安世亞太：以創(chuàng)成式設(shè)計(jì)和增材制造實(shí)現(xiàn)個(gè)性化產(chǎn)品創(chuàng)新

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是通過編寫算法和程序來設(shè)計(jì)的過程，是一個(gè)人機(jī)交互、自我創(chuàng)新的過程，具體來說由設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)。安世亞太提出基于增材思維的先進(jìn)設(shè)計(jì)與智能制造解決方案，利用創(chuàng)成式設(shè)計(jì)、拓?fù)鋬?yōu)化、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法，獲得了很多先進(jìn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)能夠創(chuàng)造出手動(dòng)建模所不易獲得的設(shè)計(jì)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(shì)之一是制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以說創(chuàng)成式設(shè)計(jì)與增材制造技術(shù)是天生的“好伙伴”，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)將進(jìn)一步釋放增材制造的應(yīng)用潛能。本案例，就以安世亞太利用創(chuàng)成式設(shè)計(jì)與增材制造結(jié)合，設(shè)計(jì)汽車輪轂的案例，體現(xiàn)了先進(jìn)設(shè)計(jì)與增材制造技術(shù)的魅力。

增材制造為大規(guī)模個(gè)性化定制提供必要條件

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(shí)現(xiàn)。但是，除此之外，人們其實(shí)還有更高級(jí)的需求，如：對(duì)美的追求，希望與眾不同，彰顯個(gè)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(xiàng)(如：幾種顏色、幾種材質(zhì)、幾款樣式等)中去選擇，滿足個(gè)性化需求，對(duì)于大眾來說，幾乎是不可能的?；趥鹘y(tǒng)制造工藝和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的個(gè)性化定制就是“昂貴”的代名詞，它意味著要有設(shè)計(jì)師專門進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，制造商要進(jìn)行單件制造，而單件制造的費(fèi)用可能與100件甚至1000件一樣，設(shè)計(jì)師的的設(shè)計(jì)費(fèi)用更是可能高至天價(jià)。

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(huì)增加，這為大規(guī)模個(gè)性化定制的實(shí)現(xiàn)提供了必要條件。但還不夠，還缺乏一個(gè)充分條件——廉價(jià)高效的個(gè)性化設(shè)計(jì) 。傳統(tǒng)的基于設(shè)計(jì)師手繪式設(shè)計(jì)+手工CAD建模的設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)的是單一模型，有多少個(gè)性化需求，設(shè)計(jì)師就得做多少個(gè)設(shè)計(jì)，這無論從設(shè)計(jì)師數(shù)量還是設(shè)計(jì)靈感上都是無法達(dá)到的。而創(chuàng)成式設(shè)計(jì)正是這種廉價(jià)高效的個(gè)性化設(shè)計(jì)的方法，它不再依賴手工建模創(chuàng)建單一模型，而是基于規(guī)則編寫算法生成模型，一套規(guī)則可以生成無數(shù)種模型。設(shè)計(jì)師的任務(wù)已經(jīng)變?yōu)閯?chuàng)建規(guī)則，編寫設(shè)計(jì)程序了，生成模型的任務(wù)交給計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。最終的個(gè)性化模型是由一組合適個(gè)性化的參數(shù)或條件來確定的。有了創(chuàng)成式設(shè)計(jì)加上增材制造工藝，就已經(jīng)具備了大規(guī)模個(gè)性化定制的充要條件。

汽車輪轂創(chuàng)成式設(shè)計(jì)

安世亞太公司先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造專家，通過汽車輪轂的創(chuàng)成式和增材制造實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化定制。汽車輪轂是最體現(xiàn)汽車個(gè)性化的部件之一，對(duì)輪轂的需求既有美觀，又有性能、輕量化、節(jié)能等各個(gè)方面。許多愛車的朋友購車后都會(huì)進(jìn)行輪轂改裝，在改進(jìn)性能的同時(shí)，彰顯自己的與眾不同。輪轂設(shè)計(jì)既有需要標(biāo)準(zhǔn)化的部分，也有可發(fā)揮創(chuàng)造力的造型設(shè)計(jì)，但是無論造型如何變化，滿足力學(xué)性能的設(shè)計(jì)目標(biāo)不能變。

首先，標(biāo)準(zhǔn)化的輪輞部分，可以通過參照標(biāo)準(zhǔn)中提供的幾何關(guān)系建立編程規(guī)則，通過編程實(shí)現(xiàn)輪輞的參數(shù)化建模。

輪輞參數(shù)化模型

再來看輪輻的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，我們可以通過定義幾何關(guān)系來確定模型生成規(guī)則。如果我定義一種這樣的幾何關(guān)系：輪輻為成組的分支結(jié)構(gòu)，分支節(jié)點(diǎn)位于一系列同心圓上，層間可以扭轉(zhuǎn)，分組數(shù)、分支層數(shù)、扭轉(zhuǎn)角、同心圓半徑分別為在一定范圍內(nèi)可變的參數(shù)。那么當(dāng)我們改變?nèi)我鈪?shù)的時(shí)候，就會(huì)生成不同的結(jié)果。假設(shè)分組數(shù)可取10個(gè)數(shù)值、分層數(shù)可取4個(gè)數(shù)值、扭轉(zhuǎn)角可取20個(gè)數(shù)值、同心圓半徑組合可取50種，扭轉(zhuǎn)范圍可取10種組合的話，那么生成的結(jié)果將會(huì)有400,000種。這里我們僅展示其中的幾十種。這里描述的規(guī)則示例，只是一類規(guī)則，我們還可以創(chuàng)建其他形式的規(guī)則，以生成不同于分支結(jié)構(gòu)的風(fēng)格樣式。

輪輻的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)(來源：安世亞太)

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)非常靈活，根據(jù)輕量化目標(biāo)，可以加入鏤空的結(jié)構(gòu)元素。這些鏤空元素也是隨著輪輻形式以及輪轂規(guī)格的變化，按照規(guī)則自動(dòng)生成的。

輪轂的輕量化結(jié)構(gòu)

創(chuàng)成設(shè)計(jì)過程關(guān)注的是需求、功能、性能等需求，得到的結(jié)果無論多么復(fù)雜，都可以通過增材制造制造出來，并且沒有增加成本。根據(jù)用戶的喜好，每一款輪轂的樣式都可以不同，無論小批量定制，還是大規(guī)模定制化，都不增加成本，這是增材制造的最大優(yōu)勢(shì)之一。

圖 4 安世亞太增材制造的輪轂

安世亞太認(rèn)為，未來的個(gè)性化創(chuàng)成式設(shè)計(jì)可以是用戶參與的。設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的不同類別風(fēng)格的程序打包后發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)上，開放一些參數(shù)給用戶，由用戶自主調(diào)節(jié)，即用戶參與的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)，隨著用戶改變參數(shù)，結(jié)果千變?nèi)f化，選定樣式、材質(zhì)等，完成在線定制下單。用一個(gè)公式描述就是：創(chuàng)成式設(shè)計(jì)+增材制造=你參與設(shè)計(jì)+為你制造= 100%用戶滿意+ 尊享體驗(yàn)。

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