那么，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，如何幫助設(shè)計(jì)師改進(jìn)概念設(shè)計(jì)探索，提高工程效率，更快地交付更好的產(chǎn)品？如何克服設(shè)計(jì)過程中仿真專業(yè)的高技術(shù)門檻和傳統(tǒng)工具計(jì)算時(shí)間長等問題？多體設(shè)計(jì)有哪些妙用？在如今這種快節(jié)奏的世界里，如何高效設(shè)計(jì)與生產(chǎn)？通過對這些問題的探討，希望窺見產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展的新未來、新方向、新趨勢。

什么是創(chuàng)成式設(shè)計(jì)？不同于傳統(tǒng)CAD的建模方法，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是基于算法和程序，從一系列系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求中自動創(chuàng)建最佳設(shè)計(jì)的方法。當(dāng)然，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)也可以簡單理解為一個人機(jī)交互、自我創(chuàng)新的過程。經(jīng)過多年的發(fā)展，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個新的交叉學(xué)科，通過與人工智能、高性能計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)的深度結(jié)合，使得很多先進(jìn)的算法都應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中來，從而可以處理超出人類能力的復(fù)雜性，使計(jì)算機(jī)成為設(shè)計(jì)工程師的智能助手。

正如創(chuàng)新的思維會讓產(chǎn)品更富魅力，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方法是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的徹底顛覆。尤其在工業(yè)領(lǐng)域，無數(shù)的工程師都在期盼通過創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件的“超能力”，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量、可制造性和差異化。作為創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的領(lǐng)導(dǎo)者，PTC在今年4月推出了Creo 7.0一站式解決方案，不僅能夠幫助設(shè)計(jì)工程師根據(jù)工程要求和制造約束快速創(chuàng)建優(yōu)化的設(shè)計(jì)，而且對于零經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者也能極速完成可制造的設(shè)計(jì)。

具體而言，Creo 7.0結(jié)合了Frustum創(chuàng)成式設(shè)計(jì)技術(shù)，工程師只需要告訴產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，Creo 7.0軟件即可自動創(chuàng)建一個或多個設(shè)計(jì)方案，換句話而言，Creo 7.0軟件可以替代設(shè)計(jì)工程師自動完成設(shè)計(jì)。同時(shí)，Creo 7.0使用CPU或顯卡GPU并行計(jì)算和云計(jì)算的技術(shù)，使得創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的計(jì)算速度有了顛覆性的提升，例如，設(shè)計(jì)工程師在進(jìn)行雪地摩托車前懸架設(shè)計(jì)時(shí)，就利用了Creo 7.0創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的高階能力，快速自動創(chuàng)建了三種設(shè)計(jì)方案。

基于Creo 7.0的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)案例

筆者認(rèn)為，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)正在推動新一代CAD和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)革命。因?yàn)閯?chuàng)成式設(shè)計(jì)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來了無盡的可能性，所以設(shè)計(jì)工程師的角色有望從根本上向更高級別的產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行轉(zhuǎn)變。目前，越來越多的工程師正在利用創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件來探索以前從未涉及過的設(shè)計(jì)方案。例如，GE支架通過重新設(shè)計(jì)，比原始設(shè)計(jì)重量減輕了75％，同時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化以保持材料的屈服應(yīng)力。

在傳統(tǒng)的仿真分析流程中，工程師需要對整個設(shè)計(jì)生命周期過程開展各種分析，并且在分析過程中，工程師需要對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改、重新運(yùn)行分析，然后再根據(jù)結(jié)果修改設(shè)計(jì)，直到分析結(jié)果滿意為止。近幾年，實(shí)時(shí)仿真分析橫空出世，通過使用實(shí)時(shí)仿真替代傳統(tǒng)分析，可為工程師帶來大幅度的靈活性，不僅有助于工程師在更短時(shí)間內(nèi)做出更好的設(shè)計(jì)決策，而且能推動企業(yè)不斷創(chuàng)新并加速向市場推出新產(chǎn)品。

在Creo 7.0的Creo Simulation Live中，PTC與Ansys繼續(xù)戰(zhàn)略合作，新加入了流體動力學(xué)分析功能，使設(shè)計(jì)人員更快地進(jìn)行迭代，更高效地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。值得一提的是，受制于仿真專業(yè)的高技術(shù)門檻和傳統(tǒng)工具計(jì)算時(shí)間長的問題，已經(jīng)在Creo 7.0中被極大克服。通過將Ansys實(shí)時(shí)仿真引擎內(nèi)嵌于Creo 7.0，不僅無仿真專業(yè)背景的普通設(shè)計(jì)工程師可以實(shí)現(xiàn)邊設(shè)計(jì)邊仿真，而且仿真速度得到進(jìn)一步提升，仿真結(jié)果也更為精確。例如，利用Creo 7.0新增的實(shí)時(shí)流體仿真功能對鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)流速、氣壓進(jìn)行分析，計(jì)算時(shí)間從小時(shí)級縮短至分鐘或秒級。

