控和控制。粘合剂填充模块3107可以包括监控和控制何时从零件台中取回零件，以及零件和粘合剂注射器的位置，以及要施加到接头的粘合剂的状态、标识和流速。
粘合剂填充模块3107可以包括监控零件移动到接合位置，以及监控和控制从一个或多个粘合剂分配器向接头中的粘合剂的施加。粘合剂填充模块3107的输入通常可以包括单元控制架构、单元布局、来自装配模块211的指令、来自接合模块3109的指示零件准备被粘附的输入、来自视觉监控粘合剂分配的粘合剂计量和分配系统的输入、特定于粘合剂施加的机器人OLP和IPC/PLC代码、结构接头结构信息、一个或多个UV特征、QC传感器、粘合剂和TCP校准硬件和软件，这可以确保准确地知道粘合剂填充喷嘴的位置。粘合剂填充模块3107的输出可以包括填充有粘合剂的接头的状态和监控。
接合模块3109
接合模块3109可以包括监控和控制将零件接合在一起。接合模块3109可以包括监控打印特征、激光雷达或其他计量单元，以在使用或不使用紧固件的情况下定位和接合零件。一旦两个零件或组件被接合，接合模块可以与粘合剂填充模块3107通信以指示可以施加粘合剂。
接合模块3109的输入可以包括单元控制架构、单元布局、来自装配模块211的指令、来自粘合剂填充模块3107的输入、特定于零件接合的机器人OLP和IPC/PLC代码、零件上的计量打印计量特征部或零件的尺寸或边缘，以及用于在构建期间提高精度的精度监控器。接合模块3109的输出可以包括在机器人装配单元过程的精度规格内接合的零件或组件的状态。
UV固化模块3111
UV固化模块3111可以包括在粘合剂被固化时，在接合完成后将零件保持在空间中的过程监控和控制。UV固化模块3111可以监控UV光、热辐射源等的输出，并控制固化设备的输出，以确保粘合剂以期望的方式和量被固化。
UV固化模块3111的输入可以包括单元控制架构、单元布局、来自装配模块211的指令、来自产品拣选模块3105、粘合剂填充模块3107、接合模块3109的输入、特定于粘合剂固化的机器人OLP和IPC/PLC代码、UV固化末端执行器以及来自机器人臂上的UV灯和传感器的数据。UV固化模块3011的输出可以包括正处于固化过程中或已经固化的接头的状态和位置。
keystone落入模块3113
keystone落入模块3113可以包括监控和控制将零件或组件从一个或多个机器人转移到keystone机器人的过程。keystone机器人可以是例如能够握住大型子组件或装配结构的较大机器人。keystone机器人可以例如位于装配单元中的大多数或所有其他机器人的中心或以其他方式可接近大多数或所有其他机器人。
keystone落入模块3113的输入可以包括单元控制架构、单元布局、来自装配模块211的指令、来自产品拣选模块3105、粘合剂填充模块3107、接合模块3109的输入以及机器人OLP和IPC/PLC代码。keystone落入模块3113的输出可以包括将要或已经从装配机器人转移到keystone机器人的零件或组件的状态。
零件台重新装载模块3115
零件台重新装载模块3115可以类似于本文描述的零件台的自动化装载模块3003。装配单元可以被设计有额外的零件台，以便装配单元可以连续供应零件用于装配。在构建期间，零件台被拣选直到清空，经由AGV触发退出单元，带到零件装载站，装载，并返回到装配单元中。
零件台重新装载模块3115的输入可以包括状态和监控准备被装载的零件、来自从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001的数据，以及来自装配模块211的指令，其可以包括关于将什么零件放置在什么位置的指令，以及机器人和IPC/PLC程序。零件台重新装载模块3115的输出可以包括将经由AGV运输出单元并重新装载零件的零件台的状态。
组件卸载模块3117
组件卸载模块3117可以监控和控制一个或多个机器人抓取keystone EOT的侧面。Keystone EOT工具侧被释放，并且整个组件可以被降低到AGV或其他组件载体上，以进行下一个制造步骤。组件卸载模块3117可以监控和控制组件从机器人装配单元的去除。
组件卸载模块3117的输入可以包括状态和监控准备被装载的零件、来自从库存到工作台分段自动化部件运输模块3001的数据、以及来自装配模块211的指令。组件卸载模块311的输出可以包括待卸载或已从机器人装配单元卸载的组件的状态。
