創(chuàng)成式
關(guān)注創(chuàng)建者：機(jī)械師123 創(chuàng)建時間：2020-12-20
創(chuàng)成式的視頻教程
基于GDE的創(chuàng)成式減重設(shè)計
創(chuàng)成式設(shè)計解決的問題是：我設(shè)計什么樣外形的部件最能滿足功能、規(guī)格需求? ? ? ? ?為了獲得優(yōu)化的、輕量化的復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，必須引入新一代創(chuàng)成式設(shè)計新理念。3DEXPERIENCE GDE可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)研制流程、降低拓?fù)鋬?yōu)化的使用門檻，讓CAD真正成為計算機(jī)輔助“設(shè)計”，而不是計算機(jī)輔助“畫圖”。簡單易學(xué)，更適合于機(jī)械、結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師使用。
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創(chuàng)成式的實例教程
在3D打印產(chǎn)品的設(shè)計領(lǐng)域，創(chuàng)成式設(shè)計是一個常被提到的概念。那么，究竟創(chuàng)成式設(shè)計與3D打印有著怎樣的結(jié)合點呢？ 簡單來說，創(chuàng)成式設(shè)計能夠創(chuàng)造出手動建模不易獲得的設(shè)計方案，它們擁有不同尋常的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，而3D打印技術(shù)由于可以將復(fù)雜的設(shè)計轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實，注定已成為創(chuàng)成式設(shè)計的“好伙伴”。
接下來，分享幾個創(chuàng)成式設(shè)計應(yīng)用案例與他們對創(chuàng)成式設(shè)計的詮釋，從中我們可以進(jìn)一步了解創(chuàng)成式設(shè)計與拓?fù)鋬?yōu)化的區(qū)別，以及創(chuàng)成式設(shè)計和3D打印為產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新帶來的非凡想象。
實現(xiàn)設(shè)計的自我創(chuàng)新
首先來看三個制造業(yè)企業(yè)通過創(chuàng)成式設(shè)計所實現(xiàn)的設(shè)計創(chuàng)新案例。
摩托車后懸架部件創(chuàng)新
這是一個通過創(chuàng)成式設(shè)計摩托車部件的案例。
以下是創(chuàng)成式軟件給出的摩托車后懸掛架部件的設(shè)計方案，以及對部件增材制造和機(jī)械加工過程的仿真模擬。
通用汽車為了給電動汽車減重，采用創(chuàng)成式設(shè)計軟件重新設(shè)計了汽車座椅安全帶支架。由于這個支架是不需要顯露在外部的，因此其外觀并不是優(yōu)先考慮的因素。在設(shè)計這款支架時需要優(yōu)先考慮的因素是重量，安全性，部件數(shù)量的減少，以及可持續(xù)性和可制造性。
采用創(chuàng)成式設(shè)計方式設(shè)計支架時，由工程師定義設(shè)計參數(shù)，如材料、尺寸、重量、強(qiáng)度、制造方法和成本約束，然后基于算法輸出符合這些標(biāo)準(zhǔn)的多個設(shè)計選項。在這個案例中，軟件產(chǎn)生了超過150種有效的設(shè)計選項。設(shè)計師和工程師可以檢查每個選項并選擇最符合其規(guī)定要求的設(shè)計。最終，新支架比原來的部件輕40％，強(qiáng)20％，并將八個不同的部件整合到一個3D打印部件中。
自動生成模塊化機(jī)艙隔板
空中客車公司使用創(chuàng)成式設(shè)計來探索飛機(jī)艙隔板的創(chuàng)新設(shè)計。
展開 目前表面裝飾工藝中最重要的前沿技術(shù)被稱作Generative Texture（創(chuàng)成式數(shù)字紋理）或Parametric Texture（參數(shù)化紋理），本期推文將幫助大家了解創(chuàng)成式數(shù)字紋理的前世今生。
概念
那么，何為創(chuàng)成式數(shù)字紋理？
世界上第一臺計算機(jī)發(fā)明于1946年，計算機(jī)之父圖靈隨后在1952年的論文《形態(tài)發(fā)生的化學(xué)基礎(chǔ)》中第一次提出了以反應(yīng)-擴(kuò)散（Reaction - Diffusion）數(shù)學(xué)模型來描述自然界斑紋（如貓紋、斑馬條紋和熱帶魚斑紋等）的生成現(xiàn)象，后人將這個計算機(jī)圖形生成模型稱為圖靈斑圖（Turing Pattern），世界上第一個創(chuàng)成式數(shù)字紋理由此誕生（如圖1-1）。
