制造系統(tǒng)和方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：制造系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及制造的物品，尤其涉及目標(biāo)物品的制造方法和設(shè)備，該物品具有對(duì)所需用途優(yōu)化的響應(yīng)特性。
本發(fā)明的背景和綜述歷來(lái)工程師所進(jìn)行的分析是在現(xiàn)實(shí)世界中為規(guī)劃制造產(chǎn)品使其達(dá)到預(yù)期效果而進(jìn)行的制作模型和校核的漫長(zhǎng)過(guò)程中的一個(gè)步驟。包含諸如幾何對(duì)形狀、材料性能、負(fù)載和分析型式等信息的完整模型被引用到分析程序中，并計(jì)算出好位移等的基本結(jié)果。然后將這些計(jì)算值與材料的預(yù)定限度比較，不管材料是各向固性的、正交各向異性的、或各向異性的，在模型內(nèi)劃出臨界區(qū)域。如果模型的臨界區(qū)域超過(guò)規(guī)定限度，那就需要重新設(shè)計(jì)以便得到可靠的安全裕度，但在大多數(shù)時(shí)候，具有較高安全裕度的區(qū)域都被留下不再改變或不再優(yōu)化。采用逐步副近法如改變材料或構(gòu)件的尺寸形狀能減少安全裕度。這個(gè)過(guò)程不僅冗長(zhǎng)而且在成本上不很有效。
一種被稱(chēng)為體積控制制造(VCM)的方法能幫助減少成本、制造時(shí)間和安全裕度。VCM曾在美國(guó)專(zhuān)利5,796,617和5,594,651號(hào)中說(shuō)明過(guò)，其內(nèi)容被本文引用。VCM例如可被應(yīng)用到被稱(chēng)為T(mén)HA(總髖部整形外科)的矯形程序內(nèi)。該程序包括用髖桿來(lái)更換病人的髖骨以資維持病人正常行走活動(dòng)的生理能力。傳統(tǒng)的分析顯示有一對(duì)高應(yīng)力區(qū)域使各向同性的材料位移以周?chē)墓巧显斐刹∪说奶弁春驮撓嗤墓墙Y(jié)構(gòu)在THA手術(shù)后不久便過(guò)早地失效。問(wèn)題發(fā)生在所使用的形狀設(shè)計(jì)和材料要比被更換掉的堅(jiān)硬得多。于是嘗試降低硬度包括使用復(fù)合材料。但這些嘗試都失敗了，這是因?yàn)閷娱g應(yīng)力造成分層，以致隨后基質(zhì)/纖維脫離粘結(jié)。發(fā)生失效是由于疊層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能承受負(fù)載環(huán)境及象髖骨那樣具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)功能。
對(duì)規(guī)劃制造的產(chǎn)品如髖桿，為了提供有效的分析來(lái)確定優(yōu)化的材料性能，有必要作出一條與傳統(tǒng)分析不同的途徑。VCM過(guò)程內(nèi)包含這條新的途徑。在使用傳統(tǒng)的分析方法時(shí)，首先確定位移及產(chǎn)品內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變，然后通過(guò)現(xiàn)實(shí)世界的試驗(yàn)，將位移記錄下來(lái)并引用到分析內(nèi)。新的途徑不是這樣，而是將材料性能作為未知數(shù)而求解。
如同下面將要較詳細(xì)地說(shuō)明，材料性能可用一反復(fù)迭代的分析過(guò)程來(lái)求解。分析可繼續(xù)到所有規(guī)定的元件顯示的位移都在規(guī)定的公差之內(nèi)為止。這樣，反復(fù)迭代的過(guò)程可繼續(xù)到收斂為止，從而可將整個(gè)模型就其特定環(huán)境和負(fù)載條件進(jìn)行優(yōu)化。其時(shí)采用復(fù)合材料能起很大作用，因?yàn)樗鼈兡苡枚喾N不同的方法改制來(lái)得到所需的材料性能，不象各向同性和金屬材料具有比復(fù)合材料差的改制能力。
優(yōu)化還可擴(kuò)展到控制從上術(shù)處理中得出的答案的型式。例如可將系統(tǒng)限制為在所找尋的答案中構(gòu)成目標(biāo)物品的有限體積元(“voxel”)具有一定的對(duì)稱(chēng)性。為了說(shuō)明起見(jiàn)，可將系統(tǒng)限制為在所找尋的答案中voxel為各向同性的或在橫向上各向同性的。將這種對(duì)稱(chēng)性的要求加在答案上可提高可被制造的能力，這是因?yàn)樵谒械膙oxel中每一個(gè)voxel都是按照相同的或具有一定對(duì)稱(chēng)性的性能(如泊松比、楊氏模數(shù))形成的。在某些實(shí)施例中系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)成能產(chǎn)生各向同性的、在橫向上各向同性的、和各向異性的方案。實(shí)際采用來(lái)制造的方案可根據(jù)控制制造設(shè)備的比較容易程序來(lái)選定以便生產(chǎn)出所需的目標(biāo)物品。
如上所述，復(fù)合材料對(duì)VCM是有用的，因?yàn)樗鼈兡芤远喾N不同的方法被改制從而可得到所需的材料性能。復(fù)合材料為兩種或多種材料的組合，其中各該材料在低倍放大的水平上保持分離。一種構(gòu)造復(fù)合材料的方法是將與結(jié)構(gòu)纖維相容的基體分層疊合。如同下面較詳細(xì)地說(shuō)明的那樣，引入纖維的基體可被修改使包含某些“雜質(zhì)”。在THA的情況下，雜質(zhì)例如可以是生物材料、骨、碎骨、協(xié)同因素、生物細(xì)胞、生物活性材料、藥劑、抗生素、放射性材料等。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明在結(jié)合附圖參閱下面關(guān)于目前較優(yōu)實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明當(dāng)可對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)較好地和較完全地理解，其中

圖1示出按照本發(fā)明制造目標(biāo)物品的方法；圖2A和2B分別示出在一腿站立和從椅子上站起時(shí)作用在髖骨的股骨頭上的力；圖3A和3B分別示出作用在體內(nèi)髖骨上的力和造成的應(yīng)力；圖4示出一個(gè)假髖有的有限元模型；圖5A和5B示出材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)；圖6示出可被用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的功能模塊；圖7為可被用來(lái)實(shí)施圖6中一個(gè)或多個(gè)功能模塊的環(huán)境的方塊圖；圖8為控制制造機(jī)械用的控制計(jì)算機(jī)的略圖。
本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明圖1用來(lái)說(shuō)明按照本發(fā)明制造一個(gè)目標(biāo)物品或部件的方法。本文所用目標(biāo)物品或部分(以后概稱(chēng)“物品”)系指任何一個(gè)可用工藝過(guò)程或技術(shù)制造的物品，在該工藝過(guò)程中制造參數(shù)可被控制從而可改變物品內(nèi)的結(jié)構(gòu)性能或材料性能。按照本發(fā)明的制造物品的方法是根據(jù)下列方程式的求解得出的，{f}＝[k]{x}其中{f}代表按物品的預(yù)定用途施加在物品上的場(chǎng)，{x}代表相應(yīng)于所施加場(chǎng)的潛能，而[k]代表物品的材料性能。
本發(fā)明的方法可被用地任何一種制造參數(shù)可變的制造技術(shù)。例如使用編織機(jī)的編織過(guò)程可被用來(lái)制造纖維復(fù)合材料物品。纖維復(fù)合材料作為汽車(chē)車(chē)身板、飛行器、假體植入物、高爾夫球桿軸、網(wǎng)球球拍、自行車(chē)車(chē)架、和釣魚(yú)竿等構(gòu)件的構(gòu)造材料正日益被擴(kuò)大使用。這些復(fù)合材料能提供等于或高于金屬材料的強(qiáng)度，同時(shí)重量較輕并具有其他的提高的功能特性。各種參數(shù)如編織機(jī)床身及/或心軸的速率、纖維的粗細(xì)、和施加在纖維上的張力都被控制，因此可改變纖維復(fù)合材料的堅(jiān)硬程度。能夠控制復(fù)合材料紡織的編織機(jī)床身設(shè)計(jì)的一例曾在授予Skelton的美國(guó)專(zhuān)利4,909,127號(hào)中示出。在授予Suto的美國(guó)專(zhuān)利4,975,262號(hào)中還述及三維織造織物。