图32示出了根据本公开的一个方面的自动化固化模块的进一步细节。
自动化固化2805可以包括自动化运输至熔炉模块3201和熔炉固化模块3203。
自动化运输至熔炉模块3201
自动化运输至熔炉模块3201可以监控和控制包括将被热固化的粘合剂的组件的运输。自动化运输至熔炉模块3201的输入可以包括已接收到的或将要接收的热固化粘合剂的零件的状态，热固化粘合剂可以来自装配模块211或MES 2003。自动运输至熔炉3201的输出可以包括正在传送到熔炉或已经装载到熔炉中的组件的状态和位置，以及到熔炉固化模块3203的状态输出。
熔炉固化模块3203
熔炉固化模块3203可以包括对组件中粘合剂热固化的监控和控制。熔炉固化模块3203可以包括对温度、时间和其他熔炉参数以及给定组件已经固化的时间长度的监控和控制。熔炉固化模块3203的输入可以包括来自自动化运输到熔炉模块3201的信息、熔炉传感器和计时器、来自装配模块211的指令以及来自粘合剂数据库607的材料属性。熔炉固化模块320的输出可以包括组件的状态，这些组件要么是要被固化的组件、固化期间的组件或是固化后的组件。
图33示出了根据本公开的一个方面的加工(装配)模块的进一步细节。
加工(装配)模块2907可以包括加工(装配)模块3301、COTS CF加工模块3303和脱脂/零件清洁模块3305。
加工(装配)模块3301
加工(装配)模块3301可以包括对组件的加工的监控和控制。加工(装配)模块3301可以包括对打印过程的监视和控制，打印过程可以被用于辅助CNC过程，以及监控在装配过程期间生成的数据，诸如接合框架、计量特征的位置等，以改进装配过程。加工(装配)模块3301的输入可以包括装配单元内的组件的状态和位置、来自装配模块211的指令(诸如CNC代码)和来自MES2003的数据。加工(装配)模块3301的输出可以包括待加工的组件的状态和位置，以及在加工过程中或已经完成加工过程的组件的状态。
COTS CF加工模块3303
COTS CF加工模块3303可以包括监控和控制COTS零件的加工，其可以包括用以结合机器人机械爪特征部、其他装配特征部、接头结构或其他特征部的加工。COTS CF加工模块3303的输入可以包括COTS零件、附图、待加工位置的信息以及COTS零件库609中的CNC代码。COTS CF加工模块3303的输出可以包括在加工期间准备被加工的COTS零件的状态和位置，或者已经被加工并准备好装配的COTS零件。
脱脂/零件清洁模块3305
脱脂/零件清洁模块3305可以包括监控和控制组件所需清洁的工作流程。例如，可以使用带有清洁EOT或喷雾或浸渍清洁器的机器人臂。脱脂/零件清洁模块3305的输入可以包括待清洁组件的状态和位置。脱脂/零件清洁模块3305的输出可以包括脱脂和清洁的组件的状态和位置。
图34示出了根据本公开的一个方面的成品库存模块的进一步细节。
成品库存模块2909可以包括智能最终库存模块3401。
智能最终库存模块3401
智能最终库存模块3401可以包括监控和控制最终产品的库存。智能最终库存模块3401可以包括对APS200数据以及MES2003和ERP 2001数据的监控，以提供必要零件的采购、库存跟踪、交付时间等。智能最终库存模块3401的输入可以包括成品组件的状态和位置，以及MES2003和/或ERP 2001数据。智能最终库存模块3401的输出可以包括成品零件库存的状态和位置，其可以与ERP 2001和MES2003集成用于采购新材料。
装配系统
图35示出了根据本公开的一个方面的装配系统的透视图。
在本公开的一个方面，机械设备(诸如机器人)可以以自动和/或半自动方式装配零件和/或结构。至少两个结构中的至少一个可以被增材制造，例如，如以上关于图28A-28E所描述的。在一些方面，至少两个结构中的至少一个可以是工件、零件、节点、部件和/或其他增材制造的结构，其可以包括先前已经接合的两个结构。APS200可以与如本文描述的一个或多个装配系统3500相互作用或作为其一部分而被包括。
