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一種運行著實時操作系統(tǒng)的半實物仿真計算機，用于高校科研人員或企業(yè)研發(fā)測試工程師進行控制器開發(fā)測試或控制算法理論驗證的半實物仿真測試平臺，具有數(shù)字模擬量信號輸入輸出、傳輸、計算處理等仿真編程功能。為電力與能源行業(yè)的用戶創(chuàng)造安全便捷的實驗測試環(huán)境，幫助快速驗證控制算法、測試故障工況以及獲取實驗波形， 大幅提高新產(chǎn)品技術(shù)預研、控制算法優(yōu)化、產(chǎn)品迭代與后期測試的效率。

一種運行著實時操作系統(tǒng)的半實物仿真計算機，用于高校科研人員或企業(yè)研發(fā)測試工程師進行控制器開發(fā)測試或控制算法理論驗證的半實物仿真測試平臺，具有數(shù)字模擬量信號輸入輸出、傳輸、計算處理等仿真編程功能。為電力與能源行業(yè)的用戶創(chuàng)造安全便捷的實驗測試環(huán)境，幫助快速驗證控制算法、測試故障工況以及獲取實驗波形， 大幅提高新產(chǎn)品技術(shù)預研、控制算法優(yōu)化、產(chǎn)品迭代與后期測試的效率。

一種運行著實時操作系統(tǒng)的半實物仿真計算機，用于高校科研人員或企業(yè)研發(fā)測試工程師進行控制器開發(fā)測試或控制算法理論驗證的半實物仿真測試平臺，具有數(shù)字模擬量信號輸入輸出、傳輸、計算處理等仿真編程功能。為電力與能源行業(yè)的用戶創(chuàng)造安全便捷的實驗測試環(huán)境，幫助快速驗證控制算法、測試故障工況以及獲取實驗波形， 大幅提高新產(chǎn)品技術(shù)預研、控制算法優(yōu)化、產(chǎn)品迭代與后期測試的效率。

通過抽象仿真模擬實現(xiàn)基礎知識形象化、復雜原理可視化，讓學生掌握區(qū)塊鏈基礎知識、原理、關(guān)鍵技術(shù)及主要特性等認知。

本發(fā)明公開了一種注塑機開模路徑優(yōu)化方法，包括以下步驟： 根據(jù)模具參數(shù)及開模工藝參數(shù)進行開模路徑規(guī)劃；根據(jù)規(guī)劃的開模路 徑進行開模動作，獲得開模結(jié)果數(shù)據(jù)；計算開模誤差，判斷開模誤差 是否在設定誤差范圍內(nèi)，如是，則優(yōu)化結(jié)束，如否，則通過迭代學習 方法對開模路徑進行重新規(guī)劃；通過多次開模及路徑優(yōu)化，直至開模 誤差小于設定誤差允許范圍，優(yōu)化過程結(jié)束，并保存開模控制參數(shù)。 通過本發(fā)明，在注塑機更換新的模具后，能夠在不需要人工調(diào)

零件與模具的無模直接制造方法，屬于零件快速制造方法，步驟為：(1)設計零件的三維 CAD 模型；(2)對三維 CAD 模型進行切片處理；(3)根據(jù)分層數(shù)據(jù)進行路徑規(guī)劃，生成每層成形的數(shù)控代碼；(4)采用數(shù)控等離子熔積噴槍，將合金、金屬間化合物、金屬陶瓷或陶瓷的絲材或粉末，在基板上按照每層數(shù)控代碼熔積成形；(5)熔積成形過程中，將等離子弧與激光復合；(6)按照上述步驟逐層熔積成形，直至達到零件尺寸形狀的要求。本發(fā)明保持等離子成形成本低、效率高，成形體易于達到滿密度的優(yōu)點，僅附加小功率激光，成本低于激光

新型電力系統(tǒng)仿真分析、測試驗證。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 隨著“雙碳目標”國家能源戰(zhàn)略的確定和新型電力系統(tǒng)概念的提出，我國能源轉(zhuǎn)型力度持續(xù)加大，逐步形成了大量新能源接入電力系統(tǒng)的局面。由于風能、太陽能等新能源與常規(guī)能源稟性差別很大，其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有顯著不確定性、波動性和機械慣量缺失等特點。