MSC Apex Generative Design的案例
MSC Apex Generative Design——人工智能+創成式設計/拓撲優化
MSC Apex Generative Design 的設計挑戰是使用光順的拓撲優化來計算幾種設計變量。
僅“基本滿足”的設計要求將容易受到低質量的影響。在測試期間或安裝之后，可能在下游出現的隱藏需求將會暴露這些質量的問題。 MSC Apex Generative Design 可以實現思想的自由優化和可行性設計的可能性。這是實現真正的創新設計的基本原則。通過智能的算法驅動的設計，而不是基于傳統設計的標準串行設計過程，可以實現新的智能設計。
與MSC Apex Generative Design探索匯集多個經驗的設計解決方案相比，單個派生設計解決方案顯得蒼白無力。MSC Apex Generative Design創成式設計確定是最有前途的。以省時的方式探索設計空間的能力確保了設計過程不會成為瓶頸，從而使我們的用戶可以完全根據設計的標準做出決策。只有通過一個變量的結果的設計空間進行全面檢查，并在短時間內，才能獲得最佳結果。
拓撲優化算法提供最大的設計自由度，可以實現零件的合并。通過MSC Apex Generative Design 將裝配組的不同零件連接在一起，以形成一個有機的單一設計解決方案。生成一個單一的零件代替使用一個裝配體，不僅減少了重量，而且還減少使用的零件數量，并簡化了相關裝配過程。零件的復雜性降低，從而節省更多。
操作流程簡單
相比于現存拓撲優化和創成式設計軟件，MSC Apex Generative Design無需網格劃分，只需要給定約束、設計目標，軟件結合人工智能算法，以應力為導向，自動設計出目標結構，結構超出想象，自動光順結構過渡。
操作視頻教程：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15302?
展開 案例分享 | 大學生方程式賽車隊進行賽車軸承座部件優化、減重
德國帕德博恩（Paderborn）大學生方程式賽車隊進行賽車軸承座部件優化、減重
我們已經展示了MSC Apex Generative Design的潛力，以下為帕德博恩大學生方程式賽車隊為他們的賽車設計的軸承座部件——該部件用于支撐車輪軸承，屬于懸架的一部分。
這是一個很典型的案例，因為軸承座一方面要需要承受非常復雜的負載工況，同時對輕量化設計具有迫切需求。由于大賽要求參賽者每年開發一款新的賽車，仔細檢查每一個零件，以提升競爭優勢，因此設計過程中需要進行大量的零件設計優化。MSC仿真工具，例如：Adams 和 MSC Nastran 被用于進行后續的部件優化。
▲ 采用MSC Apex Generative Design進行增材制造設計
開發過程首先從基于Adams的多體動力學仿真中獲取載荷開始，Adams模型模擬了整個懸架的多種工況，包括所有連接點的坐標和作用力。
這些信息被用于建立優化模型并定義其目標。
在 MSC Apex Generative Design中定義了一個盡可能大的設計空間（如上圖所示）。
在這個方程式賽車項目中，對應輪輞內的空間減去叉形臂的安裝空間以及所選的制動系統。運行MSC Apex Generative Design優化算法，設計空間內的材料在確保滿足各種邊界條件、約束以及優化目標的前提下會被盡可能的削減。
展開 設計仿真 | MSC Apex通過創成式設計有效優化飛機結構件
面臨挑戰
MSC Apex Generative Design的以功能為導向的組件優化誕生于帕德博恩大學直接制造研究中心與工業合作伙伴的一個研究項目。為重新設計優化項目確定并選擇了一個航空航天支架。現有的設計需要一個由兩部分組成的組件，其中每個組件由實心鋁塊銑削而成，并用幾個鉚釘連接。但這種制造工藝在生產過程中會產生大量廢棄物。