与车辆装配相关联的待接合结构可以被增材制造有一个或多个特征部，其可以促进或实现各种装配操作(例如，接合)。在本公开的一个方面，装配系统3500可以包括两个机器人，其中至少一个机器人可以被定位成在不使用紧固件的情况下将一个结构与另一个结构接合。可以潜在地重复地执行各种装配操作，以便可以接合多个结构以用于车辆的至少一部分(例如，车辆底盘、车身、板等)的无紧固件装配(fixtureless assembly)。
在APS200内，制造模块203、工厂管理模块212、装配制造模块215和其他模块可以在组件或最终产品的构造中与一个或多个装配单元3500交互。在这样的方面中，在与最终产品(诸如车辆)的至少一部分的装配相关联地执行的各种操作期间，第一机器人可以被配置为与第一结构啮合并保持第一结构，一个或多个其他结构可以接合到该第一结构。例如，第一结构可以是车辆底盘、面板、基础件、车身、框架等的一部分，而其他结构可以是该车辆底盘、面板、基础件、车身、框架等的其他部分。
在本公开的一个方面，第一机器人可以啮合并保持将与第二结构接合的第一结构，并且第二结构可以由第二机器人啮合并保持。利用第一结构执行的各种操作(例如，将第一结构与一个或多个其他结构接合，其可以包括两个或更多个先前接合的结构)可以至少部分地在包括多个机器人的装配单元内被执行。因此，在操作第一结构期间，可以引导(例如，控制)机器人中的至少一个，以便根据与接合操作相称的精度运作。
本公开提供了至少部分地在装配系统内引导一个或多个机器人进行装配操作(包括装配前和/或装配后操作)的各种不同实施例。应当理解，本文描述的各种实施例可以一起实践。例如，关于本公开的一个图示所描述的实施例可以在关于本公开的另一图示所描述的另一实施例中实施。
如图35所示，装配系统3500可被用于部件和/或零件装配。装配单元3505可以被配置在无紧固件装配系统3500的位置。装配单元3505可以是竖直装配单元。在装配单元3505内，无紧固件装配系统3500可以包括一组机器人3507、3509、3511、3513、3515、3517。机器人3507可被称为“keystone机器人”。无紧固件装配系统3500可以包括零件台3521、3522，其可容纳零件和结构供机器人访问。例如，第一结构3523、第二结构3525和第三结构3527可以被定位在零件台3521、3522之一上，以由机器人拾取并装配在一起。在不脱离本公开的范围的情况下，结构的重量和体积可以变化。在各种实施例中，一个或多个结构可以是增材制造的结构，诸如复杂节点。
装配系统3500还可以包括计算系统3529，以向装配单元3505的机器人的各种控制器发出命令，如下文更详细描述的。在该示例中，计算系统3529通过无线通信网络被可通信地连接到机器人。无紧固件装配系统3500还可以包括计量系统3531，其可以精确地测量机器人的机器人臂和/或由机器人保持的结构的位置。计算系统3529和/或计量系统3531可以由计算系统2850控制和/或作为其一部分，如本文关于图28E所描述的。
keystone机器人3507可以包括基座和机器人臂。机器人臂可以被配置用于移动，这可以由装载到与keystone机器人3507通信连接的处理器中的计算机可执行指令来引导。keystone机器人3507可以通过基座接触装配单元3505的表面(例如，装配单元的底板)。
keystone机器人3507可以包括末端执行器和/或紧固件，和/或与之连接，该末端执行器和/或紧固件被配置为啮合和保持第一结构、零件和/或部件。末端执行器可以是被配置为与至少一个结构接合的部件。末端执行器的示例可以包括钳、爪、销和/或能够促进机器人对结构的无紧固件啮合和保持的其他类似部件。keystone机器人3507还可以采用紧固件来啮合和保持第一结构、零件和/或部件。
例如，结构可以与增强结构强度的一个或多个特征共同打印，诸如网格、蜂窝和/或格构排列。这些特征可以使结构变硬，以防止结构在装配过程中的意外移动。在另一个示例中，结构可以与便于末端执行器啮合和保持该结构的一个或多个特征部共同打印或增材制造，诸如适于由末端执行器啮合(例如，“夹住”)的一个或多个突起和/或一个或多个凹部。结构的上述特征可以与结构共同打印，并且因此可以是与结构相同的材料。