復(fù)合材料還可用分層疊合的、在合適的基體內(nèi)包容的結(jié)構(gòu)纖維構(gòu)成，如同在授予Carver等的美國(guó)專(zhuān)利5,023,800號(hào)中所說(shuō)明的那樣。纖維玻璃是一種廣泛使用的復(fù)合材料系統(tǒng)，其中玻璃纖維被引用到環(huán)氧樹(shù)脂基體內(nèi)。為了制造飛行器構(gòu)件，更多的具有改進(jìn)性能的外來(lái)復(fù)合材料系統(tǒng)值得采用。目前可供使用的外來(lái)無(wú)機(jī)材料如碳纖維、硼纖維、改進(jìn)的玻璃纖維、各種不同的材料的無(wú)機(jī)晶須和某些有機(jī)纖維如芳族聚酰胺和延伸鏈聚乙烯。這些纖維或晶須在采用時(shí)被制成線、織物、墊或類(lèi)似物放置在合適的樹(shù)脂內(nèi)例如熱固性的環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、聚醚、聚酰亞胺、和比斯馬耳-酰亞胺，或熱塑性的聚酰胺-酰亞胺、聚醚砜、聚醚酮、對(duì)聚苯硫和其他類(lèi)似的聚合物材料。復(fù)合材料物品可用模壓技術(shù)-或者用外部模型，該模型具有與物品互補(bǔ)的形狀，或者用內(nèi)部心軸式模型，在心軸上制成復(fù)合材料物品。用來(lái)形成并硬化復(fù)合材料物品的模型被稱(chēng)作粘合工具，而硬化是在精密控制的溫度和壓力下進(jìn)行的。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，某些“雜質(zhì)”可被引入到包容纖維的基質(zhì)內(nèi)。在THA的情況下，雜質(zhì)例如可以是生物材料、骨、碎骨、協(xié)同因素、生物活性材料、藥劑、抗生素、放射性材料、和類(lèi)似物。VCM提供的制造是在元件接元件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，外部表面元件能被制成在基質(zhì)材料內(nèi)包含一定百分比的上述雜質(zhì)。實(shí)際的百分比可隨離開(kāi)表面的深度而變(例如濃度可隨表在的接近而增加)。在THA內(nèi)采用生物材料時(shí)，植入物本身的生物成長(zhǎng)能被激勵(lì)。如果在THA內(nèi)采用藥劑或抗生素，藥劑能向外擴(kuò)散到周?chē)M織內(nèi)。
在車(chē)床上或銑床上使用仿形切削系統(tǒng)的仿形切削過(guò)程可被用來(lái)制造金屬物品。仿形切削為在應(yīng)用時(shí)如對(duì)渦輪葉片機(jī)加工時(shí)連續(xù)去除材料。參數(shù)如零件表面、驅(qū)動(dòng)表面、和止動(dòng)表面都是可以控制的，以資改變銑刀途徑，從而進(jìn)行仿形切削。零件表面為銑刀端騎跨在其上的表面，驅(qū)動(dòng)表面為銑刀邊騎跨在其上的表面，而止動(dòng)表面為目前的銑刀運(yùn)動(dòng)停止時(shí)所遇到的表面。關(guān)于仿形切削系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，可參閱BedNorth等人的著《計(jì)算機(jī)集成的設(shè)計(jì)和制造》，美國(guó)Mc Graw-Hil公司出版(1991)。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于使用編織、模壓或仿形切削制成的物品，上面的論述只是可被在創(chuàng)造性方法中使用的制造技術(shù)的一些例子。舉例來(lái)說(shuō)但不作限制，其他可以使用的過(guò)程和技術(shù)還可包括如聚合物制造過(guò)程、結(jié)晶技術(shù)、陶瓷件制造技術(shù)等等。
在流程的第21步，按照目標(biāo)物品預(yù)期的用途限定施加在物品上的場(chǎng){f}以及對(duì)這些場(chǎng)希望得到的墊(潛能)或響應(yīng){x}。例如，物品可被施加機(jī)械力場(chǎng)、電流場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱通量場(chǎng)、及/或流體速度場(chǎng)。其他場(chǎng)可用這些主要場(chǎng)推導(dǎo)出來(lái)。例如聲場(chǎng)可由機(jī)械力場(chǎng)和流體速度場(chǎng)結(jié)合而成，磁流體動(dòng)力場(chǎng)可由流體速度場(chǎng)和磁場(chǎng)結(jié)合而成。每一個(gè)上述場(chǎng)都有相應(yīng)的勢(shì)。這些勢(shì)為相應(yīng)于機(jī)械力場(chǎng)的位移，相應(yīng)于電場(chǎng)的電壓，相應(yīng)于磁場(chǎng)的磁向量勢(shì)，相應(yīng)于熱能量場(chǎng)的溫度，和相應(yīng)于流體速度場(chǎng)的流體勢(shì)。
如上所述，在第21步限定的場(chǎng)為將按預(yù)定用途施加到物品上的一個(gè)或多個(gè)場(chǎng)。例如在假體髖骨的情況下該場(chǎng)可以是在植入到人體內(nèi)以后施加在假體髖骨上的機(jī)械力。例如在圖2A和2B中的箭頭分別代表在一腿站立(如在走路時(shí))和從椅子上站起時(shí)施加在股骨頭上的力(方向和大小)。該力的分布和取向是根據(jù)對(duì)人體內(nèi)的研究而作的報(bào)告，例如Hodge等人所寫(xiě)的“實(shí)測(cè)的人體髖關(guān)節(jié)內(nèi)的壓力”，見(jiàn)美國(guó)國(guó)家科學(xué)院報(bào)告匯編83，2879-2883(1986)。這些力的合力約為2000牛頓(N)，從一腿站立到中等程度站起的負(fù)載，力的取向有所改變。作為另一個(gè)例子，在導(dǎo)熱元件的情況下，該場(chǎng)可以是按照預(yù)定用途施加在物品上的熱通量。當(dāng)然，在一個(gè)物品上可以施加多于一個(gè)的場(chǎng)，并且其中每一個(gè)場(chǎng)都可在第21步限定。對(duì)于一個(gè)導(dǎo)電線可按其預(yù)期目的施加電場(chǎng)、磁場(chǎng)和機(jī)械力場(chǎng)。
當(dāng)將限定的場(chǎng){f}施加在物品上時(shí)，制造者希望該物品以如何方式作出響應(yīng)是由在第21步限定的勢(shì){x}限定的。在假體髖骨的情況下，限定的勢(shì)為當(dāng)假體髖骨在走路和從椅上站起、受到圖2A和2B所示的機(jī)械力時(shí)希望在假體髖骨內(nèi)產(chǎn)生的位移(該位移在數(shù)學(xué)上與應(yīng)力有關(guān))。如果制造者希望假體髖骨對(duì)力作出與活體髖骨同樣的反應(yīng)，那么在假體髖骨內(nèi)“所希望的位移”例如可相當(dāng)于在走路和從椅子上站起時(shí)在活體髖骨內(nèi)產(chǎn)生的位移。圖3A示出一個(gè)施加著2000N的力的活體髖骨，圖3B則為一表列出圖3A中由于力的施加在標(biāo)有A、B、C、D、E和F各點(diǎn)產(chǎn)生的位移的測(cè)量結(jié)果。這樣，希望制出的假體髖骨對(duì)圖3A中所示的力能作出與活體髖骨同樣響應(yīng)的制造者可先將力{f}限定為圖3A中所示的力，然后將位移{x}限定為圖3B的表中所列出的位移。與此類(lèi)似，在導(dǎo)熱元件的情況下，所施加的為熱通量場(chǎng)，所限定的響應(yīng)為在導(dǎo)熱元件各部分都具有所需的溫度。在導(dǎo)電線的情況下，所施加的為電場(chǎng)磁場(chǎng)，所限定的響應(yīng)為在導(dǎo)電線的各部分當(dāng)施加限定的機(jī)械力場(chǎng)時(shí)具有所需的位移，當(dāng)施加限定的磁場(chǎng)時(shí)具有所需的磁向量勢(shì)，當(dāng)施加限定的電場(chǎng)時(shí)具有所需的電壓。
在第22步，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)被用來(lái)在幾何形狀尺寸上構(gòu)成要被制造的物品的模型。構(gòu)成幾何模型是使用計(jì)算幾何來(lái)限定物品幾何形狀尺寸的一種技術(shù)，其目的有幾個(gè)方面即物品的顯示，對(duì)物品進(jìn)行完整的限定以資進(jìn)行制造和其他用途如有限元分析；設(shè)計(jì)，允許使用者輸入和變換物品的幾何形狀尺寸規(guī)格；及體現(xiàn)，使用幾何學(xué)在計(jì)算機(jī)的圖像輸出裝置上畫(huà)出物品的實(shí)際圖像。物品或零件的最初幾何模型例如可根據(jù)設(shè)計(jì)工程師的經(jīng)驗(yàn)或由于物品或零件的預(yù)期用途而有所改變。例如，假體髖骨的初始幾何模型可根據(jù)活體髖骨。當(dāng)然，這個(gè)初始幾何模型隨后可被修改，以資適應(yīng)具有特有身高及/或體重的個(gè)人。又如高爾夫球桿軸的初始設(shè)計(jì)幾何形狀也是已知的，即一個(gè)具有預(yù)定長(zhǎng)度和直徑的圓筒。同樣，這個(gè)初始設(shè)計(jì)幾何形狀可被修改，借以給具有特定高度的擊球手提供合適的軸，或者提供一根直徑有變化的軸，例如在球桿頭附近具有較窄的直徑。用來(lái)構(gòu)成這種幾何模型的合適的CAD軟件包包括I-DEAS、CATIA和ANVIL-5000。這些軟件包例如要在以UNIX為基的工作站上運(yùn)行，這種工作站如同SunMicrosystems或Silicon Graphics所供售的。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)的選用將取決于所需計(jì)算機(jī)的能力，本發(fā)明對(duì)此并無(wú)限制。使用這種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件包允許用戶(hù)自己限定一個(gè)物品或零件的幾何模型并能快速修改，從而產(chǎn)生幾何數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)輔助制造工步使用的格式及/或有限無(wú)法工步使用的格式。這些工步將在下面較詳細(xì)地論述。應(yīng)該注意到最初的幾何模型可以是對(duì)具有所需幾何形狀的物品掃描而產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)。例如，在假體髖骨的情況下，初始的幾何模型可使用例如西門(mén)子的Somatom DR3或GE的9800的CT掃描儀以X射線照射尸體的髖骨而產(chǎn)生。這個(gè)圖像數(shù)據(jù)可被轉(zhuǎn)變成CAD軟件包使用的格式或者可被直接轉(zhuǎn)變成有限元法軟件包使用的格式(例如PATRON格式)，這些將在下面說(shuō)明。
