由于材料的复杂性、实验数据的稀缺性以及缺乏变异性的表征，医疗行业，特别是骨科行业在验证生物力学模型方面面临着重大挑战。这些模型对于理解和预测生物组织在受到外力作用时的畸形和骨折风险至关重要。研究现象的多因素性质进一步加剧了这一挑战，其中包括影响机械行为的生物和化学参数。对个性化医疗的需求，特别是在骨科手术中，又增加了一层复杂性，因为它需要具有针对每个患者个性化的形状和特征的骨植入物。

Digital Architects 是一家总部位于奥地利的建筑公司，其任务是为科特迪瓦布瓦凯医院的中心医疗外科中心 de l'Ulcère de Buruli 的假肢实验室建造一个简单、坚固且可持续的屋顶结构。该医院专门治疗布鲁里溃疡，这是一种常见于热带和亚热带气候的皮肤和软组织感染。该项目由因斯布鲁克大学的两名硕士生发起，他们筹集了慈善捐款和自己的积蓄，设计和建造了一个工作空间，用于为医院的患者建造和使用假肢。该项目是与 Vatelot 基金会协调的，Vatelot 基金会是一家非营利组织，于 2013 年建造了该医院。面临的挑战是在极其紧张的预算内运作并使用现有材料来建造实验室的屋顶。该团队需要计算小型 L 形型钢的使用情况，以实现简单而坚固的设置，并且不需要立即进行完全组装。

Dimensions Furniture, Inc. 是一家家具设计和制造商，面临着独特的挑战。他们的主要客户是互联网和基于目录的零售商，他们需要多种型号但数量较少的产品。这与大型零售商形成鲜明对比，大型零售商需要的型号较少，但数量较多。为了满足这一需求，Dimensions 需要设计大量新模型。然而，他们现有的设计流程主要涉及 Adobe Illustrator 和 Photoshop 等 2D 工具，效率不够高，无法生产出所需的设计量。他们需要一种更好的设计工具，不仅要高效，还要允许更自由的创造力。

上海工艺美术厂是一家高附加值设计服务和手工艺品提供商，在从当前的 2D 绘图方法升级到全 3D 模型和效果图方面面临着挑战。工厂的设计师使用 Photoshop 等 2D 绘图软件来表达他们的想法，尤其是浮动设计项目。他们会快速绘制出带有尺寸的浮标主视图，然后将其传输给浮标制造商。然而，事实证明这一过程效率低下，因为很难仅用一个侧视图来解释所有复杂的细节。设计师必须将每个细节与制造商进行多次沟通和讨论。添加在 Photoshop 中创建的绘图的另一个视图将需要额外的时间。该工厂正在寻找一种新工具来改进这一流程。

Race Face 是高性能自行车产品的领先设计商和制造商，面临着设计和制造具有更高刚度和强度目标的自行车曲柄的挑战，同时又不增加当前铝合金部件的任何重量。新曲柄还必须保持强度目标。限制在于以具有成本效益的方式制造，最大限度地减少每个零件的模具成本和加工成本。传统上，Race Face 尝试使用工字梁横截面设计来最大化刚度，优化曲柄臂在各个截面的惯性矩。从那里，Race Face 将运行有限元分析，进行更改并重新检查，直到应力最小化以获得所需的形状和重量。

著名建筑师彼得·马卡皮亚 (Peter Macapia) 致力于改变人们对建筑外观及其对环境影响的看法和信念。他正在探索建筑设计的新领域，同时运用建筑和工程原理来产生全新的见解和结构类型。 Macapia 最初独立工作，开展 20 世纪 60 年代和 70 年代日本开始的研究，这些工作产生了结构形态学的遗传型算法。然而，按照今天的标准，这些早期的计算方法的适用性还很原始。 2010 年，当 Macapia 为洛杉矶南加州建筑学院 (SCI-Arc) 准备课程时，他对自己领域的可能性的看法发生了重大变化。

