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從初始設計到最終量產(chǎn)，光學系統(tǒng)的制造鏈在目前的技術(shù)條件下，依舊是一個容易產(chǎn)生誤解的領域。
這一觀點由瑞士東部應用科技大學光子學系統(tǒng)制造部門負責人、歐洲光學學會工業(yè)咨詢委員會主席奧利弗·費恩勒（Oliver Fähnle）向《Electro Optics》雜志闡述。
他指出，制造鏈的每個環(huán)節(jié)都需要高度專業(yè)化的知識，以至于不同環(huán)節(jié)間的溝通如同跨語言交流般困難。
費恩勒解釋道："制造鏈始于終端用戶對應用場景的描述。他們與光學系統(tǒng)設計師溝通，后者借助Zemax、Code V等專業(yè)軟件，將光作為工具的應用需求轉(zhuǎn)化為光學系統(tǒng)的具體架構(gòu)。
系統(tǒng)設計師產(chǎn)出技術(shù)圖紙并定義多項關(guān)鍵參數(shù)，包括所需鏡片數(shù)量、系統(tǒng)尺寸、是否配置主動變焦機構(gòu)、鏡片幾何構(gòu)型、面形精度與表面粗糙度等要素。
接下來的關(guān)鍵步驟由光學制造設計師完成——將系統(tǒng)設計轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的制造流程鏈，包括粗加工、精加工、終加工、超精加工、組裝等環(huán)節(jié)，這本質(zhì)上是又一次跨領域的技術(shù)轉(zhuǎn)譯過程。
傳遞至生產(chǎn)部門的這些信息，將決定所需采用的制造鏈，并最終主導光學系統(tǒng)的產(chǎn)量、質(zhì)量與生產(chǎn)成本。
促進光學系統(tǒng)制造鏈全流程的透徹理解，將釋放該領域更深層次的創(chuàng)新潛能。
費恩勒進一步指出："生產(chǎn)部門同樣擁有專屬的術(shù)語體系。他們需要決策適配各制造環(huán)節(jié)的設備選型、工藝流程優(yōu)化、技術(shù)人員技能矩陣構(gòu)建、車間布局拓撲規(guī)劃等關(guān)鍵維度——這實質(zhì)上是制造鏈中的又一次技術(shù)轉(zhuǎn)譯過程。"
"當光學系統(tǒng)最終完成生產(chǎn)時，信息已經(jīng)歷了多輪轉(zhuǎn)譯傳遞，這導致關(guān)鍵參數(shù)的完整性受損，"他指出，"最終使光學系統(tǒng)制造的復雜度呈指數(shù)級上升。"
費恩勒強調(diào)："這不僅加劇了光學系統(tǒng)制造的挑戰(zhàn)性，更因制造技術(shù)的多元化發(fā)展及制造鏈各環(huán)節(jié)的高度專業(yè)化，導致技術(shù)協(xié)同難度呈幾何級數(shù)增長。"
"這導致制造鏈各環(huán)節(jié)人員間的理解壁壘日益加深，"費恩勒指出，"光學制造設計師試圖與光學系統(tǒng)設計師溝通訴求時，雙方的專用術(shù)語體系已形成認知鴻溝。一方可能在談zeta電位、表面物理效應、諧振頻率等微觀參數(shù)，另一方則圍繞MTF（調(diào)制傳遞函數(shù)）、成像分辨率、通光孔徑、光闌位置等系統(tǒng)指標展開討論。"
1. 通過調(diào)制進行優(yōu)化
"因此，光學制造各環(huán)節(jié)急需建立更深層次的協(xié)同認知，"費恩勒指出，"這一問題正通過'制造鏈調(diào)制'技術(shù)體系得到系統(tǒng)性解決。
他解釋道："在過去20年間，光學系統(tǒng)設計的每個獨立環(huán)節(jié)都已通過軟件實現(xiàn)數(shù)字化調(diào)制，但制造鏈環(huán)節(jié)的調(diào)制進程幾乎停滯。這種失衡正引發(fā)行業(yè)日益加劇的焦慮。"
他補充道："若制造鏈各環(huán)節(jié)能實現(xiàn)深度協(xié)同認知，光學系統(tǒng)的全生命周期生成流程將實現(xiàn)全局最優(yōu)解。"
費恩勒所指的"制造鏈調(diào)制"，其本質(zhì)是將制造鏈各環(huán)節(jié)的物理機理、技術(shù)訣竅、工藝經(jīng)驗及多維視角封裝為可互聯(lián)互通的軟件化模塊。他透露，過去幾年中，全球已有數(shù)十家企業(yè)沿光學制造鏈布局此類模塊化系統(tǒng)，首個商業(yè)化應用案例可追溯至2020年。
"當軟件能夠模擬制造鏈調(diào)制后，軟件將會生成一個所有相關(guān)方都能看到的決策報告，"他指出，"各環(huán)節(jié)參與者可對這一結(jié)果展開技術(shù)解析、方案討論與參數(shù)協(xié)商，最終達成制造鏈最優(yōu)解。"