在保持第一结构时，keystone机器人3507可以定位(例如，移动)第一结构；即，当由keystone机器人保持时，第一结构的位置可以由keystone机器人3507控制。keystone机器人3507可以通过“握住(holding)”或“抓住(grasping)”第一结构来保持第一结构，例如，通过使用keystone机器人3507的机器人臂的末端执行器和/或使用操纵第一结构的紧固件。例如，keystone机器人3507可以通过使机械爪手指、钳等接触第一结构的一个或多个表面并向其施加足够的压力使得keystone机器人控制第一结构的位置来保持第一结构。也就是说，当由keystone机器人3507保持时，第一结构可以被阻止在空间中自由移动，并且第一结构的移动可以被keystone机器人3507约束。
当其他结构(包括子组件、结构的子结构等)被连接到第一结构时，keystone机器人3507可以保持与第一结构的啮合。第一结构和与其连接的一个或多个结构的集合体可以被称为结构本身，但在本文中也可以被称为“组件”或“子组件”。一旦keystone机器人已经啮合第一结构，keystone机器人3507也可以保持与组件的啮合。
在一些实施例中，装配单元3505的机器人3509和3511可以类似于keystone机器人3507，并且因此可以包括相应的末端执行器和/或紧固件，其被配置为与结构啮合，该结构当由keystone机器人3507保持时可以与第一结构连接。在一些实施例中，机器人3509，3511可以被称为“装配机器人”和/或“材料搬运机器人”
在一些实施例中，装配单元3505的机器人3513可被用于实现第一结构和第二结构之间的结构连接。机器人3513可被称为“结构性粘合剂机器人”。结构性粘合剂机器人3513可以类似于keystone机器人3507，除了结构性粘合剂机器人可以包括在机器人臂远端处的工具之外，该工具被配置成将结构性粘合剂施加到由keystone机器人3507和/或装配机器人3509、3511保持的结构的至少一个表面。结构性粘合剂的施加可以在结构相对于其他结构被定位在接合附近处之前或之后发生，用于与其他结构接合。接合附近可以是允许第一结构被接合到第二结构的位置。例如，在各种实施例中，第一结构和第二结构可以在这些结构处于它们的接合附近之内通过施加粘合剂而被接合。
然而，结构性粘合剂可能需要相对较长的时间来固化。如果是这种情况，例如，保持第一结构和第二结构的机器人可能必须将结构保持在接合附近很长时间。这将防止机器人被用于其他任务，诸如在结构性粘合剂固化的较长时间内继续拾取和装配结构。为了允许更有效地使用机器人，在一些实施例中，可以另外施加快速固化粘合剂以快速接合结构并保持结构，使得结构性粘合剂可以固化而不需要两个机器人在固化期间保持结构。
在本公开的一个方面，无紧固件装配系统3500的机器人3515可被用于施加快速固化粘合剂。在这样一个方面，可以使用快速固化UV粘合剂，并且机器人3515可以被称为“UV机器人”。UV机器人3515可以类似于keystone机器人3507，除了UV机器人可以包括在机器人臂远端处的工具之外，该工具被配置为施加快速固化UV粘合剂并固化粘合剂，例如，当结构被定位在接合附近时。也就是说，当结构在keystone机器人3507和/或装配机器人3509、3511的机器人臂的接合附近之内时，UV机器人3515可以在粘合剂被施加到第一结构和/或第二结构之后固化粘合剂。
在本公开的一个方面，机器人3507、3509、3511、3513、3515和3517中的一个或多个可被用于多个不同的角色。例如，机器人3517可以执行装配机器人的角色(诸如装配机器人3509、3511)，以及UV机器人的角色(诸如UV机器人3515)。在这方面，机器人3517可以被称为“装配/UV机器人”。当装配/UV机器人的机器人臂的远端包括末端执行器(例如，通过工具法兰连接)时，装配/UV机器人3517可以提供与每个装配机器人3509、3511类似的功能。然而，当装配/UV机器人的机器人臂的远端包括被配置为施加UV粘合剂并发射UV光以固化UV粘合剂的工具时，装配/UV机器人3515可以提供类似于UV机器人3515的多功能能力。
由UV机器人3515和装配/UV机器人3517施加的快速固化粘合剂可以提供部分粘合剂粘合，因为粘合剂可被用于将第一结构和第二结构的相对位置保持在接合附近之内，直到施加结构性粘合剂以永久接合它们为止。提供部分粘合剂粘合的粘合剂可以在此后被去除(例如，如临时粘合剂)或不被去除(例如，如补充粘合剂)。
