ES2909578T3

ES2909578T3 - Sistemas y métodos para la fabricación aditiva de estructuras de transporte

Info

Publication number: ES2909578T3
Application number: ES17803541T
Authority: ES
Inventors: Kevin Robert Czinger; Broc William Tenhouten; Richard W Hoyle; Donald J Christian; Stuart Paul Macey; Antonio Bernerd Martinez
Original assignee: Divergent Technologies Inc
Current assignee: Divergent Technologies Inc
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2022-05-09
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: EP3463819A1; SI3463819T1; KR102553414B1; US10303159B2; US20170343984A1; CN109478053B; JP7343653B2; EP3463819B1; EP3961468A1; KR20220134784A; KR20190003807A; AU2017270086A1; EP3463819A4; WO2017205555A1; JP2019525849A; SG11201810504TA; CN113001987B; JP2022119778A; JP7107852B2; CN113001987A

Abstract

Un aparato que comprende: una pluralidad de componentes de análisis (611, 613, 615), cada componente de análisis que se configura para recibir información en base a un modelo de diseño (1701) de un vehículo y para analizar la información en base a un factor de análisis, en donde cada componente de análisis analiza la información en base a un factor de análisis diferente al de los otros componentes de análisis; y un integrador (600) que recibe la información analizada de los componentes de análisis (611, 613, 615), actualiza el modelo de diseño (1701) en base a la información analizada y determina si el modelo de diseño actualizado (1713) satisface los criterios, en donde, si el modelo de diseño actualizado (1713) satisface los criterios, el integrador (600) determina las instrucciones de impresión para que una impresora tridimensional (3D) imprima una o más estructuras del vehículo en base al modelo de diseño actualizado (1713), y si el modelo de diseño actualizado (1713) no satisface los criterios, el integrador (600) envía información en base al modelo de diseño actualizado (1713) a los componentes de análisis (611, 613, 615), y los componentes de análisis (611, 613, 615) analizan la información en base al modelo de diseño actualizado (1713), en donde los componentes de análisis (611, 613, 615) incluyen un primer componente de análisis y un segundo componente de análisis, el primer componente de análisis que incluye al menos un componente aerodinámico, un componente térmico, un componente de rigidez, un componente de ruido, vibración y aspereza (NVH), un componente de impacto ambiental, un componente de fabricación aditiva, un componente de resistencia a choques, un componente de dinámica del vehículo, un componente de materiales compuestos, un componente de ubicación de nodos, un componente de piezas comerciales salidos del estante (COTS), un componente de durabilidad o un componente de costo, y el segundo componente de análisis que incluye al menos uno diferente del componente aerodinámico, el componente térmico, el componente de rigidez, el componente NVH, el componente de impacto ambiental, el componente de fabricación aditiva, el componente de resistencia a choques, el componente de dinámica del vehículo, el componente de materiales compuestos, el componente de ubicación de nodos, el componente de piezas COTS, el componente de durabilidad o el componente de costo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y métodos para la fabricación aditiva de estructuras de transporte

Referencia cruzada a las solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos núm. 62/340,930, titulada SYSTEMS AND METHODS FOR ENGINEERING OPTIMIZATION FOR 3D-PRINTED STRUCTURES, y presentada el 24 de mayo de 2016.

Antecedentes

Campo

La presente descripción se refiere en general a la fabricación aditiva y, más particularmente, a una impresora de fabricación aditiva (AM) para la fabricación de vehículos.

Antecedentes

Las estructuras impresas tridimensionales ("3-D") o que se fabrican de manera aditiva tienen amplias aplicaciones de ingeniería en múltiples industrias, incluida la automotriz, la aeroespacial, la marina, etc. La construcción modular, mediante el uso de nodos o uniones es un ejemplo de técnicas de construcción que se pueden usar en el diseño de vehículos. Esta técnica puede resultar en ventajas tales como bajos costos de herramientas, flexibilidad de diseño y la capacidad de producir estructuras altamente eficientes. Las uniones impresas en 3D se pueden usar para la conexión de estructuras y materiales estructurales estándar, tales como tubos, láminas de carbono y paneles en forma de panal. También es posible la conexión de múltiples materiales de alto rendimiento no estándar pero de bajo costo. Por ejemplo, las uniones se pueden imprimir de acuerdo con la especificación de los requisitos físicos y geométricos en cada punto de intersección de los tubos.

Sin embargo, a medida que los diseños de impresión en 3D aumentan en complejidad, los requisitos o restricciones (por ejemplo, tiempo, costo, fabricación, etc.) asociados con la producción de estructuras impresas en 3D también se vuelven cada vez más complejos. Las técnicas de optimización de topología existentes pueden ser inadecuadas para diseñar y fabricar un objeto que se basa en una estructura impresa en 3D (por ejemplo, vehículos), teniendo en cuenta variables de diseño complicadas y a veces contradictorias, y objetivos que difieren de los diseños convencionales.

El documento US2015/0151492 describe un generador de estructuras de soporte que crea estructuras de soporte que se diseñan para reforzar modelos digitales tridimensionales (3D) durante la impresión 3D. En funcionamiento, el generador de estructuras de soporte construye de manera incremental un gráfico de soporte que conecta los puntos salientes que se incluyen en el modelo 3D con puntos de soporte en un plano base horizontal o superficies relativamente planas en el modelo 3D. Después de generar el modelo 3D, el generador de estructuras de soporte traduce las conexiones entre los nodos en postes de soporte que se dimensionan para soportar de manera suficiente las superficies que se conectan con la cantidad mínima de material de soporte. Ventajosamente, la estructura de soporte es notablemente más escasa que las estructuras de soporte convencionales que llenan una región de soporte dada con un volumen sólido de material de soporte. En consecuencia, el tiempo necesario para que las impresoras 3D fabriquen la estructura de soporte de los postes de soporte interconectados es menor que el tiempo necesario para que las impresoras 3D fabriquen estructuras convencionales de soporte.

Resumen

Varios aspectos de los aparatos de fabricación aditiva para la fabricación de estructuras de transporte, tal como la fabricación de vehículos, se describirán con más detalle a continuación.

En varios aspectos, un aparato puede incluir una pluralidad de componentes de análisis, cada componente de análisis que se configura para recibir información en base a un modelo de diseño del vehículo y para analizar la información en base a un factor de análisis, en donde cada componente de análisis analiza la información en base a un factor de análisis diferente a los otros componentes de análisis, y un integrador que recibe la información analizada de los componentes de análisis, actualiza el modelo de diseño en base a la información analizada y determina si el modelo de diseño actualizado satisface un criterio, en donde, si el modelo de diseño actualizado satisface los criterios, el integrador determina las instrucciones de impresión para que una impresora tridimensional (3D) imprima una o más estructuras del vehículo en base al modelo de diseño actualizado, y si el modelo de diseño actualizado no cumple con los criterios, el integrador envía información en base al modelo de diseño actualizado a los componentes de análisis, y los componentes de análisis analizan la información en base al modelo de diseño actualizado, en donde los componentes de análisis incluyen un primer componente de análisis y un segundo componente de análisis, el primer componente de análisis que incluye al menos un componente aerodinámico, un componente térmico, un componente de rigidez, un componente de ruido, vibración, y aspereza (NVH), un componente de impacto ambiental, un componente de fabricación aditiva, un componente de resistencia a choques, un componente de dinámica del vehículo, un componente de materiales compuestos, un componente de ubicación de nodos, un componente de piezas comerciales salidos del estante (COTS), un componente de durabilidad, o un componente de costo, y el segundo componente de análisis que incluye al menos uno diferente del componente aerodinámico, el componente térmico, el componente de rigidez, el componente de NVH, el componente de impacto ambiental, el componente de fabricación aditiva, el componente de resistencia a choques, el componente de dinámica del vehículo, el componente de materiales compuestos, el componente de ubicación de nodos, el componente de piezas COTS, el componente de durabilidad o el componente de costo.

En varios aspectos, un método de fabricación aditiva puede incluir enviar información en base a un modelo de diseño de un vehículo a una pluralidad de componentes de análisis, recibir información analizada de los componentes de análisis, en donde cada componente de análisis analiza la información en base a un factor de análisis diferente a los otros componentes de análisis, actualizar el modelo de diseño en base a la información analizada, determinar si el modelo de diseño actualizado cumple con un criterio, determinar las instrucciones de impresión para que una impresora fabrique de forma aditiva una o más estructuras del vehículo en base al modelo de diseño actualizado si el modelo de diseño actualizado satisface los criterios, y enviar información en base al modelo de diseño actualizado a los componentes de análisis si el modelo de diseño actualizado no satisface los criterios, en donde los componentes de análisis analizan la información en base al modelo de diseño actualizado, en donde los componentes de análisis incluyen un primer componente de análisis y un segundo componente de análisis, el primer componente de análisis que incluye al menos un componente aerodinámico, un componente térmico, un componente de rigidez, un componente de ruido, vibración, y aspereza (NVH), un componente de impacto ambiental, un componente de fabricación aditiva, un componente de resistencia a choques, un componente de dinámica del vehículo, un componente de materiales compuestos, un componente de ubicación de nodos, un componente de piezas comerciales salidos del estante (COTS), un componente de durabilidad, o un componente de costo, y el segundo componente de análisis que incluye al menos uno diferente del componente aerodinámico, el componente térmico, el componente de rigidez, el componente de NVH, el componente de impacto ambiental, el componente de fabricación aditiva, el componente de resistencia a choques, el componente de dinámica del vehículo, el componente de materiales compuestos, el componente de ubicación de nodos, el componente de piezas COTS, el componente de durabilidad o el componente de costo.

En varios aspectos, un medio no transitorio legible por ordenador que almacena instrucciones ejecutables por ordenador para la fabricación aditiva puede incluir instrucciones ejecutables para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones adjuntas 8 a 13.

Otros aspectos resultarán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, en donde se muestran y describen solo varias modalidades a modo de ilustración. Como se darán cuenta los expertos en la técnica, los conceptos de la presente descripción pueden tener otras y diferentes modalidades, y varios detalles pueden modificarse en varios otros aspectos, todo ello sin apartarse de la presente descripción. En consecuencia, los dibujos y la descripción detallada deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.

Breve descripción de los dibujos

Varios aspectos de los aparatos de fabricación aditiva para la fabricación de estructuras de transporte se presentarán ahora en la descripción detallada a modo de ejemplo, y no a modo de limitación, en los dibujos acompañantes.

Las Figuras 1A-D ilustran un sistema de impresora 3D de ejemplo durante diferentes etapas de operación.

La Figura 2 ilustra una impresora 3D ilustrativa que incluye la integración de diseño multifactorial.

La Figura 3 muestra componentes ilustrativos de un sistema de optimización de diseño.

La Figura 4 ilustra niveles ilustrativos de perfeccionamientos de diseño.

La Figura 5 muestra una lista de factores ilustrativos a considerar para el diseño de un chasis de vehículo.

La Figura 6 muestra un marco esquemático ilustrativo en un proceso de optimización de diseño que incluye factores de varias disciplinas.

La Figura 7 muestra un ejemplo de una situación de optimización de múltiples objetivos y un método para resolver el problema.

La Figura 8 ilustra un proceso de diseño multicapa ilustrativo.

La Figura 9 muestra ejemplos de requisitos involucrados en un proceso de diseño.

La Figura 10A muestra ejemplos de representación visual de factores de enfoque y opciones de compensación para el diseño que se basa en las preferencias del usuario.

Las Figuras 10B-C ilustran un ejemplo de optimización de diseño en el nivel que se basa en preferencias.

La Figura 10D ilustra ejemplos de dispositivos que proporcionan interfaz gráfica de usuario e interacción con el usuario.

La Figura 11 muestra un diagrama de flujo de datos a través de un ciclo de optimización de diseño ilustrativo. La Figura 12 muestra una representación de un resultado ilustrativo de un ciclo de una prueba de simulación. La Figura 13 muestra un gráfico de un resultado de prueba de rendimiento ilustrativo evaluado por una unidad de evaluación de optimización.

La Figura 14 ilustra un ejemplo de datos contenidos en una base de datos.

La Figura 15 ilustra ejemplos de datos de fabricación y otros procesos.

La Figura 16 ilustra un diagrama de bloques esquemático de un sistema de optimización de diseño ilustrativo. Las Figuras 17A-B ilustran una modificación ilustrativa a los elementos de la estructura del extremo frontal de un vehículo para satisfacer un criterio de distancia al suelo.

La Figura 18 ilustra un proceso de diseño integrado multifactorial ilustrativo.

La Figura 19 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de diseño integrado ilustrativo.

Descripción detallada

La descripción detallada que se expone a continuación en relación con los dibujos adjuntos pretende proporcionar una descripción de varias modalidades ilustrativas de los conceptos que se describen en la presente descripción y no pretende representar las únicas modalidades en las que se puede llevar a la práctica la descripción. El término "ilustrativo" usado en esta descripción significa "que sirve como ejemplo, instancia o ilustración", y no debe interpretarse necesariamente como preferido o ventajoso sobre otras modalidades que se presentan en esta descripción. La descripción detallada incluye detalles específicos con el fin de proporcionar una descripción exhaustiva y completa que transmita completamente el alcance de los conceptos a los expertos en la técnica. Sin embargo, la descripción puede llevarse a la práctica sin estos detalles específicos. En algunos casos, las estructuras y los componentes bien conocidos pueden mostrarse en forma de diagrama de bloques, u omitirse por completo, para evitar oscurecer los diversos conceptos que se presentan a lo largo de esta descripción.

Las tecnologías de impresión 3D pueden permitir la fabricación rápida y conveniente de piezas de posventa personalizadas para automóviles, camiones, embarcaciones, aviones, etc. Por ejemplo, un equipo de carreras de automóviles puede decidir, después de la primera carrera de la temporada, que el alerón trasero debe generar más fuerza hacia abajo. Se puede diseñar e imprimir rápidamente un nuevo alerón trasero que produce más fuerza hacia abajo para su instalación antes de la próxima carrera de la temporada. En otras palabras, la impresión 3D ha aumentado considerablemente la facilidad y la capacidad para diseñar y fabricar piezas de vehículos individuales, que normalmente se diseñan para satisfacer un número limitado de criterios específicos (es decir, objetivos de diseño) dentro de un solo factor de análisis (es decir, disciplina o campo del diseño). En el ejemplo anterior, el diseño del alerón trasero del equipo de carreras se centró en un solo criterio, es decir, la fuerza hacia abajo, que está dentro del factor de análisis de la aerodinámica.

Sin embargo, diseñar conjuntos de vehículos a gran escala, tales como chasis, compartimentos de pasajeros, etc., y en particular diseñar vehículos completos, requiere que se satisfagan muchos criterios. En estos casos, normalmente se usa un enfoque restringido, en el que diferentes factores, tales como la aerodinámica, la durabilidad, la ergonomía, etc., se analizan por equipos separados. Cada equipo intenta optimizar los criterios que son importantes para ese equipo. Por ejemplo, el equipo de choque intenta maximizar las puntuaciones de las pruebas de choque, mientras que el equipo de aerodinámica intenta minimizar el coeficiente de resistencia.

Este enfoque restringido se ha vuelto cada vez más ineficiente a medida que los criterios se han vuelto cada vez más numerosos y complejos debido, por ejemplo, al aumento de la regulación gubernamental, la preocupación por el impacto ambiental, etc. En particular, los métodos actuales para diseñar vehículos no han escalado bien con el número creciente de criterios. Dicho enfoque restringido lleva a la competencia entre equipos, lo que puede resultar en que un equipo (es decir, el factor de análisis) domine el diseño.

Varios aspectos de la presente descripción pueden, por ejemplo, proporcionar una optimización de diseño integrada. En varios aspectos, los usuarios pueden tener la libertad de personalizar los objetos en un número aspectos.

En un aspecto, la presente descripción proporciona un método que permite personalizar y automatizar un proceso de diseño para estructuras impresas en 3d . El sistema de diseño se puede usar para el diseño de estructuras en 3D. La mayoría de los ejemplos que se proporcionan en la presente descripción pueden referirse a vehículos, sin embargo, el método y el sistema que se presentan se pueden aplicar ampliamente en industrias en las que las estructuras impresas en 3D forman una porción o la totalidad del producto. Por ejemplo, las estructuras impresas en 3D pueden ser un vehículo (por ejemplo, sedanes, camiones, autobuses, furgonetas, minivans, camionetas, vehículos recreativos (RV), remolques, tractores, karts, automóviles, trenes, motocicletas, barcos, naves espaciales, aviones, etc.) que se basan en tierra, aire, agua o espacio; una parte o subsistema del vehículo, tal como la carrocería, el chasis, el panel, el motor, etc.