在第23步，使用有限元法產(chǎn)生物品的有限元模型。有限元法是根據(jù)這樣一個(gè)理論即形狀不規(guī)則的物品能品能被劃分成較小而規(guī)則的有限元。這樣每一個(gè)元件就可分開(kāi)來(lái)處理，而總效果就是物體內(nèi)有限元的效果之和。有限元模型是由用戶(hù)使用合適的軟件包在工步22中研制的幾何模型上操作而造成的，因此有限元法軟件包一般要存取含有物品在工步21研制的幾何形狀的數(shù)據(jù)文檔。某些集成的軟件包如SDRC公司提供的I-DEAS將幾何建模和有限元分析的模塊連接在一起，因此用戶(hù)可毋需重新限定專(zhuān)為有限元分析使用的形狀。其他可用來(lái)產(chǎn)生有限元模型的合適軟件包包括NASTRAN、ABAQUS和ANSYS。
這樣，有限元模型是將物品的幾何模型劃分成許多元件，然后限定元件邊界上的節(jié)點(diǎn)而產(chǎn)生的。圖4中示出假體髖骨的一個(gè)示范的有限元模型。在物品的有限元模型內(nèi)可以使用多種元件形狀。元件的數(shù)目和型式一般根據(jù)場(chǎng)的型式和物品的幾何形狀尺寸來(lái)選用。上面認(rèn)定的各種有限元軟件包一般都包括元件和元件群集的庫(kù)使具有特定幾何形狀尺寸的面積能按用戶(hù)規(guī)定的準(zhǔn)確程序建模。這樣，便可利用具有預(yù)定元件尺寸值的元件或具有預(yù)定群集尺寸值的由可變?cè)M成的元件群集。如果利用元件群集，那么群集就可在整個(gè)有限元模型內(nèi)重復(fù)。一個(gè)群集可包括具有不同形狀的元件。例如，如果要被制造的物品受到剪力，那么形狀最適合對(duì)剪力建模的元件可被利用并適當(dāng)?shù)厝∠?。?dāng)這些元件集結(jié)在一起，它們可能形成可被重復(fù)的群集，例如在具有相似幾何形狀尺寸的面積內(nèi)及/或被相似的力作用時(shí)。另外，對(duì)以差要求嚴(yán)格的物品部分可用尺寸不同的元件來(lái)建模。所謂超級(jí)元件可被用在公差要求不嚴(yán)格的地方。由于本發(fā)明的方法如在下面將述，是一個(gè)典型的反復(fù)迭代過(guò)程，因此在第一次重復(fù)時(shí)如果能確定物品的一部分或多個(gè)部分的節(jié)點(diǎn)值不會(huì)有多大變動(dòng)，那么為了計(jì)算的目的，在第二次稍后的重復(fù)中產(chǎn)生的物品的有限元模型可在這些區(qū)域內(nèi)包括一個(gè)或多個(gè)超級(jí)元件為的是要簡(jiǎn)化以后的計(jì)算。
有限元模型在完成時(shí)須規(guī)定在離散物品各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的上面所說(shuō)的場(chǎng){f}和勢(shì){x}的值及/或方向。另外，要加上任何合適的邊界條件。
在第24步，有限元軟件包被用來(lái)編程，利用{f}＝[k]{x}的關(guān)系求解材料性能矩陣[k]，即[k]{x}＝{f}[k]{x}{x}-1＝{x}-1{f}[k]＝{x}-1{f}因?yàn)閳?chǎng){f}和勢(shì){x}在工步21被限定，材料性能矩陣[k]可被計(jì)算出來(lái)。當(dāng){f}為機(jī)械力場(chǎng)而{x}為位移時(shí)，[k]為堅(jiān)硬度矩陣。當(dāng){f}為熱通量場(chǎng)而{x}為溫度時(shí)，[k]為導(dǎo)熱率。當(dāng){f}為磁場(chǎng)而{x}為磁向量熱時(shí)，[k]為磁阻。當(dāng){f}為電流場(chǎng)而{x}為電壓時(shí)，[k]為導(dǎo)電率。當(dāng)場(chǎng)和勢(shì)在工步21如所說(shuō)的被限定后，在工步24對(duì)矩陣[k]的計(jì)算便可確定最優(yōu)或接近最優(yōu)的材料性能矩陣，這樣制造者便可制造出對(duì)特定的施加如力具有所需反應(yīng)的物品。
用來(lái)產(chǎn)生該方程式之解的軟件可包括一個(gè)優(yōu)化器、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的非線性的有限元分析(FEA)規(guī)范、和一個(gè)控制器用來(lái)控制在優(yōu)化器和FEA規(guī)范之間數(shù)據(jù)流動(dòng)。一旦FEA完成分析，控制器便將數(shù)據(jù)送給優(yōu)化器，將從分析得到的數(shù)據(jù)與所需的模型參數(shù)和公差比較。如果比較結(jié)果有一些數(shù)據(jù)不在所需的公差范圍內(nèi)，那么優(yōu)化器可調(diào)節(jié)所選的參數(shù)，然后由控制器將重新調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)返回到FEA規(guī)范進(jìn)行另一輪分析。這個(gè)過(guò)程一直要繼續(xù)到用戶(hù)在模型內(nèi)規(guī)定的所有參數(shù)都在公差范圍內(nèi)為止，這樣優(yōu)化值才能收斂。
優(yōu)化方法可被用來(lái)返回計(jì)算材料性能，使在有限元模型內(nèi)選擇節(jié)點(diǎn)上的位移盡可能地與輸入目標(biāo)位移接近。這種問(wèn)題被稱(chēng)作逆向問(wèn)題。目標(biāo)位移通常從實(shí)驗(yàn)中得出。因此在給出有限元(FE)模型時(shí)，方法必須能系統(tǒng)地調(diào)節(jié)材料性能使計(jì)算的(分析的)位移盡可能與實(shí)驗(yàn)的位移接近。
非線性編程(NLP)技術(shù)可被用來(lái)解出這個(gè)問(wèn)題?？紤]到最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題可如下敘述求 (xi，i＝1，...，n)使成極小f(x)=(DjE-DjA)2,j=1,...,n]]>gk(x)=sk≤ska,k=1,...,m]]>條件為xiL≤xi≤xiU]]>其中xi第i次設(shè)計(jì)變數(shù)(如彈性模數(shù)、泊松比等) 從FE模型計(jì)算出的位移 目標(biāo)位移(如從實(shí)驗(yàn)得到的)sk從FE模型計(jì)算出的應(yīng)力不變值(如馮米塞斯的數(shù)據(jù)) 容許的(最大)應(yīng)力值 設(shè)計(jì)變數(shù)的下限 設(shè)計(jì)變數(shù)的上限最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的最佳解(如果有的話)是在所有限制條件gk(x)都被滿足而目標(biāo)函數(shù)f(x)為零的時(shí)候。由于(a)輸入數(shù)據(jù)內(nèi)有噪聲、(b)FE分析的限制、和(c)數(shù)值優(yōu)化技術(shù)的限制，這個(gè)理論上為零的目標(biāo)函數(shù)一般是不能得到的。但本發(fā)明可采用與這個(gè)理論解接近的值為解。
可行方向法(一種著名的NLP技術(shù))可被實(shí)行并用作優(yōu)化器軟件系統(tǒng)。一個(gè)非線性FE計(jì)算機(jī)程序被用來(lái)解有限元模型。控制器被用來(lái)讀出問(wèn)題輸入數(shù)據(jù)并管理優(yōu)化器和非線性FEA計(jì)算機(jī)程序。
優(yōu)化器還可用來(lái)控制從上述處理得出的解的型式。例如可將系統(tǒng)這樣限制以便找出一個(gè)有限體積元件(voxel)具有一定對(duì)稱(chēng)性的解。例如系統(tǒng)可被這樣限制以便找出一個(gè)其中voxel為各向同性或在橫向上的為各向同性的解。例如骨便是在橫向上各向同性的。將這種對(duì)稱(chēng)性添加在解上能提高其可制造性，因?yàn)槊恳粋€(gè)voxel都是根據(jù)相同的性能(如泊松比、楊氏模數(shù))限定的，或在整個(gè)voxel中具有一定的對(duì)稱(chēng)性。在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)可被設(shè)計(jì)得能產(chǎn)生多種解，有各向同性的voxel，有在橫向上各向同性的voxel，還有各向異向的voxel。實(shí)際用來(lái)制造的解可根據(jù)控制制造設(shè)備的相對(duì)容易程度從其中選用以資用來(lái)生產(chǎn)所需的物品。
在第25步內(nèi)，有限元軟件包被用來(lái)從材料性能矩陣[k]中為有限元模型內(nèi)的每一個(gè)元件提取材料性能系數(shù)。具體地說(shuō)，在工步24計(jì)算出的材料性能矩陣[k]是總的或組合的材料性能矩陣[k]。有限元模型具體元件的材料性能系數(shù)可用布爾定位函數(shù)或某些其他定位函數(shù)從這個(gè)總的或組合的矩陣中提取。例如，參閱圖4，在元件601的材料性能系數(shù)提取后，接下來(lái)就可提取元件602的材料性能系數(shù)，等等。這個(gè)程序?qū)δＰ蛢?nèi)的每一個(gè)元件重復(fù)進(jìn)行，為的是產(chǎn)生一個(gè)能代表假體髖骨的材料性能的。在小體積增量下的數(shù)據(jù)序列。
