正在改變設計未來的創成式設計

原標題：正在改變設計未來的創成式設計

當前在3D列印領域，提到最多的可能是拓撲優化，而不是創成式設計。雖然很多場合二者都是混為一談的，但細究起來創成式設計（Generative Design）是根據一些起始參數通過迭代並調整來找到一個（優化）模型。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，然後對模型變形或刪減來進行優化。

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，然後進行綜合對比，篩選出設計方案推送給設計者進行最後的決策。

通俗理解創成式設計是一種通過設計軟體中的演算法自動生成藝術品、建築模型、產品模型的設計方法。創成式設計是一種參數化建模方式，在設計的過程中，當設計師輸入產品參數之後，演算法將自動進行調整判斷，直到獲得最優化的設計。目前比較著名的創成式設計軟體包括歐特克的Within，歐特克的Dreamcatcher，西門子的Solid Edge ST10等。

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複雜幾何結構設計作品。3D列印技術由於可以將複雜的設計轉化為現實，註定已成為創成式設計的「好夥伴」

CAD設計技術的應用經歷了三個時期。在最早期的文檔時代，CAD只是通過計算機輔助設計的手段將產品繪製記錄下來，不管是二維的幾何圖形還是三維的產品模型，都是基於覆蓋式、經驗式的文檔操作；在優化時代，三維CAD開始逐漸成為主流，不管是在建造業還是製造業，工程師可以通過真實準確的數字化模型，藉助三維可視化的設計工具，以及模擬分析工具，讓設計結果越來越優化；隨著移動互聯網的快速發展，如今的設計師和工程師需要越來越多的洞察用戶需求，讓產品更加富有創意和個性化，這意味著CAD設計將變得更加互聯化和智能化。這也是歐特克等企業致力於推動創成式設計技術發展的重要原因。

在美國知名運動品牌Under Armour應用中，Under Armour利用歐特克衍生式設計和3D列印技術的結合，來改變鞋掌的設計。Under Armour的限量版跑鞋Architect是一款3D列印跑鞋，它可以在運動過程中隨時貼合運動員腳部，獨特設計的網格結構中底能為運動員提供穩定的腳跟支撐結構和並滿足高強度訓練所需的緩衝能力。目前，Architect已經可以在Under Armour官網接受消費者預訂了。

西門子的創成式設計將拓撲優化引入到 Solid Edge 3D 產品開發工具包中。 設計者可定義特定的材料、設計空間、允許的載荷和約束及目標權重，該軟體可自動計算幾何解法。 這些結果可以立即在 3D 印表機上進行製造，或是在 Solid Edge 中進一步優化，以用於傳統製造。

Solid Edge創成式設計的提出基於生物進化與CAD設計結合，以實例展示其功能。 在Solid Edge ST10創成式設計中，用戶可以為零件制定負載，例如力、壓力或扭矩。然後指定與周圍零件有裝配關係的面，不允許改變。再指定固定的面。就完成了約束條件的設定。用戶還可以指定研究精度、希望減少的目標質量和安全係數。如果要求的安全係數高，要求質量減少幅度又太大，可能無法獲得有效的結果。然後Solid Edge就進行多次迭代運算（類似生命體的逐代進化），產生最終的優化結果。在優化結果中還能顯示應力的分布情況。Solid Edge的創成式設計將CAD設計、優化設計和CAE分析無縫集成在一起。

可利用西門子 Solid Edge 的工具包（納入了 Siemens 的收斂建模和同步建模技術）進一步修改源於創成式設計的優化組件。 網格化結果會無縫集成到正常的模型編輯過程中，有助於設計師獲取手頭任務所需的最終設計。 無需再等待從三角形網格到 B-rep 的冗長又失精確的轉換。

在未來的衍生式設計中，還將融合人工智慧、虛擬現實、3D列印、機器學習等新興技術，將設計過程變得更加智能，讓設計的門檻進一步降低。

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