解決方案
MSC Apex Generative Design使設計項目能夠將兩個部分減少為一個部分，并將最大應力減少一半。
圖1（從左到右）：傳統支架由兩部分組成，使用設計空間（綠色可見）和非設計空間（紅色可見）重新設計成一部分。
原始零件的幾何形狀被用作優化過程的起點，以定義優化引擎將使用的設計空間。圖1中所示的原始設計（深綠色和深紅色組件）被連接在一起，形成了一個單一的設計空間。支架組件需要五個連接點（如圖1中橙色所示）才能安裝到飛機上。優化設計需要滿足的一組設計標準包括設計和非設計空間、連接點、材料特性和結構載荷規范。
標準拓撲優化軟件追求質量減輕或剛度增加等優化目標，但MSC Apex Generative Design在創建最佳輕量化設計的同時使用了明確定義的最大應力目標。在優化過程中，從設計空間中刪除不重要的元素，從而在每次迭代中都能得到幾何外形和機械性能良好的幾何形狀。由于這一創新，不再需要手動將優化結果轉換成CAD幾何，從而在優化過程中節省了大量時間。
在該組件的優化過程中，生成了三個候選設計(圖2)來應對挑戰。這三個候選設計代表了MSC Apex Generative Design中可用的三種不同算法—稀疏、中等和密集—參考了三種可用的優化選項。這三種設計方案最終在重量上只相差幾克，與原始設計相比，這三種設計方案的總重量減少了63%。
展開 案例分享 | 借助增材技術提高包裝行業的效率
MSC Apex Generative Design是一款功能強大但易于使用的軟件。對于當前的案例，將初始幾何CAD模型導入到MSC Apex Generative Design中。優化結果是根據此幾何形狀進行設計的，設置必要的連接區域和設計空間，并使用PA12塑料作為材料。直觀的用戶界面及其強大的幾何功能使其可以在不到一個小時的時間內將復雜的初始幾何轉換為可直接打印的優化模型。在優化分析之前，只需要15分鐘即可完成添加邊界條件、設置優化的目標參數等準備操作。
圖 1: 從以待優化的CAD文件導入，到以待MSC Nastran驗證的CAD文件導出，整個過程都可以快速、完全的在MSC Apex Generative Design中完成。
圖 2: 隨后的更改可以使用幾何工具快速插入，然后只需幾次優化迭代就可以清晰而有意義地連接起來
結果
優化服務器只需要18分鐘即可創建輕量化設計。計算時間如此的短，給客戶更多機會去嘗試不同的參數和變量，從而選擇最合適的設計。例如，特別輕巧的結構，由于結構的復雜性而難以清洗。因此，最初選擇的是不太復雜的結構。重量僅為150克，做到了真正的輕量化-與原始（PA12）的340克相比，重量減輕了56％！
為了在特殊負載情況下提供額外的加固效果，客戶要求在中間部分插入十字形支柱。為此，工程師借助MSC Apex Generative Design中的幾何工具將它們粗略地插入到優化結構的正確位置中。優化算法對新結構進行了多次迭代處理，以創建平滑的連接和過渡。
展開 
設計仿真 | MSC Apex創成式設計讓電動自動車制造商提供更輕松的騎行體驗
在進入生產準備階段 — 即確定打印方向并生成支撐結構之前，整個組件在MSC Apex Generative Design軟件中進行了最終校驗。
得益于Krause DiMaTec的高精度制造工藝，不需要對表面進行處理，也無需進行后處理。因此，制造的部件可以在移除與工藝相關的支撐結構后直接安裝。無需額外調整，就可以通過電動機支架將電動機連接到自行車上。首次試駕表現完美無瑕，仿生設計與制造工藝均展現出卓越品質。