在第26步，將提取的材料性能系數(shù)與在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的已知的材料性能系數(shù)比較。圖5A示出一個(gè)材料數(shù)據(jù)庫(kù)700的組織。材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)700的特征為具有多個(gè)按材料堅(jiān)硬度值如楊氏模數(shù)(E)和泊松比(σ)排列的材料M1-1，M1-2，…，M1-n。例如材料M1-1可以是鋁，其楊氏模數(shù)為7.2×1010Pa，泊松比為0.32。材料M1-2可以是鋁，其楊氏模數(shù)為6.9×1010Pa，泊松比為0.35。材料M1-n可以是鑄鐵，其楊氏模數(shù)為8.8×1010Pa，泊松比為0.30。當(dāng)然，本發(fā)明并不限于這些具體材料。分別與這些材料M1-1，M1-2，…，M1-n中每一種關(guān)聯(lián)的為制造過(guò)程和該過(guò)程的特定參數(shù)(如溫度、壓力等)，采用該參數(shù)可生產(chǎn)出具有相應(yīng)堅(jiān)硬度性能的材料。與此類(lèi)似，如圖5B所示，材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)701的特征為具有多個(gè)按導(dǎo)電率值(σ)排列的材料M2-1，M2-2，…，M2-n。同樣，分別與它們中每一種關(guān)聯(lián)的為制造過(guò)程和該過(guò)程的特定參數(shù)，采用該參數(shù)可生產(chǎn)出具有相應(yīng)導(dǎo)電率的材料。類(lèi)似的材料數(shù)據(jù)庫(kù)可被用來(lái)表述材料的導(dǎo)熱率或磁阻抗的特征并確認(rèn)與每一種材料相關(guān)的制造過(guò)程和制造過(guò)程參數(shù)。
這樣，材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)就是材料性能系數(shù)連同相應(yīng)的制造過(guò)程和制造過(guò)程控制參數(shù)的檔案。這種數(shù)據(jù)庫(kù)是由工業(yè)制造商、政府機(jī)構(gòu)和研究院造成并保持的。例如，當(dāng)一種材料如金屬、塑料或復(fù)合材料用特定的制造過(guò)程被造成后，其性能就可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法如ASTM(美國(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì))試驗(yàn)方法確定下來(lái)。當(dāng)這些性能被確定后，用來(lái)使材料具有這些性能的整套制造參數(shù)如溫度、壓力等就被關(guān)聯(lián)到該材料上為的是在將來(lái)能夠復(fù)制出該材料。
在工步26進(jìn)行的在提取的材料性能系數(shù)和材料性能數(shù)據(jù)庫(kù)之間的比較可被用來(lái)確定在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)哪一種材料的性能與提取的材料性能的系數(shù)所相應(yīng)的性能匹配或最為接近匹配。參閱圖4，這樣，經(jīng)過(guò)比較就能確認(rèn)第一組制造參數(shù)，用該參數(shù)可以生產(chǎn)出具有所需豎硬度性能的、相應(yīng)于元件601的部分假體髖骨，接下來(lái)可以確認(rèn)第二組制造參數(shù)，用該參數(shù)可以生產(chǎn)出相應(yīng)于元件602的部分假體髖骨，如此等等。上述比較例如可用一知識(shí)庫(kù)來(lái)進(jìn)行，在該庫(kù)內(nèi)有一事實(shí)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)為每一個(gè)元件(如圖4中的元件601、602等)提取的材料性能系數(shù)數(shù)據(jù)和來(lái)自材料數(shù)據(jù)庫(kù)的材料性能數(shù)據(jù)，還有一個(gè)規(guī)則庫(kù)，其內(nèi)含有一些規(guī)則可用來(lái)比較和選配為每一個(gè)元件提取的材料性能數(shù)據(jù)和來(lái)自材料數(shù)據(jù)庫(kù)的材料性能數(shù)據(jù)。匹配的水平(如完全匹配、接近匹配)視用途而定，特別是關(guān)系到允許有多大的公差。如果要制造的物品為關(guān)鍵構(gòu)件，那么最好有十分接近的或完全的匹配。如果要制造的物品不是關(guān)鍵構(gòu)件，那么選配的判據(jù)就可放松。其他判據(jù)如費(fèi)用和可供的制造設(shè)備也可確定匹配水平。這樣，在完成工步26后，便可為每一個(gè)物品的每一個(gè)部分確定整套的制造過(guò)程控制參數(shù)。
在第27工步，所確定的整套制造過(guò)程控制參數(shù)被吩咐下去或順序安排以資形成制造該物品所必需的制造過(guò)程控制。制造控制參數(shù)可被用來(lái)對(duì)制造該物品的制造設(shè)備實(shí)行數(shù)字控制。數(shù)字控制涉及在制造設(shè)備的自動(dòng)控制中使用編碼的數(shù)字信息。對(duì)于機(jī)床，這會(huì)涉及刀具的運(yùn)動(dòng)或被加工零件對(duì)旋轉(zhuǎn)刀具的運(yùn)動(dòng)。敷設(shè)復(fù)合材料來(lái)構(gòu)成機(jī)加工金屬零件的輕質(zhì)替代物的過(guò)程也可用數(shù)字控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這時(shí)可用一般目的的數(shù)字控制語(yǔ)言將制造物品所必需的關(guān)于幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)的語(yǔ)句進(jìn)行編程，從而找出制造控制數(shù)據(jù)。一種這樣的語(yǔ)言是APT-AC數(shù)字控制處理器程序(美國(guó)N.Y州Armonk的IBM公司有供售)。APT-AC處理器是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，該程序能接受為說(shuō)明所要完成的數(shù)字控制操作而輸入的用面向用戶(hù)的語(yǔ)言寫(xiě)的語(yǔ)句。有一后處理器可進(jìn)一步處理制造控制數(shù)據(jù)將信息改編成專(zhuān)用的制造過(guò)程。在工步28，后處理數(shù)據(jù)被供應(yīng)到計(jì)算機(jī)化的制造裝置上并被用來(lái)控制物品的制造和合成，使該物品具有所需的具體計(jì)算的材料性能，例如假定使用一個(gè)編織機(jī)來(lái)制造復(fù)合材料，在織造過(guò)程中，由于計(jì)算機(jī)機(jī)能控制各個(gè)機(jī)械零件的速率，織物的緊密度能被控制?？椢镌骄o密，堅(jiān)硬度越高(柔順度越低)。而在假體髖骨的情況下，高堅(jiān)硬度和低堅(jiān)硬度的區(qū)域都是需要的。使用幾何模型和提取的材料性能系數(shù)，制造過(guò)程具體地說(shuō)是織物的緊密度能被這樣控制，使它既有高堅(jiān)硬度的區(qū)域(如圖4中的元件601)，也有低堅(jiān)硬度的區(qū)域(如圖4中的元件603)。按照本發(fā)明創(chuàng)新的方法，由于能適當(dāng)?shù)乜刂浦圃爝^(guò)程，因此所生產(chǎn)的假體髖骨對(duì)施加負(fù)載反應(yīng)方式能與人體髖骨在受到相同負(fù)載時(shí)的反應(yīng)方式基本相同。這種假體能為特定的個(gè)人提供特定的反應(yīng)特性。
上述方法通常是一個(gè)重復(fù)進(jìn)行的過(guò)程。例如，初始過(guò)程得到的結(jié)果可一般地指出在用編織機(jī)制造纖維復(fù)合材料時(shí)材料與按預(yù)期用途提取的材料性能系數(shù)最佳的匹配。而在第二個(gè)隨后的重復(fù)過(guò)程中，有限元模型就是因?yàn)榭紤]到計(jì)算機(jī)的編織機(jī)能夠有控制地編織最小的增量體積而會(huì)被修改。最好，在有限元模型內(nèi)的每一個(gè)元件都有不小于最小增量的體積能用制造物品的技術(shù)有控制地制造。例如對(duì)于使用編織機(jī)的編織過(guò)程而言，能被有控制地編織的最小體積約為一個(gè)立方毫米。換句話說(shuō)，這樣在生產(chǎn)物品時(shí)我們便能改變編織的式樣使其材料性能或構(gòu)造性能大致隨著一個(gè)立方毫米的增量而變化。這個(gè)最小增量體積當(dāng)然會(huì)隨著所選的制造過(guò)程或技術(shù)而變化，另外，還可能與現(xiàn)有的制造設(shè)備有關(guān)。這樣，雖然現(xiàn)有技術(shù)的編織機(jī)能夠編織的最小增量體積是一個(gè)立方毫米，但不一定所有編織機(jī)都能這樣操作。因此，在這種情況下，最小增量體積是由現(xiàn)有編織機(jī)的能力來(lái)決定的。應(yīng)該知道，隨著制造技術(shù)的改進(jìn)，較小的增量體積將能有控制地被制造，而本發(fā)明的方法將可用于尺寸改變的或形狀不同的元件。
