dixson5566 發表於 2024-11-18 02:26 AM
3D列印出來只有外殼吧！強度可以到達抵擋9G的力量嗎？
人工智能、超級工業用電腦3D Scanner及打印怎樣製造高CP值的戰鬥機
心得 寫於2024-6- 29
人工智能、超級工業用電腦3D Scanner及打印怎樣製造高CP值的戰鬥機
言歸正傳，高科技天價武器，一定可以克敵制性，以質勝量？有多少銀子彈才足夠？俄烏戰爭彷彿在告訴我們1991年沙漠風暴以外的另一個故事—「足夠數量」十分十分重要。 好了! 高科技武器…可以不天價嗎? 人工智能?? 銀子彈？足夠數量？天價與先進？這些問題一直在我腦海中盤旋，…在人工智能、高新科技的新時代，會否替這一切矛盾找到出路?? 到底人工智能可以怎樣協助一個國家，在有限資源、有限資金、有限能力之下研發出一架堪用可用的先進戰機？
於是，除了看着窗外異想天開以外；我還謙虛地去請教了一些專家，看看腦中的虛妄在現實中是否可行……
人工智能、超級工業用電腦3D Scanner及打印怎樣製造高CP值出戰鬥機
製造一架現代戰鬥機，需要花費上以十億美元計的研發費。然而，隨着人工智能和高新工業技術的進步，新戰機的研發，也可能跟從前不一樣，不會有像一些國家曾經經歷過的，又或聲稱的那種情況----天價的戰機。(韓國新型戰鬥機KF21由設計到眼前的進度，他們預計到2024年至2028年間投產；KF21項目將一共用了約60億美元，這還只是目前2024年的估算。每架出廠價?) 如果我們將新型戰鬥機研發，視為一座似乎無法攀登的大山;那麼，在Ai時代，是否也值得讓我們，重新思考擁有基礎航空工業的國家（如土耳其、巴西或韓國），他們在人工智能和高新科技之下，會不會有其他更加節省成本和時間的方法，完成戰機研發。
除了技術層面，「原則」及「態度」在控制新戰機研發成本和進程上也十分關鍵: 要控制成本及研發進程，不至讓研發項目成為錢坑的無底洞，或一拖再拖的爛尾項目，一些目標、方向、原則、理念必須澄清及堅持。
一，不追求無止境的完美，必須堅持「夠用」就好。只要留一定的裕餘以備日後改進即可。與其追求完美，不如專注於滿足戰鬥機的功能需求及任務要求。確定戰鬥機所需的功能和特色並定下優先次序，在成本、代價及可追求之間有合理的取捨。
二，專注於戰機研發本身，而不是要借助戰機研發帶動整個航空產業升級換代。換爐頭還是裝修廚房? 那成本和代價是不一樣的。只追求必須要的技術及性能及其他必要設備及器材的添置。
三，不可以在研發過程中，對於計劃的期望和目標一改再改，一而再，再而三，三而四…這樣的折騰將對項目帶來災難。(當日某國研發攻擊機，為了考慮是否雙座並列，還是前後並列，因為不同領導甚至同一領導的反覆決定，結果設計反覆修改，一弄就是幾年。另一個例子是F 111，它的研發故事同樣精彩。)
四，盡量利用現有科技及手頭上擁有的技術，及市場上可提供的設備及物料，來製造飛機組件。用現有技術和材料，而不是從頭開始去開發新技術和材料。成熟的技術和材料一定可降低成本，並加速開發進程。(F117當年就是為了節省成本及縮短開發進程，結果全架F117，除了氣動外型是嶄新設計，內部許多子系統就是由正在使用的或已退役的飛機中，取來部件拼合而成。例如：飛控系統是取自F16 ，機身除了用上新的物料也同時用上當時已十分成熟的碳纖維加強塑料。而它的發動機就是採用現成的F 404 ，後燃器(Afterburner)部份則取用F14的大部份部件，還有…。
戰鬥機的開發階段通常涉及一系列步驟和流程，以確保飛機的成功設計、生產和佈署。
雖然確切的階段可能因為具體項目和不同國家的背景或組織而有所分別，在收集不同資料後，將研製戰機流程整理粗略於下：
1. 概念設計
2. 初步設計、技術與工程考量/評估
3. 製作不同原型機比例模型(prototype)---scale model
4. 製作1:1原型(prototype) 機，內部設計及測試各系統整合
5. 詳細設計及製作已定型的原型(prototype) : 進行最後測試、評估
6. 原型修訂→小規模生產→量產(從略)
1. 概念設計國家和軍方因應威脅和佈署需求的評估; 從而確定對新型戰鬥機的需求。以此再確定新型戰鬥機的目標任務和具體性能要求。 據此立項，開始概念開發：包括：技術研評，各種前期研究計劃；可行性研究；及財政預算和撥備。
2. 初步設計、技術與工程考量/評估 接著參與初始研究單位，可進行初始概念設計，例如: 戰機的配置及構思；及並對計劃中不同設計的戰鬥機，進行技術可行性研究，例如:空氣動力學分析和結構分析。
3. 製作不同原型機比例模型(prototype)---scale model 在初步篩選後，針對不同氣動設計(Aerodynamic Shape)構型，測試不同的設計理念;利用電腦輔助設計開（ CAD ）軟件創建飛機的詳細3D模型。除了進行電腦模擬，並可打印出3D比例模型，借助風洞測試；再加上電腦模擬，評估飛機的性能和穩定性。(前者多，後者少；是互補和相輔相承)