基于Creo 7.0的實(shí)時(shí)流體仿真案例

筆者觀察，越來越多的實(shí)時(shí)仿真正被用于工程領(lǐng)域，例如航空航天、汽車、軌道交通、高科技電子產(chǎn)品、能源、醫(yī)療等領(lǐng)域。未來，隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等大趨勢的推動，隨著仿真軟件、硬件和處理速度方面的進(jìn)步，隨著人們對更智能、更高效的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的追求，將會有更多的設(shè)計(jì)師采用實(shí)時(shí)仿真工具。屆時(shí)，讓仿真時(shí)間比思考的時(shí)間還短，將不再是天方夜譚。

什么是多體設(shè)計(jì)？簡言之就是在一個零件中可以存在多個實(shí)體。這些實(shí)體可以獨(dú)立完成某些操作，例如抽殼、賦予材料等。這一功能有多重要，舉個例子，建模時(shí)往往會遇到兩個實(shí)體特征相交，最終會變成一個實(shí)體，如果缺乏多體設(shè)計(jì)功能，在進(jìn)行抽殼或者定義材料時(shí)，只能整體進(jìn)行，并且，兩個實(shí)體相交的部分是無法單獨(dú)取出的。

相較于之前的版本，多體設(shè)計(jì)是Creo 7.0全新引入的功能，從這個角度上，Creo 7.0可以稱之為是一套全新的設(shè)計(jì)工具。設(shè)計(jì)工程師自由高效地處理單一零件中不連貫、接觸或重疊的幾何結(jié)構(gòu)，從而顯著提高用戶在構(gòu)建復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)時(shí)的設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，基于全新的多體設(shè)計(jì)工作流程，設(shè)計(jì)工程師可以分別管理、呈現(xiàn)和設(shè)計(jì)幾何體，這對創(chuàng)成式設(shè)計(jì)、仿真和增材制造等領(lǐng)域有極大的幫助。

基于Creo 7.0的多體設(shè)計(jì)案例

筆者認(rèn)為，Creo一直是業(yè)界主流的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件，而此次在Creo 7.0中新增加了多體設(shè)計(jì)的功能，不僅使設(shè)計(jì)工程師能更高效地完成多個設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)還使零件設(shè)計(jì)更易管理、理解和修改。這無疑是錦上添花，對于提高設(shè)計(jì)工程師在構(gòu)建復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)時(shí)的設(shè)計(jì)效率，顯然非常有益。而Creo 7.0的多體設(shè)計(jì)功能究竟還有哪些妙用，還需要設(shè)計(jì)工程師深入去發(fā)掘。

與傳統(tǒng)制造工藝流程不同，增材制造是一種自底向上的制造過程，具有較低的材料消耗和高度的定制化能力，尤其能夠制造像晶格這樣傳統(tǒng)方法難以制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。同時(shí)，隨著人們對于增材制造的零件密度、孔隙率和晶粒結(jié)構(gòu)的最初質(zhì)疑正在得到克服，增材制造已經(jīng)形成了非常豐富的技術(shù)路線，能進(jìn)行大批量制造，而且仍然在不斷創(chuàng)新。

借助增材制造技術(shù)，設(shè)計(jì)工程師們有望像哆啦A夢一樣，設(shè)計(jì)制造出大量新奇有趣的產(chǎn)品。幸運(yùn)的是，來自PTC的Creo 7.0軟件可以幫助設(shè)計(jì)工程師夢想成真。因?yàn)椋珻reo7.0軟件提供了一站式的3D打印設(shè)計(jì)方案，克服了從零件三維設(shè)計(jì)、輕量化、性能仿真和打印準(zhǔn)備的各種技術(shù)障礙，一個軟件解決了以往四個軟件才能解決的問題，這無疑是設(shè)計(jì)工程師的福音。

基于Creo 7.0的增材制造設(shè)計(jì)案例

同時(shí)，在Creo7.0中，PTC對增材制造擴(kuò)展包進(jìn)行了改進(jìn)，不僅能夠自動判斷產(chǎn)品是否可以打印，而且還能對支撐形狀最少化的零件擺放姿態(tài)給予建議，自動設(shè)計(jì)少支撐結(jié)構(gòu)的形狀，從而最少化地避免后期手工打磨。此外，Creo7.0還新增了一種隨形晶格Delaunay算法，特別適合吸聲、減震零件場景和人體骨骼在其內(nèi)生長的醫(yī)用零件制造場景。

筆者觀察，在過去的20多年時(shí)間中，增材制造已經(jīng)走過了很長的發(fā)展道路，這項(xiàng)技術(shù)在今天已經(jīng)被越來越多的制造企業(yè)用于生產(chǎn)認(rèn)證部件，成為企業(yè)的標(biāo)配。對于設(shè)計(jì)工程師而言，增材制造技術(shù)則大大解放了思維束縛，使得他們可以從產(chǎn)品的需求定義出發(fā)，設(shè)計(jì)更加輕巧、便捷、高效的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能或性能的跨越。