從生物學(xué)角度來說，每只貓的花紋都是不同的，因此圖靈算法自然也會根據(jù)輸入條件的不同而產(chǎn)生獨一無二的紋理圖案。這種具備條件隨動能力的可調(diào)節(jié)數(shù)字紋理，我們都可以稱其為創(chuàng)成式數(shù)字紋理（parametric texture）。
圖1-1：圖靈斑圖函數(shù)采樣/圖1-2：熱帶魚斑紋
發(fā)展
隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，創(chuàng)成式數(shù)字紋理也迎來了自己的春天。通過編程賦能，傳統(tǒng)建筑行業(yè)產(chǎn)生了脫胎換骨的變化，并誕生了以著名的建筑大師扎哈和馬巖松為代表人物的參數(shù)化建筑流派（或稱高技派）。他們以數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動設(shè)計革新，在設(shè)計和建造過程中以算力代替人力，其中最為大眾所津津樂道的是種類萬千的建筑表皮紋理。
圖2-1：建筑表皮
隨著創(chuàng)成式編程算法技術(shù)進(jìn)一步成熟，在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域，創(chuàng)成式紋理也逐漸開始成為重要的設(shè)計元素。包括Nike、寶馬、小米等一眾知名廠商的產(chǎn)品都在大量運用創(chuàng)成式紋理，以求突破技術(shù)約束，優(yōu)化產(chǎn)品性能，同時提升產(chǎn)品的競爭力。
展開 增材制造提供了更高的設(shè)計自由以從更深的層次上變革和重新定義制造，而創(chuàng)成式軟件正在搭載增材制造這項制造技術(shù)以構(gòu)建面向未來的設(shè)計。本期，透過歐特克總結(jié)的創(chuàng)成式設(shè)計的八大價值，3D科學(xué)谷與谷友來進(jìn)一步領(lǐng)略創(chuàng)成式如何汲取自然界的靈感，從而賦予零件“生命力”，進(jìn)一步重新定義制造。
▲ 創(chuàng)成式設(shè)計的座椅
? Autodesk
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設(shè)計重新定義制造
創(chuàng)成式帶來的新世界
仿生學(xué)不是復(fù)制自然形狀，而是復(fù)制自然解決問題的方法。仿生學(xué)和創(chuàng)成式設(shè)計之間的真正聯(lián)系是一些軟件如何利用自然界中發(fā)現(xiàn)的邏輯來獲得其中算法的奧秘。Autodesk Fusion 360內(nèi)置的 Project Dreamcatcher是目前創(chuàng)成式設(shè)計軟件的一個典型代表。
▲ 創(chuàng)成式設(shè)計優(yōu)化航空航天零件
? Autodesk
在 Autodesk Fusion 360 的案例中，創(chuàng)成式設(shè)計的想法受到仿生學(xué)中自下而上的方法的啟發(fā)。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(fā)送信號的方式，開發(fā)人員創(chuàng)造了壓力或信息素梯度，核心方法非常簡單，但結(jié)果卻很復(fù)雜。
有了這種受自然啟發(fā)的邏輯作為其創(chuàng)成算法的核心，創(chuàng)成設(shè)計程序必然會不時創(chuàng)成有機(jī)形狀，以不對稱和復(fù)雜的表面為標(biāo)志。但目前的制造方法無法與大自然所創(chuàng)造的奇跡相媲美，這使得創(chuàng)成式設(shè)計軟件本身還有著很多進(jìn)化的空間。
▲ 創(chuàng)成式設(shè)計
? 3D科學(xué)谷白皮書
譬如大自然中的人體，人體是單一的組件來促進(jìn)流體流動和交互結(jié)果，而這在航空航天領(lǐng)域也有類似的活動。
展開 創(chuàng)成式設(shè)計（Generative Design）是通過編寫算法和程序來設(shè)計的過程，是一個人機(jī)交互、自我創(chuàng)新的過程，具體來說由設(shè)計師選擇生成模型的策略、編寫算法，以人機(jī)交互的參數(shù)化建模，根據(jù)客觀的設(shè)計目標(biāo)，結(jié)合仿真、優(yōu)化方法，直到獲得最優(yōu)化的設(shè)計。
創(chuàng)成式設(shè)計能夠創(chuàng)造出手動建模所不易獲得的設(shè)計方案，它們擁有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)，而增材制造技術(shù)在工業(yè)制造中的應(yīng)用優(yōu)勢之一是制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以說創(chuàng)成式設(shè)計與增材制造技術(shù)是天生的“好伙伴”，創(chuàng)成式設(shè)計將進(jìn)一步釋放增材制造的應(yīng)用潛能。