一家全球领先的汽车零部件供应商在 30 个国家/地区拥有 300 多个制造中心和近 90 个产品开发、工程和销售中心，在将业务扩展到美国中南部的新工厂时面临着重大挑战。该公司的业务模式基于根据最终产品制造中使用的每个组件的成本开具发票。平均而言，每个成品单元使用 100 多个不同的组件，而定制版本的数量通常超过 250 个。供应商需要验证、协调和报告用于为汽车制造商制造最终装置的所有组件。不良的库存控制和不准确的供应链报告正在影响供应商的运营成本和收入数字。此外，汽车制造商要求最终单元中使用的每个组件都映射到完全制造的车辆的车辆识别号 (VIN)。此过程中使用的不同数据源和格式的数量需要一种易于使用的解决方案，可以从不同的数据源中提取所需的信息，并确保准确、及时、灵活的报告和发票。

BMW 摩托车部门 BMW Motorrad 面临着曲轴模型构建过程的挑战。该流程之前已外包给外部提供商，模型的平均时间为 1-2 周，具体取决于发动机类型。该组织需要对新曲轴模型进行年度估算，以用于预算决策。然而，由于供应商方面的限制不同，模型的实际产量常常低于预期。此外，对于需要时的任何附加曲轴型号，总体订单处理时间可能会很长。为了促进有效的预算规划和决策，模型生产预测的准确性和高度置信度变得必要。

溯高美索克曼 (Socomec) 是一家拥有百年历史的法国公司，专注于创新电源解决方案，致力于通过实施日益复杂和精密的电源设置为其客户创造额外价值。该公司的专长是为数据中心、太阳能发电厂、公用事业和医院等关键能源建筑提供低压能源装置。然而，仅仅满足客户的电力需求对于溯高美索克曼来说还不够。该公司旨在提供解决方案，使客户能够将其业务提升到新的绩效和效率水平。这需要实施复杂的电源设置和服务，涉及治理、项目管理、变更管理、架构、集成和网络安全等详细流程。为了实现这一目标，溯高美索克曼决定与一个由专家和合作伙伴组成的开放生态系统合作，使其能够将内部资源集中在其核心能力上。

Guerrilla Gravity 是一家位于科罗拉多州丹佛市的山地自行车制造公司，在没有路线图的情况下开拓新材料应用和技术时面临着重大挑战。该公司面临着不断增长的需求，需要应对进度和生产挑战。他们创新的 Revved 碳技术的推出，结合了新的自行车车架材料和正在申请专利的新制造方法，带来了一系列额外的挑战。随着需求的增加，公司不得不扩大生产规模，需求量逐年翻倍。新技术的引入还带来了出现未知问题的风险，使发射时间表面临危险。

KTM Technologies GmbH 是 PIERER Mobility AG 的一个部门，其任务是提高 KTM 450 Factory Edition 摩托车的发动机性能。具体目标是通过设计一种具有较低惯性的新型摇臂来扩大发动机的转速范围，同时保持或提高刚度和变形水平。挑战在于将移动质量的质量惯性降至最低，同时满足组件的刚度目标。这将使转速最大化，而不会导致部件承受更大的力，从而确保部件的耐用性能。 KTM Technologies 的结构和优化小组专注于各种制造方法的零件结构优化，负责重新设计摇臂。

Cape Regional Health Systems 是一家为不断增长的居民人口和超过一百万季节性游客提供医疗服务的提供商，在管理和分析不断增长的数据方面面临着重大挑战。该组织的八人财务和报销团队努力整合来自十几个不同数据库和报告的信息，包括患者记录和保险公司。随着组织的发展，数据量也随之增加，因此收集正确的数据点进行分析变得越来越困难。 IT 团队使用基于 SQL 的编码脚本从各种模块和存储库中提取数据，这个过程不仅复杂而且耗时。该团队经常不得不依赖外部顾问的协助，这进一步延迟了数据检索过程。数据访问的延迟对执行团队来说是一个重大障碍，他们需要及时的数据来做出关键的业务决策。