En varias modalidades, los objetos de diseño pueden basarse en nodos impresos en 3D que se conectan entre sí con componentes y piezas estructurales estándar, tal como tubos, láminas, arcos, materiales en forma de panal, etc. Los nodos (por ejemplo, elementos de unión) pueden configurarse para proporcionar una conexión para múltiples tubos, que puede usarse para la construcción de un bastidor espacial liviano. Un bastidor espacial puede ser un bastidor que tiene un volumen tridimensional. Un bastidor espacial puede ser un bastidor que puede aceptar uno o más paneles para encerrar al menos parcialmente el bastidor. Un ejemplo de bastidor espacial puede ser el chasis de un vehículo. Se pueden aplicar diversos aspectos de la descripción a cualquiera de las aplicaciones identificadas aquí además de otras estructuras, incluida la construcción que se basa en nodos y estructuras. Se entenderá que los diferentes aspectos de la descripción se pueden utilizar de manera individual, colectiva o en combinación entre sí.

Las Figuras 1A-D ilustran vistas laterales respectivas de un sistema de impresora 3D ilustrativo. En este ejemplo, el sistema de impresora 3D es un sistema de fusión de lecho de polvo (PBF) 100. Las Figuras 1A-D muestran el sistema PBF 100 durante diferentes etapas de operación. La modalidad particular que se ilustra en las Figuras 1A-D es uno de los muchos ejemplos adecuados de un sistema PBF que emplea los principios de esta descripción. También debe señalarse que los elementos de las Figuras 1A-D y las otras figuras en esta descripción no están necesariamente dibujadas a escala, pero pueden dibujarse más grandes o más pequeñas con el fin de ilustrar mejor los conceptos que se describen en la presente descripción. El sistema PBF 100 puede incluir un depositante 101 que puede depositar cada capa de polvo metálico, una fuente de haz de energía 103 que puede generar un haz de energía, un deflector 105 que puede aplicar el haz de energía para fusionar el material en polvo y una placa de construcción 107 que puede soportar una o más piezas de construcción, tal como una pieza de construcción 109. El sistema PBF 100 también puede incluir un piso de construcción 111 que se coloca dentro de un receptáculo de lecho de polvo. Las paredes del receptáculo de lecho de polvo 112 definen generalmente los límites del receptáculo de lecho de polvo, que se intercala entre las paredes 112 desde el lateral y se apoya en una porción del piso de construcción 111 por debajo. El piso de construcción 111 puede bajar progresivamente la placa de construcción 107 de modo que el depositante 101 pueda depositar una siguiente capa. Todo el mecanismo puede residir en una cámara 113 que puede encerrar a los demás componentes, protegiendo así el equipo, permitiendo la regulación atmosférica y de temperatura y mitigando los riesgos de contaminación. El depositante 101 puede incluir una tolva 115 que contiene un polvo 117, tal como un polvo metálico, y un nivelador 119 que puede nivelar la parte superior de cada capa de polvo depositado.

Con referencia específicamente a la Figura 1A, esta figura muestra el sistema PBF 100 después de que se fusiona una rebanada de la pieza de construcción 109, pero antes de que se deposite la siguiente capa de polvo. De hecho, la Figura 1A ilustra un momento en el que el sistema PBF 100 ya depositó y fusionó rebanadas en múltiples capas, por ejemplo, 150 capas, para formar el estado actual de la pieza de construcción 109, por ejemplo, formada por 150 rebanadas. Las múltiples capas ya depositadas crearon un lecho de polvo 121, que incluye polvo que se depositó pero no se fusionó.

La Figura 1B muestra el sistema PBF 100 en una etapa en la que el piso de construcción 111 puede bajar por un grosor igual a la capa de polvo 123. El descenso del piso de construcción 111 hace que la pieza de construcción 109 y el lecho de polvo 121 caigan según el grosor de la capa de polvo 123, de modo que la parte superior de la pieza de construcción y el lecho de polvo estén más bajos que la parte superior de la pared del receptáculo de lecho de polvo 112 en una cantidad igual al grosor de la capa de polvo. De esta manera, por ejemplo, se puede crear un espacio con un grosor constante igual al grosor de la capa de polvo 123 sobre la parte superior de la pieza de construcción 109 y el lecho de polvo 121.

La Figura 1C muestra el sistema PBF 100 en una etapa en la que el depositante 101 se coloca para depositar el polvo 117 en un espacio que se crea sobre las superficies superiores de la pieza de construcción 109 y el lecho de polvo 121 y que se delimita por las paredes del receptáculo de lecho de polvo 112. En este ejemplo, el depositante 101 se mueve progresivamente sobre el espacio definido mientras libera el polvo 117 de la tolva 115. El nivelador 119 puede nivelar el polvo liberado para formar una capa de polvo 125 que tiene un grosor sustancialmente igual al grosor de la capa de polvo 123 (ver la Figura 1B). Por lo tanto, el polvo en un sistema PBF puede soportarse por una estructura de soporte de material en polvo, que puede incluir, por ejemplo, una placa de construcción 107, un piso de construcción 111, una pieza de construcción 109, paredes 112 y similares. Se debe señalar que el grosor de la capa de polvo 125 que se ilustra (es decir, el grosor de la capa de polvo 123 (Figura 1B)) es mayor que el grosor real usado para el ejemplo que implica 150 capas previamente depositadas que se describió anteriormente con referencia a la Figura 1A.

La Figura 1D muestra el sistema PBF 100 en una etapa en la que, luego de la deposición de la capa de polvo 125 (Figura 1C), la fuente de haz de energía 103 genera un haz de energía 127 y el deflector 105 aplica el haz de energía para fusionar la siguiente rebanada en la pieza de construcción 109. En varias modalidades ilustrativas, la fuente de haz de energía 103 puede ser una fuente de haz de electrones, en cuyo caso el haz de energía 127 constituye un haz de electrones. El deflector 105 puede incluir placas de deflexión que pueden generar un campo eléctrico o un campo magnético que desvía selectivamente el haz de electrones para hacer que el haz de electrones escanee las áreas designadas para fusionarse. En diversas modalidades, la fuente de haz de energía 103 puede ser un láser, en cuyo caso el haz de energía 127 es un haz de láser. El deflector 105 puede incluir un sistema óptico que usa reflexión y/o refracción para manipular el haz de láser para escanear áreas seleccionadas a fusionar.

En varias modalidades, el deflector 105 puede incluir uno o más cardanes y actuadores que pueden girar y/o trasladar la fuente de haz de energía para posicionar el haz de energía. En varias modalidades, la fuente de haz de energía 103 y/o el deflector 105 pueden modular el haz de energía, por ejemplo, encender y apagar el haz de energía mientras el deflector escanea de modo que el haz de energía se aplique solo en las áreas apropiadas de la capa de polvo. Por ejemplo, en varias modalidades, el haz de energía puede modularse por un procesador de señal digital (DSP).

La Figura 2 ilustra una impresora 3D ilustrativa, por ejemplo, un aparato PBF 200, que incluye integración de diseño multifactorial. La Figura 2 muestra una placa de construcción 201, un lecho de polvo 203 y una pieza de construcción 205. Un sistema de aplicación de energía 209 puede aplicar energía para fusionar material en polvo en capas de polvo depositadas. Con fines ilustrativos, el depositante de polvo no se muestra en esta figura. El sistema de aplicación de energía 209 puede incluir un aplicador de energía 210, que puede incluir una fuente de haz de energía 211 y un deflector 213. El sistema de aplicación de energía también puede incluir una memoria de computadora 215, tal como una RAM, un disco de almacenamiento de computadora, etc. La memoria 215 puede almacenar instrucciones de impresión 217. Las instrucciones de impresión 217 pueden incluir instrucciones para cada capa de polvo en el proceso de impresión, y las instrucciones pueden controlar cómo la fuente de haz de energía 211 y el deflector 213 escanean cada capa de polvo. Por ejemplo, las instrucciones de impresión 217 pueden controlar parámetros de impresión tales como la velocidad de escaneo, la potencia del haz, la ubicación de la fusión del haz, etc.

En este ejemplo, las instrucciones de impresión 217 pueden determinarse por un integrador 219 en base a múltiples factores de diseño. Específicamente, el integrador 219 puede enviar información en base a un modelo de diseño de un vehículo o parte de un vehículo (por ejemplo, un componente para una estructura de transporte) a múltiples componentes de análisis, tales como un primer componente de análisis 221, un segundo componente de análisis 223 y un enésimo componente de análisis 225. Cada componente de análisis puede modificar la información en base a un factor de análisis correspondiente al componente de análisis. Cada componente de análisis modifica la información en base a un factor de análisis diferente al de los otros componentes de análisis. Por ejemplo, el primer componente de análisis 221 puede analizar la información para determinar las características aerodinámicas del modelo de diseño. En este caso, el primer componente de análisis puede ser, por ejemplo, un programa de computadora que calcule las características aerodinámicas en base a la información de la forma exterior del modelo de diseño. El segundo componente de análisis 223 puede analizar la información para determinar la durabilidad del modelo de diseño. En este caso, el segundo componente de análisis puede ser, por ejemplo, un programa de computadora que calcule las características de durabilidad en base a la información de los materiales que se seleccionan actualmente para varias estructuras del modelo de diseño. Los componentes de análisis pueden enviar la información analizada al integrador 219.

El integrador 219 puede recibir la información analizada de los componentes de análisis y actualizar el modelo de diseño en base a la información analizada. El integrador 219 puede entonces determinar si el modelo de diseño actualizado satisface los criterios para el vehículo. Por ejemplo, los criterios pueden incluir un coeficiente máximo de resistencia aerodinámica, para el cual la información que devuelve el componente de análisis aerodinámico sería la más relevante. En otro ejemplo, los criterios pueden incluir un número mínimo de ciclos de esfuerzo antes de la falla, para los cuales la información que devuelve el componente de análisis de durabilidad sería la más relevante.

Si el modelo de diseño actualizado satisface los criterios, el integrador 219 puede determinar las instrucciones de impresión 217 para que una impresora 3D imprima una o más estructuras del vehículo en base al modelo de diseño actualizado. Por otro lado, si el modelo de diseño actualizado no satisface los criterios, el integrador 219 puede enviar información en base al modelo de diseño actualizado a los componentes de análisis. En este caso, los componentes de análisis pueden analizar la información en base al modelo de diseño actualizado. De esta manera, por ejemplo, el integrador 219 puede integrar análisis de información de análisis dispar en un modelo de diseño actualizado, y si el modelo de diseño actualizado no satisface todos los criterios para el vehículo, el proceso puede repetir el proceso para acercarse iterativamente al estado de satisfacer todos de los criterios

La Figura 3 muestra los componentes de un sistema de integración de diseño multifactorial ilustrativo. El sistema de integración de diseño puede incluir múltiples niveles de perfeccionamiento del diseño 301. En algunas modalidades, los múltiples niveles de perfeccionamiento del diseño 301 de un producto de diseño se pueden realizar mediante el uso de varios factores de análisis. En varias modalidades, los factores de análisis 303 pueden analizarse y evaluarse durante la optimización del diseño en los múltiples niveles de perfeccionamiento del diseño 301. Debe entenderse que el término optimización en la presente descripción incluye la adaptación o personalización de opciones de diseño y puede usarse indistintamente a lo largo de esta descripción.

Como se muestra en la Figura 3, los niveles de perfeccionamiento del diseño 301 pueden incluir un nivel macro, un nivel medio y un nivel micro. Para el diseño de la estructura de un vehículo, el nivel macro puede corresponder a un nivel de vehículo, el nivel medio puede corresponder a un nivel de nodo y el nivel micro puede corresponder a un nivel de material. Se debe señalar que hay varias formas de definir los niveles y grados de perfeccionamiento del diseño. Puede haber más o menos de tres niveles incluidos en la optimización de la topología. En algunas modalidades, los niveles de perfeccionamiento del diseño pueden definirse en dependencia de la modularidad del producto de diseño.

En algunas modalidades, uno o más de los múltiples factores de análisis 303 pueden basarse o no en la física, es decir, el análisis físico. La Figura 3 muestra una lista de factores de análisis ilustrativos 303 a considerar para el diseño de un vehículo. Los diversos factores de análisis pueden incluir áreas consideradas para el diseño de vehículos en las disciplinas tradicionales de ingeniería automotriz, tales como NVH (ruido, vibración y aspereza), aerodinámica, economía de combustible/emisiones, durabilidad/corrosión, paquete/ergonomía, dinámica del vehículo, análisis lineal de elementos finitos (FEA)/rigidez, impacto ambiental, etc. Adicionalmente, los diversos factores de análisis también pueden incluir elementos que se relacionan con el diseño estructural impreso en 3D, tales como la ubicación de nodos, los materiales compuestos, la temperatura y el costo del sistema/depósito de piezas existente, etc. En algunas modalidades, estos factores de análisis pueden o no relacionarse con el análisis que se basa en la física, de manera que pueden cubrir un amplio espectro de áreas desde disciplinas fundamentales tradicionales (por ejemplo, rendimiento) como se mencionó anteriormente hasta áreas de ciclos de vida tales como la capacidad de fabricación, el estilo, la capacidad de soporte, el impacto ambiental, la economía y costo, etc.

En algunas modalidades, un factor de análisis puede referirse a un atributo o disciplina de ingeniería de diseño que puede incluir un componente para prueba o análisis de simulación. El componente puede configurarse para analizar un producto de un área específica en base a modelos matemáticos o empíricos. El componente dentro de una arquitectura de simulación puede implementarse como código de computadora, tal como las variedades de programas de software que se mencionaron anteriormente. El módulo puede requerir una o más variables de entrada de un modelo de diseño y puede generar resultados dependientes optimizados o probados para un criterio o criterios específicos.

En algunas modalidades, los múltiples factores de análisis pueden analizarse o evaluarse mediante el uso de componentes que pueden implementarse como programas de software o códigos de computadora. Los programas de software de análisis de simulación CAD (diseño asistido por ordenador) y CAE (ingeniería asistida por ordenador) disponibles y/o los paquetes de software multifísico pueden usarse para los diversos factores de análisis.

En algunas modalidades, múltiples factores de análisis pueden analizarse simultáneamente mediante el uso de uno o más modelos multifísicos. Los métodos multifísicos, tal como los métodos de discretización simple y/o discretización múltiple, pueden involucrarse en el análisis de múltiples modelos físicos o múltiples fenómenos físicos simultáneos. Se pueden usar varios paquetes de software de fuente abierta y paquetes de software comercialmente disponibles para simular modelos multifísicos (física acoplada) en base al método de elementos finitos u otros métodos numéricos comunes.

En algunas modalidades, cada factor de análisis puede analizarse individualmente y los resultados del análisis de varios componentes pueden integrarse y evaluarse mediante el uso de un programa de integración como se describe más adelante en la presente descripción.

Las múltiples variables pueden involucrarse en el proceso de optimización de diseño en varias etapas. En algunas modalidades, una o más variables pueden involucrarse en una iteración del proceso de optimización de diseño simultáneamente de acuerdo con los criterios del producto o capa de diseño.

Un grado de optimización del diseño puede basarse en la modularidad. En algunas modalidades, la presente descripción proporciona un método de optimización de diseño que puede incluir múltiples grados o niveles de modificaciones y alteraciones para perfeccionar un diseño durante un proceso de optimización.

En un proceso de optimización de diseño tradicional, algunos aspectos de un modelo de diseño suelen ser fijos y difíciles de modificar o cambiar en comparación con las variables de diseño. La presente descripción, sin embargo, puede proporcionar un método que permite modificar y ajustar en varios niveles aspectos de un diseño que se basa en una estructura impresa en 3D, y puede mejorar significativamente el resultado de la optimización. En algunas modalidades, los diferentes niveles de perfeccionamiento del diseño pueden implicar la modificación y el ajuste de varias propiedades de piezas o componentes que pueden o no estar impresos en 3D.

La Figura 4 ilustra niveles ilustrativos de perfeccionamientos del diseño 400. En algunas modalidades, las estructuras impresas en 3D pueden modificarse y/u optimizarse en diferentes niveles. Tomando como ejemplo estructuras que se basan en nodos impresos en 3D, en un proceso de optimización de topología como se muestra en la Figura 4, se pueden incluir tres niveles de perfeccionamiento del diseño 400 para perfeccionar el diseño.

En algunas modalidades, una optimización de nivel macro 401 puede incluir modificaciones y alteraciones a nivel de estructura. Por ejemplo, si el producto de diseño es un vehículo que incluye múltiples subconjuntos o subsistemas, durante la optimización de nivel macro 401, el número y la ubicación de los componentes del subconjunto o subsistema en el espacio pueden variar. En otro ejemplo de diseño de chasis de un vehículo, la topología del material se puede ajustar por región y ubicación de las uniones impresas en 3D (nodos) para lograr el mejor rendimiento.

En algunas modalidades, una optimización de nivel medio 403 puede incluir modificaciones y alteraciones a los componentes en un nivel subestructural en relación con el nivel macro 401. Por ejemplo, para un chasis de vehículo que se basa en estructuras de nodos impresos en 3D, el nivel medio 403 puede referirse al nivel de nodo. En este caso, la optimización a nivel de nodo puede perfeccionar una variedad de propiedades de los nodos, tales como la forma, el tamaño, la estructura, los ángulos de conexión entre los tubos y las uniones, y los nodos, características finas (por ejemplo, características de centrado, conexión y colapso), materiales de conexión y adhesivos, etc.