Krause DiMaTec GmbH總經理Johannes Tominski博士對整體項目及創成式設計軟件的表現給予了高度評價：“這個開發項目令人印象深刻地展示了拓撲優化和3D打印的深度融合所能創造的附加值。除了提升機械性能外，優化設計還顯著改善了電機支架的視覺觀感，并為三輪車添加了一處引入注目的設計亮點。”
圖2：電機支架是使用粉末基SLM（選擇性激光熔化）工藝制造的。該過程所需的支撐結構可以很容易地拆除，以便立即提供即裝即用的解決方案。
點擊了解更多詳情：MSC Apex新一代的CAE仿真平臺
展開 設計仿真 | 軸承座創成式設計到增材制造工藝仿真應用
01
創成式設計解決方案
海克斯康的創成式設計軟件MSC Apex Generative Design具有增材制造工藝做結構設計與優化功能，一改傳統拓撲優化軟件操作復雜、需多個平臺（多個人員）數據傳遞、結構強度不足等弊端，堅持做具有高度自動化、操作簡單、以應力為導向的創成式設計平臺，創建光順、輕質、一體的“有機”結構設計，真正做到為增材制造提供質量好、重量輕、結構美觀的產品設計。
海克斯康的金屬增材制造工藝仿真解決方案Simufact Additive更是在國內外增材制造加工領域享有很高的知名度，作為為全球客戶服務的增材制造的仿真解決方案，Simufact Additive可對粉床熔融、粘結劑噴射、機加等增材制造工藝進行仿真分析。Simufact Additive軟件主要工作內容是在3D金屬打印前，通過對打印過程、掃描策略、工藝參數、基板螺釘卸載、線割、熱處理、HIP、支撐移除等過程仿真，預測打印變形、打印開裂、收縮線、卡刮刀等制造缺陷，軟件具有支撐優化、變形補償自動迭代優化功能，幫助用戶優化打印變形，做打印可行性分析、成本評估等，通過多種仿真分析方法，幫助客戶快速對比不同的打印方案，實現一次打印成功，降低試錯次數，從而節省成本。與MSC Apex Generative Design搭配使用，可謂是一套完整的、智能的3D打印設計和工藝仿真的解決方案。
02
軸承座應用案例
海克斯康與GreenTeam及RENISHAW合作大學生方程式賽車的軸承座項目。
展開 直播預告 | 基于AGD創成式優化設計及結構快速驗證
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撲優化，還能在鑄造工藝約束下完成設計迭代，助力企業攻克工藝與性能平衡難題。
面對產品性能需求升級，單一優化結果難以契合工程實際，MSC Apex Generative Design 與 MSC Nastran 深度協同，海克斯康推出一體化快速驗證方案。用戶可一鍵將優化模型導入 MSC Nastran 精細化驗證，也能通過嵌入MSC Nastran 求解器實現 “優化 - 驗證” 閉環迭代。這一方案顯著縮短開發周期，保障設計從仿真到制造的可靠性，為航空航天、能源裝備、汽車等高端制造領域的輕量化創新提供有力支撐。
本期直播講堂特邀海克斯康工業軟件結構仿真高級工程師裴延軍，講師將聚焦傳統優化設計流程中跨平臺數據轉換導致幾何失真、邊界條件丟失引發驗證結果失效，以及 “優化 - 導出 - 驗證 - 返工” 循環拖慢項目進度等行業痛點，深度剖析問題根源并分享高效解決方案，干貨滿滿，敬請關注！
5月15日 14:00
▲ 掃碼參與報名
立即預定
直播內容聚焦
? 基于AGD的輕量化設計解決方案
? AGD優化設計的技術優勢
? AGD的應用案例
? 基于AGD優化設計及結構快速驗證的一體化解決方案
裴延軍
海克斯康工業軟件結構仿真高級工程師
具有10多年有限元仿真經驗，在海克斯康負責結構有限元產品售前售后支持、培訓及咨詢項目實施。
展開 MSC Apex Generative Design 創成式設計引領3D打印