Skidmore, Owings & Merrill (SOM) 是一家全球知名的建筑、城市规划和工程公司，负责设计位于洛杉矶市中心的新美国法院。面临的挑战是创建一个开放、透明的公共空间，符合总务管理局 (GSA) 2020 年可持续发展目标。该建筑必须融入众多可持续设计特征，SOM 的结构工程团队必须设计出一种创造性的结构系统，将建筑物的周边悬挂在市政广场上方，同时保持与街道的必要退缩。挑战不仅在于满足这些严格的要求，而且还在于及时满足这些要求。

密歇根巴哈赛车队（MBR）是一支参加北美巴哈 SAE 校际比赛的大学车队，在设计一款有竞争力的越野赛车时面临着重大挑战。该团队必须制造出一种足够轻且灵活的车辆，能够满足加速、机动性和爬坡活动的需要，同时也足够耐用，能够承受悬架和牵引力 (S&T) 以及耐力赛。设计过程需要创新的解决方案来减轻质量，同时保持强度，确保车辆能够尽可能快地行驶尽可能长时间。更复杂的是，该团队从规则手册到制造车辆的时间紧迫，只有六个月，几乎没有留下原型和测试的空间，也没有出现严重设计错误的空间。

Rimac Automobili 是一家为全球汽车公司提供电气化系统的领先开发商和制造商，在 Rimac C-Two（汽车行业最大的单一碳纤维部件）的单体壳结构设计方面面临着重大挑战。主要的挑战是材料，一种用环氧树脂增强的轻质碳纤维。由于这种碳纤维是一种正交各向异性脆性材料，因此在有限元 (FE) 材料卡中表示它非常困难。设计电动汽车时最重要的参数之一是重量。车辆越轻，车辆续航里程就越多，这可以导致电动汽车的接受度更高。 Rimac 工程师在其概念超级跑车 C_Two 的开发过程中采用轻量化方法，其任务是将单体壳设计为具有前所未有尺寸的单一碳纤维部件。

雷诺日产三菱联盟是雷诺、日产和三菱汽车之间的战略合作伙伴关系，在减轻车辆重量以保持汽车行业竞争力方面面临着重大挑战。该公司的目标是通过将新的、更轻的铝材料与拓扑优化相结合来减少底盘部件的质量。然而，有限元分析等传统模拟方法虽然有助于开发更轻、价格实惠的汽车，但非常耗时。该公司需要一种新的、易于使用的仿真工具，使非专家、兼职分析师和设计师能够在雷诺汽车底盘项目和生产线工装项目的早期设计阶段获得见解和准确的结果。输送机。我们面临的挑战是找到一种解决方案，可以缩短产品开发的交付时间，并与公司计划“FAST”（面向未来的大规模转型）保持一致。

以色列初创公司 MDGo 面临的挑战是开发一种系统，可以自动向急救人员和医院发出有关事故的警报，并提供有关潜在伤害的详细报告。目标是减少车祸后几小时和几天内发生的死亡人数，研究显示，这可能占所有车祸死亡人数的 44%。该系统需要提供有关受害者受伤情况的实时详细信息，以帮助急救人员做出明智的决定。然而，为这样一个系统获取必要的数据是一个挑战。物理碰撞测试虽然有用，但不够多样化并且由法规定义。此外，进行大量的物理碰撞测试成本高昂。

Talaria 是一家由代尔夫特理工大学学生创立的初创公司，正在开发用于个人空中移动 (PAM) 的新型机载解决方案。该团队正在开发一种电动 PAM，可以在城市环境中垂直起飞和降落。该团队面临的主要挑战是减轻重量和加快生产过程。所有部件的重量对飞行性能和航程都有重大影响。因此，Talaria 旨在优化四个转子叶片的轮毂，以减轻设备的整体重量。面临的挑战是减少独特组件的重量和数量，同时确保更快的生产过程的可行性和安全性。选择的制造方法是 3D 打印，这提出了独特的挑战，因为这在航空业的关键部件中并不常见。

