重新定義制造，賦予零件“生命力”，創成式設計的八大價值
根據3D科學谷的市場觀察，在過去的二十年里，我們的世界在快速加速的技術力量的推動下發生了根本性的變化。增材制造提供了更高的設計自由以從更深的層次上變革和重新定義制造，而創成式軟件正在搭載增材制造這項制造技術以構建面向未來的設計。本期，透過歐特克總結的創成式設計的八大價值，3D科學谷與谷友來進一步領略創成式如何汲取自然界的靈感，從而賦予零件“生命力”，進一步重新定義制造。
設計重新定義制造
創成式帶來的新世界
仿生學不是復制自然形狀，而是復制自然解決問題的方法。仿生學和創成式設計之間的真正聯系是一些軟件如何利用自然界中發現的邏輯來獲得其中算法的奧秘。Autodesk Fusion 360內置的 Project Dreamcatcher是目前創成式設計軟件的一個典型代表。
在 Autodesk Fusion 360 的案例中，創成式設計的想法受到仿生學中自下而上的方法的啟發。令人著迷的是，有一個算法來自“白蟻巢穴，以及白蟻使用信息素相互發送信號的方式，開發人員創造了壓力或信息素梯度，核心方法非常簡單，但結果卻很復雜。
有了這種受自然啟發的邏輯作為其創成算法的核心，創成設計程序必然會不時創成有機形狀，以不對稱和復雜的表面為標志。但目前的制造方法無法與大自然所創造的奇跡相媲美，這使得創成式設計軟件本身還有著很多進化的空間。
譬如大自然中的人體，人體是單一的組件來促進流體流動和交互結果，而這在航空航天領域也有類似的活動。那么未來或許創成式設計還可以進化到如何結合流體流動和結構功能，雖然這在創成式設計中目前還不是主流。
歐特克的開發團隊已經在研究框架創成系統，這些系統可能在未來用于商業發布。那么創成式設計對制造所帶來的范式改變，最突出的有哪幾點呢？
1
制造感知技術
Fusion 360 中的創成式設計包括制造感知技術，這意味著它可以生成多個受可用設計約束影響的設計選項。此外，減材和增材制造技術可幫助用戶了解設計的可能性。創成式設計還可以通過創建人類無法想象的可加工幾何形狀來提高生產力。
將創成式設計與制造無縫結合，例如此前歐特克就發布了創成式設計的2.5軸*版本，主要用于生成突破銑削約束的設計。這使得Fusion 360用戶能夠將3D打印與傳統的CNC銑削實現更好的結合。
通過Autodesk Fusion 360提供的創成式設計功能，設計和可制造性都是內置的。增材制造和3軸以及5軸銑削加工之間具有各自的特點，這些特點使得這兩者之間似乎隔了難以逾越的“鴻溝”，歐特克關于創成式設計的2.5軸版本使得任何擁有數控銑床的人都可以隨意使用這種“折衷”的設計來進行加工。
除了可以直接訪問Fusion 360基于云的創成式設計，高級仿真模擬和高級CAM功能外，歐特克Fusion 360集成工作區現在還提供真正的混合制造體驗，在單一工作流程中結合了先進的增材制造和CAM功能。
2
并行工程支持
創成式設計技術使工程團隊能夠與制造團隊合作，根據材料、制造方法和成本限制等參數開發出現實的結果。需要在制造過程的早期跨團隊達成共識，從而增強和簡化工作流程。
1988年美國國家防御分析研究所(IDA—Institute of Defense Analyze)完整地提出了并行工程(CE—Concurrent Engineering)的概念，即“并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。
并行工程是對產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）進行并行、集成化處理的系統方法和綜合技術。它要求產品開發人員從設計開始就考慮產品壽命周期的全過程，不僅要考慮產品的各項性能，如質量、成本和用戶要求，還應考慮與產品有關的各工藝過程的質量及服務的質量。它通過提高設計質量來縮短設計周期，通過優化生產過程來提高生產效率，通過降低產品整個壽命周期的消耗，如產品生產過程中原材料消耗、工時消耗等，以降低生產成本。
3
人工智能 (AI) 作為制造合作伙伴