En algunas modalidades, una optimización de nivel micro 405 puede incluir modificaciones en las propiedades microestructurales de los materiales. En algunas modalidades, las propiedades de los materiales pueden estar a escala milimétrica o submilimétrica. Las propiedades de los materiales pueden incluir, entre otros, el tipo de materiales, el grosor de la capa para el adhesivo, la porosidad, la aleación, la impregnación, la implantación de iones, la dirección del tejido, la esqueletización, la difusión de los poros, etc. En algunas modalidades, los componentes de nivel medio (por ejemplo, nodos, paneles, uniones) pueden incluir estructuras internas. Por ejemplo, los paneles se pueden formar imponiendo porosidad, esqueletizando o formando estructuras internas en forma de panal para reducir el volumen, el peso o el costo del material. Cuando se desean materiales ligeros y de alta resistencia para lograr los objetivos de eficiencia de combustible, se pueden adoptar estructuras en forma de panales, espumas, celosías y cualquier otra estructura 2D o 3D adecuada. La forma de estas microestructuras se puede optimizar para proporcionar ciertos beneficios de rendimiento. Por ejemplo, una estructura reticular Kagome 3D (que se origina como un patrón de tejido) puede identificarse mediante la optimización topológica como una estructura óptima superior a otras estructuras (por ejemplo, tetraédrica, de armadura piramidal, hexagonal, etc.) en base a su módulo elástico para una gama de volúmenes de fracción. Las propiedades del material seleccionado pueden optimizarse aún más cambiando las dimensiones, los materiales y la disposición de los componentes dentro de la estructura. Dichas estructuras y materiales impresos en 3D incluyen los que se describen en el documento WO 2015/175892 titulado "Nodos formados modulares para chasis de vehículos y sus métodos de uso" y WO 2016/003982 titulado "Sistemas y métodos para la fabricación de elementos de unión".

Se debe señalar que hay varias formas de definir los niveles y grados de perfeccionamiento del diseño. En algunas modalidades, los niveles de perfeccionamiento del diseño pueden definirse en base al producto de diseño específico. Por ejemplo, si el producto de diseño es una porción del chasis del vehículo, los niveles pueden incluir solo los perfeccionamientos de nivel medio y micro. En algunas modalidades, una o más variables y/o parámetros de un modelo de diseño de diferentes niveles pueden o no modificarse simultáneamente en un ciclo de iteración. Además, la optimización de la topología se describe en la presente descripción como un ejemplo, y también pueden involucrarse optimizaciones estructurales adicionales, tales como el tamaño, el peso y la rigidez, el número de elementos constituyentes y la optimización de la forma.

En algunas modalidades, los múltiples factores de análisis que se consideran en el diseño y la optimización de un objeto que se basa en una estructura impresa en 3D pueden analizarse u optimizarse en los múltiples niveles. La Figura 5 muestra una relación ilustrativa entre los múltiples factores de análisis 500 y los múltiples niveles de perfeccionamiento del diseño 510.

Los múltiples factores de análisis pueden incluir disciplinas de diseño tales como NVH (ruido, vibración y aspereza), aerodinámica, economía de combustible/emisiones, durabilidad/corrosión, paquete/ergonomía, dinámica del vehículo, FEA lineal/rigidez, impacto ambiental, etc. Adicionalmente, los diversos factores también pueden incluir elementos que se relacionan con la impresión en 3D, tales como la ubicación de nodos, los materiales compuestos, la temperatura y el costo del sistema/depósito de piezas existente, etc. Estos factores de análisis pueden o no relacionarse con la física y pueden cubrir un amplio espectro de áreas, desde disciplinas fundamentales tradicionales (por ejemplo, el rendimiento) hasta áreas de ciclos de vida tales como la capacidad de fabricación, la capacidad de soporte, la economía y costo, etc.

En algunas modalidades, los múltiples factores de análisis pueden incluir componentes que pueden implementarse como programas de software o códigos de computadora. En algunas modalidades, los métodos multifísicos tales como los métodos de discretización simple y/o discretización múltiple pueden involucrarse en el análisis de múltiples modelos físicos o múltiples fenómenos físicos simultáneos.

El análisis de los múltiples factores puede involucrarse en un proceso de optimización de diseño en varias etapas. En algunas modalidades, uno o más de los factores pueden involucrarse en una iteración de procesos de optimización de diseño simultáneamente de acuerdo con los criterios del producto de diseño.

En algunas modalidades, el método de análisis puede usar uno o más módulos. En algunos casos, un módulo puede referirse a un programa de software que se configura para analizar un solo factor de análisis. En otros casos, un módulo puede referirse a un programa de software que se configura para analizar múltiples factores durante la optimización. El módulo puede configurarse para analizar un producto de un área específica en base a modelos matemáticos o empíricos. El módulo dentro de una arquitectura de simulación puede implementarse como un código de computadora tal como las variedades de programas de software que se mencionaron anteriormente. El módulo puede requerir una o más variables de entrada de un modelo de diseño y generar resultados dependientes optimizados o probados para criterios específicos.

En algunas modalidades, la una o más variables del modelo de diseño pueden modificarse o ajustarse en uno o más niveles de perfeccionamiento del diseño. Múltiples factores pueden agruparse y optimizarse simultáneamente. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 5, en una iteración de optimización, múltiples factores de análisis pueden analizarse y evaluarse simultáneamente 501, mientras que múltiples variables del modelo de uno o más niveles de perfeccionamiento del diseño pueden ajustarse.

En algunas modalidades, múltiples factores de análisis de diseño pueden analizarse y optimizarse simultáneamente, por ejemplo, en paralelo, en un proceso de diseño. En algunas modalidades, se puede incluir un integrador para supervisar el análisis y la optimización de los diversos factores de análisis.

La Figura 6 muestra un marco esquemático ilustrativo en un proceso de optimización de diseño que incluye factores de análisis de varias disciplinas. Se pueden optimizar o analizar múltiples factores de análisis simultáneamente. En varias modalidades, estos factores de análisis pueden corresponder a diferentes disciplinas de diseño. En algunas modalidades, varios factores de análisis pueden acoplarse entre sí. En algunos casos, un factor de análisis puede analizarse por un componente de análisis correspondiente, tal como un componente de análisis aerodinámico 611, un componente de análisis de costo 613 y un componente de análisis de choque 615. En varias modalidades, un solo componente puede realizar el análisis de múltiples factores.

En algunas modalidades, varios componentes para analizar varios factores pueden acoplarse o interrelacionarse. Por ejemplo, una variable de entrada de un componente puede ser una restricción de otro componente que provoque bucles de retroalimentación a nivel de sistema, a nivel de producto general, etc. En algunos casos, estos bucles de retroalimentación pueden surgir dentro de una iteración que conduce a un retraso en el proceso de optimización. La presente descripción puede mejorar el proceso de diseño al desacoplar los múltiples factores de análisis mediante el uso de múltiples niveles de perfeccionamiento como se describió anteriormente. Por ejemplo, la flexibilidad en la selección de variables de diseño puede permitir un flujo de información óptimo y eficiente durante un proceso de optimización iterativo.

En algunos casos, los componentes de análisis acoplados pueden compartir las mismas variables de entrada de diseño x 601 con criterios en diferentes factores de análisis a lograr. Por ejemplo, el módulo de análisis aerodinámico 611 puede requerir variables de diseño x y restricciones/requisitos g1 y h1, el módulo de análisis de costos 613 puede requerir la misma variable de diseño x y el mismo objetivo de diseño J2, y el componente de análisis de choque 615 puede requerir la variable de diseño x, objetivos de diseño J3 y las restricciones g3 y h3. En algunas modalidades, los objetivos y restricciones de los múltiples factores de análisis tales como g1, h1, j2, j3, g3 y h3 pueden entrar en conflicto o no. En los casos en los que existan objetivos de optimización en conflicto, se puede incluir un integrador 600 para integrar los componentes de análisis. En varias modalidades, el integrador 600 puede comunicarse con los usuarios si es necesario para decidir compensaciones entre los objetivos en conflicto en base a las preferencias del usuario.

En varias modalidades, durante la optimización, el integrador 600 puede comunicarse con múltiples módulos de factor de análisis. En algunas modalidades, el integrador 600 puede indicar a los módulos de factor de análisis que ejecuten pruebas para analizar una o más características de rendimiento del diseño bajo ciertas condiciones y enviar el resultado del análisis al integrador 600 para la evaluación y decisión. El integrador 600 puede analizar el resultado del análisis individual recibido y determinar un nuevo valor de la variable de diseño x, que puede designarse x'. Subsecuentemente, el nuevo valor, x', se puede proporcionar a los componentes del factor de análisis múltiple para actualizar el diseño actual. Se pueden incluir múltiples iteraciones hasta que se logre un resultado optimizado. En algunas modalidades, el integrador 600 puede realizar un seguimiento de las variables de diseño y los resultados del análisis de cada versión del modelo de diseño almacenando los datos en una base de datos. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 6, el integrador 600 puede dar instrucciones al componente de análisis aerodinámico 611 y al componente de costo 613 para ejecutar análisis y pruebas en el modelo de diseño actual simultáneamente. Los resultados de la prueba del componente de análisis aerodinámico 611 y del componente de análisis de costos 613 pueden transmitirse al integrador 600 para su evaluación. En base a la evaluación de los resultados de las pruebas integradas frente a los criterios generales de diseño, el integrador puede determinar nuevos valores para las variables, tal como la variable x, para actualizar el modelo actual e instruir a los componentes del análisis para que repitan el análisis en base al modelo actualizado. En algunas modalidades, se pueden realizar una o más iteraciones hasta lograr un resultado optimizado.

Los múltiples componentes de análisis pueden optimizar el modelo de diseño actual dentro de cada componente además del análisis, de manera que el modelo de diseño puede modificarse dentro de cada componente de análisis. En consecuencia, un modelo de diseño optimizado resultante junto con la evaluación de prueba puede enviarse al integrador 600. En algunos casos, los componentes de análisis pueden realizar pruebas en paralelo. En otros casos, un componente de análisis puede realizar un análisis sin la entrada de los otros componentes de análisis, y la integración con los resultados de otros componentes de análisis se puede realizar de manera fragmentada. El integrador 600 puede proporcionar a los componentes de análisis tareas de diseño a optimizar dentro de cada componente respectivamente.

En cualquier marco esquemático, el integrador 600 o los diversos componentes de análisis individuales pueden solicitar iteraciones de perfeccionamientos de optimización. En cualquier caso, los perfeccionamientos de optimización se pueden realizar en múltiples niveles, tales como el nivel macro, el nivel medio y el nivel micro, como se mencionó anteriormente.

En algunas modalidades, el integrador 600 puede implementarse como una herramienta personalizada (por ejemplo, programa de software, API, código de computadora) para interactuar con los programas de software de análisis y simulación estructural existentes e instruir a algunos o todos los programas de análisis para que se ejecuten por lotes, para proporcionar rápidamente un informe completo de todas las características de un diseño y para comunicarse con cada programa de análisis como se describe en otra parte de la presente descripción.

En algunas modalidades, los diversos procesos de análisis, optimización y diseño pueden implementarse en programas de software en un dispositivo. El dispositivo puede incluir un procesador y/o una memoria. La memoria puede incluir medios legibles por ordenador no transitorios que incluyen código, lógica o instrucciones para realizar una o más acciones, tal como las acciones de diseño o los cálculos. El procesador puede configurarse para realizar las acciones de acuerdo con los medios legibles por ordenador no transitorios. El dispositivo puede ser una computadora de escritorio, un celular, un teléfono inteligente, una tableta, una computadora portátil, un servidor u otro tipo de dispositivo computacional. El dispositivo puede estar en comunicación con una impresora 3D. La impresora 3D puede imprimir varias estructuras de acuerdo con el diseño desarrollado por los procesos de optimización y diseño. La impresora 3D se puede configurar para generar un objeto mediante fabricación aditiva y/o sustractiva. La impresora 3D se puede configurar para formar un objeto metálico, un objeto compuesto, un objeto polimérico, etc. La impresora 3D puede ser, por ejemplo, una impresora de sinterización directa de metal por láser (DMLS), una impresora de fusión por haz de electrones (EBM), una impresora de modelado por deposición fundida (FDM), una impresora Polyjet, etc. La impresora 3D puede imprimir objetos hechos, por ejemplo, de titanio, aluminio, acero inoxidable, plásticos estructurales, otros materiales estructurales, etc.

En muchos casos, la optimización de un diseño puede involucrar varios criterios que entran en conflicto entre sí (por ejemplo, costo, masa, deformación) para analizarse y optimizarse simultáneamente. La parte A de la Figura 7 ilustra un ejemplo de factores de análisis con criterios en conflicto. En este ejemplo de optimización del diseño del vehículo, Factor1 y Factor2 pueden representar dos factores de análisis que entran en conflicto (por ejemplo, de manera que mejorar un factor puede empeorar el otro), por ejemplo, manejo del vehículo frente a confort, características de seguridad visibles frente a masa del vehículo, simplicidad frente a flexibilidad, aerodinámica frente a forma, estilo masculino frente a estilo femenino, etc.

En algunas modalidades, los métodos de optimización de diseño pueden usarse durante el proceso de diseño para lograr soluciones optimizadas a pesar de múltiples factores en conflicto. Estos enfoques pueden incluir, por ejemplo, enfoque de suma ponderada, métodos de métrica ponderada, programación de objetivos, programación física, óptimo de Pareto, etc. Por ejemplo, los diversos criterios en conflicto de los factores de análisis de diseño pueden ponderarse y sumarse para representar un objetivo de un diseño, de manera que la función objetivo agregada pueda expresar las preferencias del usuario (definir el factor de ponderación) y, por lo tanto, pueda optimizarse mediante el uso de técnicas tradicionales para encontrar una única solución óptima al problema de múltiples objetivos. En otros casos, la optimización se puede realizar antes de solicitar la preferencia del usuario o la información del objetivo. En este caso, se puede identificar y usar un conjunto de soluciones óptimas (por ejemplo, el óptimo de Pareto) para guiar a los usuarios hacia las preferencias de entrada.

En algunas modalidades, puede usarse un enfoque de filtro de Pareto para obtener soluciones optimizadas en un proceso de optimización de múltiples objetivos. La parte B de la Figura 7 muestra un ejemplo de frontera eficiente de Pareto. En este enfoque, una frontera de Pareto o conjunto de Pareto puede calcularse como el conjunto de soluciones óptimas para una optimización de objetivos múltiples. Al restringir o centrar la atención en el conjunto de opciones que son soluciones óptimas, un diseñador o usuario puede hacer compensaciones dentro de este conjunto, en lugar de considerar el intervalo completo de cada parámetro, acelerando así un procedimiento de optimización. Se pueden usar varios métodos (por ejemplo, suma ponderada adaptativa, intersección de límites normales) para calcular la frontera de Pareto.

En algunas modalidades, las soluciones óptimas identificadas (por ejemplo, la frontera de Pareto) pueden proporcionarse a los usuarios. Esto puede permitir a los usuarios tomar decisiones de diseño y hacer compensaciones en base a sus preferencias, de manera que se pueda lograr una optimización del diseño en base a las preferencias. En algunas modalidades, las compensaciones dentro del conjunto de fronteras de Pareto/soluciones óptimas pueden determinarse en base a la preferencia del usuario. En algunas modalidades, a los usuarios se les puede permitir seleccionar factores de enfoque y configurar un nivel de preferencia entre múltiples factores dentro de un espacio de restricción. En algunas modalidades, el espacio de restricción puede referirse a un espacio donde se cumplen todos los requisitos fundamentales y está disponible un potencial de optimización adicional.

En algunas modalidades, las compensaciones y opciones de preferencia pueden proporcionarse a los usuarios mediante una representación visual y los usuarios pueden recibir indicaciones para seleccionar los factores que son de mayor interés para determinar las compensaciones o los niveles de preferencia. Los detalles sobre la selección de preferencias son como se describen en otra parte de la presente descripción.

En algunas modalidades, las soluciones óptimas pueden usarse para determinar los factores disponibles que pueden seleccionarse y un intervalo o espacio restringido para los niveles de compensación. En algunos casos, el espacio de restricción puede referirse al límite de escala de los niveles de compensación dentro de los cuales los usuarios pueden establecer las compensaciones. Por ejemplo, en base a los diferentes resultados de análisis de un modelo actual (por ejemplo, soluciones óptimas), se puede proporcionar un límite de escala flexible o estricto del nivel de compensación para el mismo grupo de factores de enfoque y se puede permitir que los usuarios ajusten la proporción o el nivel de la compensación dentro de ese límite. En algunas modalidades, los factores disponibles y las escalas de compensación pueden determinarse en base a un margen de diseño.