南非航空制造解决方案提供商 Aerosud 和南非科学与工业研究委员会 (CSIR) 于 2011 年启动了一项具有挑战性的 3D 打印项目 Aeroswift。该项目旨在释放不断增长的增材制造 (AM) 行业的潜力，提高市场竞争力，为南非金属增材制造提供独特的竞争优势。面临的挑战是在 Aeroswift 打印机上构建大型金属无人机 (UAV) 框架，同时提高买飞比并减少开发时间和浪费。 Aeroswift 系统能够打印比以往更大的零件，并且速度比任何其他商用激光熔化机快十倍。然而，为了充分利用其能力，Aeroswift 需要一种设计大型增材制造产品的方法。

圣贝纳迪诺县学校系统为 40 个学区提供服务并支持 K-12 学校、社区学院和职业项目，该系统一直在努力有效整合数据并提供报告，以遵守《平价医疗法案》和其他新法规。学校系统还需要不断响应临时信息请求。新的工资报告要求使情况进一步复杂化，因为系统难以整合必要的数据。成本高昂的薪资系统升级和耗时的手动工作不在预算之内。技术部门需要不断快速响应临时信息请求，例如增加健康福利的预算影响，或特定月份雇用的代课教师数量。

西悉尼太阳能团队的任务是设计最高效、最符合空气动力学的单座太阳能汽车，同时确保驾驶员安全并遵守级别规则。该团队对太阳能汽车车身形状进行了预定设计，并进行了优化，主要重点是减少空气动力阻力。然而，他们在现有设计中优化汽车的硬壳式底盘、舱壁结构和电机外壳方面面临着挑战。他们还必须遵守级别规则中规定的严格设计负载情况以及最小重力强度要求，以确保驾驶员安全。此外，他们还必须设计和优化防滚架，以安全地容纳驾驶员。该团队获得了汽车的几何模型，其中列出了底盘和结构，但没有防滚架的设计。

密歇根工程服务有限责任公司 (MES) 是一家专门从事商业软件和工程模拟先进技术的研发公司，面临着来自汽车公司的挑战。这些公司需要控制由于电机、发动机、变速箱和轮胎等外部来源而在车辆内部产生的空气噪声。目标是以最小的成本和重量损失实现最少的噪音。面临的挑战是，用于模拟高达 8KHz 至 10KHz（空气噪声的典型上限频率）的传统有限元分析 (FEA) 方法要么计算成本昂贵，要么由于建模所需的有限元尺寸较小而不可行车辆在如此高的频率下。

Shiva Tool Tech 是一家位于印度浦那的汽车制造公司，专门设计和制造重力压铸 (GDC)、低压压铸 (LPDC) 和高压压铸 (HPDC) 模具。该公司为客户提供从制造工艺设计到生产阶段的支持。然而，该公司在获得无缺陷模具设计方面面临挑战。铸造模具设计是根据多年从客户处获得的组件经验（以计算机辅助设计 (CAD) 和工程草案的形式）开发的。一旦设计好铸件模具，就会在他们的工厂制造和组装。然后将模具发送给客户进行物理铸造试验。用新模具制造的铸件被送回 Shiva Tool Tech，并附上检查报告和发现的缺陷。然后修改模具设计以消除缺陷。整个过程大约需要 3-4 次物理迭代才能获得无缺陷的模具设计。该公司意识到仿真软件在优化设计和制造流程以节省时间和金钱方面的价值。然而，外包模拟既昂贵又耗时。

该案例研究提出了公司在复合材料设计和制造领域面临的几个挑战。第一个挑战是准确地表示复合材料的行为并从多种可能性中选择最佳选择。第二个挑战是生成伤口部件的真实有限元模型。第三个挑战是执行全局模拟，其中包括较小规模的精细区域。第四个挑战是模拟复杂复合材料零件的叠层制造过程，以预测其纤维的取向和纤维体积分数。最后的挑战是模拟航空天线罩的叠层制造过程，预测其纤维的方向，并在预测电磁性能时考虑这些方向。