在无紧固件装配系统3500中，可以基于重力或组件的各个区域上的其他承载力来确定粘合剂将被施加到的第一结构和/或第二结构的至少一个表面。有限元方法(FEM)分析可被用于确定粘合剂将被施加到的第一结构和/或第二结构的至少一个表面以及至少一个面上的一个或多个离散区域。例如，FEM分析可以指示结构组件的一个或多个连接，该连接可能不太可能或不能支撑围绕一个或多个连接设置的结构组件的区部。
在装配单元3505中装配车辆的至少一部分时，如本文所述，可以通过引导各种机器人3507、3509、3511、3513、3515和3517，将第二结构直接接合到第一结构。附加结构可以被间接地接合到第一结构。例如，第一结构可以通过keystone机器人3507、结构性粘合剂机器人3513、至少一个装配机器人3509、3511和/或UV机器人3515的一个或多个移动直接接合到第二结构。此后，在附加结构被直接接合到第二结构时，与第二结构接合的第一结构可以被间接接合到附加结构。因此，可以继续由keystone机器人3507保持的第一结构可以在整个装配过程中随着附加结构被直接或间接连接到其而进展(evolve)。
在本公开的一个方面，在将那两个或更多个结构与keystone机器人3507保持的第一结构接合之前，装配机器人3509、3511可以将两个或更多个结构接合在一起，例如，使用部分快速固化粘合剂粘合。在与结构组件接合之前相互接合的两个或更多个结构也可以是一个结构，并且可以进一步被称为“子组件”。因此，当结构形成通过keystone机器人3507、结构性粘合剂机器人3513、至少一个装配机器人3509、3511和UV机器人3515的移动与第一结构连接的结构子组件的一部分时，当结构子组件被接合到包括第一结构的结构组件时，结构子组件的结构可以被间接连接到第一结构。
在本公开的一个方面，在第一结构和第二结构被带入接合附近之内之前，可以施加结构性粘合剂，例如沉积在其中一个结构的凹槽中。例如，结构性粘合剂机器人3513可以包括用于结构性粘合剂的分配器，并且可以在结构被带入接合附近之内之前施加结构性粘合剂。结构性粘合剂可以在结构组件被完全构造之后(即，一旦车辆部分的每个结构被接合到第一结构)被施加。例如，结构性粘合剂可以被施加到第一结构和第二结构之间的一个或多个接头或其他连接。结构性粘合剂可以在由UV机器人3515执行最后一次粘合剂固化之后的某个时间被施加。结构性粘合剂也可以与无紧固件装配系统3500分开被施加。
在本公开的一个方面，机器人3507、3509、3511、3513、3515、3517中的一个或多个可以通过每个机器人的相应基座被固定到装配单元3505的表面。例如，一个或多个机器人可以具有用螺栓固定到装配单元3505的底板上的基座。在各种其他实施例中，一个或多个机器人可以包括配置成在装配单元350内移动机器人的部件或可以与之连接。例如，装配单元3506中的载体3519可以被连接到装配/UV机器人3517。
机器人3507、3509、3511、3513、3515、3517中的每一个可以与控制器通信连接，诸如图35中所示的控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560中的相应一个。控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560中的每一个可以包括例如存储器和通信连接到存储器(例如，关于图28E描述的存储器2854)的处理器。根据一些其他实施例，控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560中的一个或多个可以被实施为单个控制器，该单个控制器被通信地连接到由单个控制器控制的一个或多个机器人。控制器3550、3552、3554、3556、358和/或3560可以是计算机2850的处理器单元2852的一部分或由其控制，如关于图28E所描述的。
用于执行无紧固件装配的计算机可读指令可以被存储在控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560的存储器中，并且控制器的处理器可以执行指令，以使机器人3507、3509、3511、3513、3515、3517执行各种操作。