En algunas modalidades, se puede determinar un margen de diseño en base a las soluciones optimizadas. El margen de diseño puede referirse a una capacidad de diseño que puede identificarse cuando uno o más resultados de pruebas de análisis anteriores superan un conjunto de requisitos mínimos. En algunas modalidades, puede existir una colección de soluciones óptimas (por ejemplo, la frontera de Pareto) que exceden todos los requisitos mínimos, en cuyo caso, la colección de soluciones optimizadas que se encuentran en el espacio excedente puede evaluarse y proporcionarse a los usuarios en forma de niveles de preferencias con respecto a los factores correlacionados que se pueden seleccionar. En algunas modalidades, el margen de diseño puede ser diferente a lo largo de la dirección de los factores específicos preferidos por el usuario (es decir, factores de enfoque).

En un aspecto de la descripción, se proporciona un método de optimización de diseño para estructuras que se basan en nodos impresos en 3D. En algunas modalidades, el método puede permitir un diseño que se base en las preferencias del usuario.

En algunas modalidades, el proceso de diseño puede incluir una serie de capas de optimización de diseño. La Figura 8 ilustra un proceso de diseño de cinco capas 800 ilustrativo, de acuerdo con algunas modalidades.

En algunas modalidades, en diferentes capas, puede involucrarse el perfeccionamiento del diseño en múltiples niveles de perfeccionamiento del diseño 810. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 8, la optimización puede involucrarse en la capa 3 (805), la capa 4 (807) y la capa 5 (809), y durante el proceso de optimización en estas capas, el modelo de diseño puede modificarse en múltiples niveles 810, incluido el nivel micro, el nivel medio y el nivel macro como se describe en otra parte de la presente descripción.

El proceso de diseño 800 puede incluir una serie de capas de optimización de diseño como se muestra en la Figura 8. En algunas modalidades, las diferentes capas pueden corresponder a diferentes niveles de análisis de diseño y profundidad de optimización. Por ejemplo, las cinco capas pueden componer una jerarquía que va desde un simple análisis 801 hasta un diseño completo de estructuras que se basa en aprendizaje automático 809. Durante un proceso de diseño, no es necesario realizar las cinco capas de manera secuencial. En algunas modalidades, se pueden incluir uno o más ciclos de iteración en una capa. En algunas modalidades, el número de ciclos de iteración que se incluyen en diferentes capas puede ser diferente. En algunas modalidades, en cada capa, se puede usar una táctica iterativa similar de forma secuencial o en paralelo, pero el nivel de análisis y modificación del diseño puede aumentar de acuerdo con el nivel creciente de objetivos de diseño en cada capa.

En algunas modalidades, las diferentes capas pueden implicar optimizaciones de diseño para diferentes criterios (objetivos). En algunos casos, pueden introducirse diferentes criterios en el proceso de diseño 800 en diferentes capas. Por ejemplo, los criterios que se relacionan con la Capa 1 (801) pueden incluir algunos requisitos básicos o de rendimiento del producto de diseño, los criterios que se relacionan con la Capa 3 (803) pueden incluir requisitos en muchas disciplinas (por ejemplo, economía, fabricación, etc.), los criterios que se relacionan con la capa 4 (807) pueden incluir las preferencias del usuario (cliente), y los criterios que se relacionan con la capa 5 (809) pueden centrarse en una mayor mejora del diseño en términos de rendimiento físico (del mundo real). En algunos casos, varios medios pueden definir en varios puntos de tiempo los criterios de diseño que se involucran en diferentes capas. Por ejemplo, los requisitos básicos de rendimiento se pueden predefinir y almacenar en una base de datos, mientras que los usuarios pueden ingresar sus preferencias en medio de un proceso de diseño.

En algunas modalidades, la capa 1 (801) del proceso de diseño 800 puede definirse proporcionando análisis de un modelo de referencia. En la capa 2 (803) subsecuente, se pueden evaluar varios conjuntos de características de rendimiento del modelo de referencia en múltiples condiciones de prueba frente a un conjunto de requisitos mínimos predefinidos. En la capa 3 (805), el modelo/diseño puede modificarse iterativamente hasta que se cumplan todos los requisitos (por ejemplo, requisitos deseados por el usuario, requisitos predefinidos, etc.). En la capa 4 (807), se pueden proporcionar a los usuarios una o más opciones de preferencias del cliente en base a un espacio libre de diseño que se identifica a partir de resultados anteriores, y la entrada de los usuarios se puede incorporar en un procedimiento de diseño que se basa en la preferencias. En la capa 5 (809), se pueden aplicar perfeccionamientos adicionales al diseño en base a los datos reales del producto, tal como el rendimiento de fabricación y el rendimiento del producto, y datos de pruebas físicas, tal como pruebas de campo.

Capa 1

En algunas modalidades, las operaciones de diseño en la capa 1 (801) pueden incluir una caracterización de rendimiento de referencia. En algunas modalidades, un proceso de diseño puede comenzar con el análisis y el diseño al nivel de la capa 1 (801). En algunas modalidades, si un chasis de vehículo es el producto de diseño, la capa 1 (801) puede incluir la selección de una estructura de chasis de vehículo semilla/inicial y caracterizarla mediante el uso de software de análisis y simulación física. El modelo semilla/inicial se puede seleccionar de varias copias del diseño en base al producto de diseño específico. Por ejemplo, si el producto de diseño es parte de un vehículo, tal como un panel de instrumentos, se puede proporcionar un modelo de panel inicial de una biblioteca histórica de diseños de paneles.

En algunas modalidades, el modelo semilla puede seleccionarse inicialmente de acuerdo con algunos requisitos mínimos. Por ejemplo, una biblioteca de diseños de chasis de vehículos puede contener un registro de algunas o todas las características de un diseño; al comparar rápidamente el registro del diseño con algunos requisitos mínimos, se puede seleccionar un modelo de diseño/semilla de referencia. Los requisitos pueden predefinirse y almacenarse en una base de datos histórica, o un usuario puede introducirlos.

En algunas modalidades, el modelo de diseño semilla/inicial puede denominarse diseño de referencia. El diseño de referencia se puede seleccionar de una base de datos que almacena múltiples diseños de referencia en varias categorías. Los detalles relacionados con la base de datos se describirán más adelante en la presente descripción. En algunas modalidades, los diseños múltiples pueden categorizarse de acuerdo con las estructuras mecánicas, de manera que diferentes categorías pueden representar diferentes estructuras. Por ejemplo, un diseño de referencia de chasis de vehículo puede seleccionarse de una categoría de chasis de vehículo y, de manera similar, un diseño de referencia de carrocería de vehículo puede seleccionarse de una colección de referencias de carrocería de vehículo. Los múltiples diseños se pueden categorizar de otras maneras, tal como, por función, por ejemplo. Se puede adoptar cualquier medio de clasificación adecuado de acuerdo con el producto de diseño específico. En varias modalidades, el proceso de diseño puede no comenzar con un diseño de referencia que se selecciona de una base de datos y, en este caso, un modelo inicial puede crearse manualmente desde cero. Por ejemplo, un modelo de diseño de chasis se puede generar en un programa de software de diseño asistido por ordenador (CAD), tal como AutoCAD, Autodesk, SolidWorks, pro/Engineer o Solid Edge. Opcionalmente, el modelo de diseño del chasis se puede generar en una herramienta de diseño personalizada simple que se adapta al diseño del bastidor espacial que se basa en nodos impresos en 3D.

En algunas modalidades, un diseño de referencia almacenado en la base de datos puede incluir un modelo CAD (diseño asistido por ordenador) paramétrico. El modelo CAD paramétrico puede incluir una descripción paramétrica del modelo. Por ejemplo, para el diseño de un vehículo, la descripción paramétrica del vehículo puede incluir su estructura, las llantas, los motores, las puertas, la transmisión, el sistema de enfriamiento, etc. En algunas modalidades, la descripción paramétrica puede incluir descripciones tridimensionales de cada componente y cómo se unen entre sí. En algunas modalidades, la descripción paramétrica también puede incluir propiedades de materiales tales como vidrio, metal, caucho y plástico usados en el modelo.

Las tablas 1, 2 y 3 son ejemplos de varias características de vehículos que se fabrican con nodos, conectores, subconjuntos y módulos de chasis. Una o más características enumeradas en las tablas se pueden registrar como entradas de la base de datos y se pueden recuperar cuando se selecciona el modelo de diseño como diseño de referencia. En algunas modalidades, estas entradas de la base de datos también pueden usarse para fabricar vehículos o modificar un diseño de vehículo.

La Tabla 1 incluye características ilustrativas para un modelo de referencia de chasis de vehículo.

La Tabla 2 incluye características ilustrativas para un módulo de chasis.

La Tabla 3 incluye características ilustrativas para nodos, conectores y/o paneles

En la capa 1 (801), después de determinar un diseño de referencia, el modelo de referencia puede caracterizarse y analizarse mediante uno o más programas de software de análisis y simulación física para establecer una referencia de rendimiento del modelo de referencia. Por ejemplo, para el diseño de la estructura de la carrocería de un vehículo, la referencia de rendimiento puede incluir el rendimiento de la carrocería del vehículo en casos de carga multidisciplinaras tales como choque (transitorio no lineal), NVH (dominio de la frecuencia), rigidez (estática lineal), durabilidad (estática lineal), aerodinámica (CFD), etc.

Se pueden usar varios métodos que son capaces de realizar pruebas de simulación. La prueba de simulación puede ser estática o dinámica, determinista o estocástica, continua o discreta, etc. Como se mencionó anteriormente, también pueden involucrarse varios modelos de prueba (por ejemplo, modelo físico, modelo empírico, etc.). Varios programas de software de análisis de simulación CAD (diseño asistido por ordenador) y CAE (ingeniería asistida por ordenador) disponibles, tales como ANSYS, AutoCAD, Autodesk, SolidWorks, Nastran, Fluent, o pro/Engineer y software de análisis multifísico disponibles comercialmente, se pueden usar para probar y evaluar las características de rendimiento del diseño de referencia.

En algunas modalidades, se puede proporcionar un programa de software personalizado para interactuar con el software de diseño estructural existente e instruir a algunos o todos los programas de análisis para que se ejecuten en forma de lotes, para proporcionar rápidamente un informe completo de todas las características de un diseño. En varias modalidades, se pueden iniciar múltiples paquetes de software como múltiples simulaciones simultáneas, que pueden permitir la medición de varios aspectos diferentes del rendimiento del vehículo simultáneamente. En varias modalidades, los múltiples paquetes de software pueden iniciarse secuencialmente. Se pueden iniciar varias copias del mismo software para probar los mismos parámetros de rendimiento en varios conjuntos de condiciones de prueba. Por ejemplo, un mismo modelo de vehículo se puede ejecutar en la misma pista de prueba mediante el uso del mismo software en una variedad de condiciones climáticas: verano caluroso, invierno frío, lluvia y caminos nevados y helados. El espectro de prueba de los resultados que se capturan en esta prueba puede ofrecer una instantánea condensada de alto nivel del rendimiento durante todas las estaciones.

En algunas modalidades, las múltiples pruebas de simulación se pueden ejecutar en la misma computadora. Opcionalmente, las múltiples pruebas de simulación pueden ejecutarse en múltiples computadoras que pueden comunicarse o no a través de una red, lo que permite una rápida caracterización del rendimiento en paralelo. En algunas modalidades, se pueden ejecutar cientos o miles de pruebas en paralelo, de manera que se puede recopilar un amplio conjunto de características de rendimiento en poco tiempo. Por ejemplo, en el caso de la prueba para todas las estaciones, cada variación estacional puede ejecutarse en una computadora separada. La gama de planes de prueba y condiciones se puede adaptar según sea necesario para adaptarse a las capacidades especiales del vehículo.

En algunas modalidades, la referencia de rendimiento puede incluir una o más características del modelo de referencia como resultados de una o más pruebas. En algunas modalidades, las pruebas pueden ser pruebas de simulación que evalúan una o más características del modelo de referencia frente a un conjunto de criterios. La una o más características de rendimiento pueden incluir, por ejemplo, capacidad de carga, seguridad contra choques y fallas, rendimiento de NVH (ruido, vibración y aspereza) del vehículo, durabilidad, rigidez, etc. Por ejemplo, las simulaciones pueden proporcionar resultados de análisis sobre cómo varios de los componentes del vehículo pueden moverse o deformarse durante un escenario, tal como un choque. En otro ejemplo, el análisis puede incluir un régimen de prueba temporal; por ejemplo, el rendimiento del vehículo puede evaluarse ejecutando una prueba del vehículo comenzando a velocidad cero, acelerando a una velocidad de rampa dada hasta un máximo, maniobrando a través de varias poses y desacelerando de regreso a cero.

En algunas modalidades, la caracterización del rendimiento del diseño de referencia puede evaluarse y probarse bajo un conjunto de requisitos mínimos/fundamentales. Por ejemplo, para el diseño de la estructura de la carrocería de un vehículo, los requisitos fundamentales/mínimos pueden incluir casos de carga multidisciplinarios tales como choque (transitorio no lineal), NVH (dominio de la frecuencia), rigidez (estática lineal), durabilidad (estática lineal), aerodinámica (CFD), etc. En algunas modalidades, estos requisitos fundamentales se pueden heredar de un diseño de referencia. En algunas modalidades, estos requisitos fundamentales pueden modificarse de acuerdo con ciertas reglas o adaptarse desde cero. Por ejemplo, los requisitos pueden incluir reglas operativas establecidas por los órganos rectores o de concesión de licencias, estándares de seguridad federales, estándares de combustible y emisiones, descripciones de las condiciones de las carreteras, descripciones ambientales, etc. Estos requisitos pueden variar de acuerdo con el lugar donde se opere el vehículo: la jurisdicción del país y de acuerdo con el propósito del vehículo (por ejemplo, un camión utilitario, un automóvil de pasajeros, un vehículo de respuesta a emergencias o un automóvil de carreras). En algunas modalidades, estos requisitos fundamentales pueden definirse al comienzo de un proceso de diseño.

Capa 2

Como se muestra en la Figura 8, la Capa 2 (803) puede referirse a la validación del diseño. En algunas modalidades, los resultados de rendimiento de la Capa 1 (801) pueden evaluarse y analizarse para verificar si el diseño de referencia cumple con un conjunto de requisitos. En algunos casos, los requisitos pueden incluir criterios fundamentales de rendimiento funcional y requisitos de seguridad a cumplir. Por ejemplo, los requisitos pueden especificar las funciones básicas y el comportamiento y las características del producto en condiciones de esfuerzo y falla. En otro ejemplo, los requisitos pueden incluir reglas operativas establecidas por los órganos rectores o de concesión de licencias, estándares de seguridad federales, estándares de combustible y emisiones, descripciones de las condiciones de la carretera, descripciones ambientales, etc. Estos requisitos pueden variar de acuerdo con el lugar donde se operará el vehículo, por ejemplo, la jurisdicción del país y de acuerdo con el propósito del vehículo (por ejemplo, un camión utilitario, un automóvil de pasajeros, un vehículo de respuesta a emergencias, un automóvil de carreras, etc.).

En algunas modalidades, un usuario puede introducir algunos requisitos. Por ejemplo, un usuario puede introducir los requisitos para un diseño de nivel de sistema mediante el uso de una interfaz fácil de usar. En la Figura 9 se muestra un ejemplo de la interfaz de requisitos del vehículo. Como se muestra en la Figura 9, los usuarios pueden ingresar requisitos del diseño mediante el uso de un menú desplegable. Por ejemplo, a los usuarios se les pueden proporcionar opciones para ingresar el país de registro, la clase de vehículo, la clasificación de choques, la distancia al suelo, la homologación, la clase de faro, la clase de emisión, etc. Para fines ilustrativos, se muestra un menú desplegable, sin embargo, se debe señalar que el usuario puede proporcionar diferentes escalas y se pueden emplear varios medios para permitir que el usuario ingrese o defina los requisitos. La Figura 9 muestra un submenú de ejemplo que especifica los requisitos detallados de la prueba de choque vehicular. El requisito general de clasificación de choques se divide en requisitos individuales para cada prueba de choque específica.

En algunas modalidades, un modelo de diseño puede evaluarse mediante múltiples pruebas de simulación para determinar si el modelo cumple o no un requisito. En algunas modalidades, una prueba de simulación puede evaluar el rendimiento del diseño de referencia en diversas condiciones de prueba físicas. En algunas modalidades, uno o más conjuntos de condiciones de prueba pueden predefinirse y almacenarse en una base de datos. Las condiciones de prueba pueden incluir, por ejemplo, temperatura y humedad ambiente, presión atmosférica, velocidad y dirección del viento y carga de radiación solar. Las condiciones de prueba también pueden incluir la medición del rendimiento de un modelo de diseño en varios momentos, tales como durante el día, la noche o en diferentes ubicaciones, tal como una prueba ecuatorial o de mayor latitud. Por ejemplo, se puede establecer un conjunto de condiciones de prueba tan extremas como para inducir una falla del vehículo, luego se puede registrar el rendimiento o la velocidad de falla del modelo de diseño como resultado de la prueba.