創成式設計是人工智能 (AI) 的一種形式，可以為零件以及模具設計提供大量可用于制造的解決方案，甚至可能是開發過程的自動化。有遠見的公司使用創成式設計作為制造合作伙伴來幫助彌合技能差距。
在設計航空航天或汽車部件時，此前人類可能從未想過向螞蟻和尋光植物細胞尋求建議，但如果使用創成式設計軟件來塑造零件的設計，不過這一切已經不是夢想，實際上已經在做了。
此前，空客已投產的仿生學機艙隔離結構就來源于創成式設計結果。該結構是采用高強度輕質鋁合金材料與粉末床激光熔化3D打印技術制造的，用于空客A320機艙中，起到分隔客艙與后部食品準備區的作用。
4
集中數據
集中數據意味著工程和制造部門可以一起處理相同的數據。例如，程序員可以與操作員共享設置表，操作員可以更新云工具庫，設計人員可以將設計更改發送給程序員。因此，集中的數據和功能可以隨時隨地為用戶解鎖高級工具。
根據3D科學谷的觀察，不僅僅工程和制造部門可以一起處理相同的數據。在設計的前端數據的集中也使得建模與仿真過程融為一體。
隨著3D打印-增材制造技術的不斷成熟和應用，通過CFD和FEM在制造前預測性能、優化設計并驗證產品行為，零件經過結構流體特性拓撲優化、結構拓撲輕量化以及尺寸優化設計之后通過增材制造技術加工出來。CFD、FEM技術與3D打印-增材制造技術相得益彰，互相成就，共同推動零件的性能升級。
建模與仿真的無縫結合正成為大勢所趨，在這方面，歐特克（Autodesk）2019年11月就宣布了與工業仿真軟件企業ANSYS 之間的下一步合作關系，雙方將建立起設計軟件與仿真軟件的無縫互操作性，為制造用戶帶來革命性的設計與工程敏捷性。這種合作可以實現增強創成式設計等新的自動化流程，而自動化的流程將縮短產品上市時間，使多個工程團隊可以更為順暢的地一起工作。
未來，工程團隊與工程團隊之間，工程團隊與制造團隊之間，將更緊密的協作。
5
高附加值的職業技能
隨著云計算、人工智能、自動化、增材制造等方面的進步，設計師和工程師設計和制造產品的方式正在發生變化。為了獲得有競爭力的職業優勢，人大腦的藝術感知能力與人工智能相結合將誕生出新的技能。
使用算法驅動的軟件進行設計的好處在于，設計開發人員可以通過所有相關換熱器設計的更高層次的思維專注于實現目標，而不會因為確認一個特定設計中的細節而耗費精力。
創成式設計將激發設計師通過手動建模不易獲得的思想靈感，創造出擁有不尋常的復雜幾何結構設計作品。3D打印技術由于可以將復雜的設計轉化為現實，注定已成為創成式設計的“好伙伴”。
根據3D科學谷的市場判斷，從建模仿真到數字孿生體技術，再到過程控制等3D打印工藝鏈的方方面面，仿真與算法將賦能3D打印的方方面面。很快，3D打印行業會發現，一家3D打印企業需要有人精通仿真軟件的應用，需要團隊中有一些人可以編寫代碼，否則這樣的企業將變得寸步難行。
6
降低商品銷售成本
創成式設計過程在生產過程的早期探索制造就緒的結果，減少材料成本和進行模具設計更改所花費的時間，以便用戶可以更快地進入市場。此外，創成式設計產生的結果通常會最大限度地減少質量和材料的使用，整合零件并提高產品的耐用性。事半功倍，通過提高投資回報率獲得競爭優勢。
7
增材制造
迄今為止，由于材料成本、大批量零件運行要求、速度、可重復性等問題，增材制造的應用一直很緩慢。更不用說，與創新相比，現有供應商花費了更多的時間和金錢來保護他們的專利。
增材制造所節約的時間和成本將使得這項技術不僅可行而且是必需的。借助 Fusion 360 和創成式設計，有遠見的公司有機會同時考慮減材 (CAM) 和增材結果，否則就會被甩在后面。
8
Re-Shore 制造專業知識
供應鏈問題在當今世界中占據主導地位，Fusion 360 中的加工和創成式設計提供了一個新的機會，可以將制造專業知識帶回生產制造產品的國家。創成式設計不會取代制造的位置，而是讓制造者成為更有價值、更高效、更優秀的工程師——無論是現在還是未來。
文章來源：3D科學谷
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