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從初始設計到最終量產(chǎn)，光學(xué)系統的制造鏈在目前的技術(shù)條件下，依舊是一個(gè)容易產(chǎn)生誤解的領(lǐng)域。
這一觀(guān)點(diǎn)由瑞士東部應用科技大學(xué)光子學(xué)系統制造部門(mén)負責人、歐洲光學(xué)學(xué)會(huì )工業(yè)咨詢(xún)委員會(huì )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(gè)環(huán)節都需要高度專(zhuān)業(yè)化的知識，以至于不同環(huán)節間的溝通如同跨語(yǔ)言交流般困難。
費恩勒解釋道："制造鏈始于終端用戶(hù)對應用場(chǎng)景的描述。他們與光學(xué)系統設計師溝通，后者借助Zemax、Code V等專(zhuān)業(yè)軟件，將光作為工具的應用需求轉化為光學(xué)系統的具體架構。
系統設計師產(chǎn)出技術(shù)圖紙并定義多項關(guān)鍵參數，包括所需鏡片數量、系統尺寸、是否配置主動(dòng)變焦機構、鏡片幾何構型、面形精度與表面粗糙度等要素。
接下來(lái)的關(guān)鍵步驟由光學(xué)制造設計師完成——將系統設計轉化為可執行的制造流程鏈，包括粗加工、精加工、終加工、超精加工、組裝等環(huán)節，這本質(zhì)上是又一次跨領(lǐng)域的技術(shù)轉譯過(guò)程。
傳遞至生產(chǎn)部門(mén)的這些信息，將決定所需采用的制造鏈，并最終主導光學(xué)系統的產(chǎn)量、質(zhì)量與生產(chǎn)成本。
促進(jìn)光學(xué)系統制造鏈全流程的透徹理解，將釋放該領(lǐng)域更深層次的創(chuàng )新潛能。
費恩勒進(jìn)一步指出："生產(chǎn)部門(mén)同樣擁有專(zhuān)屬的術(shù)語(yǔ)體系。他們需要決策適配各制造環(huán)節的設備選型、工藝流程優(yōu)化、技術(shù)人員技能矩陣構建、車(chē)間布局拓撲規劃等關(guān)鍵維度——這實(shí)質(zhì)上是制造鏈中的又一次技術(shù)轉譯過(guò)程。"
"當光學(xué)系統最終完成生產(chǎn)時(shí)，信息已經(jīng)歷了多輪轉譯傳遞，這導致關(guān)鍵參數的完整性受損，"他指出，"最終使光學(xué)系統制造的復雜度呈指數級上升。"
費恩勒強調："這不僅加劇了光學(xué)系統制造的挑戰性，更因制造技術(shù)的多元化發(fā)展及制造鏈各環(huán)節的高度專(zhuān)業(yè)化，導致技術(shù)協(xié)同難度呈幾何級數增長(cháng)。"
"這導致制造鏈各環(huán)節人員間的理解壁壘日益加深，"費恩勒指出，"光學(xué)制造設計師試圖與光學(xué)系統設計師溝通訴求時(shí)，雙方的專(zhuān)用術(shù)語(yǔ)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(guān)參數，另一方則圍繞MTF（調制傳遞函數）、成像分辨率、通光孔徑、光闌位置等系統指標展開(kāi)討論。"
1. 通過(guò)調制進(jìn)行優(yōu)化
"因此，光學(xué)制造各環(huán)節急需建立更深層次的協(xié)同認知，"費恩勒指出，"這一問(wèn)題正通過(guò)'制造鏈調制'技術(shù)體系得到系統性解決。
他解釋道："在過(guò)去20年間，光學(xué)系統設計的每個(gè)獨立環(huán)節都已通過(guò)軟件實(shí)現數字化調制，但制造鏈環(huán)節的調制進(jìn)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)節能實(shí)現深度協(xié)同認知，光學(xué)系統的全生命周期生成流程將實(shí)現全局最優(yōu)解。"
費恩勒所指的"制造鏈調制"，其本質(zhì)是將制造鏈各環(huán)節的物理機理、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(guò)去幾年中，全球已有數十家企業(yè)沿光學(xué)制造鏈布局此類(lèi)模塊化系統，首個(gè)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制后，軟件將會(huì )生成一個(gè)所有相關(guān)方都能看到的決策報告，"他指出，"各環(huán)節參與者可對這一結果展開(kāi)技術(shù)解析、方案討論與參數協(xié)商，最終達成制造鏈最優(yōu)解。"
"此類(lèi)調制技術(shù)不僅能消解光學(xué)制造鏈各環(huán)節間的知識壁壘，更能系統性攻克國際協(xié)作中衍生的社會(huì )認知差異、心理阻抗與文化沖突等多維挑戰。"
"光學(xué)系統制造往往呈現出全球化分布格局——終端用戶(hù)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(zhù)技術(shù)背景存在差異，更涉及文化認知鴻溝與語(yǔ)言交流障礙。盡管ISO10110等標準體系能提供部分解決方案，但無(wú)法從根本上消解這些系統性挑戰。"
"人工智能技術(shù)正在對光學(xué)元件的制造優(yōu)化流程進(jìn)行深度革新，例如俄羅斯ITMO大學(xué)1和加拿大拉瓦爾大學(xué)2目前所做的研究。
"我們應盡可能地使用“制造鏈調制”這一技術(shù)，這樣就不會(huì )把時(shí)間浪費在可以由軟件完成的人際交流上，"費恩勒強調，"這樣就可以將更多的資源用于技術(shù)創(chuàng )新與高風(fēng)險技術(shù)探索當中。"
2. “制造鏈調制”的技術(shù)勢能
"通過(guò)光學(xué)制造鏈調制技術(shù)，可在光學(xué)設計階段就對透鏡進(jìn)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(shí)現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）。系統推薦采用磁流變拋光技術(shù)加工非球面側，使用數控拋光處理球面側。
圖1.75mm直徑非球面彎月透鏡的制造鏈調制流程示意圖（圖片來(lái)源：M.Tinner/ PanDao）
費恩勒堅信PanDao等軟件具備與光學(xué)設計軟件進(jìn)行深度互聯(lián)的技術(shù)潛力。然而，要實(shí)現全制造鏈調制的規�；б嫒孕韫タ硕嘀靥魬�。費恩勒表示，目前商業(yè)生產(chǎn)鏈的排序和工作量規劃也在進(jìn)行構建中。
"下一階段將聚焦于調制工藝系統的復雜度與自動(dòng)化程度。費恩勒指出：“如果下一階段可以實(shí)現，那么就能夠在整個(gè)光學(xué)系統生成鏈中都使用人工智能來(lái)進(jìn)行輔助設計和規劃：從光學(xué)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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