En algunas modalidades, las especificaciones y el resultado de la prueba para un diseño pueden representarse mediante vectores numéricos. De acuerdo con la prueba específica, los vectores numéricos pueden ser multidimensionales. En algunas modalidades, la especificación de diseño puede representarse mediante un vector numérico que puede incluir pasa-falla para ciertas dimensiones. El vector de rendimiento de pasa-falla se puede generar evaluando el resultado de la prueba de simulación frente a los requisitos, luego se puede calcular una puntuación indicativa del nivel de aprobación o falla de un requisito. En algunas modalidades, se pueden cuantificar varios resultados de prueba frente a los requisitos correspondientes, de manera que el resultado de la prueba de rendimiento se puede representar en forma de un vector de lecturas numéricas. El vector puede incluir, por ejemplo, medidas de consumo de combustible, capacidad de ascenso y temperatura en un ciclo de conducción específico. El vector también puede incorporar secuencias de tiempo que se cumplen en viajes o ciclos de conducción estandarizados.

Capa 3

La Capa 3 (805) puede referirse al nivel en el que el modelo de diseño se optimiza y modifica para cumplir con todos los requisitos como se describió anteriormente. En base a los vectores de rendimiento de pasa-falla cuestionados y abordados en la Capa 2 (803), el modelo de referencia (diseño) puede alterarse automáticamente con modificaciones que pretenden que su rendimiento cumpla con todos los requisitos. En algunas modalidades, la presente descripción puede permitir que las variables del modelo se modifiquen en múltiples niveles de perfeccionamiento (por ejemplo, nivel macro, nivel medio, nivel micro, etc.) como se describió anteriormente. La flexibilidad en términos de ajuste de parámetros de un modelo de diseño puede garantizar un diseño que cumpla con todos los requisitos mínimos. Cada versión del modelo modificado se puede evaluar y los resultados se pueden usar para guiar las modificaciones posteriores. Cuando se trata de una optimización de diseño de un solo objetivo, se pueden usar métodos o algoritmos de optimización tales como optimización global, optimización local libre de derivadas, optimización local en base a gradientes, métodos heurísticos, etc. Cuando los requisitos incluyen objetivos en conflicto o múltiples disciplinas, el diseño puede modificarse mediante el uso del método de optimización como se describió anteriormente.

Capa 4

La Capa 4 (807) puede referirse a la optimización del diseño en un nivel determinado por las preferencias del usuario. En esta capa, las preferencias del usuario pueden incorporarse al procedimiento de optimización y guiar la dirección del diseño. En algunas modalidades, las preferencias del usuario pueden restringirse y proporcionarse de acuerdo con el margen de diseño. El margen de diseño se puede identificar cuando las puntuaciones de caracterización individuales de la Capa 3 (803) contienen una capacidad que excede los requisitos mínimos. Este exceso de "capacidad de diseño" representa el margen que se puede gastar en este nivel.

En la capa 4 (807), la optimización adicional puede tener en cuenta las preferencias del usuario. Se puede permitir que un usuario seleccione una o más propiedades de enfoque, niveles de preferencia o compensación, etc. En algunas modalidades, se puede usar un programa de software personalizado para guiar la entrada de una o más preferencias por parte del usuario. En algunas modalidades, el programa de software puede configurarse para proporcionar una lista de propiedades ajustables a los usuarios para su selección y generar uno o más elementos en base a las propiedades seleccionadas y las relaciones de interacoplamiento dentro de una colección de propiedades, donde un elemento puede ser un grupo de contexto que incluye al menos una propiedad seleccionada y una o más propiedades acopladas/interrelacionadas, y un intervalo para que los usuarios ajusten el nivel de compensación o preferencia dentro del grupo de propiedades. El software puede configurarse además para mostrar los elementos al proporcionar representaciones visuales de los elementos a los usuarios para que establezcan el nivel de preferencia o las compensaciones, para actualizar el intervalo de compensaciones ajustables dinámicamente en base a las compensaciones establecidas para los otros elementos, y para proporcionar resultados instantáneos a los usuarios para ayudar a tomar decisiones de compensación.

En algunas modalidades, la lista de propiedades ajustables puede incluir propiedades primarias y propiedades secundarias. En algunos casos, las propiedades primarias pueden ser propiedades genéricas de un vehículo desde la perspectiva del cliente o propiedades que se relacionan directamente con el deseo/experiencia del cliente a nivel de producto, tal como el confort, la velocidad máxima del vehículo, etc. En otros casos, las propiedades primarias pueden ser las propiedades que se acoplan o interrelacionan menos con otras propiedades, de manera que se involucre menos cálculo o iteraciones. En algunas modalidades, las propiedades secundarias pueden referirse a propiedades desde la perspectiva de la ingeniería que pueden tener la forma de requisitos de diseño de ingeniería, tales como dimensiones, pesos y materiales, etc. Sin embargo, se pueden usar muchos otros medios para definir las propiedades primarias y secundarias. Tanto las propiedades primarias como las secundarias pueden vincularse directamente o transformarse en varios factores como se describió anteriormente.

En algunas modalidades, solo las propiedades primarias pueden mostrarse a los usuarios. En otras modalidades, se puede proporcionar a los usuarios una lista de propiedades ajustables tanto primarias como secundarias o ambas para su selección. En algunas modalidades, las propiedades que se muestran a los usuarios pueden determinarse en base a una prioridad histórica o nivel de interés de estas propiedades. En algunos casos, el nivel de prioridad o interés puede derivarse de datos históricos que indican las áreas o propiedades de interés de un usuario. En algunas modalidades, las propiedades que se muestran pueden determinarse en base a la información específica del usuario que se recupera de una base de datos. En algunas modalidades, las propiedades ajustables que se proporcionan a los usuarios pueden determinarse en base al resultado de optimización actual y el rendimiento potencial evaluado.

En algunas modalidades, los elementos pueden ser gráficos, representando grupos de propiedades acopladas. En algunas modalidades, estas propiedades acopladas pueden denominarse propiedades de enfoque. En algunas modalidades, las propiedades de enfoque también pueden denominarse factores de enfoque.

Cuando una o más propiedades ajustables se acoplan a una propiedad seleccionada, uno o más elementos pueden mostrarse automáticamente a los usuarios para que tomen una decisión de compensación. En algunas modalidades, las propiedades acopladas o enlazadas pueden determinarse en base a una relación de acoplamiento como se describió anteriormente. Por ejemplo, la relación de acoplamiento puede incluir diferentes propiedades afectadas por las mismas variables de entrada, una variable de entrada de una propiedad se ve afectada por una salida de otra propiedad, o diferentes propiedades que tienen criterios en conflicto, etc. En algunas modalidades, la relación de acoplamiento puede predeterminarse en base a los diversos módulos tales como los módulos que se mencionaron anteriormente y almacenarse en una base de datos. Cuando se determina que las propiedades acopladas son ajustables, pueden mostrarse a los usuarios para que tomen una decisión de compensación.

Un elemento puede contener cualquier cantidad de factores de enfoque que se pueden agrupar y mostrar a los usuarios. Un elemento puede contener al menos un factor seleccionado y factores no seleccionados interrelacionados. Un elemento puede contener factores, que sean todos factores seleccionados. En algunas modalidades, el elemento puede mostrar un grupo de factores y la relación de acoplamiento dentro del grupo a los usuarios.

La Figura 10A muestra ejemplos de representación visual de factores de enfoque y opciones de compensación para el diseño que se basan en las preferencias del usuario, de acuerdo con algunas modalidades. Por ejemplo, dos factores de enfoque pueden representarse por una barra deslizante que puede permitir que un usuario seleccione un nivel de compensación o un nivel de preferencia entre los factores de enfoque seleccionando una ubicación de la barra. En el ejemplo 1017, a los usuarios se les puede permitir usar un cursor para mover el nivel de compensación entre el estilo de los factores de enfoque y la aerodinámica. En algunas modalidades, al ajustar el nivel de compensación para un par de factores de enfoque, el nivel de preferencia/compensación de otros factores acoplados puede calcularse automáticamente y presentarse a los usuarios instantáneamente.

En otro ejemplo, tres factores de enfoque pueden visualizarse mediante un triángulo con un objeto móvil que representa la proporción o el nivel de compensación entre los tres factores. Al ajustar la posición del objeto móvil dentro de un espacio confinado, los usuarios pueden proporcionar fácilmente sus preferencias personales para guiar un proceso de diseño. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 10A, se puede permitir que los usuarios muevan el cursor de referencia 1021 para determinar una compensación entre los tres factores de enfoque, costo, velocidad y estilo.

En otras modalidades, se pueden representar más de tres factores de enfoque mediante una representación visual en 3D 1015. Por ejemplo, puede usarse un tetraedro 1015. En el ejemplo de representación 3D, cada vértice puede representar un factor de enfoque y las superficies del tetraedro pueden formar un espacio de restricción. Se puede permitir a los usuarios mover el cursor de referencia para determinar una preferencia entre los múltiples factores de enfoque.

En algunas modalidades, la preferencia se proporciona a los usuarios dentro de un espacio de restricción. Se puede indicar un intervalo de nivel de compensación en las presentaciones visuales. Por ejemplo, el intervalo puede presentarse por el límite izquierdo y derecho de la barra deslizante 1017 o los bordes del triángulo 1019.

Se debe señalar que se pueden proporcionar a los usuarios otras geometrías (por ejemplo, barra, pirámide, cubo, círculo, esfera, etc.) u otras formas (por ejemplo, numérica, gráfica, etc.) de representación para visualizar los factores de enfoque seleccionados y decidir las compensaciones. La representación puede ser imágenes en 2D tal como la barra deslizante 1017 y el triángulo 1019, o imágenes en 3D tal como el tetraedro 1015.

En el ejemplo del triángulo 1019, el cursor de referencia 1021 se puede mover en cualquier dirección en un plano bidimensional. El borde del triángulo puede restringir el intervalo de movimiento. En algunas modalidades, un espacio de diseño disponible se puede representar mediante un área resaltada dentro de la forma de triángulo que indica el margen de diseño potencial. Cada vértice puede representar un factor de enfoque (por ejemplo, costo, velocidad y estilo). La posición del cursor puede corresponder a una proporción de preferencia o nivel de compensación entre los tres factores. Por ejemplo, la distancia entre el cursor de preferencia y cada vértice puede ser proporcional al nivel de preferencia. En otros casos, la distancia puede ser inversamente proporcional al nivel de preferencia.

En el ejemplo de representación 3D 1015, cada vértice puede representar un factor de enfoque (por ejemplo, aerodinámica, seguridad-RC, confort-RH y visibilidad-DW) y las superficies del tetraedro pueden representar un espacio de diseño potencial. En algunas modalidades, el espacio de restricción o el espacio de diseño disponible puede representarse gráficamente como un área o volumen resaltado dentro del tetraedro 1015.

En algunas modalidades, a los usuarios se les puede proporcionar una escala restringida de personalización en términos de los factores de enfoque disponibles que se pueden seleccionar y los niveles de compensación relacionados. En algunos casos, el espacio de restricción puede referirse a los factores que se pueden seleccionar (factores ajustables) que pueden determinarse mediante las soluciones optimizadas. En algunos casos, el espacio de restricción puede referirse al límite de escala de los niveles de compensación dentro de los cuales los usuarios pueden establecer las compensaciones. Por ejemplo, en base a los diferentes resultados del análisis del modelo actual, se puede proporcionar un límite de escala flexible o estricto del nivel de compensación para el mismo grupo de factores de enfoque, y se puede permitir a los usuarios ajustar la proporción o el nivel de la compensación dentro de ese límite. En algunas modalidades, los factores disponibles y las escalas de compensación pueden determinarse en base al margen o la restricción del diseño.

En algunas modalidades, el margen de diseño puede referirse a una capacidad de diseño que puede identificarse cuando uno o más resultados de pruebas de análisis anteriores (por ejemplo, puntuaciones de caracterización individuales que se obtienen de la Capa 3 (805)) superan un conjunto de requisitos mínimos. En algunas modalidades, una colección de soluciones optimizadas (por ejemplo, la frontera de Pareto) puede exceder todos los requisitos mínimos, en cuyo caso la colección de soluciones óptimas que se encuentran en el espacio de exceso puede evaluarse y proporcionarse a los usuarios en forma de niveles de preferencias con respecto a los factores correlacionados que se pueden seleccionar. En algunas modalidades, el margen de diseño puede ser diferente a lo largo de la dirección de los factores específicos que prefiere el usuario (es decir, factores de enfoque).

En algunas modalidades, los factores de enfoque que se presentan a los usuarios pueden no ser los mismos factores de análisis de diseño que se describieron anteriormente. En algunos casos, se pueden usar métodos tales como el despliegue de funciones de calidad (QFD) para traducir los factores de ingeniería en una forma que aborde las necesidades del cliente. Por ejemplo, un factor de ingeniería (por ejemplo, ubicación de nodos, tiempo de impresión, etc.) puede transformarse en un factor relacionado con las demandas del cliente (confort interior, costo, etc.). En algunas modalidades, las necesidades del cliente pueden incluir compensaciones básicas entre economía, características de rendimiento, tamaño y estilo, y otros atributos derivados.

En algunas modalidades, la entrada de los usuarios puede indicar una preferencia de diseño y puede implementarse como requisitos/restricciones y/u objetivos para una mayor optimización del diseño. En algunas modalidades, la entrada (por ejemplo, factores de enfoque y niveles de preferencia/compensación) de los usuarios puede transformarse en requisitos/restricciones de ingeniería, objetivos o planes de prueba para un proceso de optimización adicional. Se pueden usar métodos tal como QFD para traducir los requisitos de los usuarios en requisitos de ingeniería. Después de que la preferencia del usuario se transforme en factores de análisis de ingeniería, se puede realizar un análisis del modelo actual para evaluar el modelo frente al nuevo requisito (que se deriva de la entrada de preferencia del usuario), luego el diseño puede modificarse o no para una mayor optimización de acuerdo con el resultado del análisis.

En algunas modalidades, se puede presentar a los usuarios una representación visual del diseño en tiempo real o casi en tiempo real para ayudar a los usuarios a tomar decisiones de preferencia. Esta representación visual puede reflejar un impacto de diseño instantáneo que se introduce por la compensación o entrada de preferencia por parte del usuario. En algunas modalidades, el resultado instantáneo puede ser un resultado de prueba que se guardó previamente en una base de datos de manera que no se requiera ninguna prueba de cálculo o simulación. En otras modalidades, el resultado instantáneo puede ser un cálculo que se base en una nueva combinación de resultados de pruebas anteriores que pueden no requerir un ciclo de cálculo prolongado. En otras modalidades, el resultado puede obtenerse de un proceso de optimización. En base a los factores de enfoque específicos que selecciona el usuario y el nivel de las compensaciones, los cambios correspondientes al diseño de la estructura pueden o no ser visibles en un modelo gráfico. En algunos casos, los usuarios pueden visualizar cambios instantáneos en la apariencia del modelo, tal como la forma, el tamaño, la cantidad de componentes, etc. En otros casos, los usuarios pueden visualizar los cambios en forma numérica, tal como tablas, diagramas, mapas de análisis, etc. En algunas modalidades, se puede presentar a los usuarios un conjunto de representaciones visuales correspondientes a diferentes versiones de diseño para su comparación y selección. En otras modalidades, se puede permitir a los usuarios "probar la conducción" del modelo en una simulación dinámica para evaluar el comportamiento que se alteró, y cuando se logra la "sensación" de rendimiento deseada, se puede bloquear la configuración de preferencia. Se pueden proporcionar varios medios para que los usuarios prueben virtualmente la conducción de un vehículo, tales como la animación, la realidad virtual, etc.

Las Figuras 10B-C ilustran un ejemplo de optimización de diseño en el nivel que se basa en preferencias, de acuerdo con algunas modalidades. En el ejemplo, el objeto de diseño es un vehículo. Antes del proceso en la capa que se basa en las preferencias, es posible que se haya evaluado el diseño de un vehículo de referencia mediante una prueba de simulación. Por ejemplo, un usuario puede encontrar que la visibilidad del conductor a través del parabrisas es insuficiente para el diseño actual 1063 ejecutando una simulación de conducción de un modelo de vehículo.

Se puede proporcionar al usuario una lista de propiedades ajustables 1001. Se puede usar cualquier forma adecuada para mostrar la lista de propiedades ajustables, tal como una lista desplegable, tablas, diagramas, representaciones gráficas, etc. El usuario puede seleccionar una o más propiedades para el ajuste. En este ejemplo, se puede seleccionar "Visibilidad- Parabrisas del Conductor " (Visibilidad-DW) de la lista. Tras la selección de la propiedad Visibilidad-DW, se pueden identificar y mostrar automáticamente a los usuarios 1003 varias propiedades vinculadas/acopladas o afectadas, tales como el confort-espacio sobre la cabeza del conductor, la seguridadaplastamiento del techo, la aerodinámica-altura máxima del techo. Adicionalmente, se puede mostrar al usuario una representación gráfica del modelo actual con la propiedad anotada o ilustrada. En algunos casos, la propiedad anotada puede ser una propiedad o factor altamente correlacionado o asociado con las propiedades de enfoque y que se presenta a los usuarios con fines ilustrativos. En este ejemplo, se muestran cuatro alturas de vehículos diferentes 1081-1084 para representar la propiedad del parabrisas (visibilidad-DW) como se muestra en la Figura 10C. Una relajación de la restricción de la altura del vehículo puede permitir que el vidrio del parabrisas sea más grande o esté más inclinado verticalmente para proporcionar al conductor una mejor visibilidad de la carretera hacia adelante.