此外，高比例電力電子裝備、新一代直流輸電、多能互補的綜合能源、各類大規(guī)模儲能電站、各種通信及自動化新技術(shù)裝置等因素使得新型電力系統(tǒng)組成要素愈加復雜，動態(tài)特性蘊含諸多未知，造成系統(tǒng)規(guī)劃設計、裝備制造、系統(tǒng)集成和運行控制等都面臨史無前例的挑戰(zhàn)。目前，電力科研院所、規(guī)劃設計單位、裝備制造廠家、教育培訓機構(gòu)等對新型電力系統(tǒng)開展仿真分析、測試驗證的需求很大、很迫切。同時看到，新型電力系統(tǒng)的這些新型場景對仿真技術(shù)要求苛刻，門檻很高。 1）新型電力系統(tǒng)需要精細化動態(tài)模擬。人們對新型電力系統(tǒng)動態(tài)行為的認識還不夠深入，無論是基礎理論層面還是工程技術(shù)層面還處于廣泛討論、觀點碰撞或局部示范試驗階段。然而，電力設施的新技術(shù)路線試錯成本極高，不太可能對所有備選方案和技術(shù)選項都逐一示范。因此，開展大量深入的仿真研究是推進新型電力系統(tǒng)實施的必要手段。對于新型電力系統(tǒng)，需要深入開展仿真研究的領域包括：①新型電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究；②新能源接入電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)； ③ 新能源電網(wǎng)保護與自動化技術(shù)； ④源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制與優(yōu)化調(diào)度；⑤新型配電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析與控制；⑥人工智能等新技術(shù)對新型電力系統(tǒng)的支撐。 2）新能源基地并網(wǎng)需要做穩(wěn)定性評估。大規(guī)模陸上及海上風電集中接入局部電網(wǎng)有可能引發(fā)次/超同步振蕩、寬頻諧波諧振等電網(wǎng)安全穩(wěn)定性問題，需要對這些問題進行機理及應對策略分析。所以需要對包含多類型新能源裝備的局部電網(wǎng)做精細化動模仿真測試。然而，百千臺級風光機組電磁暫態(tài)詳細建模與仿真是一個卡脖子難題。 3）軟、硬件在環(huán)仿真是必要的。新能源及儲能電站的電力電子變流器控制及保護策略是廠家核心機密，對外不公開。由于控保策略對裝置外特性及其接入系統(tǒng)的響應特性有重要影響，故需要分析內(nèi)部核心控保策略。需要將新能源及儲能控制器實物或黑盒模型接入測試平臺開展動模仿真，以對其多時間尺度動態(tài)響應特性進行精細化分析。軟、硬件在環(huán)試驗對仿真平臺提出了更高要求。 4）超大規(guī)模儲能電站的仿真難度大。①單個儲能機組的設備形態(tài)發(fā)生改變，從兩/三電平變流器向模塊化多電平變流器（MMC）的復雜結(jié)構(gòu)演變，甚至采用儲能跟變流器集成，故需要對這種復雜新形態(tài)做精細化測試驗證。②超大規(guī)模、超大機組的儲能電站包含較多并聯(lián)儲能單元或者儲能機組，吉瓦時級儲能電站，需上百臺機組并聯(lián)。另外，儲能變流器的控制策略正從電流源型向電壓源型轉(zhuǎn)變，控制策略趨于復雜化，故需要大量的儲能變流器的控制裝置接入測試平臺，才能對實現(xiàn)對儲能單機以及多機之間協(xié)調(diào)控制性能測試，進而實現(xiàn)超大規(guī)模、超大機組的儲能電站的精細化仿真。 5）現(xiàn)代直流輸電控制與保護測試提出更高要求。超/特高壓直流輸電系統(tǒng)應用于新能源基地外送的控制保護策略及其硬件在環(huán)試驗對實時仿真平臺硬件資源要求苛刻，既要對直流輸電系統(tǒng)建模，又要對新能源基地建模，應用場景的復雜性對仿真平臺要求更高。 1 技術(shù)分析（創(chuàng)新性、先進性、獨占性） 1.1 國產(chǎn)化實時仿真技術(shù)現(xiàn)狀 實時仿真是指仿真模型執(zhí)行進度與系統(tǒng)時鐘完全同步的一類仿真，具備這種特性的仿真裝置稱為實時仿真器。