"此類調(diào)制技術(shù)不僅能消解光學制造鏈各環(huán)節(jié)間的知識壁壘，更能系統(tǒng)性攻克國際協(xié)作中衍生的社會認知差異、心理阻抗與文化沖突等多維挑戰(zhàn)。"
"光學系統(tǒng)制造往往呈現(xiàn)出全球化分布格局——終端用戶可能位于美國，設計團隊駐扎歐洲，而制造基地則分布在亞洲。這不僅意味著技術(shù)背景存在差異，更涉及文化認知鴻溝與語言交流障礙。盡管ISO10110等標準體系能提供部分解決方案，但無法從根本上消解這些系統(tǒng)性挑戰(zhàn)。"
"人工智能技術(shù)正在對光學元件的制造優(yōu)化流程進行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學1和加拿大拉瓦爾大學2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調(diào)制”這一技術(shù)，這樣就不會把時間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調(diào)，"這樣就可以將更多的資源用于技術(shù)創(chuàng)新與高風險技術(shù)探索當中。"
2. “制造鏈調(diào)制”的技術(shù)勢能
"通過光學制造鏈調(diào)制技術(shù)，可在光學設計階段就對透鏡進行可制造性驗證，精準預測量產(chǎn)成本并確定關(guān)鍵制造路徑。由費恩勒聯(lián)合創(chuàng)立的PanDao軟件，正致力于實現(xiàn)從圖紙到成品的制造鏈智能仿真。"
以制造一款用于成像的75mm直徑礦物玻璃非球面彎月透鏡（背面為球面）為例，PanDao軟件測算顯示，在10,000片批量生產(chǎn)條件下，單件成本為69歐元（圖1）。系統(tǒng)推薦采用磁流變拋光技術(shù)加工非球面?zhèn)�，使用�?shù)控拋光處理球面?zhèn)取?/div>
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調(diào)制流程示意圖（圖片來源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學設計軟件進行深度互聯(lián)的技術(shù)潛力。然而，要實現(xiàn)全制造鏈調(diào)制的規(guī)模化效益仍需攻克多重挑戰(zhàn)。費恩勒表示，目前商業(yè)生產(chǎn)鏈的排序和工作量規(guī)劃也在進行構(gòu)建中。
"下一階段將聚焦于調(diào)制工藝系統(tǒng)的復雜度與自動化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實現(xiàn)，那么就能夠在整個光學系統(tǒng)生成鏈中都使用人工智能來進行輔助設計和規(guī)劃：從光學設計到制造，最終應用于生產(chǎn)。”
參考文獻：
1. Livshits I.L., Glebovskyi A.S., Protsuto M.V., Volkova S.L. Interdisciplinary approach for simulation of starting points for optical and architectural design // Advanced Optical Technologies - 2019, Vol. 8, No. 2, pp. 135-144
2. G. Côté, J. Lalonde, and S. Thibault, "On the Use of Deep Learning for Lens Design," in OSA Optical Design and Fabrication 2021 (Flat Optics, Freeform, IODC, OFT), F. Capasso, W. Chen, P. Dainese, J. Fan, J. DeGroote Nelson, F. Duerr, J. Rogers, J. Rolland, P. Clark, R. Pfisterer, H. Rehn, S. Thibault, M. Jenkins, D. Wook Kim, and N. Trela-McDonald, eds., OSA Technical Digest (Optical Society of America, 2021), paper 120781A.
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