Como se muestra en la Figura 10C, el ajuste puede afectar una gama de ajustes a la altura del vehículo. Cuatro versiones de los modelos de diseño 1061-1064 corresponden a cuatro alturas diferentes 1081-1084 y el tercer modelo 1063 representa el modelo de referencia.

La tabla 1005 puede ser una matriz cruzada de todas las propiedades de enfoque identificadas que contienen las relaciones de acoplamiento. Por ejemplo, como se muestra en la tabla 1005, la relación de acoplamiento puede identificarse y representarse mediante seis pares: T1, T2, T3, T4, T5 y T6.

Además, cada par de propiedades de enfoque puede mostrarse con un control deslizante 1007 seleccionable por el usuario y un usuario puede o no elegir ajustar el control deslizante. Se le puede pedir al usuario que decida un nivel de preferencia o una compensación entre un par de propiedades ajustando la posición del control deslizante.

Como se mencionó anteriormente, la relación de acoplamiento se puede representar de muchas otras formas. Por ejemplo, la misma lista de propiedades de enfoque se puede mostrar en forma de tetraedro 1094 en la Figura 10A. Esto puede mostrarse en la pantalla con una actualización en vivo a medida que se mueven los controles deslizantes. Cada una de las cuatro propiedades se puede asignar a un vértice del tetraedro (Visibilidad-DW 1095, Confort-DH 1096, Seguridad-RC 1097 y Aero-RH 1098). Cada borde puede representar una permutación emparejada de dos propiedades, para un total de seis bordes. Cada control deslizante de cambio T1, T2, T3, T4, T5 y T6 representa un punto a lo largo de uno de los seis bordes. El porcentaje de configuración del control deslizante de cada par se puede representar como un punto que se encuentra a lo largo del borde.

En algunos casos, una representación gráfica del modelo de vehículo correspondiente a una selección de compensación puede mostrarse instantáneamente a un usuario 1011. Se puede permitir a los usuarios visualizar inmediatamente los cambios directos e indirectos en el modelo de diseño como resultado de sus preferencias de compensación expresadas.

En algunas modalidades, la representación visual de los factores de enfoque y las opciones de compensación para el diseño que se basa en las preferencias del usuario y la representación visual del diseño pueden mostrarse al usuario en un dispositivo. La Figura 10D ilustra ejemplos de dispositivos que proporcionan una interfaz gráfica de usuario e interacción con el usuario, de acuerdo con modalidades de la descripción. En algunas modalidades, el dispositivo puede ser un dispositivo de computación. El dispositivo puede incluir una pantalla 1023 para mostrar las representaciones visuales para la preferencia de entrada del usuario. La pantalla de visualización puede incluir o no la capacidad de entrada sensible al tacto. El dispositivo puede incluir un procesador y/o una memoria. La memoria puede incluir medios legibles por ordenador no transitorios que incluyen código, lógica o instrucciones para realizar una o más etapas, tales como las etapas de diseño o los cálculos. El procesador puede configurarse para realizar las etapas de acuerdo con los medios legibles por ordenador no transitorios. El dispositivo puede ser una computadora de escritorio, un celular, un teléfono inteligente, una tableta, una computadora portátil, un servidor o cualquier otro tipo de dispositivo computacional. El dispositivo puede estar en comunicación con una impresora 3D. El dispositivo puede ser o no un dispositivo de red. En algunas modalidades, el dispositivo puede ser capaz de conectar una red, tal como una red de área local (LAN), una red de área amplia (WAN) tal como Internet, una red de telecomunicaciones, una red de datos o cualquier otro tipo de red.

En algunas modalidades, a los usuarios se les puede permitir mover el cursor de preferencia a través de un dispositivo interactivo de usuario 1019. Los ejemplos de dichos dispositivos interactivos de usuario pueden incluir un teclado, un botón, un mouse, una pantalla táctil, un panel táctil, una palanca de mando, una bola de seguimiento, una cámara, un micrófono, un sensor de movimiento, un sensor de calor, un sensor de inercia o cualquier otro tipo de dispositivo interactivo de usuario.

Capa 5

Con referencia nuevamente a la Figura 8, la Capa 5 (809) puede referirse al nivel de optimización de aprendizaje automático. En este nivel, la optimización del diseño puede involucrar datos de productos reales y/o experimentos con modelos físicos. En algunas modalidades, se puede compilar y actualizar periódicamente una base de datos de diseños, experiencia de fabricación, experiencia de diseño, rendimiento de fabricación y rendimiento del producto, etc. Por ejemplo, los datos que se almacenan en la base de datos pueden incluir retroalimentación que se genera después de la entrega de un componente o producto, por lo que capturan los resultados finales del proceso. Los resultados pueden ser, por ejemplo, satisfactorios o insatisfactorios. Por ejemplo, la base de datos puede incluir datos que se recopilan de un ciclo de vida completo de los productos. La recopilación de datos puede incluir la fabricación del producto (desde la extracción/antes de las materias primas), el proceso de diseño, la fabricación, la entrega, el uso en campo y el eventual reciclaje. En otro ejemplo, se pueden registrar y analizar los datos históricos que se recopilan del rendimiento de productos similares bajo varios condicionales reales. En algunas modalidades, para una base de datos de diseño de vehículos, los datos pueden contener además información que se relaciona con los clientes, tal como preferencias, hábitos, comportamiento de conducción, etc. El conocimiento y los patrones pueden extraerse de la base de datos mediante el uso de técnicas tales como aprendizaje automático, técnicas de análisis de redes neuronales, etc.

En algunas modalidades, la información que se extrae de la base de datos de datos físicos se puede usar para guiar la modificación y el perfeccionamiento adicionales a los modelos de diseño. Por ejemplo, la información que se relaciona con el comportamiento del cliente puede tenerse en cuenta en el proceso de optimización de diseño para lograr un producto de diseño final personalizado. La información que se aprende de los productos físicos reales puede mejorar la optimización del diseño y ofrecer un producto que es difícil de lograr solo en base a los modelos matemáticos convencionales y las simulaciones numéricas.

La Figura 11 muestra un diagrama de flujo de datos a través de un ciclo de optimización de diseño ilustrativo. En algunas modalidades, uno o más ciclos de optimización pueden involucrarse en las múltiples capas de la presente descripción. Varios objetos que se basan en estructuras impresas en 3D, como se mencionó anteriormente, pueden optimizarse mediante el método presentado. La siguiente modalidad usa el diseño de la estructura del vehículo como ejemplo; sin embargo, el método de optimización se puede aplicar a cualquier subsistema, tal como un motor o un neumático del vehículo, o se puede usar para el diseño de otras estructuras de vehículos que no sean de motor.

En algunas modalidades, el ciclo de optimización del diseño puede comenzar con un modelo CAD (diseño asistido por ordenador) paramétrico 1101 de un vehículo. El modelo de vehículo inicial 1101 puede contener una descripción paramétrica completa del vehículo, tal como la estructura, los neumáticos, el motor, las puertas, la transmisión, el sistema de refrigeración, etc. El modelo de vehículo inicial 1101 puede incluir descripciones tridimensionales de cada componente y cómo se unen entre sí. El modelo de vehículo inicial 1101 también puede contener propiedades de materiales para los diversos componentes de vidrio, metal, caucho y plástico. Como se describió anteriormente, se puede usar una base de datos para almacenar numerosos modelos de diseño que se pueden usar como diseño inicial.

El plan de prueba y condiciones 1111 puede ser un conjunto predefinido de pruebas prescritas para el vehículo. En algunas modalidades, los planes de prueba pueden incluir varios módulos de simulación que se implementan como un conjunto de instrucciones codificadas por ordenador, y las condiciones de prueba pueden incluir un conjunto de parámetros que se aplicarán a los planes de prueba correspondientes para varios propósitos de prueba. La unidad de prueba de simulación 1103 puede tomar el modelo de vehículo 1101 y los planes de prueba y condiciones 1111 y realizar una prueba de simulación con un software de análisis. Por ejemplo, el programa de simulación 1103 puede someter el modelo a un conjunto de maniobras de esfuerzo simuladas que pueden provocar comportamientos extremos, y se pueden tomar medidas del rendimiento en los momentos apropiados.

El plan de prueba y condiciones 1111 puede describir un proceso de prueba físico para evaluar cómo se comporta el modelo en una serie de situaciones de prueba predeterminadas. Por ejemplo, las condiciones de la prueba pueden especificar, por ejemplo, la temperatura y la humedad ambientales, la presión atmosférica, la velocidad y la dirección del viento y la carga de radiación solar (para pruebas diurnas, nocturnas, ecuatoriales o de latitudes más altas). En otro ejemplo, las condiciones de prueba pueden incluir casos de carga multidisciplinarios tales como choque (transitorio no lineal), NVH (dominio de la frecuencia), rigidez (estática lineal), durabilidad (estática lineal), aerodinámica (CFD), etc. Algunas condiciones de prueba pueden ser tan extremas como para inducir deliberadamente una falla del vehículo. Encontrar y medir dónde o cómo ocurre una falla puede ser la característica clave de una prueba. Por ejemplo, las simulaciones pueden proporcionar una indicación de cómo varios componentes del vehículo pueden moverse o deformarse durante un escenario, tal como un choque. En otro ejemplo, el análisis puede incluir un régimen de prueba temporal; por ejemplo, el rendimiento del vehículo puede evaluarse ejecutando una prueba del vehículo comenzando a velocidad cero, acelerando a una velocidad de rampa determinada hasta un máximo, maniobrando a través de una lista de puntos de ruta predeterminados, velocidades, giros u obstáculos, y desacelerando de regreso a cero.

La unidad de pruebas de simulación 1103 puede incluir un conjunto de paquetes de software que pueden iniciarse como múltiples simulaciones. El conjunto de paquetes de software puede o no ejecutarse simultáneamente. En algunas modalidades, los paquetes de software pueden recibir instrucciones para realizar pruebas de acuerdo con cada plan y condiciones propios, como se especifica en el plan de prueba y condiciones 1111. Esta pluralidad de pruebas de simulación puede permitir la medición de varios aspectos diferentes del rendimiento del vehículo. Se pueden usar varios software de análisis de simulación para el análisis, tales como ANSYS, AutoCAD, Autodesk, SolidWorks, Nastran, Fluent o pro/Engineer para los diversos análisis de diseño.

En algunas modalidades, se pueden iniciar múltiples paquetes de software como múltiples simulaciones simultáneas que permiten la medición de varios aspectos diferentes del rendimiento del vehículo simultáneamente. En otras modalidades, los múltiples paquetes de software pueden iniciarse secuencialmente. Se pueden iniciar varias copias del mismo software para probar los mismos parámetros de rendimiento en varios conjuntos de condiciones de prueba. Por ejemplo, un mismo modelo de vehículo se puede ejecutar en la misma pista de prueba mediante el uso del el mismo software en una variedad de condiciones climáticas: verano caluroso, invierno frío, lluvia y caminos nevados y helados. El espectro de prueba de los resultados capturados en esta prueba puede ofrecer una instantánea condensada de alto nivel del rendimiento durante todas las estaciones.

En algunas modalidades, las múltiples pruebas de simulación se pueden ejecutar en la misma computadora. Opcionalmente, las múltiples pruebas de simulación pueden ejecutarse en múltiples computadoras que pueden o no comunicarse a través de una red, lo que permite una rápida caracterización del rendimiento en paralelo. En algunas modalidades, se pueden ejecutar cientos o miles de pruebas en paralelo, de manera que se puede recopilar un conjunto extremadamente amplio de características de rendimiento en poco tiempo. Por ejemplo, en el caso de la prueba de todas las estaciones, cada variación estacional puede ejecutarse en una computadora separada. La gama de planes de prueba y condiciones se puede adaptar según sea necesario para ajustarse a las capacidades especiales de cualquier vehículo.

La Figura 12 muestra una representación 1200 de un resultado ilustrativo de un ciclo de software de prueba de simulación. Este es un análisis estructural de las ubicaciones de nodos lineales y la topografía del tubo. La estructura que se muestra es un bastidor de vehículo que se basa en nodos con un análisis de sensibilidad de las ubicaciones de nodos y la topografía. Algunas porciones de la estructura pueden ser más sensibles a la ubicación de nodos y la topografía en relación con el objetivo de optimización actual. En este ejemplo, el lado izquierdo 1201 de la estructura (como se ve en la Figura 12) es más sensible a la ubicación de nodos que el lado derecho 1203 de la estructura. El resultado de esta prueba de simulación puede generar una o más alteraciones en el lado izquierdo de la estructura.

Con referencia nuevamente a la Figura 11, a medida que avanza una fase de prueba, las mediciones de las diversas pruebas pueden recopilarse y registrarse como resultados de prueba de rendimiento 1105 en forma de un vector de lecturas numéricas. El vector puede incluir, por ejemplo, medidas de consumo de combustible, capacidad de ascenso y temperatura bajo esfuerzo, etc. El vector también puede incorporar secuencias de tiempo que se cumplen en viajes o ciclos de conducción estandarizados.

Una vez que se completa la prueba simulada, los resultados de prueba de rendimiento compilados 1105 pueden evaluarse mediante una unidad de evaluación de optimización 1115. La unidad de evaluación de optimización 915 puede usar un estado objetivo preseleccionado que se expresa como Objetivos y Restricciones 1113 para medir la aceptabilidad del rendimiento del modelo. La distancia desde el nivel de rendimiento actual del modelo hasta el nivel de rendimiento objetivo se puede medir cuantitativamente. La dirección de este vector en el espacio de rendimiento se puede usar para guiar la optimización adicional cambiando la configuración del tamaño de la etapa de incremento, la dirección de la etapa, el factor de peso, etc., para una iteración de optimización posterior.

La Figura 13 muestra un gráfico del resultado de prueba de rendimiento ilustrativo 1105 evaluado por la unidad de evaluación de optimización 1115. En este ejemplo, el gráfico muestra dos de las dimensiones del vector de resultado de prueba de rendimiento 1105, que forman los dos ejes "Puntuación de Prueba A" y "Puntuación de Prueba B". Las dos puntuaciones de las pruebas pueden representar dos factores, tales como la economía de combustible y la capacidad de ascenso.

Los dos ejes se orientan con el cuadrante menos deseable en la parte inferior izquierda y el cuadrante más deseable en la parte superior derecha. En la parte A de la Figura 13, el punto 1350 puede representar la coordenada estimada del estado objetivo. Puede existir un exceso de espacio entre la esquina y el objetivo, lo que representa condiciones de producto sobrediseñadas o excesivamente capaces.

Los resultados de la prueba del vector de resultado de prueba de rendimiento de una sola prueba de simulación se representan como el punto 1341. La línea de restricción 1348 puede representar un horizonte límite, impuesto por otras dimensiones del vector de resultado de prueba que no se pueden representar en este gráfico. Las áreas a la derecha de la línea de restricción 1348 pueden violar las necesidades funcionales del producto, por lo tanto, no existe una solución aceptable en esta área. El gráfico de la Parte A indica que el objetivo 1350 se encuentra fuera del espacio restringido. Esto indica que el punto objetivo 1350 es inalcanzable mediante cualquier cambio simple entre la puntuación de prueba A y la puntuación de prueba B. Este caso puede corresponder a un espacio de rendimiento de producto típico donde se establece claramente una dirección de objetivo pero para el cual no hay una solución directamente visible o alcanzable.

En este caso, el punto 1351 y el punto 1352 se muestran como candidatos óptimos, como se muestra en la parte B. Los puntos 1351 y 1352 satisfacen la línea de horizonte de restricción 1348 y ambos están próximos al punto objetivo 1350. Las etapas subsecuentes ilustran cómo el software explora este espacio para encontrar una solución satisfactoria óptima.

El punto de resultados de la prueba 1341 se produce ejecutando una prueba de simulación en el modelo de vehículo actual. En algunos casos, cuando un vector de resultado de prueba de rendimiento indica que el modelo se queda muy por debajo de su objetivo de rendimiento establecido, el resultado de la prueba puede clasificarse como subóptimo. En este caso, el modelo requiere una modificación del modelo para mejorar su rendimiento y la unidad de evaluación de optimización 1115 puede proporcionar instrucciones que contienen el objetivo y el requisito a la unidad de alteración de diseño 1107.

En otro caso, cuando una prueba indica que el modelo alcanzó o superó el objetivo de rendimiento, el resultado de la prueba puede ser satisfactorio en esta dimensión de puntuación. En este caso, una mayor optimización en la dirección de alteración actual puede no generar un valor significativo. Luego, la unidad de evaluación de optimización 1115 redirige o termina el proceso de iteración.

