付加的な思考を核とした高度な設計とインテリジェントな製造

出典: アリアンツ・アジア・パシフィック

積層造形とは、数学的な微積分に似た離散蓄積原理に基づき、3次元部品データによって駆動され、コンピューターによって自動的に制御され、材料を層ごとに追加することで、部品の正確で制御可能な直接製造を実現するデジタル製造技術を指します。減法製造や等材料製造と比較すると、積層製造は金型や工具を必要としませんが、決して単なる新しい製造・加工方法ではありません。新たな科学技術革命と産業革命の中で、人類の生産とライフスタイルを変える重要な原動力であり、破壊的な技術システムです。この破壊的な性質は、この新しい製造プロセス自体がもたらす利点に加えて、さらに重要なことに、構造設計、高性能材料の準備、複雑な部品製造の統合を実現し、マクロ的な構造設計とミクロ的な材料の準備に革命的な変化をもたらすという事実に反映されています。

積層造形技術の背後にある付加的な思考は設計革命であり、設計の束縛を完全に解き放ちます。DFM（製造）やDFA（組み立て）などの減算製造に基づく従来の設計方法はほとんど使用されていません。設計者は真にユーザーのニーズに立ち返り、機能指向設計（DFF）または積層造形向け設計（DFAM）を行うことができます。価値、機能、エネルギーの観点から、設計とプロセス、設計と製造の関係はもはや因果関係と連続関係ではなく、互いに刺激し合う生きたシステムです。自然を模倣する方法で、大型/超大型の部品または構造システム、複雑/超複雑な部品または構造システム、多品種小ロットのパーソナライズされた製品の低コストの革新的な設計と迅速な製造を実現でき、並外れた機能を実現するために並外れた構造を作成することもできます。

Ansem Asia Pacificは、システムエンジニアリング、製品のフォワードデザイン、シミュレーション分析における長年の実用経験と、付加製造業界の応用に対する深い理解を組み合わせ、グローバル最適リソース配分の革新的なビジネスモデルに基づき、フォワードデザインと付加製造に基づくハイエンドR＆Dと先進製造の総合ソリューションを提案し、「Made in China 2025」における設計と製造の統合に実現可能なソリューションを提供しています。

1 技術アーキテクチャ
将来の設計と添加剤の製造に基づくハイエンドのR＆Dおよび高度な製造のための全体的なソリューションの技術的アーキテクチャは、1980年代初頭に「3つのレベルと1つの橋」の現代の科学分野システムの一般的な枠組みを指します、ビッグデータとモノのインターネット、技術分野の層 - TRIZとテクノロジーの革新と管理、トポロジの最適化、エンジニアリングシミュレーション、エンジニアリングテクノロジーレイヤー - システムエンジニアリングとそのプロセスシステムに基づく添加機関の統合設計方法論で構成されるフォワードデザインコンサルティングシステム、プロセスプロセスシステム、エンジニアリングシステムのように、高度な製造プロセスの最適化システムEROエンジン、自動車、金型など）、産業チェーンのソリューションシステム（起業家、消費者、高等教育と職業訓練などの公益事業、文化的およびクリエイティブ産業、建築など）、および工業化と情報化のための製品システム（プロセスと材料機器、ソフトウェアツール、プラットフォームなど）。

図1 フォワードデザインと積層造形に基づくハイエンドR&Dと先進製造の全体ソリューションの技術アーキテクチャ

2. プロセスシステム
積層造形における設計の全体的なプロセスを図 2 に示します。このプロセスには、製品要件分析、アーキテクチャ設計、詳細設計などのプロセスが含まれます。実際の適用では、このガイドプロセスを、ダブル V モデルのシステムエンジニアリングプロセスフレームワークと組み合わせる必要があります。図 3 は、機械製品の体系的設計に関するドイツの規格 VDI 2221 に基づく積層造形の設計プロセスを示しています。これは、R&D 段階で VDI 2221 に従って図 2 を具体化したものと考えることができます。

前述の積層造形のための設計のトップレベルプロセスをサポートするのは、システムモデリング、トポロジー最適化、シミュレーション、MBSE に基づくジェネレーティブデザインの統合プロセス (図 4) や、積層造形のためのジェネレーティブデザインプロセス (図 5) など、いくつかの特殊なサブプロセスです。

図 2: 積層造形設計方法の全体プロセス VDI 2221 に基づく積層造形設計プロセスを以下の図 3 に示します。

図3 VDI 2221に基づく積層造形設計プロセスのフォワードデザインと積層造形を組み合わせたソリューションは、大規模なエンジニアリングデータ、産業ビッグデータ、インターネットビッグデータなどのさまざまな種類のデータの統合、分析、マイニング、表示、製品モデルデータの管理、統合、コラボレーション、知識管理、知識エンジニアリング、さまざまな専門データベース/知識ベースの構築、さらにはグループ企業のビジネスインテリジェンスと戦略的意思決定に適用されます。

図4 積層造形のためのクラウド設計・製造モデルにおけるデータ層サービスの例

3つの成功事例
1. ロボットアームの付加的フォワード設計事例

図5はロボットアームのトポロジー最適化を示しています。

付加的な設計効果と実際の付加的な印刷によるテストを図 6 に示します。

図6: ロボットアームの添加剤設計効果と実際のテスト結果
2. ダイバータカバーの付加的フォワード設計事例

ダイバータカバーには、対応する設計入力と要件があります。

荷重: 1.5 g 加速度、最大荷重 1kg
目標: 高精度の高剛性配置、質量の削減
目的: 剛性を最適化する

図 7 ダイバータキャップの付加的フォワード設計。付加的設計の効果と実際の付加的印刷によるテストを図 8 に示します。

図8 ダイバータカバーの設計効果と実際のテスト結果
4 結論<br /> 付加製造と従来の製造の関係は、古典物理学と原子物理学の関係に例えることができます。付加製造の将来の発展は、原子物理学や量子物理学のように、広範かつ遠大な展望を持つに違いありません。付加的思考に基づく先進的な製造技術システムは、中国の製造業の転換とアップグレードにとって「第二のチャンス」であり、異なるレーンで他社を追い抜くことを可能にします。付加的思考は、デザインの本質に立ち返り、考え方を打ち破り、デザインの自由を解放し、創造性を刺激する革命です。この革命は製造革命であるだけでなく、製品の研究開発デザイナーだけでなく、すべての人々を対象としたデザイン革命でもあります。フォワードデザインと付加製造に基づくハイエンドのR＆Dと高度な製造の総合ソリューションは、「リーン精神を推進し、スマート産業を創造する」というAnshi Asia Pacificの当初の意図とビジョンの最新の解釈です。