[发明专利]按设计、按制造、按测试、按操作、按检查和按服务的增材制造耦接数字孪生生态系统

说明书

提供了一种用于制作或修理指定零件的方法和系统。例如，提供了一种用于创建优化的制造过程以制作或修理指定零件的方法。该方法包括从多个源接收数据，该数据包括相对于与指定零件相似的一个或多个零件的按设计，按制造，按模拟，按操作，按检查(as‑inspected)和按测试的数据。该方法包括实时更新与指定零件的基于物理的模型对应的替代模型，其中，替代模型形成特定零件的数字孪生。该方法包括基于替代模型并且基于增材和还原(reductive)制造过程中的至少一种的一个或多个特性，生成指定零件的预测性能的预测模型。该方法包括基于数字孪生执行优化的制造过程以修复或制作指定零件。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年6月14日提交的美国临时专利申请号62/862,015和2019年6月14日提交的申请号62/862,016的权益。这两个在先申请的公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

在工业应用中，部件的生产通常包括在设计阶段考虑制造过程。在这种情况下，设计和制造过程紧密相关，这意味着设计决策可能会受到制造约束的影响，或者制造选择可能直接来自设计方面。而且，操作特性可能会受到制造过程能力的影响。例如，在典型的工业制造过程中，根据预定的公差生产零件，因为由于制造过程固有的变化，在现场部署的按制造零件可能与它们的设计规格不同(即，与按设计零件不同)。

随着增材制造技术的出现，由于增材过程的固有方面，在上述制造/设计/操作生态系统中引入了另一层复杂性。例如，增材过程可通过添加来使用材料层以形成部件并且使用预处理/后处理步骤，例如加热和固化层。优化和验证增材过程需要通过破坏性测试来量化和验证制造部件中的差异，破坏性测试取决于测试的公差数量产生大量的废料。

单独的破坏性测试可以验证制造部件满足特定的设计公差，但不考虑公差差异内的多个公差差异的影响如何综合影响操作中的部件的性能，或复制部件在操作中暴露的操作机制的范围，并且因此量化通过操作过程制造的部件的适用性。另一个风险是，由于在制造周期期间发生差异的影响，并且无法量化部件的操作适用性，因此报废了具有使用寿命和可用寿命的制造部件。

发明内容

本文特征的实施例帮助解决或减轻上述问题以及本领域中已知的其他问题。本文特征的实施例将在部件的生命周期期间进行测量和分析的操作特性与设计和制造(包括增材制造过程的特定方面)集成在一起，以创建能够缓解性能和制造差异(variance)的模型。

例如，实施例提供了以下能力：直接通过独特的数字集成过程链接按构建(as-built)，按制造/组装(as-manufactured/assembled)，按设计(as-designed)和按模拟(as-simulated)，按测试(as-tested)，按操作(as-operated)和按服务(as-serviced)的部件。这种数字集成过程包括在部件的生命周期期间的任何点使用的增材制造过程的特定方面。在本文特征的实施例中，任何硬件部件都具有参考其设计目标并基于其硬件规格和操作数据得出多个分析结果的能力。新颖的过程还提供了从多个分析中抽象数据类型，以形成硬件部件的集成数字孪生。此外，新颖的过程提供了通过汇总子系统部件级数字孪生预测来提高系统级数字孪生的保真度和准确性的框架。

本文特征的实施例提供了一种技术基础设施，该技术基础设施在零件的使用寿命期间产生了对增材制造过程中的可变性的自动化，定量和定性评估。因此，在其实施方式中，实施例有目的地且有效地允许优化制造或修理过程以将部件制作或修理至由应用的约束所指定的使用寿命，同时优化使用一种或多种增材制造过程来生产或修理零件所需的材料量和破坏性测试。例如，但不限于，在部件需要涂层的情况下，本文阐述的实施例可以提供对在修理或制造期间需要添加到部件上以与部件的性能匹配的涂料量的定量评估；可以针对成本约束优化识别出的材料量。

下面参考附图描述各种实施例的附加特征，操作模式，优点和其他方面。注意，本公开不限于本文描述的特定实施例。呈现这些实施例仅出于说明性目的。基于所提供的教导，其他实施例或所公开的实施例的修改对于相关领域的技术人员将是显而易见的。