新型電力系統(tǒng)的認知、試驗、生產(chǎn)、培訓需求快速增長，形成了實時仿真領域巨大潛在市場。但目前RTDS、RT-LAB等進口設備依舊壟斷市場，對于大規(guī)模新能源場站、縣域規(guī)模萬節(jié)點級電力系統(tǒng)、多端特高壓直流輸電等應用場景電磁暫態(tài)仿真，所需的仿真資源巨大，平臺造價極高。且關(guān)鍵核心技術(shù)處于卡脖子狀態(tài)，平臺應用的靈活性和開放性受到很大限制。只有開發(fā)和推廣國產(chǎn)化實時仿真技術(shù)才能為順利推進新型電力系統(tǒng)建設過程中的研究和生產(chǎn)提供自主可控的工具和手段。 1.2 UREP與進口設備的對比試驗  為了實現(xiàn)電力實時仿真器的國產(chǎn)化替代，徹底解決電力實時仿真領域的技術(shù)“卡脖子”問題，國產(chǎn)實時仿真器UREP需要與國際主流技術(shù)進行對比，力求達到甚至超過目前世界最先進的技術(shù)。對標對象為行業(yè)公認的電力系統(tǒng)實時仿真儀（RTDS）和行業(yè)廣泛使用的RTLAB，以上兩款設備均為加拿大生產(chǎn)。對比試驗方案如圖1-1所示。制定標準（典型）測試算例，分別在UREP、RTDS和RTLAB環(huán)境下搭建測試算例的仿真模型，在完全相同的測試條件和試驗內(nèi)容下得到各種仿真器的仿真結(jié)果，比較仿真結(jié)果的一致性。同時比對仿真規(guī)模、建模效率和編譯時間等關(guān)鍵指標。             圖1-1  國產(chǎn)UREP與進口設備對標方案 1.2.1電氣網(wǎng)絡仿真對比    圖1-2表示了一個多支路網(wǎng)絡，基于圖1-1中三種仿真器搭建該模型，通過不斷增加支路數(shù)擴大網(wǎng)絡規(guī)模，直到仿真器過載，得到仿真器的算力極限。         圖1-2  多支路電氣網(wǎng)絡 在50us仿真步長下，對于圖1-2案例RTLAB最大仿真規(guī)模為78個 三相節(jié)點，UREP也為78個 三相節(jié)點，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分52秒，UREP編譯時間為1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。      圖1-3  基于RTDS的仿真模型  當基于RTDS建模時，如圖2-5，每塊PB5最多允許24個節(jié)點；當基于NovaCor建模時，在超大步長150us下可以達到100節(jié)點，在50us步長下仿真規(guī)模未知。 2.2.2 雙饋風機仿真對比   雙饋風機含有電機、傳動鏈、電力電子變流器和控制系統(tǒng)，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步長下，對于如圖1-4案例，RTLAB最大仿真規(guī)模為6臺，UREP也為6臺，二者相同。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為7分0秒，UREP編譯時間為2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。                圖1-4  雙饋風機測試案例 2.2.3 直流輸電仿真對比   直流輸電是最復雜的電力電子裝備，有換流閥、閥控制器、極控制器、站控制器等一次和二次系統(tǒng)，是實時仿真領域的難點，也是檢驗仿真器能力的試金石。圖1-5是雙端單極直流輸電系統(tǒng)測試用例，每端包含2個六脈波橋，控制保護包括了閥控、極控和主控模型，封裝于藍色模塊內(nèi)。   圖1-5 雙端單極直流輸電系統(tǒng)測試用例 將圖1-5所示算例分別在RTLAB和UREP中建模運行，在單核可用資源下，若仿真對象為電氣主系統(tǒng)和控制保護組成的整個系統(tǒng)，則RTLAB過載，UREP也過載。