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创成式设计让CAD重生 | 智能制造术语(编号847)

2017/9/13    来源:知识自动化    作者:赵翰林  宁振波      
关键字:CAD  创成式设计  
“创成式设计”将产品设计过程中的“系统之美”通过产品呈现,激发起受众新型的美感体验。“创成式设计”提供了一套世界观和方法论,促使人们反思设计过程中产生的中间产品与操作这些中间产品的动作是如何联结形成设计过程的。

    智能制造术语(编号847)

    英文:Generative Design

    中文:创成式设计

    (本词条由《智能制造术语》编写组收录,版权归《知识自动化》所有。欢迎业内提出建议。)

    “CAD是一个谎言”,AutoDesk高管曾经如此调侃到,“创成式设计正在让它变得真正名符其实”。

    该技术狂人紧接着说,“除非能让计算机明白你想要什么,怎样去演绎,否则的话,计算机唯一能干的事,就是帮你写文档。”

    智能制造术语定义

    创成式设计是一个人机交互、软件自我创新的过程。软件根据输入者的设计意图,根据“良性”的问题结构以及外部约束,通过“创成式”系统,生成潜在的可行性设计方案几何模型,然后进行自动化设计综合,从而筛选出设计方案推送给设计者进行最后的决策。

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    图1 Dreamcatcher中的创成式设计流程

    炫酷的概念,却是由来已久

    意大利米兰理工大学创成式设计实验室的索杜教授是这个概念的先驱。早在1980年代,就提出了以“Generative Design”冠名的艺术与建筑设计理念。在他的笔记中,创成式设计被描述为“一种科学的艺术创作过程,这个过程能够通过一种类似生物基因编码的转换最终形成一种人工的世界。这是一种设计活动,目的不仅仅是要获得一个结果,更要形成一种可以操作的编码,在演化过程中可以产生无可穷尽的变形体。”

    在澳大利亚莫纳什大学乔-麦寇马克等人的观点中,“创成式设计”被当作“设计研究”的一种范式。

    “创成式设计”将产品设计过程中的“系统之美”通过产品呈现,激发起受众新型的美感体验。“创成式设计”提供了一套世界观和方法论,促使人们反思设计过程中产生的中间产品与操作这些中间产品的动作是如何联结形成设计过程的。在信息技术泛在的情况下,概念构思的过程应该从关注于设计对象本身转移到组件、系统和流程三者之间的交互。他们发现,对“创成式设计”的研究大多与“综合Synthesis”的概念联系在一起。“综合”的语义与自然和自然系统紧密相连。

    在自然界中,广义的“综合”机理包括DNA结构、蛋白质合成与生化机理。而地球生物展示出的多样性与自适应性,暗示了类似机理可能会在设计问题中发挥作用。利用相对简单的单元能够通过组合产生新颖、多样的物种。

    因此,创成式设计对新型设计文化的形成,具有深远的意义。

    在NASA Ames研究中心2001年发布的对模块化仿生机器人项目的研究报告中,把创成式设计看作自动化设计的一种实现方式。在“开放”的“进化”系统支持下,通过对已有设计方案的编码化、构件化和重用,生成新的设计方案。

    麻省理工学院2008年发布的一篇讨论集成设计的论文中,创成式设计被广义的定义为“产生潜在设计方案的基于算法和规则的流程”。

    在英国剑桥大学2008年一篇名为“微机电系统基于仿真的集成创成式设计方法”的论文中,创成式设计方法被描述为“一种自动化设计方法,通过生成一系列经过优化和可行性判定的设计替代方案,促进设计综合,探索性能边界,扩展权衡空间,减少设计时间,寻求帕累托最优的设计解。”

    创成式设计突破极限

    产品技术的进步使大多数产品尤其是消费电子类产品,能够做到功能与形式的分离。在功能表同质化、性能提升逼近物理极限的情况下,在产品形式表达方面做文章,诱发消费者的追求时尚、表达个性的需求逐渐成为提升产品附加值的重要选项。在产品生命周期日渐缩短的情况下,设计方案越来越像是设计师和消费者之间的交互媒介。

    增材制造技术的进步和大范围应用,则意外地将各种美而复杂的设计方案从可制造性约束的束缚中解放出来。

    只有想不到的设计,没有造不出来的原型。

    大规模定制需要设计师意图与顾客意图的强化表达,需要快速生成高质量的设计方案,需要在接触顾客前预先准备好大量的设计选项。增材制造技术的发展也需要越来越多与其独特能力相匹配的设计方案来消费逐渐壮大的增材制造产能。

    对于既能强化设计概念,又能通过算法运用计算力生成大量设计方案的创成式设计来说,工业设计领域就像是为其量身定制的主场。在世界范围内关于创成式设计的研究中,面向家具行业大规模定制的创成式设计研究始终是一个很重要的主题。而在医疗和生物制造领域的应用前景更加令人兴奋。结合微纳制造、生物工程和增材制造技术,能够制造出具有高保真仿生结构的医疗器械和生物制品。例如仿生骨骼,将会为广大骨科患者带来福音。

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    图2 创成式设计应用案例

责任编辑:张纯子
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