本發(fā)明創(chuàng)新方法的數(shù)學(xué)對(duì)復(fù)合材料以外的其他型式的制造過(guò)程如金屬、塑料、和陶瓷的制造同樣有效，對(duì)希望在熱流和電流下作出所需反應(yīng)的物品的制造也同樣有效。簡(jiǎn)言之，這個(gè)創(chuàng)新方法能夠用于任何一種要求精密地在體積上控制制造的、計(jì)算機(jī)控制的制造過(guò)程。
當(dāng)要求提高物品的效率時(shí)，本發(fā)明的方法特別有用。在傳統(tǒng)的制造中，著重點(diǎn)放在精密制造一個(gè)物品的幾何形狀尺寸，即使有的話，也沒(méi)有很多控制構(gòu)成這種幾何形狀尺寸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。而按照本發(fā)明創(chuàng)新的方法，材料矩陣為未知，可進(jìn)行重復(fù)的過(guò)程來(lái)使材料性能矩陣優(yōu)化同時(shí)使幾何形狀尺寸保持固定。
這樣，按照本發(fā)明，任何一種過(guò)程的輸入?yún)?shù)都可精細(xì)地變化，從而造成的物品可具有精密限定的材料性能矩陣。隨著制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，能被有控制地制造的最小增量體積的大小也會(huì)不斷縮小，但即使是這樣，上述方法仍可應(yīng)用。
圖6示出可被用來(lái)實(shí)行本發(fā)明方法的各種功能模塊。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模塊801是一個(gè)三維圖形的軟件程序可用來(lái)產(chǎn)生幾何模型的限定。這種幾何模型限定包括在一三維座標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)列出精密地使物品設(shè)計(jì)定位的各個(gè)座標(biāo)點(diǎn)。這一點(diǎn)可用圖形軟件包使用例如X、Y、和Z座標(biāo)點(diǎn)及在需要時(shí)的適當(dāng)?shù)亩ㄎ幌蛄縼?lái)做到。三維圖形軟件包利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)限定圖形程序的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)各個(gè)具體點(diǎn)。利用圖形程序內(nèi)的算法能夠限定和產(chǎn)生物品內(nèi)的其他各點(diǎn)。圖形程序最好能利用適當(dāng)?shù)南蛄亢途仃嚨淖映绦蚴刮锲纺茉谟?jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)并制定尺寸，這樣任何一個(gè)點(diǎn)相對(duì)于其他點(diǎn)的座標(biāo)便都能被知道。如上所述，合適的CAD軟件包包括I-DEAS、CATIA、和ANVIL-5000。
有限元模塊802被用來(lái)根據(jù)存儲(chǔ)在圖形程序數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生出物品的有限元模型。有限元模塊802是一種軟件包可用來(lái)將使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模塊801設(shè)計(jì)的物品劃分成許多元件并在每一個(gè)元件內(nèi)以假定的近似的函數(shù)來(lái)表示一個(gè)或多個(gè)未知的場(chǎng)變數(shù)。有限元模塊802被編程以資為每一個(gè)元件計(jì)算出最優(yōu)的材料性能如上所述。用于有限元模塊802的合適的軟件包包括NASTRAN、ABAQUS和ANSYS。
材料數(shù)據(jù)庫(kù)模塊803為材料性能系數(shù)連同其相應(yīng)的制造過(guò)程和制造過(guò)程控制參數(shù)的檔案。這樣該檔案就將材料性能與制造過(guò)程和用來(lái)造成該材料的制造過(guò)程參數(shù)關(guān)聯(lián)起來(lái)。
比較模塊804將使用有限元模塊802確定的材料性能與材料數(shù)據(jù)庫(kù)模塊803內(nèi)的材料數(shù)據(jù)比較為的是確定(1)那一種材料具有的性能與使用有限元模塊802確定的材料性能匹配或最為接近匹配，及(2)與這選配的材料關(guān)聯(lián)的制造過(guò)程和制造過(guò)程參數(shù)。比較模塊804可這樣實(shí)施，例如用一知道庫(kù)，其內(nèi)有一事實(shí)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)分別來(lái)自有限元模塊802和材料數(shù)據(jù)庫(kù)模塊803的材料性能數(shù)據(jù)，以及一個(gè)規(guī)則庫(kù)，其內(nèi)含有規(guī)則可用來(lái)比較和選配分別來(lái)自有限元模塊802和材料數(shù)據(jù)庫(kù)模塊803的材料性能數(shù)據(jù)。
制造模塊805將從比較模塊804導(dǎo)出的制造參數(shù)轉(zhuǎn)換并排序，從而將制造指令提供給制造機(jī)械以便制造由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模塊801限定幾何形狀尺寸的物品。物品的制造可由對(duì)該具體材料合適的機(jī)械進(jìn)行。例如，金屬可通過(guò)復(fù)制表面的幾何形狀尺寸(空間內(nèi)的表面點(diǎn))來(lái)制造，復(fù)合材料可通過(guò)控制織物的構(gòu)造和纖維的選擇來(lái)制造，而聚合物可通過(guò)化學(xué)品的選擇、溫度和壓力來(lái)制造。計(jì)算機(jī)輔助制造使機(jī)械能迅速地被調(diào)節(jié)，制造過(guò)程可從一個(gè)物品變?yōu)橄乱粋€(gè)物品或在單個(gè)物品的各個(gè)區(qū)域內(nèi)變換。
上述這些模塊可分開(kāi)提供或成為一個(gè)集成的軟件包。VCM系統(tǒng)和過(guò)程依靠用計(jì)算機(jī)處理來(lái)幫助制造工作。計(jì)算機(jī)處理在零件或組件的設(shè)計(jì)、分析和制造的整個(gè)過(guò)程中都被使用。在設(shè)計(jì)和分析階段，該系統(tǒng)最好被這樣設(shè)計(jì)使材料性能中的機(jī)械性能如應(yīng)力和應(yīng)變變化的靈敏度能被看到。要做到這一點(diǎn)，可反復(fù)解出材料性能，隨后解出機(jī)械性能，在每一次反復(fù)后接近實(shí)時(shí)地顯示這兩者解出的結(jié)果，然后用來(lái)確定每一元件或元件群的最優(yōu)材料性能。在制造時(shí)，該系統(tǒng)用來(lái)確定材料的構(gòu)成如纖維和復(fù)合材料的選擇、纖維體積和纖維方向。
在前處理和后處理時(shí)，該系統(tǒng)最好能提供一個(gè)觀看的窗口將三維的有限元模型顯示出來(lái)而將每一個(gè)元件的性能表現(xiàn)成不同的顏色。這個(gè)模型可被顯示成線框架、虛線或?qū)嵕€。還可能用體積來(lái)表現(xiàn)有限元分析的結(jié)果。每一個(gè)元件的結(jié)果如楊氏模數(shù)或泊松比被讀入到軟件內(nèi)。該系統(tǒng)然后將這些結(jié)果內(nèi)插到每一個(gè)三維元件內(nèi)并從頻譜上指定一個(gè)可代表所需材料性能數(shù)值范圍的顏色值。這個(gè)數(shù)據(jù)然后被表現(xiàn)在有限元模型的帶網(wǎng)絡(luò)的幾何圖形上。透明值可被指定給元件使內(nèi)部元件能被觀看。該系統(tǒng)有能力翻譯CAD/CAM和FEA工具中專(zhuān)利的文件格式如ABAQUS、NASTRAN、I-DEAS和Unigraphics以及標(biāo)準(zhǔn)的文件格式如IGES。在ACSII正文文件中有許多文件是從不同的包交換來(lái)的。翻譯程序?qū)⒉煌囊哉臑榛奈募囊粋€(gè)格式轉(zhuǎn)變成另一個(gè)格式，從而可不依靠用戶(hù)將這些包集成在一起。
在分析階段，該系統(tǒng)控制從FEA處理到優(yōu)化處理之間的數(shù)據(jù)交換。每一次迭代的結(jié)果可被送到后處理器并且?guī)缀蹩稍趯?shí)時(shí)看到。被交換的數(shù)據(jù)放在ASCII的格式中，軟件編碼分析正文文件并將文件格式轉(zhuǎn)換成分開(kāi)的包所需的格式。該系統(tǒng)最好包括GUI使用戶(hù)能操縱數(shù)據(jù)。而且該系統(tǒng)最好有能力將每一次迭代的結(jié)果實(shí)時(shí)地輸出到電視機(jī)。這個(gè)特點(diǎn)使我們不僅能模擬“終端結(jié)果”，而且能模擬“中間的解”。
該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)復(fù)合材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。以SQL為基的數(shù)據(jù)庫(kù)包括定制的詢(xún)問(wèn)程序使該系統(tǒng)能自動(dòng)地為零件檢索最優(yōu)的材料性能值并推薦最優(yōu)的制造方法和參數(shù)。面向產(chǎn)品的方法造成的結(jié)構(gòu)可動(dòng)態(tài)地分配存儲(chǔ)并允許大量數(shù)據(jù)的交流。這個(gè)方法能保證可量測(cè)性，同時(shí)保持高水平的效能。