控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560可以与相关联的机器人3507、3509、3511、3513、3515或3517的一个或多个部件通信连接，例如，经由有线(例如，总线或其他互连)和/或无线(例如，无线局域网、无线内联网)连接。例如，每个控制器可以向相关联的机器人的一个或多个部件发出命令、请求等，以便执行各种操作。
在本公开的一个方面，控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560可以向相关联的机器人3507、3509、3511、3513、3515或3517的机器人臂发出命令等，并且例如可以基于相对于装配单元3505的全局单元参考框架的一组绝对坐标来引导机器人臂。在各种实施例中，控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560可以向连接到机器人臂远端的工具发出命令等。例如，控制器可以控制工具的操作，包括通过粘合剂施加器将受控量的粘合剂沉积在第一结构或第二结构的表面上，通过固化工具将沉积在结构之间的粘合剂暴露于UV光达受控持续时间，等等。在各种实施例中，控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560可以向机器人臂远端的末端执行器发出命令等。例如，控制器可以控制末端执行器的操作，包括啮合、保持和/或操纵结构。
根据各种其他方面，类似地具有处理器和存储器的计算系统(诸如计算系统3529)可以与控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560中的一个或多个通信连接。在各种实施例中，计算系统可以经由有线和/或无线连接(诸如局域网、内联网、广域网等)与控制器通信连接。在一些实施例中，计算系统可以在控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560中的一个或多个中被实施。在一些其他实施例中，计算系统可以位于装配单元3505的外部，例如，作为关于图28E描述的计算机2850的一部分。
计算系统的处理器可以执行从存储器加载的指令，并且指令的执行可以致使计算系统向控制器3550、3552、3554、3556、3558、3560发出命令等，诸如通过网络连接或其他通信链路向控制器之一传送包括命令等的消息。
根据一些实施例，一个或多个命令可以指示一组坐标，并且可以指示由与接收命令的控制器之一相关联的机器人3507、3509、3511、3513、3515、3517之一执行的动作。可以由命令指示的动作的示例包括引导机器人臂的移动、操作工具、啮合结构、旋转和/或平移结构等。例如，由计算系统发出的命令可以使装配机器人3509的控制器3552引导装配机器人3508的机器人臂，使得机器人臂的远端可以基于由命令指示的一组坐标来定位。
从存储器加载并由计算系统的处理器执行的指令，其使控制器控制机器人的动作，可以基于计算机辅助设计(CAD)数据。例如，装配单元3505的CAD模型(例如，包括物理机器人的CAD模型)可以被构造并用于生成由计算系统发出的命令。
在一些实施例中，一个或多个CAD模型可以表示对应于装配单元3505内的各种元件的位置。具体地，CAD模型可以表示对应于机器人3507、3509、3511、3513、3515、3517中的一个或多个的位置。此外，CAD模型可以表示对应于结构和结构存储库的位置(例如，在无紧固件装配系统3500内的存储元件诸如零件台，结构在被装配机器人啮合之前可以位于该存储元件处)。在各种实施例中，CAD模型可以表示与机器人3507、3509、3511、3513、3515、3517中的每一个的各自初始位置或基本位置相对应的坐标集。
图36显示了根据本公开的一个方面的用于制造的示例性方法3600的流程图。
至少部分地执行图36的示例性功能的对象可以包括例如计算机2850和其中的一个或多个部件、三维打印机(诸如图28A-E所示)，以及诸如图35所示的装配单元的其他对象，可以被用于实施所描述的功能。