4. 製作1:1原型(prototype) 機，內部設計及測試各系統整合 : 經測試、評估…篩選不同原型後; 正式決定新型戰鬥機的氣動外型。初步設計：在這個階段，選擇的概念設計進一步完善和優化。進行詳細的分析以評估飛機的性能、穩定性和結構完整性。廣泛使用計算機輔助設計（ C A D ），工具創建3D模型並模擬各種情況。因應各種參數進行戰鬥機的一個或多個原形設計。 同時間開始各系統、部件進行地面測試以評估飛機的系統、航空電子設備和子系統的效能。進行靜態和動態結構測試，確保飛機的兼容性和強度。 最後修訂將原型機定型! 及製造出來！進入下一階段以已定型原型機進行飛行測試以評估飛機的性能、操控特性和系統整合。這樣這架新設計的飛機的氣動外型已是基本定型了；而各基本子系統，特別飛控部份也已安排妥當。
5. 詳細設計及製作已定型的原型(prototype) : 進行最後測試、評估 在修訂完後，最終版的原型機誕生了。對新型戰鬥機進行更詳細設計。在詳細設計階段:包括：選擇材料、創建詳細的工程圖紙、部件定型;不但要設計及製作出不同機翼、機身、起落架及推進系統等各個不同部份的組件，而且還要整合、兼容。而各種子系統，除非因研發延誤，否則原計劃中將配置的各種系統，均應裝上原型機以測試及調教。 一旦原型戰鬥機組裝完成，隨即這機進行一系列嚴格的測試和評估。這些測試:包括地面測試以驗證系統功能，結構測試以評估強度。而飛行測試則用以評估戰機不同性能、操控特性和電子功能。在測試過程中發現的任何缺陷或問題都要力求加以解決和修復。(深度Concurrency …就是F35的禍端)(有些戰機，他們的子系統開發會分步走…如以色列幼獅、F35、KF-21…)而下一階段小批生量產的戰機就是它!
6. 原型修訂→小規模生產→量產(從略)
當方向、目標端正以後，就可在技術方法和策略上下工夫，從而提升戰機研發的效能，又或者透過新技術的運用，令研發項目可大大節省成本及用較短時間達到目標。 眾所周知，在人工智能爆發之下有許多新的先進技術湧現。但礙於個人知識及篇幅所限，我想重點談談以下幾種先進新技術，怎樣改進現代新型戰鬥機的研發：我所指的高新技術: 貫穿各過程及設備的人工智能 數碼建模及逆向建模 高新3D scanner & 打印技術 超級電腦及人工智能的模擬及推算 高級協同工程（透過網路在同一數位模型中協同設計）Advanced Collaborativeengineering( Collaborative design in the same digital model through network)
*注意上述的技術在應用上往往是聯合運用的
一， 概念設計，初步設計及製作不同原型機比例模型(prototype)---scale model階段:首先整個研發計劃不一定需要從零開始而是可以借助現有的構思、出現過的計劃及其他曾出現的概念研究，在概念設計階段進行採納及測試。( F-16 只用了短短4年，由圖紙飛上天，就是因為借助了之前另一被取消項目的前期研究；KF 21和TFX也帶給我們另外一些啟示)怎樣取得相關資料及數據進行研究? 首先可先選定一些機型或概念機; 向相關公司採購它的資料。若相關企業已倒閉或無法提供該機型或概念機的資料，則可利用精緻模型、圖片; 利用人工智能、高新3D scanner 進行數碼建模或逆向建模，重新繪製圖紙及建構初步的數碼模型(主要是氣動外型) 有了數碼模型( Digital Model) 就可對不同的概念機; 針對其氣動外型進行分析、模擬，甚或設計上的小修改。就不同機型在模擬下表現，按項目要求進行評估、篩選; 選定兩三款候選機型。
事實上數位建模，對測試和修改原型可以帶來許多好處。一方面節省成本和時間：與實體原型製作相比，數位測試和修改可以實現不同和複雜的模擬，並可對數碼模型( Digital Model) 作出更快的更迭修改和調整。由於大大減少了對多個實體原型的需求，可以大量節省時間和金錢 。而3D數位模型的立體及多角度的視覺化，可令設計者透過3D視覺，對戰機的設計有更好理解。 通過初步評審，將入選機型，運用最新的尖端3D打印技術，打印出不同氣動原形的快速控制原型（Rapid Control Prototype）; 並可將這些RCP放入風洞中進行測試。原型越精確，測試就越有價值。 在對快速控制原型（Rapid Control Prototype）進行風洞測試; 及對不同原型機數碼模型作出模擬測試後，經評估決定機型，運用最新的尖端3D打印技術製作1:1原型(prototype) 機。(物料??)