圖7示出完成上述計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)過(guò)程可使用的計(jì)算機(jī)設(shè)備。各個(gè)過(guò)程可在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上完成，也可在不同的計(jì)算機(jī)上完成。系統(tǒng)1201包括一個(gè)處理單元1203和一個(gè)系統(tǒng)存儲(chǔ)器1205。一條系統(tǒng)總線1207將包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器1205在內(nèi)的各個(gè)系統(tǒng)組成部分連接到處理單元1203上。系統(tǒng)總線1207可以包括存儲(chǔ)器總線或存儲(chǔ)器控制線、外圍設(shè)備總線和局部總線數(shù)種總線結(jié)構(gòu)型式中的任何一種結(jié)構(gòu)，使用任何一種總線式樣。系統(tǒng)存儲(chǔ)器1205包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)1252和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1254。有一基本的輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)1256存儲(chǔ)在ROM 1252內(nèi)，含有基本程序能在開(kāi)始時(shí)幫助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1201內(nèi)的各個(gè)元件之間轉(zhuǎn)移信息。系統(tǒng)1201還包括各種驅(qū)動(dòng)器和相關(guān)的計(jì)算機(jī)可讀媒體。有一硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器1209從一(通常為固定的)硬磁盤(pán)1211上讀出并寫(xiě)入該盤(pán)。還有一個(gè)另外的(能選用的)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器1213從一可取下的“軟盤(pán)”或其他磁盤(pán)1215上讀出并寫(xiě)入該盤(pán)。有一光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器1217從一可取下的光盤(pán)1219如CD ROM或其他光媒體上讀出，并在某些設(shè)計(jì)中可寫(xiě)入該盤(pán)。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器1209和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器1217分別被硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器界面1221和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器界面1225連接到系統(tǒng)總線1207上。這些驅(qū)動(dòng)器及其相關(guān)的計(jì)算機(jī)可讀媒體將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1201的計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊和其他數(shù)據(jù)不易變失地存儲(chǔ)起來(lái)。在其他設(shè)計(jì)中，其他型式的、能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而被計(jì)算機(jī)存取的計(jì)算機(jī)可讀媒體(例如盒式磁帶、快速存儲(chǔ)卡、數(shù)字視盤(pán)、貝努里盒式磁帶、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)和類(lèi)似物)亦可使用。
多個(gè)程序模塊可被存儲(chǔ)在系統(tǒng)存儲(chǔ)器1205的硬盤(pán)1211、可取下的磁盤(pán)1215、光盤(pán)1219及/或ROM 1252及/或RAM 1254內(nèi)。這些程序模塊可包括提供圖像和聲音的操作系統(tǒng)API、一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序、其他程序模塊和程序數(shù)據(jù)。用戶(hù)可通過(guò)輸入裝置如鍵盤(pán)1227、指示裝置1229、微音器、操縱桿、游戲控制器、衛(wèi)星盤(pán)、掃描儀、或類(lèi)似物將指令和信息輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1201內(nèi)。這些輸入裝置可通過(guò)偶聯(lián)到系統(tǒng)總線1207上的串行端口界面1231連接到處理單元1203上，但可用其他界面如并行端口、法爾總線或通用串行總線(USB)來(lái)連接。監(jiān)控器1233或其他型式的顯示裝置也可通過(guò)一個(gè)界面如視頻適配器1235連接到系統(tǒng)總線1207上。
系統(tǒng)1201還可包括一個(gè)調(diào)制解調(diào)器1154或其他網(wǎng)絡(luò)界面設(shè)施用來(lái)建立與網(wǎng)絡(luò)1152如互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)通?？梢允莾?nèi)部的外部的調(diào)制解調(diào)器1154通過(guò)串行端口界面1231被連接到系統(tǒng)總線1207上。網(wǎng)絡(luò)界面1156還可這樣設(shè)置使系統(tǒng)1201能通過(guò)地方區(qū)域網(wǎng)絡(luò)1158(或廣闊區(qū)域網(wǎng)絡(luò)1152或其他通信途徑如撥號(hào)電話或其他通信設(shè)施)與遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)裝置1160(例如另一個(gè)系統(tǒng)1201)聯(lián)通。系統(tǒng)1201通常包括其他外圍輸出裝置如打印機(jī)和其他標(biāo)準(zhǔn)外圍裝置。
在有一個(gè)例子中，視頻適配器1235可包括一個(gè)3D圖像的管線芯片組，該芯片組能響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的3D圖像應(yīng)用程序裝置界面如微軟公司的Direct X 7.0或其他版本發(fā)出的3D圖像指令迅速地提供3D圖像。有一組立體揚(yáng)聲器1237也通過(guò)一個(gè)聲音產(chǎn)生界面如傳統(tǒng)的“聲卡”被連接到系統(tǒng)總線1207上，該“聲卡”設(shè)有硬件和埋入軟件的支承，可根據(jù)總線1207提供的聲音指令產(chǎn)生高質(zhì)量的立體聲。
圖8為一控制計(jì)算機(jī)950的略圖。該控制計(jì)算機(jī)將圖6中制造模塊805所產(chǎn)生的制造指令下載。信息如編織機(jī)床身的速率、纖維的張力、溫度、壓力等是從制造機(jī)械的傳感器952得來(lái)的，成為數(shù)字格式(開(kāi)通/關(guān)斷、開(kāi)啟/閉俁)或模擬格式(電壓)。模擬的輸入被控制計(jì)算機(jī)950的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器953轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)的格式?？刂朴?jì)算機(jī)950包括處理器960可用來(lái)分析來(lái)自傳感器952的信息，該信息被供應(yīng)到啟動(dòng)器954，啟動(dòng)器954按照下載的制造指令調(diào)節(jié)制造機(jī)械的設(shè)定。除了模擬的和數(shù)學(xué)的輸出外，還可提供脈沖的輸出以便用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種電機(jī)是機(jī)床和其他設(shè)備經(jīng)常使用的。當(dāng)然，控制計(jì)算機(jī)950的特性將取決于所使用的制造機(jī)。用于表面制造過(guò)程的控制計(jì)算機(jī)的細(xì)節(jié)例如可從上述Bedworth的文本中找到。
如上所述，VCM有能力在整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)控制所需的材料性能特性。實(shí)質(zhì)上，VCM能提高傳統(tǒng)復(fù)合材料的制作能力，除了用改變各層軸線方向來(lái)控制整個(gè)結(jié)構(gòu)在縱向和橫向上的性能外，VCM還可控制機(jī)械的、電磁的、和熱的特性并使這些特性在所有三個(gè)方向上變化，精確度可小到一個(gè)立方毫米。此外，制造過(guò)程得到的為一真正的三維結(jié)構(gòu)，而不是一個(gè)由兩維的層堆積而成的厚度。因此層與層間的分裂和被剪切不再是設(shè)計(jì)過(guò)程要對(duì)付的主要事項(xiàng)。
在整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)性能的變化可用多種方法來(lái)完成(例如，在各個(gè)層次上控制纖維的體積、控制基質(zhì)的體積、在制造時(shí)變化纖維/基質(zhì)的型式、變化纖維的取向、及在敷設(shè)時(shí)變化硬化的程度。