BHGE 二次流与传热团队的任务是在燃气轮机设计过程中进行广泛的分析。该团队的工作范围包括估计整个涡轮机的二次空气需求、为发动机主要部件的热机械分析提供边界条件、支持热力循环性能的估计等任务。热设计过程的重点是组件的使用寿命和可靠性，这与控制局部温度和热梯度直接相关。此外，团队必须考虑所需的冷却质量流量和回流裕度 (BFM)，后者量化通过冷却组件壁吸入热气体的压力裕度。 BFM 的评估不是确定性的，而是应该以统计方式进行，考虑几何和热流体动力学边界条件的所有不确定性。因此，可以对组件故障进行概率评估，确定故障概率。

Dynamic Systems Analysis Ltd. (DSA) 十多年来一直为海洋工程行业提供定制软件解决方案。他们的 ProteusDS 和 ShipMo3D 仿真软件测试在海洋条件下运行的船舶和设备的虚拟原型。 Seaflex AB 是 Seaflex 系泊系统的制造商，需要了解洋流、风和波浪对其系泊系统的动态影响。这种理解对于降低海洋环境中船舶运动和设备负载的风险和不确定性至关重要，从而实现更安全的设计并降低风险和项目成本。 Seaflex 系泊系统是一种工程系泊系统，根据预期的力和条件为每个特定位置定制。面临的挑战是估计海流、风和波浪对系泊系统的影响，并对 Seaflex 系泊系统对各种条件的响应进行数值模拟。

欧洲第二大汽车制造商 PSA 标致雪铁龙在满足日益严格的汽车法规（要求降低二氧化碳排放水平）方面面临着重大挑战。这要求汽车制造商通过使用强度重量比更高的材料来减少设计结构质量。然而，在设计过程中引入新材料是很复杂的；设计规则和数值工具必须不断发展，以了解这些材料的特性并评估潜在的故障。存在等待仿真的可靠设计方向而延迟生产的风险，或者必须在设计周期后期重新设计零件的风险。此外，由于模拟碰撞或破裂事件涉及较大的非线性变形，适当的材料失效标准对于结果的准确性至关重要。为了提高评估预测破裂模型的知识，并确定大规模测试破裂的可行解决方案，PSA 与 Altair、Ecole Polytechnique Laboratoire de Mécanique des Solides (LMS) 和 PRACE 合作。

联邦交通管理局 (FTA) 要求现代公交系统在全美范围内提供更高效的服务。目前，美国公共巴士交通当局接受大量补贴以满足运营预算，州和地方补贴每年超过 190 亿美元，联邦补贴每年超过 70 亿美元。面临的挑战是设计和制造一种比现有公交车具有更高燃油经济性、更低排放和更低生命周期成本的新型公交车。 BUSolutions 项目的目标是满足这些要求，并为未来的公共交通提供可持续的解决方案。

Cleveland Golf 是一家领先的高尔夫球杆制造商，面临着满足不断变化的高尔夫球杆设计法规的挑战，同时不断推出针对形状、感觉、平衡、声音和性能进行精确设计的新产品。美国高尔夫协会 (USGA) 对高尔夫球杆头施加了限制，包括挖起杆和铁杆中凹槽的尺寸、杆头尺寸以及球杆允许的恢复系数 (COR)（或弹性） 。随着俱乐部的进步，他们已经达到了这些极限，并且有能力超越它们。这构成了重大挑战，因为克利夫兰高尔夫需要弄清楚如何在不超过这些限制的情况下继续改进球杆。此外，美国高尔夫球协会最近更改了指定凹槽尺寸的规则，影响了未来球杆的设计方式。从经济角度来看，消费者不再像过去那样购买那么多球杆，因此克利夫兰高尔夫需要创造更多新的创新产品，而不仅仅是现有球杆的变体。

NACCO Materials Handling Group (NMHG) 是一家领先的叉车生产商，在产品开发过程中面临着重大挑战。该公司使用有限元分析 (FEA) 已经有 25 年了，但这需要构建多次迭代的物理原型来测试他们的设计。这一过程不仅成本高昂，而且耗时，导致产品推向市场的延迟。该公司迫切需要一种解决方案，可以在不影响产品质量的情况下缩短上市时间。最终目标是在制作任何物理原型之前对每个产品进行虚拟设计、测试和评估，从而节省成本并获得竞争优势。