Tulemuste väljakuulutamine

Arvutusmehaanika põhjal määratleb topoloogiline optimeerimine optimaalse tasakaalu paindekindluse ja suure sissepritsevõime vahel.

Tulemuste väljakuulutamine

Oleme kasutanud tipptasemel{0}}arvutusmehaanikat ja topoloogia optimeerimise tehnoloogiaid, et edukalt määratleda "Pareto optimaalne piir" jäikade piludega torustruktuuride toimimiseks. Sellest lähtuvalt oleme välja töötanud intelligentse disainiplatvormi "OptiSlot" ja sellega seotud tooted. See platvorm suudab automaatselt genereerida ainulaadseid optimaalseid pilu mustreid vastavalt konkreetsetele sihtpiirangutele, nagu aksiaalne tugevus, paindetakistustegur, väändejäikus ja kaal. Selle tulemusena on selle platvormi toodetud piludega jäikadel torudel kõikehõlmav mehaaniline jõudlus, mis on üle 40% kõrgem kui traditsioonilistel empiirilistel konstruktsioonidel, saavutades enneolematult täpse tasakaalu paindetakistuse ja aksiaalse sissepritsejõu vahel.

Teadus- ja arendustegevuse taustaprobleemid

Jäikade torukonstruktsioonide projekteerimisel on insenerid pikka aega toetunud empiirilistele valemitele ning katse{0}}ja-vigameetoditele, et määratleda pilude parameetrid (nagu pilu pikkus, pilu laius, vahekaugus ja nurk). See lähenemisviis ei ole mitte ainult ebaefektiivne, vaid ka keeruline kvantitatiivselt hinnata erinevate disainilahenduste jõudluse erinevusi ning see ei suuda uurida potentsiaalseid disainilahendusi, mis lähenevad teoreetilisele piirile. Selle tulemusena kipuvad konstruktsioonid olema liiga konservatiivsed, ohverdades ohutuse tagamiseks liiga palju siseruumi või tekitades maksimaalse sissepritsejõu saavutamisel paindeohtu. Kliiniliselt on seadmete "tunnetuses" ja töökindluses olulisi partiide -to-variatsioone ja pimealasid. Füüsilise-põhise süstemaatilise kavandamismetoodika puudumine on toote stagnatsiooni ja tõsise homogeensusprobleemi peamine põhjus.

Põhiline tehnoloogiline innovatsioon

• Parameetriline lõplik element ja mitme{0}}eesmärgi optimeerimise integratsiooniplatvorm:Oleme välja töötanud sõltumatute intellektuaalomandiõigustega integreeritud disainikeskkonna, mis ühendab sujuvalt parameetrilise geomeetrilise modelleerimise, mittelineaarse lõplike elementide analüüsi (FEA) ja multi{0}}objektiivse geneetilise algoritmi (MOGA). Kasutajad peavad sisestama ainult välisläbimõõdu, seina paksuse, materjali omadused ja eeldatava jõudluse sihtvahemiku (nt minimaalne survetõrkejõud, maksimaalne lubatud paindenurk, minimaalne väändejäikus) ning platvorm saab automaatselt optimeerida tuhandete võimalike disainilahenduste hulgast. Algoritm võtab optimeerimiseesmärkidena aksiaalse jäikuse, külgsuunalise paindetakistuse, väändeülekande efektiivsuse, kaalu jne ning lõpuks väljastab Pareto rindel rida mitte-domineerivaid lahendusi (st konstruktsiooniskeeme, mida ei saa ühest aspektist parandada ilma teist kahjustamata), mille insenerid saavad valida prioriteedi alusel.
• Biooniline ja mitte{0}}ühtlane põimitud pesa andmebaas:Lõhkudes traditsioonilise ühtse, sirge teenindusaja mõtteviisi, oleme loonud andmebaasi, mis sisaldab kümneid täiustatud teenindusaegade tüüpe. Need pilutüübid on inspireeritud looduslikest -paindevastastest struktuuridest, nagu bambusest liigesed, luude Havercuse torusüsteemi kortikaalsed kihid jne. Sealhulgas, kuid mitte ainult: järk-järgult muutuvad vahekaugused, kaarekujulised pinge difusioonipilud, fraktaalhargnemispilud, asümmeetrilised väändpilusid jne. Platvorm suudab luua keerukaid põhitüüpe intelligentseid pilusid jne. ebaühtlaselt jaotunud, kuid mehaaniliselt tõhusad liitpesamustrid.
• Tootmispiirangute sidumine ja tootlikkuse kontrollimine:Optimeerimistsükli ajal manustasime uuenduslikult "Tootmispiirangute mooduli". See moodul hindab iga loodud kujunduse valmistatavust reaalajas, sealhulgas laserlõikamise teostatavust (nt minimaalne sisenurga raadius, soojuse akumuleerumise vältimine), poleerimistööriistade ligipääsetavust ja seda, kas see tekitab raskesti--eemaldatavaid jäsemeid. Optimeerimisalgoritm väldib automaatselt ebapraktilisi kujundusi, tagades, et iga optimaalne lahendus on "toodetav optimum", mis liigub otse digitaalsest ruumist tootmisliinile ja välistab "paberkõne".