正如在傳統(tǒng)的復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)中那樣，改變纖維的體積能改變性能。VCM能用在一區(qū)域內(nèi)改變纖維的數(shù)目或基質(zhì)的數(shù)量來(lái)控制結(jié)構(gòu)內(nèi)各個(gè)纖維層的纖維體積。纖維可被添加或當(dāng)纖維束敷設(shè)在位時(shí)被切短后添加。
或者，與纖維束放置在一起的基質(zhì)材料的數(shù)量可被增加或減少。這種基質(zhì)控制可用兩種方法來(lái)完成。第一種方法包括敷設(shè)雙組分纖維。在雙組分纖維中纖維被包覆在基質(zhì)材料內(nèi)。當(dāng)纖維被敷設(shè)時(shí)包皮的厚度可被控制，這樣就可得到特定的纖維體積控制。第二種方法使用混合在一起的纖維束和基質(zhì)束，隨著纖維束的添加或減少，基質(zhì)束的數(shù)量就被控制。
另一種控制材料性能的方法是當(dāng)制造時(shí)在整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)改變纖維及/或基質(zhì)的選擇。這樣在同一結(jié)構(gòu)內(nèi)就允許有不同纖維的組合。增添和減少纖維束所產(chǎn)生的一個(gè)相當(dāng)連續(xù)的材料轉(zhuǎn)變可造成一個(gè)在材料性能上看上去連續(xù)的梯度。例如一個(gè)使用VCM過(guò)程來(lái)制造的結(jié)構(gòu)可能要用碳纖維來(lái)達(dá)到一個(gè)特定的機(jī)械性能，但是只有結(jié)構(gòu)的一端會(huì)受到高拉力負(fù)載。傳統(tǒng)的做法是使用高效能的碳預(yù)浸料坯來(lái)制造整個(gè)結(jié)構(gòu)，這樣就要把高效能高價(jià)的碳纖維用在整個(gè)結(jié)構(gòu)，但采用VCM法，就可使碳纖維的體積向不受負(fù)載的一端削減，甚至可使單位成本的效果更高，只在受負(fù)載的一端使用高效能的碳纖維，而在結(jié)構(gòu)的其余部分逐漸用具有相似機(jī)械性能的低效能碳纖維來(lái)替代。傳統(tǒng)的復(fù)合材料制法不能成本效果高的方式來(lái)完成這種無(wú)縫的替代。這種方法應(yīng)用的另一例如用復(fù)合材料制造的飛機(jī)機(jī)翼。機(jī)翼的外皮必須能容許損壞但要能承受小沖擊而層與層間不會(huì)分離。在翼盒內(nèi)并不要求有相同的能力。這樣，例如在制造機(jī)翼時(shí)我們?cè)谕馄ど暇涂刹捎酶叩腒evlar(聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺纖維)對(duì)碳纖維的比率來(lái)吸收沖擊。VCM法中的三維增強(qiáng)是整體的增強(qiáng)是整體的增強(qiáng)，這也有助于抑制沖擊后的脫層。而在翼盒的內(nèi)部截面被制造時(shí)Kevlar將逐漸被碳纖維代替。同樣，這個(gè)方法比目前用碳/Kevlar的組合來(lái)制造整個(gè)機(jī)翼的單位成本的效果更高。
如同傳統(tǒng)的復(fù)合材料制法那樣，VCM法也能在制造時(shí)變化結(jié)構(gòu)內(nèi)的纖維取向，但不同的是，這個(gè)纖維取向是為了優(yōu)化的材料性能而預(yù)先計(jì)算好的，并且纖維是按照獨(dú)特的有限體積來(lái)制造的。由于VCM法預(yù)先計(jì)算好精確的纖維取向，因此纖維取向?qū)⒕哂休^大的可重復(fù)性并可傳統(tǒng)的復(fù)合材料層壓件所使用的基本為0.90、+/-15、+/-60的取向更為準(zhǔn)確。
另一個(gè)定制基質(zhì)性能的方法是當(dāng)基質(zhì)被敷設(shè)時(shí)控制硬化的程度。但這涉及引用這樣一些工藝技術(shù)如電子束硬化、微波硬化及/或聚焦的紅外光能硬化。
一旦材料、纖維體積和硬化方法被確定后，VCM過(guò)程可用下列方法之一制造結(jié)構(gòu)。
一種方法是通過(guò)快速試制工藝技術(shù)來(lái)定型。目前，RP技術(shù)如熔融沉積物模制法(FDM)只是用來(lái)構(gòu)造證實(shí)概念的零件，并不用來(lái)生產(chǎn)零件。為此理由，這種設(shè)備所使用的材料限于蠟和非工程塑料。經(jīng)過(guò)一些修改，快速試制設(shè)備能被用來(lái)放置熱塑性塑料、增強(qiáng)纖維、環(huán)氧樹(shù)脂和類(lèi)似物來(lái)制造生產(chǎn)零件而不只是試制的模型。
該設(shè)備也可被修改成可將數(shù)種材料一次放入、一直到單獨(dú)的纖維，并能制造雙組分纖維將它敷設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)。商業(yè)上供售的FDM設(shè)備已具有VCM所需的控制和準(zhǔn)確度能在一立方毫米的尺度上變化材料的性能。
另一種制造方法是編織。編織正開(kāi)始侵入商業(yè)界。研究單位和工業(yè)的勘測(cè)曾說(shuō)該過(guò)程僅限于編織于纖維，然后用樹(shù)脂浸漬。但若編織過(guò)程與雙組分纖維或共同混合的纖維結(jié)合起來(lái)，那么不能?chē)?yán)格地始終如一的浸漬過(guò)程將不再需要。另外，浸漬過(guò)程不能做到纖維體積的特定控制，而編織基質(zhì)和纖維可做到這種控制。編織過(guò)程還很適合進(jìn)一步發(fā)展，因?yàn)樗苡脕?lái)產(chǎn)生真正的三維增強(qiáng)。
本文列舉珠申請(qǐng)、專(zhuān)利、技術(shù)文件、教科書(shū)或其他刊物部應(yīng)被解釋為因參照認(rèn)為對(duì)本公開(kāi)內(nèi)容重要的任何主題而被引用的。
雖然本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例已被說(shuō)明如上，但應(yīng)知道它們只是舉例而已，不能以此來(lái)限制本發(fā)明，本發(fā)明的廣度和范圍只能由下列權(quán)利要求書(shū)及其等同的內(nèi)容來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種制造物品的方法，該物品能響應(yīng)施加在其上的場(chǎng){f}而產(chǎn)生勢(shì){x}，該方法包括下列步驟將物品的幾何模型分解成多個(gè)有限元，產(chǎn)生物品的計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型，規(guī)定在各有限元上場(chǎng){f}和勢(shì){x}的值；規(guī)定有限元的材料性能有一特定的對(duì)稱(chēng)性；根據(jù)關(guān)系{f}＝{k}{x}和規(guī)定的對(duì)稱(chēng)性計(jì)算材料性能矩陣{k}；從材料性能矩陣{k}中為每一個(gè)在計(jì)算機(jī)用數(shù)字模型內(nèi)的有限元提取材料性能系數(shù)；將提取的材料性能系數(shù)與已知材料的材料性能系數(shù)比較，使提取的材料性能系數(shù)與已知材料的材料性能系數(shù)匹配；根據(jù)匹配的材料性能系數(shù)確定控制制造設(shè)備的制造參數(shù)；及按照確定的制造參數(shù)控制制造設(shè)備，從而制造物品。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于有限元的材料性能被規(guī)定為各向同性。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于有限元的材料性能被規(guī)定為在橫向上各向同性。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于產(chǎn)生物品的計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型的步驟還包括確定能用復(fù)合材料制造設(shè)備制造的最小體積增量。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于場(chǎng){f}為機(jī)械力場(chǎng)而勢(shì){x}為位移。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于場(chǎng){f}為電流場(chǎng)而勢(shì){x}為電壓。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于場(chǎng){f}為磁場(chǎng)而勢(shì){x}為磁向量勢(shì)。
8.權(quán)利要求1的方法，其特征在于場(chǎng){f}為熱通量場(chǎng)而勢(shì){x}為溫度。
9.權(quán)利要求1的方法，其特征在于場(chǎng){f}為流體速度場(chǎng)而勢(shì){x}為流體勢(shì)。
10.權(quán)利要求1的方法，其特征在于控制制造設(shè)備的步驟包括控制用來(lái)制造復(fù)合材料的復(fù)合材料制造設(shè)備。
11.權(quán)利要求10的方法，其特征在于復(fù)合材料含有疊層壓合在基質(zhì)內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維。
12.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括生物材料。
