Rezultātu paziņošana

Pamatojoties uz skaitļošanas mehāniku, topoloģiskā optimizācija nosaka optimālo līdzsvaru starp izturību pret lieci un augstu iesmidzināšanas jaudu.

Rezultātu paziņošana

Mēs esam izmantojuši visprogresīvākās -skaitļošanas mehānikas un topoloģijas optimizācijas tehnoloģijas, lai veiksmīgi noteiktu "Pareto optimālo robežu" stingru cauruļu konstrukciju ar spraugām veiktspējai. Pamatojoties uz to, esam izstrādājuši viedā dizaina platformu "OptiSlot" un ar to saistītos produktus. Šī platforma var automātiski ģenerēt unikālus optimālus spraugu modeļus atbilstoši konkrētiem mērķa ierobežojumiem, piemēram, aksiālajai izturībai, lieces pretestības koeficientam, griezes stingrībai un svaram. Rezultātā stingrajām caurulēm ar spraugām, ko ražo šī platforma, ir visaptveroša mehāniskā veiktspēja, kas ir par vairāk nekā 40% augstāka nekā tradicionālajām empīriskajām konstrukcijām, panākot nepieredzēti precīzu līdzsvaru starp lieces pretestību un aksiālo iesmidzināšanas spēku.

Pētniecības un attīstības pamatproblēmas

Izstrādājot stingras cauruļu konstrukcijas, inženieri jau sen ir paļāvušies uz empīriskām formulām un izmēģinājuma{0}}un-kļūdu metodēm, lai definētu rievošanas parametrus (piemēram, spraugas garumu, spraugas platumu, atstatumu un leņķi). Šī pieeja ir ne tikai neefektīva, bet arī grūti kvantitatīvi novērtēt dažādu dizainu veiktspējas atšķirības, un tā nespēj izpētīt iespējamos dizainus, kas tuvojas teorētiskajai robežai. Rezultātā konstrukcijas mēdz būt pārāk konservatīvas, vai nu upurējot pārāk daudz iekšējās telpas drošības nolūkos, vai radot saliekšanās risku, tiecoties pēc maksimālā iesmidzināšanas spēka. Klīniski pastāv ievērojamas -pa -pakešu variācijas un ierīču "jūtas" un uzticamības dizaina aklās zonas. Fizikālas,{8}}sistemātiskas projektēšanas metodoloģijas trūkums ir galvenais iemesls, kāpēc produkta veiktspēja ir stagnācija un nopietna viendabīguma problēma.

Galvenās tehnoloģiskās inovācijas

• Parametrisko galīgo elementu un vairāku{0}}mērķu optimizācijas integrācijas platforma:Mēs esam izstrādājuši integrētu projektēšanas vidi ar neatkarīgām intelektuālā īpašuma tiesībām, nevainojami savienojot parametrisko ģeometrisko modelēšanu, nelineāro galīgo elementu analīzi (FEA) un vairāku{0}}objektīvu ģenētisko algoritmu (MOGA). Lietotājiem jāievada tikai ārējais diametrs, sienas biezums, materiāla īpašības un paredzamais veiktspējas mērķa diapazons (piemēram, minimālais spiedes atteices spēks, maksimālais pieļaujamais lieces leņķis, minimālā vērpes stingrība), un platforma var automātiski optimizēt starp tūkstošiem iespējamo dizainu. Algoritms izmanto aksiālo stingrību, sānu lieces pretestību, griezes transmisijas efektivitāti, svaru utt. kā optimizācijas mērķus un, visbeidzot, izvada virkni risinājumu, kas nedominē (ti, dizaina shēmas, kuras nevar uzlabot vienā aspektā, nekaitējot citam) "Pareto frontē", ko inženieri var izvēlēties, pamatojoties uz prioritāti.
• Bioniskā un ne{0}}vienāda rindrindu slotu datu bāze:Pārkāpjot tradicionālo vienoto, taisno slotu domāšanas veidu, mēs esam izveidojuši datubāzi, kurā ir desmitiem progresīvu slotu veidu. Šos slotu veidus iedvesmojušas dabiskas pret-lieces struktūras, piemēram, bambusa savienojumi, kaulu Havercus cauruļu sistēmas garozas slāņi u.c. Tostarp, bet ne tikai: pakāpeniski mainīgas atstarpes spraugas, loka -formas spriegumu difūzijas spraugas, fraktāļu atzarojuma spraugas, asimetriskas vērpes vienību spraugas, asimetriskas vērpes spraugas utt. Platforma var ģenerēt šīs sarežģītās vērpes spraugas utt. ne-vienmērīgi sadalīti, bet mehāniski efektīvi salikti slotu modeļi.
• Ražošanas ierobežojumu savienošana un produktivitātes pārbaude:Optimizācijas cikla laikā mēs inovatīvi iegulvām "Ražošanas ierobežojumu moduli". Šis modulis reāllaikā novērtē katra ģenerētā dizaina izgatavojamību, tostarp lāzergriešanas iespējamību (piemēram, minimālo iekšējā leņķa rādiusu, izvairoties no siltuma uzkrāšanās), pulēšanas rīku sasniedzamību un to, vai tas radīs grūti--noņemamus urbumus. Optimizācijas algoritms automātiski izvairīsies no nepraktiskiem projektiem, nodrošinot, ka katrs optimālais risinājums ir "ražojams optimālais", tieši pārejot no digitālās telpas uz ražošanas līniju, un novēršot "papīra runas".