創成式設計（Generative Design）是一個人機交互、自我創新的過程。根據輸入者的設計意圖，通過”創成式”系統，生成潛在的可行性設計方案的幾何模型，然后進行綜合對比，篩選出設計方案推送給設計者進行最后的決策。
與拓撲優化設計截然不同，拓撲優化（Topology Optimization）是對給定的模型進行分析，常見的是根據邊界條件進行有限元分析，然后對模型變形或刪減來進行優化。
MSC 軟件公司作為全球多學科仿真的廠商。五十年來，MSC 軟件幫助企業提高了產品質量、縮短了產品投入市場的時間并且降低了在設計和測試產品方面的成本。學術機構、科研人員、學生使用 MSC 的技術擴展個人的知識，同時也拓廣了仿真水平。MSC 軟件在全球20個國家有1100名員工。
未來需要更多的人機交互、自我創新。Apex Generetive Design位于增材制造的前端，實現創成式設計，可快速完成減重和強度的最優化設計，大大節省材料耗費，減少設計成本，縮短上市周期。 Apex Generetive Design可以聯合增材制造工藝仿真分析軟件simufact.additive進行設計分析優化方案，為客戶提供全方位的解決方案。
Apex Generetive Design助力增材制造工藝，針對傳統的原始模型進行優化改良，輕松設計出具有復雜結構形狀的幾何體，降低用戶交互邏輯的復雜性，有效提高用戶的工作效率。該軟件在良好的結構邏輯中，為用戶提供智能友好的用戶交互界面，幫助用戶在模型設計的始末都能夠進行高效的信息輸入。因此，即使沒有專家級的知識儲備，用戶也能在軟件中進行快速、輕松、甚至幾乎全自動地最佳部件設計，設計出的部件也依然能夠高度匹配用戶的需求，從而為增材制造提供優質輸入。
展開 設計仿真 | MSC Apex & Simufact實現鐵路鉸鏈輕量化與高精度增材制造
得益于海克斯康旗下的MSC Apex仿真平臺生成式設計帶來的重量優化成果，這些部件能夠通過3D打印實現更具成本效益的生產。
面臨挑戰
貨運列車等設備資產壽命長達數十年，導致備件難以長期儲備。設備故障時，備件采購成為運營商的嚴峻挑戰：運營商與制造商常需在缺乏原始生產工具甚至設計數據的情況下，設法制造單個替換部件以維持運行。
傳統制造工藝（如模具制作）生產老舊零件周期長、成本高，且依賴頻繁的設備調整。增材制造（3D打印）則提供了突破性方案——無需模具即可靈活快速生產備件，這對緊急搶修至關重要。然而，現有零件設計往往不適配增材制造，可能因需熔化大量材料而增加生產時間和成本（主要受材料與設備運行時間驅動）。因此，制造商亟需一種能夠快速生成定制化零件設計且節省人力的方案。
集成式輕量化設計方案
本項目需要優化的部件是用于礦石運輸的開放式轉向架散裝貨車的自動耦合器切換軸。該部件可使列車操作員在15米長車廂的手動/自動耦合模式間切換，并手動解除載貨空間超60立方米的貨運車廂駐車制動。
在優化過程中，首先將原始部件導入MSC Apex Generative Design軟件平臺。利用幾何工具在現有空間基礎上擴展了設計空間（即算法允許布置材料的區域）。原部件材料為可鍛鑄鐵，為適配增材制造工藝需求，更改為316L不銹鋼材質。功能表面預留了后續切削加工的余量，并作為非設計區域鎖定以避免被算法修改。通過整合運行過程中產生的各類作用力，將其歸納為載荷工況輸入系統。隨后啟動優化程序，通過設定不同的最大允許應力閾值，直接生成多種輕量化設計方案。
通過優化獲得的最優方案成功將部件重量減輕至原設計的50%。
展開 展會邀請 | 智造未來，數字先行— 海克斯康開啟2025 TCT Asia增材之旅
Aerospike發動機——世界上最復雜的零件之一，用Titan.Core僅計算了8’11’’就完成了打印數據準備，RAM僅占用了4GB
亮點.3
MSC Apex Generative Design DfAM