En otro caso más, cuando una prueba indica que se excedieron una o más superficies de restricción, es posible que haya ocurrido una violación del diseño. En este caso, la unidad de evaluación de optimización 1115 puede indicar al proceso de optimización que "retroceda" a la iteración de diseño de puntuación más alta anterior. Esto elimina los efectos del cambio de diseño más reciente. El descubrimiento de una dirección de deterioro es una indicación de que la exploración incremental adicional en esta dirección paramétrica no será productiva. De manera similar, cuando se encuentra que una superficie de restricción bloquea la mejora incremental, esto es una indicación de que se alcanzó un óptimo local.

Con referencia a la Figura 11, en el caso donde la unidad de evaluación de optimización 1115 encuentre que el modelo actual alcanzó el objetivo de rendimiento, el proceso de diseño puede finalizar y el modelo actual puede salir como el modelo de vehículo óptimo 1117. En el caso donde la unidad de evaluación de optimización 1115 indique un requisito de alteración, la unidad de alteración de diseño 1107 puede realizar una alteración incremental del modelo de vehículo inicial 1101 y producir un modelo de vehículo modificado 1109.

En algunas modalidades, la alteración se puede realizar en uno o más parámetros de diseño en el modelo original 1101. Los parámetros pueden seleccionarse de un subconjunto de enfoque de todos los parámetros del vehículo. En algunos casos, los parámetros pueden seleccionarse manualmente en el caso de una optimización guiada. En otras modalidades, los parámetros pueden seleccionarse automáticamente en el caso de una optimización general abierta o de todo el vehículo. En algunas modalidades, los parámetros se pueden alterar en varios niveles de perfeccionamiento del diseño como se describió anteriormente.

Después de modificar un modelo 1109, puede reemplazar el modelo de vehículo inicial 1101 como un nuevo diseño de referencia de vehículo actualizado.

En algunas modalidades, la unidad de prueba de simulación 1103, la unidad de evaluación de optimización 1115 y la unidad de alteración de diseño 1107 pueden implementarse en uno o más programas de software personalizados. El uno o más programas de software pueden configurarse para interactuar con uno o más programas de software de simulación y análisis. En algunas modalidades, se pueden incluir una o más bases de datos para almacenar datos (por ejemplo, modelo de vehículo inicial 1101, planes de prueba y condiciones 1111, objetivos y restricciones 1113, resultados de prueba de rendimiento 1105, modelo de vehículo alterado 1109, modelo de vehículo óptimo 1117, etc.) que se involucran en el proceso de diseño como se describe en otra parte.

En algunas modalidades, se puede rastrear una dirección de optimización visualizando los resultados de la iteración. Al comparar la trayectoria de optimización con el objetivo, se puede decidir una dirección de optimización adicional. El gráfico en la Parte C de la Figura 13 muestra las puntuaciones de los resultados de la prueba de rendimiento de cuatro iteraciones sucesivas 1341, 1342, 1343 y 1344. Cada resultado se produce por un conjunto de pruebas de simulación que se ejecutan en un modelo que se altera de manera interactiva. En algunas modalidades, la alteración puede aplicarse a las variables de diseño. Un patrón de trayectoria de optimización puede ser evidente en cambios sucesivos a cada puntuación de prueba de rendimiento 1341, 1342, 1343 y 1344.

En otro aspecto, la presente descripción proporciona un método y un sistema para diseñar objetos que se basan en una estructura impresa en 3D donde el proceso de diseño incorpora dinámicamente las preferencias del usuario y los datos físicos para permitir un diseño personalizado eficiente.

En algunas modalidades, los requisitos del diseño pueden incorporarse al proceso de diseño en capas en diferentes capas y, en consecuencia, pueden generarse numerosas alteraciones del modelo de diseño, los resultados de prueba y el análisis. En algunas modalidades, la variedad de datos que se involucran durante un proceso de diseño puede almacenarse en una o más bases de datos.

La Figura 14 ilustra un ejemplo de los datos que pueden estar contenidos en una base de datos de acuerdo con algunas modalidades. Se debe señalar que el diseño del vehículo se usa en la presente descripción con fines ilustrativos, cualquier otro dato relacionado con el diseño del producto puede almacenarse en la base de datos en base al diseño específico.

La(s) base(s) de datos pueden ser uno o más dispositivos de memoria que se configuran para almacenar datos (por ejemplo, estructuras de oraciones, elementos de oraciones, palabras e imágenes para cada elemento de oración, etc.). Adicionalmente, la(s) base(s) de datos también pueden, en algunas modalidades, implementarse como un sistema de computadora con un dispositivo de almacenamiento. En un aspecto, componentes del sistema de optimización pueden usar la(s) base(s) de datos para realizar una o más operaciones consistentes con las modalidades descritas. Un experto reconocerá que las modalidades descritas no se limitan a la configuración y/o disposición de la(s) base(s) de datos.

En algunas modalidades, la base de datos 1410 puede contener datos que se relacionan con modelos de un diseño y el producto real. Se puede crear y usar una base de datos (por ejemplo, una biblioteca, un repositorio de diseño de vehículos) durante la etapa de diseño. La base de datos puede almacenarse en una o más memorias no volátiles de un dispositivo de computación. La base de datos puede almacenarse en un dispositivo de computación local de un usuario/diseñador. La base de datos también se puede almacenar en una infraestructura de nube a la que pueden acceder múltiples usuarios en varias ubicaciones. Los nodos y conectores, subconjuntos de chasis, subestructuras de chasis, módulos de chasis y/o chasis que se diseñen y fabriquen para un vehículo individual podrán registrarse en la base de datos. Varias características e identificadores correspondientes de cada parte pueden registrarse en la base de datos. Dicha base de datos puede usarse como plantilla cuando un usuario comienza a diseñar y fabricar otro vehículo. Dicha base de datos también puede usarse como referencia para mantener y/o actualizar un vehículo que se fabricó previamente.

En algunas modalidades, la base de datos 1410 puede contener datos que se relacionan con modelos de un diseño. En algunas modalidades, los modelos pueden ser un modelo físico de manera que los datos relevantes pueden incluir retroalimentación del experimento, prueba del sistema, prueba de campo del vehículo con los modelos físicos. En este caso, se puede usar cualquier medio adecuado, tal como inmersión sensorial, monitores y experiencia humana, para obtener los datos de retroalimentación. En otras modalidades, los modelos pueden ser modelos matemáticos de manera que los datos puedan relacionarse con simulaciones numéricas, pruebas, análisis, modelos paramétricos o descripción de diseño de uno o más vehículos, etc.

Por ejemplo, la base de datos 1410 puede incluir una biblioteca de diseños de vehículos de referencia, especificaciones ambientales y de prueba, requisitos de productos, preferencias de clientes, modelos dinámicos, especificaciones de fabricación y microfábricas, especificaciones de materiales y componentes, registros de operaciones de campo de vehículos y registros de fin de vida útil.

Durante los procesos de optimización y diseño de vehículos en capas, la base de datos 1410 puede acoplarse a un proceso de diseño de cinco capas 1411. Por ejemplo, la base de datos puede leer de manera interactiva datos que se asocian con el proceso de diseño, tales como requisitos predefinidos, preferencias de entrada del usuario, planes de prueba, datos de optimización del rendimiento, datos de optimización de fabricación y datos de optimización del ciclo de vida, etc. En algunas modalidades, los requisitos y objetivos con respecto al funcionamiento fundamental del vehículo se pueden cambiar de manera que puedan rastrearse mediante la base de datos. Como se describió anteriormente, los requisitos pueden heredarse de un vehículo de referencia y modificarse a partir de listas de propiedades, o adaptarse desde cero. Los requisitos pueden incluir, por ejemplo, normas operativas establecidas por los órganos rectores o de concesión de licencias, estándares de seguridad federales, estándares de combustible y emisiones, descripciones de las condiciones de las carreteras, descripciones ambientales, etc. Estos requisitos pueden variar de acuerdo con el lugar donde se opere el vehículo: la jurisdicción del país y de acuerdo con el propósito del vehículo (por ejemplo, un camión utilitario, un automóvil de pasajeros, un vehículo de respuesta a emergencias o un automóvil de carreras).

Algunos requisitos pueden definirse una vez al comienzo del diseño de un vehículo, y las definiciones permanecen constantes durante la vida útil de un vehículo. Estos requisitos pueden afectar el perfil de definición básica del vehículo o la definición fundamental del vehículo.

Se pueden definir otros requisitos en medio del proceso de diseño, tal como la preferencia del usuario. Estos pueden incluir el tipo de vehículo y el tamaño general, y establecer algunas compensaciones básicas entre los factores que abordan las demandas del cliente, tales como la economía, las características de rendimiento, el tamaño y el estilo, y otros atributos derivados, como se describe en otra parte.

Mientras tanto, la base de datos también puede registrar datos que se generan durante el proceso de diseño, tales como la medición de varios aspectos del rendimiento del modelo de vehículo y los parámetros del modelo en todas o algunas etapas del proceso de diseño.

En algunas modalidades, la base de datos 1410 también contiene datos que se relacionan con un producto real 1413. Estas fuentes externas 1413 pueden proporcionar retroalimentación del mundo real sobre los resultados físicos. Los datos de estas fuentes 1413 pueden incluir variaciones o tolerancias inesperadas (por ejemplo, GD&T) durante la fabricación, fenómenos físicos previamente desconocidos y consecuencias no deseadas de la optimización. Por ejemplo, los datos que se almacenan en la base de datos pueden incluir retroalimentación que se genera después de la entrega de un componente o producto, por lo que captura los resultados finales del proceso. Los resultados pueden ser satisfactorios o insatisfactorios. Por ejemplo, la base de datos puede incluir datos que se recopilan de un ciclo de vida completo de los productos. La recopilación de datos puede incluir la fabricación del producto (desde la extracción/antes de las materias primas), su proceso de diseño, su fabricación, entrega, uso de campo y eventual reciclaje. En otro ejemplo, se pueden registrar y analizar los datos históricos que se recopilan del rendimiento de productos similares bajo varias condicionales reales. En algunas modalidades, para una base de datos de diseño de vehículos, los datos pueden contener además información que se relaciona con los clientes, tal como preferencias, hábitos, condiciones ambientales y viales, comportamientos de conducción, etc.

En un sistema de fabricación que se basa en nodos impresos en 3D, los datos pueden capturarse e incorporarse a la base de datos 1410, lo que permite considerar la información durante el diseño de productos subsecuentes o durante la revisión de productos existentes. En algunas modalidades, la retroalimentación de datos se puede generar y visualizar en tiempo real.

La Figura 15 ilustra ejemplos de datos que pueden obtenerse de la fabricación y otros procesos, de acuerdo con modalidades. Como se muestra en la Figura 15, los datos se pueden obtener de diversas áreas, tales como los materiales usados (por ejemplo, polvo, etiqueta de material, parámetros de proceso, etc.), máquinas de impresión (por ejemplo, datos de prueba de componentes, datos de impresión de máquina, etiqueta de pieza, etc.), máquinas de ensamble (por ejemplo, datos de prueba, etiqueta de ensamble, etc.), datos del vehículo (seguimiento de la construcción del vehículo, seguimiento de nodos, etc.), nodo inteligente (por ejemplo, sensor integrado, datos de uso, etc.). En algunas modalidades, los datos del producto físico se pueden retroalimentar al proceso de diseño a corto plazo, de manera que el diseño se puede mejorar antes de que se entregue al cliente. Los datos se pueden almacenar en una base de datos 1500.

Por ejemplo, los datos pueden capturarse mediante sensores integrados en los nodos o uniones (nodos inteligentes) para detectar fuerzas, actividad y estados de utilización, presiones, temperaturas y/o cualquier otro parámetro. En algunas modalidades, los sensores pueden integrarse en la unión a través de un proceso de impresión en 3D. El sensor puede detectar fallas importantes en la unión o en un tubo. Un sensor integrado puede determinar si una unión u otros componentes del vehículo están aptos para el servicio después de un choque. Los datos que capturan los sensores pueden proporcionar resultados de rendimiento del mundo real del diseño de manera oportuna, de manera que sea posible mejorar aún más el diseño.

En algunas modalidades, la presente descripción puede permitir que las personas diseñen sus estructuras deseadas. En este caso, la base de datos puede incluir datos específicos del usuario. La base de datos puede incluir el historial de pedidos de las personas, las preferencias de envío (por ejemplo, estructuras ensambladas, semiensambladas o vehículos personalizados completos), los hábitos de conducción de las personas, los informes sobre la experiencia de conducción, las seguridad, etc.

La presente descripción también puede permitir el ajuste de las piezas o la calidad de las piezas en relación con el rendimiento en el campo. Por ejemplo, la base de datos podría contener activadores para el rediseño en base a las reclamaciones de garantía o las áreas de quejas de los clientes. Los sistemas pueden actualizarse en base a cualquier número de criterios de rendimiento, y los diseños se ajustarán para abordar el rendimiento, la durabilidad, la alineación, el desgaste u otros problemas.

La Figura 16 ilustra un diagrama de bloques esquemático de un sistema de optimización de diseño ilustrativo 1600, de acuerdo con modalidades de la descripción. El sistema de optimización de diseño puede configurarse para realizar operaciones de diseño y optimización como se describe en otra parte de la presente descripción. El sistema de optimización de diseño 1600 puede incluir un dispositivo que incluye uno o más procesadores 1601, una memoria 1603, una interfaz gráfica de usuario 1605 y un dispositivo interactivo de usuario. La memoria puede incluir medios legibles por ordenador no transitorios que incluyen código, lógica o instrucciones para realizar una o más etapas, como las etapas de diseño o los cálculos. La memoria puede incluir una o más bases de datos como se describe en la Figura 14. El procesador puede configurarse para realizar las etapas de acuerdo con los medios legibles por ordenador no transitorios. La interfaz gráfica de usuario y el dispositivo interactivo de usuario pueden permitir que un usuario introduzca preferencias y requisitos para el diseño como se describe en la Figura 10D. El dispositivo puede ser una computadora de escritorio, un celular, un teléfono inteligente, una tableta, una computadora portátil, un servidor o cualquier otro tipo de dispositivo computacional. Se entenderá que el término optimización del diseño en la presente descripción puede referirse a la adaptación o personalización del diseño y puede usarse indistintamente a lo largo de esta descripción.

En ciertas modalidades, el dispositivo puede ser un grupo de procesamiento que se basa en la nube, que se implementa en un servidor que se configura para operar como un dispositivo de usuario, donde el dispositivo de usuario se configura para proporcionar una interfaz gráfica de usuario a un usuario. Un servidor puede incluir componentes de computación conocidos, tales como uno o más procesadores, uno o más dispositivos de memoria que almacenan instrucciones de software ejecutadas por el(los) procesador(es), y datos. Un servidor puede tener uno o más procesadores y al menos una memoria para almacenar instrucciones de programas. El o los procesadores pueden ser uno o varios microprocesadores, matrices de puertas programables en campo (FPGA) o procesadores de señales digitales (DSP) capaces de ejecutar conjuntos particulares de instrucciones. Las instrucciones legibles por ordenador se pueden almacenar en un medio tangible no transitorio legible por ordenador, tal como un disco flexible, un disco duro, un CD-ROM (memoria de solo lectura de disco compacto) y MO (magnetoóptico), un DVD-ROM (memoria de solo lectura de disco versátil digital), un DVD RAM (memoria de acceso aleatorio de disco versátil digital) o una memoria de semiconductores. Alternativamente, los métodos que se describen en la presente descripción pueden implementarse en componentes de hardware o combinaciones de hardware y software tales como, por ejemplo, ASIC, computadoras de propósito especial o computadoras de propósito general.

Como se mencionó anteriormente, el servidor puede ser un servidor en una red de datos tal como una red de computación en la nube. El servidor puede programarse por ordenador para transmitir datos, aceptar solicitudes, distribuir trabajo con otros dispositivos de computación y/o como interfaz de usuario. Además, el servidor puede incluir un servidor web, un servidor empresarial o cualquier otro tipo de servidor de computación.

El sistema de optimización de diseño 1600 puede estar en comunicación con una impresora 3D 1620. Por ejemplo, la impresora 3D 1620 puede ser un sistema PBF tal como el sistema PBF 100 de las Figuras 1A-D anteriores. El sistema de optimización de diseño 1600 puede colocarse o no con la impresora 3D. La impresora 3D 1620 puede imprimir las estructuras de acuerdo con el diseño que se desarrolla en el programa de software. La impresora 3D se puede configurar para generar un objeto mediante fabricación aditiva y/o sustractiva. La impresora 3D se puede configurar para formar un objeto metálico, compuesto o polimérico. La impresora 3D puede ser una impresora de sinterización directa de metal por láser (DMLS), una impresora de fusión por haz de electrones (EBM), una impresora de modelado por deposición fundida (FDM) o una impresora Polyjet. La impresora 3D puede imprimir uniones de titanio, aluminio, acero inoxidable, plásticos estructurales o cualquier otro material estructural. Como se mencionó anteriormente, el sistema de optimización de diseño 1600 puede incluir además una base de datos 1610. La base de datos puede ser accesible para el dispositivo y puede ser la misma base de datos que se describe en la Figura 14.