Toimemehhanism

OptiSloti platvormi disainifilosoofia on "juhtida stressi, mitte olla vastu stressile". Loodud pilumustrid kavandavad sisuliselt kõige tõhusama ja sujuvama ülekandetee toru sisejõududele (pingevoolule) keeruliste koormuste korral. Arvutusmehaanika simulatsiooni abil tuvastab platvorm täpselt "jõuahela", mis kannab telgsurve all peamist koormust, samuti "nõrgad alad", mis võivad külgjõudude mõjul painduda. Optimeeritud pilud säilitavad piisaval hulgal pidevaid "sillatavaid" materjale mööda "jõuahela" teed, nagu kindel peatee; samas kui "nõrkades piirkondades" ehk mitte-peamistes koormust-kandvates tsoonides on pesade konkreetsed kujud ja suunad strateegiliselt kasutusele võetud. Need pilud on nagu hoolikalt kavandatud "paindlikud liigendid" või "energia neelajad", mis võimaldavad materjalil läbida väikese, kontrollitava elastse deformatsiooni, hajutades sellega löögienergiat ja takistades kohaliku ebastabiilsuse levimist kuni täieliku kokkuvarisemiseni. See pingeväljal põhinev{7}}aktiivse halduse disain võimaldab materjali jaotamise kõige ökonoomsemat ja tõhusamat kasutamist.

Tõhususe kontrollimine

Võrreldes traditsioonilist ühtlast pilu disaini OptiSlot optimeeritud konstruktsiooniga, on erinevused märkimisväärsed: samal ajal kui see vastab samale survetõrkekindlusele (näiteks 1000N), väheneb optimeeritud konstruktsioonis toru korpuse kaal keskmiselt 18% või sisediameetrit saab laiendada 15%. Kolme-punkti paindekatses on sama läbipainde saavutamisel optimeeritud disainiga torukorpuse koormus 25%-50% suurem kui traditsioonilisel konstruktsioonil. Veelgi olulisem on see, et optimeeritud konstruktsiooni tõrkerežiim on "leebem", mis väljendub pigem progresseeruva ja mitmeastmelise järeleandmisena, mitte äkilise purunemisena, pakkudes operaatorile väärtuslikku tagasisidet ja reaktsiooniaega. Lülisamba fusioonimplantaadi tööriistade rakenduses oli OptiSlotiga konstrueeritud juhthülsi väändenurga viga simuleeritud maksimaalse implantaadi pöördemomendi all võrreldes varasemaga 60% väiksem ja kirurgi tagasiside oli, et see oli "pehmem" tunne, oli paremini etteaimatav ja instrumendi töökindlus suurenes oluliselt.

Teadus- ja arendustegevuse strateegia ja filosoofia

Meie põhistrateegia on "disain suurendab jõudlust, simulatsioon asendab katse-eksituse meetodit." Peame arenenud arvutuslikke simulatsiooni- ja optimeerimistehnoloogiaid "supermikroskoobiks" ja "kiirendimootoriks" uute meditsiiniseadmete väljatöötamisel uuel ajastul. Oleme palju investeerinud suure jõudlusega andmetöötlusklastrite-ehitamisse ja oleme kasvatanud professionaalset meeskonda, kes hõlmab tugevat mehaanikat, arvutusmatemaatikat ja tarkvaratehnikat. Meie filosoofia on järgmine: tõeline uuenduslik disain peitub sageli tohutus ruumis väljaspool inimintuitsiooni ja kogemusi ning füüsika{4}}põhised intelligentsed optimeerimisalgoritmid on parim juhend selle tundmatu territooriumi uurimiseks. Oleme pühendunud sellele, et vabastada insenerid korduvast kogemusest- põhinevast tööst, võimaldades neil keskenduda tipptasemel -jõudlusnõuete ja kliiniliste probleemide määratlemisele, jättes optimaalse lahenduse leidmise ülesande väsimatutele intelligentsetele algoritmidele.

Tuleviku väljavaade

Tulevikus nihkub struktuurne optimeerimine staatiliselt dünaamilisele ja isoleeritud komponentidelt süsteemiintegratsioonile. Arendame välja „reaalajas-topoloogia optimeerimise” tehnoloogiat, mis suudab dünaamiliselt reguleerida instrumendi kohalikku jäikuse jaotust operatsiooni ajal reaalajas navigeerimisandmete-põhiselt (nt instrumendi ja luu vaheline kontaktjõud ning koe impedants). Samal ajal laiendame optimeerimise ulatust ühest torukorpust kogu instrumendisüsteemile, sealhulgas toru korpuse ja proksimaalse käepideme ning distaalse tööpea vahelised ühendusliidesed, et saavutada mehaanilise jõudluse optimeerimine süsteemi tasemel. Edasine visioon on luua "pilvekujundusturg", kus arstid või instrumentide ettevõtted saavad esitada oma jõudlusnõuete paketid. Meie pilveplatvorm tagastab mõne tunni jooksul mitu virtuaalset-kontrollitud optimeeritud kujundusskeemi ja nendega seotud toimivuse prognoosimise aruandeid, kiirendades märkimisväärselt protsessi kontseptsioonist kuni uuenduslike instrumentide prototüübini ja edendades isikupärastatud kirurgiainstrumentide ajastu saabumist.