前兩期文章，我們介紹了創(chuàng)成式設(shè)計的起源與概念，創(chuàng)成式設(shè)計的方法流程，以及軟件特征和實現(xiàn)方法。本期增材專欄，將通過創(chuàng)成式設(shè)計綜述（三）之典型案例的分享，來展現(xiàn)創(chuàng)成式設(shè)計與增材制造結(jié)合的獨特魅力。
創(chuàng)成式設(shè)計+ 增材制造的輪轂定制
在過去的100年里發(fā)展起來的大規(guī)模生產(chǎn)滿足了大眾的各種基本需求。以汽車為例，大規(guī)模生產(chǎn)使得家家戶戶都能夠買得起車，汽車作為交通工具的基本功能得以實現(xiàn)。但是，除此之外，人們其實還有更高級的需求，如：對美的追求，希望與眾不同，彰顯個性。但在大規(guī)模生產(chǎn)條件下，這些需求被大大地壓縮，人們只能從有限的選項（如：幾種顏色、幾種材質(zhì)、幾款樣式等）中去選擇，滿足個性化需求，對于大眾來說，幾乎是不可能的。基于傳統(tǒng)制造工藝和傳統(tǒng)設(shè)計方法的個性化定制就是“昂貴”的代名詞，它意味著要有設(shè)計師專門進(jìn)行個性化設(shè)計，制造商要進(jìn)行單件制造，而單件制造的費用可能與100件甚至1000件一樣，設(shè)計師的的設(shè)計費用更是可能高至天價。
現(xiàn)在，隨著增材制造技術(shù)和工藝的日益成熟，增材制造生產(chǎn)1000件不同的產(chǎn)品和生產(chǎn)1000件相同的產(chǎn)品，成本幾乎不會增加，這為大規(guī)模個性化定制的實現(xiàn)提供了必要條件。但還不夠，還缺乏一個充分條件——廉價高效的個性化設(shè)計 。
展開 創(chuàng)成式設(shè)計吸引了PTC龐大的客戶群，因為他們尋求優(yōu)化新產(chǎn)品的方法，以提高可制造性，降低材料成本并縮短制造周期時間；創(chuàng)建針對增材制造優(yōu)化的復(fù)雜幾何形狀；并更快地提供更好的產(chǎn)品。
拓?fù)鋬?yōu)化與創(chuàng)成式設(shè)計有何不同（有何相似之處）？
拓?fù)鋬?yōu)化和創(chuàng)成式設(shè)計已成為制造業(yè)和工程界的流行語，但市場上存在一種常見的誤解，即兩者是同一種技術(shù)。由于這些術(shù)語經(jīng)常互換使用，這可能會造成混淆和模棱兩可的情況。
拓?fù)鋬?yōu)化是建立創(chuàng)成式設(shè)計的基礎(chǔ)技術(shù) - 這種技術(shù)已經(jīng)存在了幾十年。它基于諸如約束和負(fù)載之類的功能目標(biāo)，融合到單一解決方案上。基于這些相同的原則，創(chuàng)成式設(shè)計考慮了許多可能的解決方案，以根據(jù)設(shè)計要求（包括功能和非工程要求）獲得最佳解決方案。
創(chuàng)成式設(shè)計利用拓?fù)鋬?yōu)化來探索解決方案的所有可能的排列，不斷迭代并從過程中學(xué)習(xí)。這是下一代CAD設(shè)計的一種方式 - 它正在改變工程師對設(shè)計的思考方式。
AI如何影響創(chuàng)成式設(shè)計？
AI是利用技術(shù)和數(shù)學(xué)來創(chuàng)建感知，學(xué)習(xí)和行動的系統(tǒng)，以增強(qiáng)或取代人類能力 - 增強(qiáng)推理。人工智能的概念化對于理解PTC的創(chuàng)成式產(chǎn)品設(shè)計至關(guān)重要。
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創(chuàng)成式的最新內(nèi)容
當(dāng)AI深度融入設(shè)計全流程，創(chuàng)成式體驗已然到來！
3D體驗平臺匯聚設(shè)計、仿真、制造等全鏈路數(shù)據(jù)，達(dá)索系統(tǒng)3D UNIV+RSES以AI為核心驅(qū)動力，打通從零件建模、裝配設(shè)計到審查仿真的每一個環(huán)節(jié)。
設(shè)計更高效、驗證更精準(zhǔn)、創(chuàng)新更從容。AI賦能，不止于技術(shù)升級，更是設(shè)計理念的革新。與達(dá)索系統(tǒng)一同開啟智能設(shè)計新紀(jì)元！
借助NX中的創(chuàng)成式工程跨多個工程領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，通過指定需求、約束和關(guān)聯(lián)，可滿足消費者需求、進(jìn)行性能設(shè)計，利用AI和基于仿真的方法打造新一代設(shè)計。
3. 在整個產(chǎn)品開發(fā)流程中，NX創(chuàng)新的協(xié)同方式可以更好、更快的與客戶、合作伙伴，實現(xiàn)設(shè)計協(xié)作，實現(xiàn)產(chǎn)品更快的上市周期。
