Marco Tinnera, Irina Livshitsb and Oliver Faehnlea
a 瑞士圣加侖市的PanDao 有限公司，b 用于光信息與節(jié)能系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”，圣彼得堡國立信息技術(shù)、機(jī)械與光學(xué)研究大學(xué)、俄羅斯圣彼得堡
摘要. 本文介紹了一款名為“PanDao”的新軟件工具，專為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員打造。該工具能夠在設(shè)計(jì)階段模擬出最佳的制造流程和所需技術(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)和公差的制造成本影響進(jìn)行分析。 Nil nS!BM 在光學(xué)系統(tǒng)的生成過程中，會(huì)依次涉及三個(gè)不同的實(shí)體: O<P(UT" (a) 最開始，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員會(huì)將性能參數(shù)轉(zhuǎn)化為光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)，例如所用玻璃的類型、透鏡的幾何構(gòu)型、面型精度、粗糙度和中頻誤差以及所使用的鍍膜類型。 <)a7Nrc\T (b) 接下來，光學(xué)制造設(shè)計(jì)師將光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)轉(zhuǎn)化為一套精心設(shè)計(jì)的制造流程，采用配備有優(yōu)化制造參數(shù)（如所用磨料、加工運(yùn)動(dòng)學(xué)、共振頻率或?yàn)R射速率等）的機(jī)器。 !<vy!pXg (c) 最后，生產(chǎn)經(jīng)理們開始利用現(xiàn)有配置的光學(xué)制造鏈，采用優(yōu)化后的批量規(guī)模和訓(xùn)練有素的操作人員來進(jìn)行高自動(dòng)化水平地光學(xué)系統(tǒng)生產(chǎn)。 D4O^5?F)| 傳統(tǒng)習(xí)慣上，光學(xué)設(shè)計(jì)師會(huì)與客戶就產(chǎn)品的“光學(xué)系統(tǒng)”進(jìn)行磋商，討論內(nèi)容包括規(guī)格、價(jià)格以及有關(guān)產(chǎn)品的制造、鍍膜、安裝和交付等問題。 c+upoM 雖然光學(xué)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)最佳光學(xué)元件組合方面得到了軟件工具的有力幫助，但目前還沒有工具能夠幫助他們?cè)O(shè)計(jì)出生產(chǎn)所需的最佳制造流程。就光學(xué)制造而言，光學(xué)設(shè)計(jì)師的決策僅限于他們之前與公司內(nèi)部或供應(yīng)商光學(xué)研討會(huì)磋商所積累的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。這是因?yàn)楣鈱W(xué)制造技術(shù)并非光學(xué)設(shè)計(jì)師培訓(xùn)內(nèi)容的一部分，尤其是化學(xué)工程、材料科學(xué)、機(jī)床計(jì)量學(xué)、機(jī)械工程、磨料加工、制造工藝參數(shù)控制以及“光學(xué)工程師的黃金之手”對(duì)背后科學(xué)原理的深刻理解。 Vtv~jJ{m 最近，在PanDao軟件項(xiàng)目中1，開發(fā)出了這樣一款工具。基于數(shù)十年來在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界最先進(jìn)的制造技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)，PanDao專家系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。PanDao軟件已在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境以及位于研究機(jī)構(gòu)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了壓力測(cè)試，這些實(shí)驗(yàn)室用于生成用于航天、醫(yī)療和國防領(lǐng)域的高端光學(xué)系統(tǒng)。 64qqJmG 3 PanDao 能讀取市面上流行的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件工具生成的鏡片參數(shù)和公差，并且還會(huì)考慮諸如“需生產(chǎn)的鏡片總數(shù)”和“交付的批次大小”等商業(yè)訂單信息。在設(shè)計(jì)階段，PanDao 會(huì)綜合考慮所有已知的光學(xué)制造技術(shù)（如SPDT2、研磨拋光3、離子束拋光IBF4、液體噴射拋光FJP5 等），生成有關(guān)制造的信息。這樣一來，光學(xué)設(shè)計(jì)師就能在設(shè)計(jì)階段測(cè)試其光學(xué)設(shè)計(jì)的可生產(chǎn)性以及生產(chǎn)所需的必要光學(xué)制造技術(shù)。此外，還能基于光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行制造成本影響分析，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)以實(shí)現(xiàn)最低制造成本。因此，在光學(xué)設(shè)計(jì)過程中，PanDao 會(huì)描述整個(gè)制造鏈，包括制造成本、鍍膜成本、測(cè)試成本和中心成本。 t" nxny9& 接下來，將展示PanDao對(duì)一款直徑為220 毫米的平凸非球面鏡片（見圖1）的制造成本和技術(shù)分析，該鏡片計(jì)劃生產(chǎn)500 件。 RpwDOG PanDao（圖2）確定采用亞孔徑數(shù)控磨削并以最終的CCP 研磨拋光作為最佳的加工流程。每片透鏡的總加工成本約為185 歐元（以中等規(guī)模的中歐公司為例：不包括公司管理費(fèi)用和材料成本）；總訂單的加工成本為92500 歐元。接下來給出三個(gè)示例，展示光學(xué)設(shè)計(jì)調(diào)整如何影響加工成本。 m(w
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