若仿真對象僅為電氣主系統(tǒng)（即雙側(cè)電源、交直流濾波器和4個6脈波橋），則RTLAB和UREP均不過載。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分40秒，UREP編譯時間為1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。 2.2.4 同步發(fā)電機組仿真對比    同步發(fā)電機目前仍是電力系統(tǒng)主力電源，是電力系統(tǒng)的主要仿真對象。同步發(fā)電機組模型包括同步發(fā)電機、調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器及升壓變。搭建多臺同步電機并列運行算例，如圖1-6所示。   圖1-6  同步電機并列運行算例 在50us仿真步長下，對于圖1-6案例RTLAB最大仿真規(guī)模為11臺，UREP為13臺。在編譯速度方面，RTLAB編譯時間為3分51秒，UREP編譯時間為1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。 2.2.5 最小步長對比 基于CPU的最小仿真步長能夠體現(xiàn)仿真計算時間的抖動問題，抖動越小，允許的仿真步長就越小。因此，通過比較最小仿真步長，也可以反映仿真器的計算性能。仿真對象采用單臺雙饋風機，模型包括風力機、繞線異步電機、機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器、主動系統(tǒng)、所接入的配電網(wǎng)等元素，如圖1-7所示。             圖1-7  測試最小步長算例 經(jīng)測試，RTLAB最小仿真步長為24us，UREP最小仿真步長為20us。可見，UREP具有更小的仿真抖動。 2.2.6 仿真精度對比 為了驗證國產(chǎn)UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉對比驗證方法說明UREP的仿真精度。電力系統(tǒng)仿真包括電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)，因此，從電磁暫態(tài)和機電暫態(tài)兩個方面進行對比，同時考慮各種應用場景，以覆蓋各種情形。電磁暫態(tài)檢測案例的電網(wǎng)拓撲如圖1-8所示。 圖1-8 電磁暫態(tài)檢測使用案例 無窮大電源電壓等級為110kV，頻率為50Hz，系統(tǒng)內(nèi)阻抗為；L1、L3線路阻抗為，L2、L4線路阻抗為， T1、T2兩變壓器的額定容量均為，短路電壓，空載損耗，空載電流，短路損耗，變比，高低壓繞組均為Y形聯(lián)結(jié)；假設系統(tǒng)A1、B1、A、B處供電負荷為(5+j1)MVA，C1和C處供電負荷為1+j0.1MVA。UREP建模如圖1-9所示。   圖1-9 電磁暫態(tài)檢測案例的UREP仿真模型 基于RTDS建立電磁暫態(tài)案例的仿真模型如圖1-10所示，其電壓過零點短路控制如圖1-10所示。   圖1-10  RTDS仿真模型   圖1-11  RTDS電壓過零點短路控制結(jié)構(gòu) 對上述模型，分別使用UREP和RTDS進行實時仿真，仿真時間為0.2s，短路故障發(fā)生在0.06s-0.16s之間，仿真步長為100微秒，橫軸表示在0.2s時間內(nèi)仿真采樣點數(shù)，縱軸表示母線電壓、電流，單位分別為V、A。在母線A點處發(fā)生三相短路，短路前后及短路期間的三相電壓波形如圖16-7。為了顯示細微之處，將圖1-12局部放大后，如圖1-13。   圖1-12  A點發(fā)生三相短路時三相電壓波形   圖1-13  A點處發(fā)生三相短路時三相電壓波形局部放大 點劃線為RTDS仿真結(jié)果，虛線為UREP仿真結(jié)果。可以看出，兩種仿真結(jié)果高度重合，表現(xiàn)出電磁暫態(tài)仿真結(jié)果的高度一致。