破解迷思:拓樸最佳化並非真正的生成式設計

  • 5/21/2019
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Topology optimization is not generative design

如果貴公司使用 CAD 軟體來設計和開發產品,應該很熟悉拓樸最佳化技術,這項技術能將形狀最佳化,以達成多項功能目標。

拓樸最佳化會占據一塊 3D 設計空間,並盡量減少空間中的材料,以產生最有效率的設計。這種方法不在乎設計是否美觀,也不會採用傳統的方式,或考慮您通常會在設計階段採用的任何其他設計限制,而是為零件或系統產生經過最佳化的單一形狀,僅受限於可用的設計空間。

但拓樸最佳化並不是新的概念。多年來,工程師會使用這種方法為 3D 模型尋找最佳化的材料分配方式,以達成減少質量、避免產生共鳴,或盡量降低熱壓力或變形等目標。

頂尖的工業設計公司在 2019 年,要如何更迅速、更聰明地進行產品工程和設計工作?這些公司採用以拓樸最佳化為基礎的新技術,設計出符合未來趨勢的產品。

生成式設計發揮威力。

生成式設計能從一系列系統設計需求中,自行產生最佳設計。有了生成式設計,工程師就能透過互動方式為設計指定功能需求與目標,包括偏好的材料與製造流程,而生成式設計引擎就會自動產生可立即生產的設計。如此一來,工程師就能與這項技術互動,更快建立卓越的設計和創新的產品。

拓樸最佳化和生成式設計已成為製造和工程界經常提到的詞彙,但市場上有一個常見的誤解,以為這兩者是相近的技術。由於這兩個詞經常互換使用,因此才會造成誤解和混淆。

我們來仔細檢視拓樸最佳化和生成式設計的差異:

拓樸最佳化是一種基礎技術

自從拓樸最佳化的概念在 1990 年代出現後,這項技術就一直用來在特定功能用途條件下,為設計生成最佳化材料分配。這種演算法能在讓現有物件仍按照原始設計意圖運作的前提下,減少該物件所使用的材料。這項工具一向是由工程團隊中的應力分析人員使用,而不是由設計人員使用。

生成式設計是較新的概念,運用包括拓樸最佳化等技術,進一步擴大了設計的可能性。生成式設計能讓設計人員運用拓樸最佳化這類技術,如此只要為想像中的設計指定需求,軟體就會計算出符合所指定需求的所有可能設計。

簡單來說,拓樸最佳化只以功能目標、限制和負載為基礎,一次只能產生一個解決方案。生成式設計則能同時產生多種解決方案,以找出同時符合功能需求和非工程需求的最佳解決方案組合。

也就是說,生成式設計是以拓樸最佳化技術為建構基礎。隨著工程師越來越倚重電腦計算來處理更多產品設計和開發工作,拓樸最佳化成為生成式設計的「踏腳石」,幫助工程師找出最佳設計。拓樸最佳化是生成式設計不可或缺的基石。

生成式設計能協助設計下一代的 CAD

如果要開發越來越數位化的生態系統,就必須投資創新技術,才能獲得可幫助您邁向成功的業務成果。這些技術包括卓越工程技術、製造效率,以及產品和服務創新,也就是 PTC 所定義的數位轉型三大支柱。

對設計和工程團隊而言,生成式設計的影響極大,不但能提升產品成功率、縮短上市時程,還能在一開始就完全滿足客戶對產品的需求,更快獲得收益。

從本質上來說,生成式設計可重新打造下一代的產品設計方式。

對 PTC 來說,之所以能達成這個目標,絕大部分要歸功於我們生成式設計解決方案的 AI 元件。AI 能協助推動生成式設計流程,透過不斷演化,最終擴增為人類理性設計功能,例如:

  • 在設計階段早期為設計人員提供寶貴的意見回饋
  • 讓各個層級的工程師更快獲得最佳解決方案,進而提升生產力
  • 產生人類工程師難以產生的效率及製造流程最佳化設計

最終目標是運用 AI 生成式設計技術進行以人力為主的擴增產品設計,讓工程師產生過去無法獲得的高度差異化解決方案。

結語

雖然拓樸最佳化和生成式設計的目標一致,都是為了根據特定需求來提供最佳化的設計,但這兩種技術還是有明顯的差異。

生成式設計以拓樸最佳化為基礎,能更快產生更智慧、更創新的解決方案。簡單來說,生成式設計進一步擴大了目前設計的可能性,可產生高效能且可立即製造的設計。

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關於作者

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.