El sistema de optimización de diseño 1600 puede comunicarse con uno o más dispositivos externos 1631-1, 1631-2 y 1631-3. El uno o más dispositivos externos pueden ser un dispositivo de computación que se configura para realizar pruebas de simulación, análisis, optimizaciones como se describe en otra parte de la presente descripción. Las diversas operaciones pueden o no realizarse simultáneamente en los dispositivos externos. Los dispositivos externos pueden recibir instrucciones, parámetros, modelo de diseño, etc., desde el sistema de optimización de diseño 1600 y enviar resultados de análisis o cualquier resultado de acuerdo con las instrucciones al sistema de optimización de diseño. Las comunicaciones pueden ocurrir a través de una red. La red puede ser una red de comunicaciones. La(s) red(es) de comunicación pueden incluir redes de área local (LAN) o redes de área amplia (WAN), tal como Internet. La(s) red(es) de comunicación pueden incluir una(s) red(es) de telecomunicaciones que incluyen transmisores, receptores y varios canales de comunicación (por ejemplo, enrutadores) para enrutar mensajes intermedios. La(s) red(es) de comunicación pueden implementarse mediante el uso de cualquier protocolo de red conocido, incluidos varios protocolos cableados o inalámbricos, tales como Ethernet, bus serie universal (USB), FIREWIRE, sistema global para comunicaciones móviles (GSM), entorno GSM de datos mejorados (EDGE), acceso múltiple por división de código (CDMA), acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), Bluetooth, Wi-Fi, protocolo de voz sobre Internet (VoIP), Wi-MAX o cualquier otro protocolo de comunicación adecuado.

Las Figuras 17A-B ilustran una modificación ilustrativa de elementos de la estructura del extremo frontal de un vehículo para satisfacer un criterio de distancia al suelo. La modificación puede determinarse por un integrador, tal como el integrador 219 de la Figura 2, por ejemplo. La Figura 17A ilustra un modelo de diseño 1701 de una estructura de extremo frontal de la carrocería de un vehículo. El modelo de diseño 1701 puede ser un modelo de diseño inicial, por ejemplo, o puede ser un modelo de diseño que se determinó después de múltiples iteraciones de un proceso de diseño integrado multifactorial tal como el que se describió anteriormente. Un riel de choque 1703 y el riel del bastidor de la parte inferior de la carrocería 1705 se unen por un nodo CAD optimizado 1707 que se diseña para transferir cargas de choque a la estructura de la parte inferior de la carrocería. El modelo de diseño 1701 tiene una altura de parachoques 1709 que se basa en un requisito regulado por el gobierno. El modelo de diseño 1701 también tiene una distancia al suelo 1711. En este ejemplo, la distancia al suelo 1711 no cumple con los criterios de distancia mínima al suelo. Un integrador, tal como el integrador 219, puede modificar el modelo de diseño, por ejemplo, elevando la distancia al suelo. La información de la distancia al suelo elevada se puede enviar a un componente de análisis CAD para analizar el modelo de diseño actualizado y proporcionar el análisis al integrador. En este ejemplo, el análisis que proporciona el componente de análisis CAD puede incluir una estructura de nodo modificada, como se muestra en la Figura 17B.

La Figura 17B ilustra un modelo de diseño actualizado 1713 que se basa en el análisis que proporciona el componente de análisis CAD. En particular, se aumentó la distancia al suelo del vehículo, como lo muestra la distancia al suelo aumentada 1715. Esto redujo la diferencia de altura entre el riel de choque 1703 y el riel del bastidor 1705. El diseño del nodo se analizó y recalculó automáticamente a un nodo 1717 modificado por CAD. De esta manera, por ejemplo, el integrador puede integrar el análisis que proporciona el componente de análisis CAD (es decir, el nodo modificado CAD) en el modelo de diseño actualizado 1713. Aunque no se muestra en las figuras, el integrador también puede recibir análisis actualizados de muchos otros componentes de análisis, tales como un costo actualizado, el peso actualizado, los resultados de simulación de choque actualizados, las características aerodinámicas actualizadas, etc. El integrador puede integrar todos los análisis actualizados de los diversos componentes de análisis múltiples para determinar el modelo de diseño actualizado 1713. Si se cumplen todos los criterios del vehículo, la iteración puede finalizar y se pueden generar instrucciones de impresión 3D para imprimir una o más piezas, tal como el nodo modificado CAD 1717. Algunas piezas pueden ser piezas COTS, por ejemplo, que se pueden pedir a través de un sistema de suministro.

Incluso en el caso donde el modelo de diseño actualizado 1713 satisfaga todos los criterios del vehículo, el sistema puede continuar optimizando iterativamente el diseño. En varias modalidades, algunos criterios se pueden ponderar como más deseables a mejorar. Por ejemplo, una vez que se satisfacen todos los criterios del vehículo, el sistema puede intentar mejorar el coeficiente de resistencia antes de intentar mejorar el costo total del vehículo.

La Figura 18 ilustra un proceso de diseño integrado multifactorial ilustrativo. La Figura 18 muestra algunas entradas de usuario ilustrativas que pueden formar la base de un plan de producto 1801. Varios elementos del plan de producto 1801 pueden ser seleccionables por el usuario, por ejemplo, mediante controles deslizantes, selectores, etc., que pueden presentarse a un usuario en una interfaz gráfica de usuario en una pantalla de computadora. Por ejemplo, un cliente objetivo puede seleccionarse como privado o comercial. También se puede ingresar información demográfica. Se pueden seleccionar uno o más mercados, tales como América del Norte, Europa, etc. Se puede seleccionar un volumen de producto, por ejemplo, con un control deslizante que va desde un volumen bajo a un volumen alto. Se puede ingresar un precio minorista sugerido por el fabricante (MSRP), ya sea como un valor único o como un intervalo de valores. Se pueden seleccionar características de rendimiento, tales como una velocidad máxima (por ejemplo, de lenta a rápida), una característica dentro/fuera de la carretera, etc. Se puede seleccionar un nivel de autonomía. Se pueden seleccionar características de fabricación, por ejemplo, una cantidad de impresión 3D que se puede utilizar para imprimir piezas del vehículo frente a una cantidad de piezas COTS que se puede usar.

El sistema puede generar una descripción del producto 1803 en base a las entradas del plan de producto 1801. Por ejemplo, la descripción del producto 1803 puede incluir elementos tales como la identidad de la marca, la imagen del producto, la funcionalidad principal, la cantidad de ocupantes, los requisitos legales, el costo, las emisiones, la velocidad máxima, la aceleración, el manejo, la capacidad todoterreno, la capacidad de carga, NVH, GVW, los volúmenes de producción, el proceso de fabricación, etc.

La descripción del producto 1803 puede formar la base de los análisis de diseño de la arquitectura del vehículo 1805. Es decir, los criterios específicos del vehículo se pueden determinar en base a la descripción del producto 1803. Los criterios pueden incluir, por ejemplo, criterios de entrada, tales como: distancia al suelo; requisito del centro de gravedad; requisito de aerodinámica; profundidad de la estructura de la parte inferior de la carrocería; altura/ancho del paso; facilidad de ingreso/egreso; altura del nivel de los ojos desde el suelo; visión hacia adelante; requisitos de espacio sobre la cabeza del conductor; límites generales de altura; diseño-proporciones; y niveles de autonomía (orientación al conductor). Los criterios cruciales de salida y entrega pueden incluir: ubicación X y Z del punto de talón; ubicación X y Z de la bola del pie; ubicación X y Z del punto H (SgRP); ángulo posterior; punto efectivo de espacio sobre la cabeza del conductor; ángulo de avance hacia arriba; ángulo de avance hacia abajo; ubicación de la elipse del ojo; ubicación del contorno de la cabeza; ubicación CL de la canilla; ubicación CL del muslo; y nivel de los ojos V1 y V2. Los criterios de ubicación de los sistemas afectados/facilitados pueden incluir: el asiento del conductor; el volante; los pedales; la palanca de cambios; el panel de instrumentos; el piso; la apertura de la puerta frontal (brida A-B); el oscurecimiento del grupo de instrumentos; la altura de la base del parabrisas; la ubicación del encabezado; la altura del techo; un oscurecimiento del pilar; zonas de alcance (todos los controles e interruptores); los espejos; el plano trasero del espacio de choque para FMVSS 208; recorrido del riel del asiento; la instalación del ocupante trasero; la altura total; y el bloqueador de rodilla. Otros criterios de entrada pueden incluir: las dimensiones/volumen de la carga; el peso de la carga; la altura de elevación deseada; y los requisitos de protección (contra: la intemperie, el robo, el impacto). Otros criterios cruciales de salida/entrega pueden incluir: las dimensiones del maletero/cama; las dimensiones interiores de alto y ancho del vehículo; la altura del piso de carga; la elevación sobre altura; las aberturas de carga (brida A-B). Otros criterios de ubicación del sistema afectados/facilitados pueden incluir: los asientos; la estructura de la carrocería (piso, bastidor de la parte inferior de la carrocería, cierres); las ubicaciones de los ejes; los perfiles de neumáticos; las dimensiones totales; las cargas de choque; las pruebas de durabilidad; y la elección de suspensión.

Por lo tanto, puede haber numerosos criterios específicos que se pueden determinar en base a las entradas del usuario en forma de plan de producto 1801.

La Figura 19 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso de diseño integrado ilustrativo. El proceso se puede realizar, por ejemplo, mediante un procesador que ejecuta instrucciones de programa ejecutables por ordenador. En varias modalidades, un integrador, tal como el integrador 219, puede realizar el proceso que se ilustra en la Figura 19. Un integrador puede enviar (1901) información que se basa en un modelo de diseño de un vehículo a múltiples componentes de análisis. Por ejemplo, el integrador puede usar un modelo de diseño inicial, puede determinar información particular sobre el modelo de diseño que sea relevante para un primer componente de análisis, tal como un componente aerodinámico, y puede enviar esa información al primer componente de análisis. Asimismo, el integrador puede determinar y enviar información relevante a otros componentes de análisis. La información que se envía a cada componente de análisis permite que el componente de análisis realice un análisis del modelo de diseño en base al factor de análisis del componente de análisis.

El integrador puede recibir (1902) información analizada de cada componente de análisis. El integrador puede actualizar (1903) el modelo de diseño en base a la información analizada. El integrador puede determinar (1904) si el modelo de diseño actualizado satisface los criterios del vehículo, tal como varios criterios que se describieron anteriormente. El integrador puede determinar (1905) las instrucciones de impresión para que una impresora 3D fabrique de forma aditiva una o más estructuras del vehículo en base al modelo de diseño actualizado e imprima una o más estructuras en base a las instrucciones de impresión si el modelo de diseño actualizado satisface los criterios. Por otro lado, si el modelo de diseño actualizado no cumple con los criterios, el integrador puede enviar información que se basa en el modelo de diseño actualizado a los componentes de análisis, de modo que los componentes de análisis puedan analizar la información en base al modelo de diseño actualizado.

La descripción anterior se proporciona para permitir que cualquier experto en la técnica lleve a la práctica los diversos aspectos descritos en la presente descripción. Varias modificaciones a estas modalidades ilustrativas que se presentaron a lo largo de esta descripción serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica. Por lo tanto, no se pretende que las reivindicaciones se limiten a las modalidades ilustrativas que se presentaron a lo largo de la descripción, sino que se les debe otorgar el alcance total de acuerdo con el lenguaje de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato que comprende:

una pluralidad de componentes de análisis (611, 613, 615), cada componente de análisis que se configura para recibir información en base a un modelo de diseño (1701) de un vehículo y para analizar la información en base a un factor de análisis, en donde cada componente de análisis analiza la información en base a un factor de análisis diferente al de los otros componentes de análisis; y

un integrador (600) que recibe la información analizada de los componentes de análisis (611, 613, 615), actualiza el modelo de diseño (1701) en base a la información analizada y determina si el modelo de diseño actualizado (1713) satisface los criterios,

en donde, si el modelo de diseño actualizado (1713) satisface los criterios, el integrador (600) determina las instrucciones de impresión para que una impresora tridimensional (3D) imprima una o más estructuras del vehículo en base al modelo de diseño actualizado (1713),

y si el modelo de diseño actualizado (1713) no satisface los criterios, el integrador (600) envía información en base al modelo de diseño actualizado (1713) a los componentes de análisis (611, 613, 615), y los componentes de análisis (611, 613, 615) analizan la información en base al modelo de diseño actualizado (1713),

en donde los componentes de análisis (611, 613, 615) incluyen un primer componente de análisis y un segundo componente de análisis,

el primer componente de análisis que incluye al menos un componente aerodinámico, un componente térmico, un componente de rigidez, un componente de ruido, vibración y aspereza (NVH), un componente de impacto ambiental, un componente de fabricación aditiva, un componente de resistencia a choques, un componente de dinámica del vehículo, un componente de materiales compuestos, un componente de ubicación de nodos, un componente de piezas comerciales salidos del estante (COTS), un componente de durabilidad o un componente de costo, y

el segundo componente de análisis que incluye al menos uno diferente del componente aerodinámico, el componente térmico, el componente de rigidez, el componente NVH, el componente de impacto ambiental, el componente de fabricación aditiva, el componente de resistencia a choques, el componente de dinámica del vehículo, el componente de materiales compuestos, el componente de ubicación de nodos, el componente de piezas COTS, el componente de durabilidad o el componente de costo.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde uno o más de los componentes de análisis incluyen un componente de ingeniería asistida por ordenador (CAE).

3. El aparato de la reivindicación 1, en donde los componentes de análisis (611, 613, 615) se disponen en niveles jerárquicos de topología del modelo de diseño (1701).

4. El aparato de la reivindicación 3, en donde el primero de los niveles jerárquicos incluye analizar una composición material de una estructura de nodo, un segundo de los niveles jerárquicos incluye analizar una forma de la estructura de nodo, y un tercero de los niveles jerárquicos incluye analizar una colocación de la estructura de nodo en relación con una o más estructuras de nodo.

5. El aparato de la reivindicación 1, en donde el análisis de la información por parte de los componentes de análisis se realiza en paralelo.

6. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además un componente de entrada de usuario que recibe la entrada de un usuario, en donde los criterios se basan en la entrada del usuario y, opcionalmente, en donde la entrada incluye una característica de rendimiento del vehículo.

7. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además:

una base de datos de piezas COTS, en donde el modelo de diseño actualizado (1713) incluye una o más piezas COTS de la base de datos, de manera que las instrucciones de impresión excluyen las instrucciones para imprimir una o más piezas COTS.

8. Un método de fabricación aditiva, que comprende:

enviar información en base a un modelo de diseño (1701) de un vehículo a una pluralidad de componentes de análisis (611,613, 615);

recibir información analizada de los componentes de análisis (611, 613, 615), en donde cada componente de análisis analiza la información en base a un factor de análisis diferente al de los otros componentes de análisis;

actualizar el modelo de diseño (1701) en base a la información analizada; determinar

si el modelo de diseño actualizado (1713) satisface los criterios;

determinar las instrucciones de impresión para que una impresora fabrique aditivamente una o más estructuras del vehículo en base al modelo de diseño actualizado (1713) si el modelo de diseño actualizado (1713) satisface los criterios; y

enviar información en base al modelo de diseño actualizado (1713) a los componentes de análisis (611, 613, 615) si el modelo de diseño actualizado (1713) no satisface los criterios, en donde los componentes de análisis (611, 613, 615) analizan la información en base al modelo de diseño actualizado,

el segundo componente de análisis que incluye al menos uno diferente del componente aerodinámico, el componente térmico, el componente de rigidez, el componente NVH, el componente de impacto ambiental, el componente de fabricación aditiva, el componente de resistencia a choques, el componente de dinámica del vehículo, el componente de materiales compuestos, el componente de ubicación de nodos, el componente de piezas COTS, el componente de durabilidad, o el componente de costo.

9. El método de la reivindicación 8, en donde el análisis de la información se basa en niveles jerárquicos de topología del modelo de diseño (1701).

10. El método de la reivindicación 9, en donde el primero de los niveles jerárquicos incluye analizar una composición material de una estructura de nodo, un segundo de los niveles jerárquicos incluye analizar una forma de la estructura de nodo, y un tercero de los niveles jerárquicos incluye analizar una colocación de la estructura de nodo en relación con una o más estructuras de nodo.

11. El método de la reivindicación 8, en donde los criterios se basan en un estándar del vehículo regulado por el gobierno.

12. El método de la reivindicación 8, que comprende, además:

seleccionar una o más piezas COTS de una base de datos de piezas COTS, en donde el modelo de diseño actualizado (1713) incluye una o más piezas COTS de la base de datos, de manera que las instrucciones de impresión excluyen instrucciones para imprimir una o más piezas COTS.

13. Un medio legible por ordenador no transitorio que almacena instrucciones ejecutables por ordenador para la fabricación aditiva, las instrucciones que se ejecutan para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12.