電磁暫態(tài)過程除了表現(xiàn)在電壓動態(tài)還表現(xiàn)在電流動態(tài)，短路前后及短路期間的三相短路電流波形如圖1-14。   圖1-14 A點處發(fā)生三相短路時三相電流波形 圖1-15  A點處發(fā)生三相短路時三相電流波形局部放大圖 1.3  對標結(jié)論 （1）在內(nèi)核資源完全等同條件下，國產(chǎn)UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即內(nèi)核授權(quán)數(shù)相同條件下，具有相同的仿真規(guī)模。 （2）國產(chǎn)UREP的建模效率和編譯速度遠遠高于RTLAB。小規(guī)模場景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大規(guī)模場景下UREP是RTLAB的45倍左右。 （3）在仿真對象完全相同的條件下，國產(chǎn)UREP和RTDS的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果完全相同，二者交叉對比沒有差別。

系統(tǒng)可實現(xiàn)在網(wǎng)絡環(huán)境下，完成注塑模具的并行設計。通過智能化提示，進行參數(shù)化繪圖，自動生成三維模型，并由三維模型直接或通過標準的IGES格式轉(zhuǎn)換進入不同系統(tǒng)的CAM模塊，實現(xiàn)設計與制造信息共享，達到CAD/CAM一體化。提高模具設計質(zhì)量，縮短設計制造周期。

本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構(gòu)建無模鑄造復合成形原理及機制，發(fā)明復雜砂型/芯數(shù)字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發(fā)出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。 一、項目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 鑄造是我國裝備制造的基礎工藝，無論是農(nóng)業(yè)機械、機床、汽車、船舶，還是航空航天以及國防軍工等領域的發(fā)展都離不開鑄件。我國現(xiàn)已成為世界鑄件生產(chǎn)大國，2020年我國各類鑄件總產(chǎn)量達到5195萬噸，較2019年同比增長6.6%，約占世界總產(chǎn)量45%，位居世界第一位。 鑄造主要有砂型鑄造、金屬型鑄造和特種鑄造等，砂型鑄造由于其原材料來源廣泛、成本低、鑄型制造簡便以及應用合金種類多等優(yōu)點，世界上80%的鑄件都是采用砂型鑄造。對于砂型鑄造工藝來說，模樣、芯盒等模具的設計制造是非常復雜并且耗時的過程，該過程首先需要根據(jù)鑄造方案進行模具的設計，然后通過翻模制作砂型和砂芯，之后再將制作好的砂型和砂芯經(jīng)過組芯、合箱以及澆鑄從而完成金屬毛坯的制造。而高性能復雜整體金屬結(jié)構(gòu)件又是航空航天、國防軍工、軌道交通等領域高端裝備的核心組成部分。因此構(gòu)件的短流程、高精密、高性能制造是實現(xiàn)我國高端裝備自主研發(fā)及制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 傳統(tǒng)的金屬成形如模具鑄造、模壓鍛造等需要木模、金屬模的成形工藝，存在工序多、流程長、形性精確控制難等世界性難題，無法滿足多品種、小批量、短流程、高精度的迫切要求，亟需研發(fā)新型精密成形基礎前沿機制與方法。本項目將構(gòu)建數(shù)字化精密成形理論體系，涵蓋數(shù)字化無模鑄造復合成形和數(shù)字化多材質(zhì)復合鑄型等兩方面，突破了復雜整體構(gòu)件高效率、高性能、高精度無模成形技術(shù)，變革了采用模具造型的傳統(tǒng)砂型鑄造和模壓鍛造生產(chǎn)模式，推動傳統(tǒng)金屬成形模式的創(chuàng)新發(fā)展。 