衍生式设计，推动CAD应用步入智能互联时代

      2016年6月，欧特克在旧金山举办了全球首届Forge开发者大会。大会聚焦的技术众多：虚拟现实、增强现实、物联网、人机互动、机器学习、3D打印、衍生式设计……作为全球最大的二三维设计和工程软件公司，在这些技术之中，衍生式设计（generative design）势必成为欧特克下一代重要的技术革新方向。

      在欧特克公司大中华区总经理李邵建看来，CAD设计技术的应用经历了三个时期。在最早期的文档时代，CAD只是通过计算机辅助设计的手段将产品绘制记录下来，不管是二维的几何图形还是三维的产品模型，都是基于覆盖式、经验式的文档操作；在优化时代，三维CAD开始逐渐成为主流，不管是在建造业还是制造业，工程师可以通过真实准确的数字化模型，借助三维可视化的设计工具，以及仿真分析工具，让设计结果越来越优化；随着移动互联网的快速发展，如今的设计师和工程师需要越来越多的洞察用户需求，让产品更加富有创意和个性化，这意味着CAD设计将变得更加互联化和智能化。这也是欧特克致力于推动衍生式设计技术发展的重要原因。

       李邵建近日接受e-works记者采访时表示，欧特克衍生式设计已经有了众多应用案例，包括空客A320、Under Armour、Hack Rod汽车等，均采用衍生式设计技术，大幅提升了产品设计和制造效率。

欧特克公司大中华区总经理李邵建

何谓衍生式设计？
 
      当今时代正处于一个技术变革的转型时期，移动互联网、云计算、大数据、物联网等新技术的普及成为行业变革的强大催化剂，也催生了工业4.0、智能制造等一系列全球性产业发展趋势。可以想象到，未来的世界，通过这些新技术的应用一定会成为互连互通的智慧世界。

      而设计技术的革新，将起到至关重要的推动作用。

      在李邵建认为，随着IT技术的迅速发展，CAD设计技术的应用正发生着深刻的变革。李邵建说：“欧特克从两三年前开始提Future of Making Things，以契合‘帮助人们想象、设计并创造更美好的世界’这一欧特克从未改变的愿景，随着一步一步技术和产品的迭代，以及与最新的技术进行交互，最终推出了衍生式设计（generative design）这一代表着下一代CAD应用方向的技术。”

      那么，何谓衍生式设计？

      通俗来讲，衍生式设计是在传统的CAD设计基础上，根据零部件的承载进行应力分析和拓扑优化，选择多种结构优化的方案，从中找到性能相同但重量更轻的结构，经过优化的零件重量甚至可以达到优化之前的十分之一。然后，可以通过增材制造技术将零件制造出来。

      不仅如此，在未来的衍生式设计中，还将融合人工智能、虚拟现实、3D打印、机器学习等新兴技术，将设计过程变得更加智能，让设计的门槛进一步降低。

      李邵建说，随着衍生式设计的发展，一定程度上可以降低设计者的门槛，以后的工程师也许不再需要特别专业的机械结构、材料科学等知识。工程师只需要在不同的设计阶段给出各种约束和限制性条件，计算机就能根据机器学习、人工智能、大数据分析、材料工程、分析仿真等技术给出设计方案，并且这些所有的应用都可以交付到云平台上进行。
 
衍生式设计推进产品创新
 
       尽管还在持续发展和完善过程中，衍生式设计已经有了众多应用案例。

      Hack Rod是一家位于洛杉矶的初创公司，其团队旨在创造世界上第一辆用人工智能（AI）构建并在虚拟现实环境中设计的汽车Hack Rod，他们同时可能会彻底改变这一过程中的制造供应链。

      使用人工智能来创造性地提出自己设计想法的计算机是衍生式设计的核心，在欧特克的帮助下，Hack Rod采用了衍生式设计这一概念，并开发出一个目标导向3D设计平台Dream catcher。设计师告诉计算机相关的目标和限制，然后软件会生成想法，这些想法能帮助设计师扩大创意的可能性。基于此，Hack Rod团队制作了一个具有几何结构的汽车底盘，这些几何结构已经过验证。在几次试驾中，数百个传感器被安装在汽车上和司机身上，以此来测量压力等。传感器所捕获的数据能反映影响汽车和司机的物理力量，随后，这些数据被传送到欧特克的Dreamcatcher上来生成新的底盘设计。如此反复，可以越来越优化产品的性能。

      在美国知名运动品牌Under Armour应用中，Under Armour利用欧特克衍生式设计和3D打印技术的结合，来改变鞋掌的设计。Under Armour的限量版跑鞋Architect是一款3D打印跑鞋，它可以在运动过程中随时贴合运动员脚部，独特设计的网格结构中底能为运动员提供稳定的脚跟支撑结构和并满足高强度训练所需的缓冲能力。目前，Architect已经可以在Under Armour官网接受消费者预订了。

      在空客A320应用中，空客与欧特克The Living设计工作室合作，为空客A320飞机开发了一个大尺寸的“仿生”机舱隔离结构。这种结构是用一种被称为Scalmalloy的新型超强且轻质合金材料使用直接金属激光烧结成型技术3D打印而成的。虽然如今在空客的飞机上3D打印的金属零部件已不鲜见，但这是首次将金属3D打印部件用于飞机机舱设计。借助于欧特克衍生式设计技术，A320全新的机舱设计与原有的隔离结构相比，新型的仿生隔离结构由几个不同的部件组成，不仅强度更高，而且将其总量减轻了45%。如果应用到整个机舱，空客估计，新的设计方法每年可以减少465,000公吨的二氧化碳排放，相当于一年减少约96,000辆乘用车上路的排放量。
     

      除此之外，欧特克衍生式设计还应用在AEC行业，设计并打印出了世界上首座机器人自主制造的桥梁。
 
Forge平台加速云端生态发展

      李邵建指出，欧特克除了大力推动衍生式设计的发展，还将致力于云生态的建设。在6月的欧特克Forge全球首届开发者大会，欧特克全面升级了Forge平台，包括推出全新的云端应用开发工具及服务，并积极开展与开发者的合作项目，力图颠覆以往传统的产品设计、制造和使用模式，为客户提供真正端到端的制造解决方案，从而将设计理念转化为现实。

      Forge平台是一套整合初期设计、工程、可视化、协作、生产和运营阶段的云端服务。无论软件开发商的规模或大或小，都可运用开放式应用程序界面(APIs)和软件开发套件(SDK) 为制造商建立直观的云端应用程序、服务和经验。这次平台的更新和扩展包括了浏览器、验证方式，以及模型衍生、设计自动化、数据管理、3D打印和现实捕捉等API，并仍持续提供Fusion、A360和BIM360等API的产品内集成服务，供开发人员通过创建新的体验和服务来加强产品设计和人员协作，优化建筑行业的工作流程。

      李邵建介绍，Forge可以广泛应用于各类制造用途——从零件检测到海底测绘，从利用无人机管理煤矿，到将成本预估转化为竞争优势，以及建立在线设计和制造服务等等，它正带动整个制造业走向未来。在李邵建看来，方便使用且可扩展的Forge平台在各类制造和建筑工程施工领域，将有着庞大的需求和发展空间。