Darbības mehānisms

OptiSlot platformas dizaina filozofija ir "vadīt stresu, nevis pretoties stresam". Ģenerētie spraugu modeļi būtībā plāno visefektīvāko un vienmērīgāko caurules iekšējo spēku (sprieguma plūsmas) pārraides ceļu sarežģītās slodzēs. Izmantojot skaitļošanas mehānikas simulāciju, platforma precīzi identificē "spēka ķēdi", kas sedz galveno slodzi zem aksiālā spiediena, kā arī "vājās zonas", kas ir pakļautas izliekumam sānu spēku ietekmē. Optimizētās spraugas saglabās pietiekami daudz nepārtrauktu "siltuma" materiālu gar "spēka ķēdes" ceļu, piemēram, ciets galvenais ceļš; kamēr "vājās zonās" jeb ne-primārās slodzes-zonās ir stratēģiski ieviestas īpašas nišu formas un virzieni. Šīs spraugas ir kā rūpīgi izstrādāti "elastīgi savienojumi" vai "enerģijas absorbētāji", kas ļauj materiālam pakļaut nelielu, kontrolējamu elastīgu deformāciju, tādējādi izkliedējot trieciena enerģiju un novēršot lokālas nestabilitātes izplatīšanos līdz pilnīgam sabrukumam. Šis uz stresa laukiem- balstīts aktīvās pārvaldības dizains nodrošina visekonomiskāko un efektīvāko materiālu izplatīšanas izmantošanu.

Efektivitātes pārbaude

Salīdzinot tradicionālo vienoto slota konstrukciju ar OptiSlot optimizēto konstrukciju, atšķirības ir būtiskas: lai gan atbilst tādai pašai spiedes atteices pretestībai (piemēram, 1000N), optimizētajā konstrukcijā caurules korpusa svars tiek samazināts vidēji par 18%, vai arī iekšējo diametru var palielināt par 15%. Trīs-punktu lieces testā, sasniedzot tādu pašu deformāciju, optimizētās konstrukcijas caurules korpusa slodze ir par 25%-50% lielāka nekā tradicionālajai konstrukcijai. Vēl svarīgāk ir tas, ka optimizētās konstrukcijas atteices režīms ir "maigāks", kas izpaužas kā progresējoša un daudzpakāpju padevība, nevis pēkšņs lūzums, nodrošinot operatoram vērtīgu atgriezenisko saiti un reakcijas laiku. Lietojumprogrammā mugurkaula saplūšanas implantu instrumentiem, vadotnes uzmavai, kas izstrādāta ar OptiSlot, bija par 60% mazāka vērpes leņķa kļūda zem simulētā maksimālā implanta griezes momenta, salīdzinot ar iepriekšējo, un ķirurga atsauksmes bija tādas, ka tai ir "maigāka" sajūta, tā bija paredzamāka un ievērojami palielinājās pārliecība par instrumenta darbību.

Pētniecības un attīstības stratēģija un filozofija

Mūsu galvenā stratēģija ir "dizains veicina veiktspēju, simulācija aizstāj izmēģinājumus un kļūdas". Mēs uzskatām, ka progresīvās skaitļošanas simulācijas un optimizācijas tehnoloģijas ir "supermikroskops" un "paātrinātājs" jaunu medicīnas ierīču izstrādei jaunajā laikmetā. Mēs esam ieguldījuši lielus ieguldījumus augstas veiktspējas{2}}datošanas klasteru izveidē un esam izveidojuši profesionālu komandu, kas aptver stabilu mehāniku, skaitļošanas matemātiku un programmatūras inženieriju. Mūsu filozofija ir šāda: īsts novatorisks dizains bieži slēpjas plašā telpā ārpus cilvēka intuīcijas un pieredzes, un uz fiziku{4}} balstītie viedās optimizācijas algoritmi ir labākais ceļvedis šīs nezināmās teritorijas izpētē. Mēs esam apņēmušies atbrīvot inženierus no atkārtota, pieredzē balstīta-darba, ļaujot viņiem koncentrēties uz jaunāko-veiktspējas prasību un klīnisku problēmu definēšanu, vienlaikus atstājot uzdevumu atrast optimālo risinājumu nenogurstoši viedajiem algoritmiem.

Nākotnes perspektīva

Nākotnē strukturālā optimizācija pāries no statiskas uz dinamisku un no izolētiem komponentiem uz sistēmas integrāciju. Mēs izstrādājam "reāllaika{1}}topoloģijas optimizācijas" tehnoloģiju, kas var dinamiski pielāgot instrumenta lokālo stinguma sadalījumu, pamatojoties uz reāllaika navigācijas datiem operācijas laikā (piemēram, kontaktspēku starp instrumentu un kaulu un audu pretestību). Tajā pašā laikā mēs paplašināsim optimizācijas jomu no vienas caurules korpusa uz visu instrumentu sistēmu, ieskaitot savienojuma saskarnes starp caurules korpusu un proksimālo rokturi un distālo darba galvu, lai panāktu mehāniskās veiktspējas optimizāciju sistēmas līmenī. Turpmākā vīzija ir izveidot "mākoņu dizaina tirgu", kurā ārsti vai instrumentu uzņēmumi var iesniegt savas veiktspējas prasību paketes. Mūsu mākoņa platforma dažu stundu laikā atgriezīs vairākas virtuālas-pārbaudītas optimizēta dizaina shēmas un saistītos veiktspējas prognozēšanas pārskatus, ievērojami paātrinot procesu no koncepcijas līdz inovatīvu instrumentu prototipam un veicinot personalizēto ķirurģisko instrumentu ēras atnākšanu.