HEXAGON
MSC Apex Generative Design DfAM創成式設計解決方案：
MSC Apex GD創成式設計是基于直觀的CAE環境MSC Apex構建的全自動生成設計的解決方案。它在后臺采用了革新的創成式設計引擎的同時，充分利用了MSC Apex所有易學易用的功能。這種優勢的結合大大減少了設計優化工作流程中所需的工作量。
MSC Apex GD創成式設計專門用于生成只有增材過程才能制造的詳細且高度復雜的結構。這種基于應力的創新算法通過最小化質量來產生優化出了人類大腦無法想象的幾何形狀。
亮點.4
Digimat-AM
HEXAGON
Digimat-AM 非金屬增材制造工藝仿真方案：
Digimat-AM是增材制造的整體仿真鏈，將材料工程、工藝仿真和結構工程有機結合，將增材制造的效率和性能提升到一個新的水平。通過將多尺度材料建模技術應用于聚合物增材制造中(未填充和增強)，Digimat虛擬材料的合成和表征是開發新材料的關鍵。用戶可以顯著地減少物理測試，了解驅動材料性能的關鍵參數，并輕松創建新的材料系統，如輕量化點陣結構，從而為更創新的設計打開大門。
亮點.5
VG software
HEXAGON
VG工業CT軟件實現全面分析、測試與測量這款軟件為增材制造成品的CT檢測提供了強大的可視化和數據分析功能，幫助用戶更好地理解和優化打印過程。
展開 好家伙！Altair Inspire求解慢，數據大，C盤爆滿！
MSC Apex Generative Design ，這個目前2020版本上手感覺1.0的玩意還差些火候，期待2021版本的吧，也支持多工況求解，求解速度還不錯。
直播預告-增材制造結構設計-切片-工藝優化仿真全流程解決方案
3月14日 14:00
▲ 掃碼參與報名
立即預定
直播內容聚焦
?? 增材制造創成式設計方案（MSC Apex Generative Design）及案例介紹
?? 增材制造數據準備專業軟件（AM Studio）功能及案例操作演示
?? Simufact Additive增材制造工藝仿真方案介紹
- 鋪粉增材制造工藝仿真模塊介紹
- 缺陷分析模塊功能介紹
- 金屬粘結劑噴射成型仿真模塊介紹
- 機加分析模塊功能介紹
?? 金屬能量沉積(送絲/送粉)增材制造工藝仿真方案（Simufact Welding DED）介紹
?? 典型案例分享：軸承座鏈式分析介紹
徐蕾
海克斯康工業軟件技術專家
具有多年增材制造仿真經驗，廣泛了解國內外客戶在增材制造領域中的仿真需求以及發展現狀，支持過國內航空、汽車、醫療、能源、機械、電子等各領域的增材制造仿真問題，針對客戶的需求能夠提供有效、合理的增材制造仿真解決方案，為客戶解決實際問題。
展開 喜訊！海克斯康 Simufact Additive 斬獲 TCT Asia 2024最佳軟件獎
海克斯康創成式設計軟件MSC Apex Generative Design，打破傳統拓撲優化流程，從CAD設計空間和非設計空間約束，加載實際載荷工況，以應力為向導，以輕量化為目標，自動迭代、自動光順處理，基于GPU高速求解，迭代過程中自動驗證結構應力，快速幫助用戶設計出用于3D打印的結構件，快速、高效、多樣性并具有創新地設計出質量輕、性能好的零件。
AM studio是增材制造行業專業的數據準備軟件，能夠實現從stl模型到打印機可識別打印文件的全流程方案解決。軟件將數據準備拆解為6個步驟，分別為Start（確定機器、材料）、Orientation（零件導入、網格檢查與修復、零件擺放）、Support（自動計算/手動編輯懸垂區域、支撐設計與生成）、Nesting（手動/自動排版）、Build Process（確定切片與填充工藝參數、過程仿真與反變形）、Viewer（查看切片/填充數據、成本預估）。使用AM studio進行激光選區熔化工藝的數據準備，能夠縮短工藝開發周期、節省原材料和打印時間。
