神话已破灭:拓扑优化并不是真正的创成式设计

  • 5/21/2019
  • 阅读时间 : 5 分钟
Topology optimization is not generative design

如果您的工作需要使用 CAD 软件从事产品设计和开发,那么很可能熟悉拓扑优化,这是一种优化形状以解出多个功能目标的方式。

拓扑优化会占用一个 3D 设计空间,然后消减内部的材料,实现最高效的设计。此方法不关心美学、传统方法,或在设计阶段通常使用的任何其他设计约束。相反,它只考虑可用设计空间的约束,得出零件或系统的单一最佳形态。

但是,拓扑优化并不是一个新概念。多年来,工程师使用这种方法在 3D 模型中找到了一种最优的材料分布方法来满足他们的目标,如减小质量、避免共振模或最大限度减少热应力或形变。

那么,领先的行业设计公司是如何在 2019 年更快速、更智能地从事产品工程和设计的呢?他们着眼于在拓扑优化基础上构建的新技术来设计未来产品。

进入创成式设计。

创成式设计是一种根据一组系统设计要求,自主生成最优设计的方法。使用创成式设计,工程师能够以交互方式指定其设计的功能要求和目标,包括首选材料和制造工艺,然后,创成式引擎将自动生成可立即投入制造的设计。最终的结果是能够与技术进行交互,更快地创造优秀的设计和创新的产品。

拓扑优化和创成式设计已经成为制造和工程领域的流行语,但是市场上存在着一种常见的误解,认为二者是同义词。因为两个术语经常互换使用,因此可能会造成混乱和歧义。

我们来详细了解拓扑优化与创成式设计的差异:

拓扑优化是一项基础技术

自 20 世纪 90 年代诞生以来,拓扑优化一直用来在给定的功能使用条件下得出设计的最优材料分布。它是一种减少现有物件的材料,同时使之仍然按照原设计意图运行的算法。它一直是工程团队应力分析工程师使用的工具,而不是设计人员。

创成式设计是一个很新的概念,它使用包括拓扑优化在内的技术,最大限度进行延伸扩展。创成式设计使设计人员能够利用拓扑优化等技术。使用创成式设计时,可以指定假想设计的要求,然后软件将计算满足这些指定要求的所有可能设计。

简单来说:拓扑优化仅基于功能目标、约束和载荷收敛于单一的解决方案,一次得出一种解决方案。创成式设计同时演化多种解决方案,最终基于功能要求和非工程要求,融合出最好的一组解决方案。

从这层意义上说,拓扑优化是创成式设计的技术基础。随着工程师日益将产品设计和开发转移到计算领域,拓扑优化充当了“跳板”的角色,帮助创成式设计直接达到最佳设计体现。它是创成式设计的必要构成要素。

创成式设计帮助为下一代 CAD 而设计

发展日益数字化的生态系统需要投资于创新技术,推动实现关乎成败的业务成果。这包括卓越工程、制造效率,以及产品和服务创新,PTC 称之为数字化转型的三个支柱。

对于设计和工程来说,创成式设计的影响十分巨大:通过从初始阶段满足客户的产品需求,提高产品成功率、上市速度和获利速度。

创成式设计实质上是对下一代产品设计的重新想象。

对于 PTC,这在很大程度上是通过创成式设计解决方案的 AI 组件来实现的。AI 通过演化并最终增强人类理性设计能力,帮助完成创成式设计过程。示例包括:

  • 在设计阶段及早为设计人员提供有价值的反馈
  • 使各级工程师能够更快得出更好的解决方案,推动生产力的提高
  • 生成为提高效率和可制造性而优化的设计,而人类设计人员在某种程度上无法轻易做到

最终目标是通过 AI 驱动的创成式设计增强人性化产品设计,使工程师能够得出之前无法实现的高度差异化解决方案。

结语

尽管拓扑优化和创成式设计有着相同的目标,即按照一组特定的要求提供最优设计,但两种技术存在显著的差异。

创成式设计建立在拓扑优化的基础之上,旨在得出更智能、更快速、更创新的解决方案。简单来说:它冲破了当今可能达到的极限,从而创造出高性能且可立即交付制造的设计。

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关于作者

Jesse Coors-Blankenship

Jesse Coors-Blankenship is the Senior Vice President of Technology at PTC. Former CEO of Frustum, Jesse pioneered generative design technology, utilizing artificial intelligence and new mathematical representations of geometry to make generative design functional. At PTC, he leads the effort to bring Frustum’s pioneering work in generative design to market in the CREO CAD platform. Together Frustum and PTC will transform how products are designed for a higher complexity future.

神话已破灭:拓扑优化并不是真正的创成式设计
创成式设计建立在拓扑优化的基础上,旨在得出最优的产品设计。详细了解这两种技术的差异。