应当理解，图36中所标识的步骤本质上是示例性的，并且可以按照本公开中的设想采取不同的步骤次序或顺序，以及附加的或替代的步骤，以达到类似的结果。
在3602处，控制装置从设计装置和装配装置中的至少一个接收输入信息。控制装置可以是一个或多个处理器或控制器，如图3、图28E和图35中描述的处理器304、2852、3550、3552、3554、3556、3558和3560，或APS200内的另一个处理器或控制器。
在3604处，控制装置向设计装置和装配装置中的至少一个提供输出信息，输出信息至少部分基于输入信息。
在3606处，控制装置使用输出信息改变在产品制造中由设计装置和装配装置中的至少一个所用的至少一个参数。
提供先前的描述以使本领域的任何技术人员能够实践本文所描述的各种方面。对于本领域技术人员来说，对在整个此公开中呈现的这些示例性实施例的各种修改将是显而易见的，并且本文公开的概念可以以不同于本文公开的示例的其他方式应用。因此，权利要求不旨在被局限于在整个此公开中呈现的示例性实施例，而是要被赋予与语言权利要求相一致的全部范围。本领域普通技术人员已知或以后将知道的在整个此公开中描述的示例性实施例的要素的结构和功能等价物均旨在被权利要求所涵盖。而且，在本文所公开的任何内容都不旨在奉献于公众，不管此类公开是否在权利要求中明确叙述。除非使用短语“用于…的装置”对要素进行明确叙述，或者在方法权利要求的情况下使用短语“用于…的步骤”对要素进行明确叙述，否则，权利要求要素不根据35U.S.C.§112(f)或可适用的司法权中类似的规定进行解释。
基于本公开的任何权利要求不旨在被限于整个本公开呈现的示例实施例，而是应赋予与语言权利要求一致的全部范围。本领域普通技术人员已知或稍后将已知的整个本公开描述的示例实施例的元件的所有结构和功能等同物旨在被包含在权利要求中。

Claims (31)

1.一种用于制造产品的装置，包括：
设计装置，其被配置为接收输入信息，在至少一个位置中拆分结构，使得所述结构被划分成能被打印并装配在一起以形成所述产品的多个零件，并至少基于所述结构的拆分来生成设计输出；
增材制造装置，其被配置为接收所述设计输出并制造所述多个零件。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括控制装置，其耦合到所述设计装置和装配装置，其中，所述控制装置从所述设计装置和所述装配装置接收控制输入信息，并且提供用于改变在所述产品的制造中使用的至少一个参数的输出信息。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，在改变由所述设计装置或所述装配装置使用的所述至少一个参数的同时，所述控制装置将至少一个第一参数保持在期望值。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述输出信息被递送到所述设计装置和所述装配装置，以改变所述设计装置或所述装配装置的操作。
5.根据权利要求2所述的装置，还包括测试装置。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述控制装置使用所述测试装置的输出来改变由所述设计装置或所述装配装置使用的至少一个参数。
7.根据权利要求2所述的装置，其中，所述控制装置包括监控装置。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述监控装置监控至少所述装配装置，使得由所述装配装置使用的至少一种材料在所述至少一种材料在所述装配装置中的使用之前的某一时间被提供给所述装配装置。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述监控装置还监控所述设计装置，使得由所述设计装置做出的所述产品的设计输出的改变被发布给所述装配装置。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述监控装置监控所述至少一种材料的库存。
11.根据权利要求3所述的装置，其中，所述至少一个参数为强度、耐撞性、成本或装配时间中的至少一个。