AtlaScan全新高幀率升級方案，是革命性藍光產品AtlaScan的又一次革新蛻變。它在秉承原系列超大掃描范圍、超高精度、超強適應性等強大基因的基礎上，通過創新升級設備軟硬件，實現了掃描速率的突破性提升，為“快速三維建模”樹立了新標桿，尤其針對自動化等高集成度項目，可為用戶帶來檢測效率質的飛躍。
展開 GPU引領CAE仿真算力革命
海克斯康的MSC Apex Generative Design借助NVIDIA的CUDA框架，實現了設計、網格化和分析功能的融合。
西門子2022年發布了首個GPU版本的Simcenter STAR-CCM+，專注于車輛外部空氣動力學應用。
Altair在2022年前后也發布了全GPU版本的LBM求解器。
達索系統（Dassault Systèmes）在電磁仿真中采用了GPU版本的時域有限差分方法。
Dyna和Nastran也采用了GPU技術，加速線性方程組的求解。
2024年，COMSOL Multiphysics發布了GPU版本的聲學仿真求解器。
截至目前，已有來自10多個ISV的120多個CAE應用通過GPU實現了加速。隨著GPU自身的持續升級和優化，CAE仿真獲得了更高的性能和更好的擴展性。
當前，云道智造也在積極探索GPU加速技術，通過引入更高的算力提升仿真效率，助力客戶降低硬件成本，縮短研發周期，加速產品上市進程，增強市場競爭力。
在今年即將發布的伏圖（Simdroid）6.0中，我們將正式推出GPU版本的求解器。該版本采用純原生GPU方案，摒棄了傳統的異構加速方案，所有內存分配和計算均在GPU上進行，避免了CPU和GPU之間數據交換造成的性能損失，從而充分發揮GPU的計算能力，加速仿真求解，顯著提升軟件性能，降低硬件成本與功耗。此外，該原生GPU求解器采用雙精度計算，確保與傳統CPU求解器相同的計算精度，為用戶帶來高效且可靠的仿真體驗。
例如，在伏圖-電子散熱模塊（Simdroid-EC）中，針對強迫對流散熱、液冷散熱等場景，與傳統CPU計算（Intel i7，8核并行）相比，使用單塊NVIDIA A4000顯卡（其價格和Intel i7相當），計算時長可顯著縮短一半以上，極大提升了仿真效率。
展開 案例分享 | 創成式設計，推動未來計算能力
為了創建新一代工具， TRUMPF（AM領域的領先者，具有20年的經驗）與MSC Software合作，發起了一個咨詢項目，優化和制造一個計量工具。
傳感器臂的優化要求
EUV的一部分就是所謂的傳感器臂。傳感器安裝在一個板上，其位置與從主結構延伸到測量室的長臂成一定角度。該臂端部有一個“L形”安裝傳感器位置，除傳感器自重外，無其他負載情況。優化的目標是實現輕量化的設計，從而降低制造成本，以及最大限度地提高整體結構的剛度。除此之外，第一特征頻率要保證是最大的。對幾何形狀的進一步要求是：從結構的側面看，表面面積應最小化。
考慮到高靈敏度的設備對環境要求十分嚴格，不允許有任何異物污染，因此清潔該工具的核心位置的工作也是十分重要的，幾何形狀不應設計成有難以清潔的小間隙或較薄的底襯。考慮到以上要求后，對結構的優化分析正式開始。
首先，使用MSC Apex Structures對原始零件設計進行了分析，以獲取位移、應力和第一特征頻率的值。使用MSC Apex Structures，可以很容易地獲得數據并進行比較。然后準備使用MSC Apex Generative Design（創成式設計，以下簡稱AGD）進行第一個優化。給定原始幾何形狀后，可以快速建立優化模型。只需單擊幾下即可定義設計空間，將非設計空間減少到只有小螺栓的安裝位置，從而最大化了優化設計的自由度。
展開 