復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數(shù)字化無模鑄造復合成形技術(shù)與裝備 本研究針對復雜鑄件整體制造難、制模周期長、資源消耗大等難題，構(gòu)建無模鑄造復合成形原理及機制，發(fā)明復雜砂型/芯數(shù)字化柔性擠壓近成形、切削凈成形方法，研發(fā)出砂型擠壓/切削復合成形工藝，省去木模、金屬模制造過程。揭示了擠壓工藝對砂型透氣性、砂型強度等性能的影響規(guī)律，發(fā)明了梯度緊實的柔性擠壓成形方法，實現(xiàn)了砂型/芯梯度緊實柔性擠壓近成形。 復雜鑄件形性精確調(diào)控的數(shù)字化多材質(zhì)復合成形技術(shù)與裝備 本研究針對傳統(tǒng)單一鑄型對結(jié)構(gòu)復雜、壁厚差異大、鑄件形性調(diào)控難、尺寸精度差等難題，提出了多材質(zhì)復合鑄型技術(shù)及與鑄件相匹配的多材質(zhì)復合鑄型及其坎合組裝方法，通過建立多材質(zhì)復合鑄型與高性能鑄件一體化精確鑄造成形的計算分析模型，構(gòu)建了多材質(zhì)復合鑄型的調(diào)控原理與方法。揭示了多材質(zhì)復合鑄型對鑄件溫度場、微觀組織及力學性能的影響規(guī)律，研制出石英砂、寶珠砂、鉻鐵礦砂等構(gòu)成的形性可控鑄型材料配方，實現(xiàn)了鑄型透氣性、固化強度、切削性能的協(xié)同調(diào)控。研究了傳統(tǒng)鑄型與復合鑄型的凝固溫度曲線，對比了不同工藝所制鑄件的強度，掌握了各鑄型單元的熱力學參數(shù)及型砂種類對鑄件性能的影響規(guī)律，揭示了金屬液與不同鑄型間的熱力耦合作用機理。 三、創(chuàng)新點及主要技術(shù)指標 1.復雜砂型/芯曲面柔性擠壓近成形、切削凈成形的數(shù)字化無模鑄造復合成形技術(shù)與裝備 本研究揭示了砂粒移位、橋連斷裂、空穴彌合的砂型/芯切削機理，建立了非均質(zhì)離散體砂型切削模型，發(fā)明了一種切削排砂一體化的無模鑄型數(shù)字化快速制造方法，實現(xiàn)了高精高效制造，鑄件制造周期縮短50%以上，成本降低30%以上。 2.復雜鑄件形性精確調(diào)控的數(shù)字化多材質(zhì)復合成形技術(shù)與裝備 本研究實現(xiàn)了對鑄件充型凝固過程的精確調(diào)控，提高了復雜鑄件內(nèi)在質(zhì)量與外在精度，實現(xiàn)了鑄件性能主動精確調(diào)控，使鑄件廢品率從5%～10%降至2%～4%，減重10%～20%。 四、知識產(chǎn)權(quán)及獲獎（成果基礎） 知識產(chǎn)權(quán)情況： 成果獲授權(quán)發(fā)明專利46件，其中美日等國際發(fā)明專利18件；軟件著作權(quán)12件；起草制定國家、行業(yè)等標準規(guī)范14項；出版專著《無模鑄造》（機械工業(yè)出版社，2017）。成果入選并被列為國家工信部《機械基礎件、基礎制造工藝、基礎材料產(chǎn)業(yè)“十二五”規(guī)劃》（工信部規(guī)[2011]509號）中“50項推廣應用的先進綠色制造工藝”的首項技術(shù)。 獲獎情況： 2020年國家科學技術(shù)進步獎二等獎； 2018年中國機械工業(yè)科學技術(shù)獎特等獎； 2017年國家技術(shù)發(fā)明二等獎； 2016年中國機械工業(yè)科學技術(shù)獎特等獎； 2016年中國專利金獎； 2014年國家科學技術(shù)進步獎一等獎； 2012年北京市科學技術(shù)獎一等獎； 2011年國家科學技術(shù)進步獎二等獎。 五、成果圖片

系統(tǒng)可實現(xiàn)在網(wǎng)絡環(huán)境下，完成注塑模具的并行設計。通過智能化提示，進行參數(shù)化繪圖，自動生成三維模型，并由三維模型直接或通過標準的 IGES 格式轉(zhuǎn)換進入不同系統(tǒng)的 CAM 模塊，實現(xiàn)設計與制造信息共享，達到 CAD/CAM 一體化。提高模具設計質(zhì)量，縮短設計制造周期。