13.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括骨。
14.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括破碎的骨。
15.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括協(xié)同因素。
16.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括生物細(xì)胞。
17.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括生物活性材料。
18.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括藥劑。
19.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括殺菌劑。
20.權(quán)利要求11的方法，其特征在于基質(zhì)包括放射性材料。
21.權(quán)利要求1的方法，其特征在于要被制造的物品是用來(lái)更換身體部件的假體植入物，而力{f}和位移{x}是根據(jù)在體內(nèi)施加在該要被更換的身體部件上的力以及當(dāng)該力施加在其上時(shí)在該要被更換的身體部件內(nèi)產(chǎn)生的在體內(nèi)的位移而規(guī)定的。
22.按照權(quán)利要求1的方法制造的物品，其特征在于該物品是從含有下列各項(xiàng)的組群中選取的汽車(chē)部件、飛機(jī)部件、假體植入物、高爾夫球桿軸、網(wǎng)球拍、自行車(chē)車(chē)架、和釣魚(yú)竿，并且其中物品的不同部分具有不同的材料性能，分別相應(yīng)于與已知材料匹配而提取的材料性能系數(shù)。
23.按照權(quán)利要求1的方法制造的假體植入物。
24.按照權(quán)利要求1的方法制造的高爾夫球桿。
25.一種用計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，用來(lái)確定制造一種物品的機(jī)械控制指令，該物品能響應(yīng)施加在其上的場(chǎng){f}而產(chǎn)生勢(shì){x}，該方法包括下列步驟將物品的幾何模型分解成多個(gè)有限元，產(chǎn)生物品的計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型，規(guī)定在各有限元上場(chǎng){f}和勢(shì){x}的值；規(guī)定有限元的材料性能有一特定的對(duì)稱(chēng)性；根據(jù)關(guān)系{f}＝{k}{x}和規(guī)定的對(duì)稱(chēng)性計(jì)算材料性能矩陣[k]；從材料性能矩陣[k]中為每一個(gè)在計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型內(nèi)的有限元提取材料性能系數(shù)；將提取的材料性能系數(shù)與已知材料的材料性能系數(shù)比較，使提取的材料性能系數(shù)與已知材料的材料性能系數(shù)匹配；根據(jù)匹配的材料性能系數(shù)確定控制制造設(shè)備的制造參數(shù)；及產(chǎn)生對(duì)機(jī)械的控制指令以資按照制造參數(shù)控制制造設(shè)備。
26.權(quán)利要求25的方法，其特征在于要被制造的物品是用來(lái)更換身體部件的假體植入物，而力{f}和位移{x}是根據(jù)在體內(nèi)施加在該要被更換的身體部件上的力以及當(dāng)該力施加在其上時(shí)在該要被更換的身體部件內(nèi)產(chǎn)生的在體內(nèi)的位移而規(guī)定的。
27.權(quán)利要求25的方法，其特征在于產(chǎn)生對(duì)機(jī)械控制指令的步驟包括為控制用業(yè)制造復(fù)合材料的復(fù)合材料制造設(shè)備而產(chǎn)生的對(duì)機(jī)械的控制指令。
28.權(quán)利要求27的方法，其特征在于復(fù)合材料含有疊層壓合在基質(zhì)內(nèi)的結(jié)構(gòu)纖維。
29.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括生物材料。
30.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括骨。
31.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括破碎的骨。
32.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括協(xié)同因素。
33.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括生物細(xì)胞。
34.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括生物活性材料。
35.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括藥劑。
36.權(quán)利要求28的方法，其特征在于基質(zhì)包括殺菌劑。
37.權(quán)利要求2 8的方法，其特征在于基質(zhì)包括放射性材料。
38.一個(gè)被編程來(lái)實(shí)施權(quán)利要求25的方法的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
39.一個(gè)編有機(jī)械控制指令的控制系統(tǒng)，這些指令用來(lái)控制復(fù)合材料制造設(shè)備，從而制造復(fù)合材料物品，其中機(jī)械控制指令是按照權(quán)利要求25的方法產(chǎn)生的。
40.復(fù)合材料制造設(shè)備，包括一個(gè)編有機(jī)械控制指令的控制系統(tǒng)，這些指令用來(lái)控制復(fù)合材料制造設(shè)備，從而制造復(fù)合材料物品，其中對(duì)機(jī)械控制指令是按照權(quán)利要求25的方法產(chǎn)生的。
41.一種制造物品的方法，該物品能響應(yīng)施加在其上的限定的場(chǎng){f}而產(chǎn)生勢(shì){x}，該方法包括下列步驟(1)將物品的幾何模型分解成多個(gè)有限元，產(chǎn)生物品的計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型；(2)規(guī)定在各有限元上場(chǎng){f}和勢(shì){x}的值；(3)規(guī)定有限元的材料性能有一特定的對(duì)稱(chēng)性；(4)根據(jù)關(guān)系{f}＝{k}{x}和規(guī)定的對(duì)稱(chēng)性計(jì)算材料性能矩陣，其中材料性能矩陣[k]具有多個(gè)值分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)材料性能系數(shù)；(5)將材料性能矩陣[k]的多個(gè)值中的每一個(gè)值與已知材料的性能比較，使達(dá)到匹配的程度，選擇相應(yīng)的制造過(guò)程參數(shù)，其中如果匹配的已知材料性能為一復(fù)合材料的材料性能，所選擇的制造過(guò)程參數(shù)便可用來(lái)控制復(fù)合材料制造設(shè)備；及(6)按照所選擇的制造過(guò)程參數(shù)控制復(fù)合材料制造設(shè)備，從而制造物品。
42.權(quán)利要求41的方法，其特征在于要被制造的物品是用來(lái)更換身體部件的假體植入物，而力{f}和位移{x}是根據(jù)在體內(nèi)施加在該要被更換的身體部件上的力以及當(dāng)該力施加在其上時(shí)在該要被更換的身體部件內(nèi)產(chǎn)生的在體內(nèi)的位移而規(guī)定的。
全文摘要
一種制造物品的方法,該物品能響應(yīng)施加在其上的場(chǎng){f}而產(chǎn)生勢(shì){x}。將物品的幾何模型分解成多個(gè)有限元(802),產(chǎn)生物品的計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型(801),規(guī)定在各有限元上場(chǎng){f}和勢(shì){x}的值。規(guī)定有限元(802)的材料性能(804)有一特定的對(duì)稱(chēng)性,根據(jù)關(guān)系{f}=[k]{x}和規(guī)定的對(duì)稱(chēng)性計(jì)算材料性能矩陣[k]。從材料性能(804)矩陣[k]中為每一個(gè)在計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)模型(801)內(nèi)的有限元(802)提取材料性能(804)系數(shù),將提取的材料性能(804)系數(shù)與已知材料的材料性能(804)系數(shù)比較,使提取的材料性能(804)系數(shù)與已知材料的材料性能(804)系數(shù)匹配。根據(jù)匹配的材料性能(804)系數(shù)確定控制制造設(shè)備的制造參數(shù)(805),按照確定的制造參數(shù)(805)控制制造設(shè)備,從而制造物品。
文檔編號(hào)G06Q50/00GK1382284SQ00814630
公開(kāi)日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2000年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月23日
發(fā)明者詹姆斯A·St·維利 申請(qǐng)人:詹姆斯A·St·維利