Krause DiMaTec GmbH總經(jīng)理Johannes Tominski博士對整體項目及創(chuàng)成式設(shè)計軟件的表現(xiàn)給予了高度評價：“這個開發(fā)項目令人印象深刻地展示了拓?fù)鋬?yōu)化和3D打印的深度融合所能創(chuàng)造的附加值。除了提升機(jī)械性能外，優(yōu)化設(shè)計還顯著改善了電機(jī)支架的視覺觀感，并為三輪車添加了一處引入注目的設(shè)計亮點。”
航空航天工業(yè)是對零部件質(zhì)量和可靠性要求最高的行業(yè)之一。利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)高科技零部件的潛力巨大。這種新工藝提供了創(chuàng)造新型設(shè)計的機(jī)會，這些設(shè)計以功能為導(dǎo)向，具有優(yōu)化和面向目的的幾何形狀。
面臨挑戰(zhàn)
MSC Apex Generative Design的以功能為導(dǎo)向的組件優(yōu)化誕生于帕德博恩大學(xué)直接制造研究中心與工業(yè)合作伙伴的一個研究項目。為重新設(shè)計優(yōu)化項目確定并選擇了一個航空航天支架
這一突破主要得益于三大核心技術(shù)的協(xié)同創(chuàng)新：拓?fù)鋬?yōu)化（Topology Optimization）技術(shù)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性能的極致提升，創(chuàng)成式設(shè)計（Generative Design）方法開拓了前所未有的設(shè)計空間，而增材制造工藝則將這些創(chuàng)新設(shè)計轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實產(chǎn)品。這種"設(shè)計-優(yōu)化-制造"的深度融合，正在重新定義現(xiàn)代制造業(yè)的可能性邊界。
MSC Apex創(chuàng)成式設(shè)計方案可幫助用戶能夠以極少的時間投入對傳統(tǒng)零件設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，使其適配增材制造工藝。結(jié)合金屬增材制造仿真工具Simufact Additive和聚合物專用工具Digimat-AM，用戶無需自身專業(yè)知識即可應(yīng)用增材技術(shù)。通過這些工具可生成適應(yīng)制造需求的最優(yōu)結(jié)構(gòu)并優(yōu)化生產(chǎn)流程，并且對生成結(jié)構(gòu)的制造仿真可優(yōu)化變形和殘余應(yīng)力等關(guān)鍵生產(chǎn)因素，從而實現(xiàn)高質(zhì)量零件制造。
海克斯康的解決方案可以提供：
? 創(chuàng)成式設(shè)計與制造仿真
? 結(jié)構(gòu)布局驗證(GFEM, Pre-CAD)
? 復(fù)合材料強(qiáng)度分析
? 增材制造(復(fù)合材料及金屬)
? 材料生命周期管理
? 智能工廠-數(shù)字線程-工業(yè)
4、聲學(xué)
eVTOL需要不分晝夜地在人口稠密地區(qū)飛行，噪聲污染是一個社會關(guān)注的問題，降低垂直起降飛行器的噪聲水平是獲得廣泛接受的關(guān)鍵考慮因素。
當(dāng)增材制造從原型開發(fā)走向批量生產(chǎn)，傳統(tǒng)設(shè)計方法已無法滿足多目標(biāo)優(yōu)化與制造工藝融合的高要求，創(chuàng)成式設(shè)計軟件應(yīng)運而生。MSC Apex Generative Design 基于 MSC Apex 平臺，以易用性為特色，不僅適用于增材制造拓?fù)鋬?yōu)化，還能在鑄造工藝約束下完成設(shè)計迭代，助力企業(yè)攻克工藝與性能平衡難題。
它在后臺采用了革新的創(chuàng)成式設(shè)計引擎的同時，充分利用了MSC Apex所有易學(xué)易用的功能。這種優(yōu)勢的結(jié)合大大減少了設(shè)計優(yōu)化工作流程中所需的工作量。
MSC Apex GD創(chuàng)成式設(shè)計專門用于生成只有增材過程才能制造的詳細(xì)且高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這種基于應(yīng)力的創(chuàng)新算法通過最小化質(zhì)量來產(chǎn)生優(yōu)化出了人類大腦無法想象的幾何形狀。
車輛加塞與自動緊急制動
Cognata的創(chuàng)成式AI傳輸技術(shù)由AMD Radeon PRO V710 GPU支持，通過高保真度虛擬傳感器增強(qiáng)了RGB攝像頭仿真平臺。該技術(shù)可以在仿真中準(zhǔn)確捕獲和再現(xiàn)傳感器的真實行為。
