[發明專利]基于性能的多變量分布模型的增材制造耦接數字孿生生態系統

在審

• 申請號: 202010543203.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN112084569A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·喬納森·戴維斯;喬納森·馬克·達斯頓
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;B33Y50/00
• 代理公司: 上海華誠知識產權代理有限公司 31300
• 代理人: 徐穎聰

提供了一種用于制作或修理指定零件的方法和系統。例如，提供了一種用于創建制造過程以制作或修理指定零件的方法。該方法包括從多個源接收數據，該數據包括相對于與指定零件相似的一個或多個零件的按設計，按制造，按模擬，按操作，按檢查(as?inspected)和按測試的數據。該方法包括實時更新與指定零件的基于物理的模型對應的替代模型，其中，替代模型形成指定零件的數字孿生。該方法包括生成包括部件性能和制造差異的多變量分布，制造差異與增材制造過程步驟和還原(reductive)制造過程步驟中的至少一個相關聯。該方法包括基于替代模型將來自多變量分布的性能與新零件的預期性能進行比較。該方法包括基于數字孿生，執行優化的過程以修理或制作指定零件。

相關申請的交叉引用

本申請要求2019年6月14日提交的美國臨時專利申請號62/862,014和2019年6月14日提交的申請號62/862,016的權益。這兩個在先申請的公開內容通過引用整體并入本文。

背景技術

在工業應用中，部件的生產通常包括在設計階段考慮制造過程。在這種情況下，設計和制造過程緊密相關，這意味著設計決策可能會受到制造約束的影響，或者制造選擇可能直接來自設計方面。而且，操作特性可能會受到制造過程能力的影響。例如，在典型的工業制造過程中，根據預定的公差生產零件，因為由于制造過程固有的變化，在現場部署的按制造零件可能與它們的設計規格不同(即，與按設計零件不同)。

隨著增材制造技術的出現，由于增材過程的固有方面，在上述制造/設計/操作生態系統中引入了另一層復雜性。例如，增材過程可通過添加來使用材料層以形成部件并且使用預處理/后處理步驟，例如加熱和固化層。優化和驗證增材過程需要通過破壞性測試來量化和驗證制造部件中的差異，破壞性測試取決于測試的公差數量產生大量的廢料。

單獨的破壞性測試可以驗證制造部件滿足特定的設計公差，但不考慮公差差異內的多個公差差異的影響如何綜合影響操作中的部件的性能，或復制部件在操作中暴露的操作機制的范圍，并且因此量化通過操作過程制造的部件的適用性。另一個風險是，由于在制造周期期間發生差異的影響，并且無法量化部件的操作適用性，因此報廢了具有使用壽命和可用壽命的制造部件。

發明內容

本文特征的實施例幫助解決或減輕上述問題以及本領域中已知的其他問題。本文特征的實施例將在部件的生命周期期間進行測量和分析的操作特性與設計和制造(包括增材制造過程的特定方面)集成在一起，以創建能夠緩解性能和制造差異(variance)的模型。

例如，實施例提供了以下能力：直接通過獨特的數字集成過程鏈接按構建(as-built)，按制造/組裝(as-manufactured/assembled)，按設計(as-designed)和按模擬(as-simulated)，按測試(as-tested)，按操作(as-operated)和按服務(as-serviced)的部件。這種數字集成過程包括在部件的生命周期期間的任何點使用的增材制造過程的特定方面。在本文特征的實施例中，任何硬件部件都具有參考其設計目標并基于其硬件規格和操作數據得出多個分析結果的能力。新穎的過程還提供了從多個分析中抽象數據類型，以形成硬件部件的集成數字孿生。此外，新穎的過程提供了通過匯總子系統部件級數字孿生預測來提高系統級數字孿生的保真度和準確性的框架。

本文特征的實施例提供了一種技術基礎設施，該技術基礎設施在零件的使用壽命期間產生了對增材制造過程中的可變性的自動化，定量和定性評估。因此，在其實施方式中，實施例有目的地且有效地允許優化制造或修理過程以將部件制作或修理至由應用的約束所指定的使用壽命，同時優化使用一種或多種增材制造過程來生產或修理零件所需的材料量和破壞性測試。例如，但不限于，在部件需要涂層的情況下，本文闡述的實施例可以提供對在修理或制造期間需要添加到部件上以與部件的性能匹配的涂料量的定量評估；可以針對成本約束優化識別出的材料量。