12.根据权利要求1所述的装置，还包括装配装置，其被配置为接收所述多个零件并装配所述多个零件以形成所述产品。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述设计装置被配置为基于所述多个零件中的至少一个零件的尺寸来确定拆分的数量。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述设计装置被配置为在满足所述输入信息的设计要求的同时确定如何拆分所述结构。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述设计装置被配置为计算所确定的拆分的度量并且至少基于所确定的拆分输出数据。
16.根据权利要求14所述的装置，其中，所述设计装置被配置为针对所述设计要求评估所确定的拆分并且至少基于所确定的拆分输出设计目标度量。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述设计装置被配置为对所确定的拆分和所述输出设计目标度量进行采样，以提供所述零件之间的接头要位于的位置。
18.根据权利要求1所述的装置，其中，所述结构的拆分包括在多个位置中拆分所述结构，其中，所述设计装置被配置为分析所述结构的每个拆分位置，以实现所述输入信息的设计要求，并输出所述结构的拆分优化。
19.一种用于制造产品的方法，包括：
从设计装置和装配装置中的至少一个接收输入信息；
由所述设计装置在所述输入信息上执行至少一个拆分策略，其中，所述至少一个拆分策略被配置为在至少一个位置中拆分结构，以使所述结构被划分成能被打印并装配在一起以形成所述产品的多个零件；
由所述设计装置至少基于所述拆分策略生成设计输出；
由增材制造装置接收所述设计输出；以及
由所述增材制造装置制造所述多个零件。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
由所述装配装置接收所述多个零件；以及
由所述装配装置装配所述多个零件以形成所述产品。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括：
由控制装置向所述设计装置和所述装配装置中的至少一个提供输出信息；以及
由控制装置使用所述输出信息来改变由所述设计装置和所述装配装置中的至少一个在所述产品的制造中使用的至少一个参数。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述输出信息至少部分地基于所述输入信息。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在改变由所述设计装置或所述装配装置使用的所述至少一个参数的同时，由所述控制装置将至少一个第一参数保持在期望值。
24.根据权利要求21所述的方法，还包括：
将所述输出信息递送到所述设计装置和所述装配装置，以改变所述设计装置或所述装配装置的操作。
25.根据权利要求21所述的方法，还包括测试装置。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括：
由所述测试装置提供测试输出信息，其中，所述测试输出信息由所述控制装置使用以改变由所述设计装置或所述装配装置使用的至少一个参数。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，所述控制装置包括监控装置。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括：
由监控装置监控至少所述装配装置，使得由所述装配装置使用的至少一种材料在所述至少一种材料在所述装配装置中的使用之前的某一时间被提供给所述装配装置。
29.根据权利要求28所述的方法，还包括：
由所述监控装置监控所述设计装置，使得由所述设计装置做出的所述产品的设计输出的改变被发布给所述装配装置。
30.根据权利要求28所述的方法，还包括：
由所述监控装置监控所述至少一种材料的库存。
31.根据权利要求23所述的方法，其中，所述至少一个第一参数是强度、耐撞性、成本或装配时间中的至少一个。
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