基于模型系统工程（MBSE）的增材制造工作流优化框架ASAM设计与实现

推荐：本研究针对增材制造（AM）中设计验证、工艺参数优化及标准合规性等核心挑战，提出基于模型系统工程（MBSE）的顾问系统ASAM框架。通过CESAM架构与SysML建模，整合操作、功能与构造视角，实现AM工作流自动化验证与缺陷检测，为航空航天、医疗等领域提供标准化、可扩展的解决方案。

　　

增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术虽能生产复杂几何结构并减少材料浪费，但其广泛应用仍受限于设计验证困难、工艺参数优化复杂及行业标准缺失等问题。传统方法多聚焦单一环节，缺乏全流程系统化视角。为此，研究人员提出基于模型系统工程（Model-Based Systems Engineering, MBSE）的顾问系统ASAM，通过多架构建模整合设计、材料与工艺参数，旨在构建标准化、智能化的AM工作流优化平台。

研究采用CESAM架构与系统建模语言（SysML）建立AM系统的操作（Why）、功能（What）与构造（How）三层模型，结合需求分析、用例场景及生命周期管理，开发模块化软件框架。关键技术包括：1）MBSE驱动的多视角系统建模；2）AI算法集成（如参数优化与缺陷预测）；3）云平台支持远程访问与实时更新；4）ASTM/ISO标准合规性验证。

研究结果
3.1 设计方法
通过CESAM与MBSE Grid方法分解AM系统架构，明确操作目标（如用户需求）、功能逻辑（如设计验证）与构造资源（如硬件/软件配置），确保技术需求与用户需求早期对齐。

4.1 系统架构框架
提出九视图矩阵（含操作、功能、构造视角），通过SysML行为模型动态描述系统交互。图3展示三视角关联：操作层定义外部系统交互（如ASTM标准），功能层规划内部行为（如参数优化），构造层分配硬件/软件资源。

4.3 PFMSO模型
图5的PFMSO（问题-使命-系统-目标）图显示ASAM核心使命为“优化AM设计合规性”，通过需求派生（如拓扑优化、用户友好性）链接至系统模块，确保目标可追溯。

5.2 软件架构
分层设计包含UI、AI引擎与数据库模块，支持STL文件分析、智能支撑生成及实时参数推荐。表4规划未来研发轴心，如AI训练（SLM数据）与AS9100航空标准适配。

结论与意义
ASAM首次将MBSE系统化思维引入AM领域，通过多视角建模解决设计-工艺-材料协同难题。其模块化架构支持跨行业扩展（如医疗需ISO 13485合规），AI集成提升自适应能力。未来需通过工业级测试验证动态性能，但已为AM标准化与智能化奠定基础。论文发表于《Results in Engineering》，为复杂制造系统优化提供新范式。