在原型機(Prototype)開發的時候，已經可以利用先進的3D列印技術，快速而有效的製造出原型機。而利用先進的3D列印技術，在研發及製造戰機的全程均可降低戰鬥機組件的製造成本，及提高生產效率。 事實上，這些前期主要與氣動外型的設計對戰機十分重要。因為這將決定戰機的包括: 速度、機動性、隱身性、作戰範圍、承載能力、有效載荷以及起飛和著陸要求。同時體現了在設計上滿足這些因素的最佳解決方案和平衡，所以氣動外型的「定型」對於設計有效的戰機至關重要。而人工智能則可審視及評估工程上的可行性。
二，運用先進的協製作1:1原型(prototype) 機，內部初步設計及各子系統整合; 及詳細設計及製作已定型的原型(prototype) 及各子系統組裝階段。 在這後半期階段，利用數碼模型( Digital Model) ，進行不同的模擬測試及和修改設計; 利用人工智能推算及分析; 利用3D列印技術，快速而有效的製造出的組件…高效、節省成本及時間。
在工程設計方面，必須要提及collaborative design technologies這種技術。這種技術讓不同的專業團隊成員可在同一「數碼設計模型」(Digital Model) 上進行設計及修改…A的修改，BCD同時知道，並可評估該改動對自己設計部份的影響，並可預視將出現的修改後的成品，且有3D的直觀感受。collaborative design technologies協作設計技術：實現團隊成員(different teams and Parties)間的高效溝通與協作，進而減少開發時間與成本。美國人正在大規模使用相關技術研發新的武器及裝備。連土耳其人在研製TB3及Akinji 時均已用上該類技術。(相關演示，可見於YouTube)
而就人工智能方面;在不同的研發階段，工程師及技術人員可運用人工智能的的器材，進行設計、模擬、推算、分析及建構，作出各種projection 改進設計; 而人工智能甚致可加入不同模型增強開發團隊的決策能力。
然而美好的期待，還是等待實踐，千里之行，仍要始於足下。
小結：成敗？高科技？人工智能？人？
噴火式戰機，力挽狂瀾的1941
1930s年英國飛機設計師RJ Mitchell建基於他早前設計的水機S6B，嘗試開發出高速和高機動性的戰鬥機。
1934年皇家空軍招標，要求廠商製造出新的高性能戰鬥機，R J Mitchell和他的團隊遞交了一直以來的設計，該設計獲選中標。
1936年第一架噴火戰鬥機原形機試飛。
1938年噴火戰鬥機開始量產，並於同年交付皇家空軍，並成立第一支以噴火戰鬥機為骨幹的作戰部隊。
1939年，第二次世界大戰爆發。
1940年7月英倫保衛戰開打，英國面臨生死存亡。最終噴火式戰機，力挽狂瀾，成了英國的守護神。
除了米歇爾團隊和噴火戰鬥機的出色，令人佩服以外；他們背後的另一個人，同樣對於拯救國家功不可沒。他就是邱吉爾!遠在他成為戰時首領相之前，無論他是官員即使不掌控空軍又或是國會議員，他已一直關心本國戰鬥機的研發，並在任何崗位上大力支持。這一份眼光和魄力，令人敬佩不已。不在其位不謀其政是傳統智慧啊，他不會不曉得。但是他熱愛他的國家，他盡心盡責要守護她。一個國家要屹立，就是要這樣出色的人；同樣是邱吉爾，曾經身為海軍大臣，卻力排眾議，暗地裡從海軍經費中撥款，大力支持研製坦克這種劃時代的新型陸戰武器，所以這新型陸戰武器叫”Tank”!。
成敗？高科技？人工智能？人？ 人工智能的先進性及普及化，個人認為大家最好體驗一下；至於在工業上的應用是否可以有如黃仁勳先生所說，那就不妨在有工業展覽的時候，大家去一開眼界就知道科技的進步程度。
後記:~寫作本文的另一個引發點是前美國空軍前參謀長兼總參謀長General Charles Q Brown 在2020年一次典禮後，向簇擁的記者causal talk
dixson5566 發表於 2024-11-18 02:26 AM
3D列印出來只有外殼吧！強度可以到達抵擋9G的力量嗎？
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