人工智能如何改变工业设计？
全球疫情加快数字化时代的到来，技术对企业的影响越来越大。呈指数级发展的新技术——人工智能 (AI)、自动化、物联网 (IoT)、区块链和第五代移动通信技术(5G)之间交汇融合，产生了重塑业务模式、运营流程、工作方式的力量。新技术与专业技术融合产生的智能设计也是数字化转型的重要发展方向之一。
相比制造和业务流程的数字化智能化，设计的智能化、自动化发展相对缓慢，在很多领域，采用CAD绘图式的低效设计环节甚至成为整体产品开发或企业扩产能的瓶颈，众多的设计人员也将为企业带来较大成本支出。
企业迫切需要提升研发效率，但对于设计研发活动能否自动化，很多人要么持怀疑态度，认为AI还远不能替代工程师的工作；要么就盲目相信，认为存在通用的智能化设计AI，可以解决所有设计问题。
那么，设计活动到底能不能自动化呢？如果能，是全自动化还是部分自动化？安世亚太团队在近日探讨了这一话题。
同济x特赞设计与人工智能实验室范凌的《人工智能与设计的未来——2017设计与人工智能报告》试图回答设计本身能不能算法化、数据化的问题；他认为人工智能与设计师的关系不是替代，而共同进化，提出了“脑机比”的概念。他们调查分析了6个行业的1300位设计师，发现设计师在不同任务中的时间分配比例不同（大部分设计师自认为的设计中的重复性体力劳动低于实际比例），不同任务可被智能化的可能性不同，设计行业整体“脑机比”为1.55），换种说法，设计任务中有39.21%的工作可以用AI机器完成。
同济x特赞设计与人工智能实验室范凌的《人工智能与设计的未来——2017设计与人工智能报告》试图回答设计本身能不能算法化、数据化的问题；他认为人工智能与设计师的关系不是替代，而共同进化，提出了“脑机比”的概念。他们调查分析了6个行业的1300位设计师，发现设计师在不同任务中的时间分配比例不同（大部分设计师自认为的设计中的重复性体力劳动低于实际比例），不同任务可被智能化的可能性不同，设计行业整体“脑机比”为1.55（参考下图），换种说法，设计任务中有39.21%的工作可以用AI机器完成。
设计行业整体脑机比
图片来源：范凌的《设计与人工智能报告》
工业软件与企业智能化设计应用
既然设计活动中有相当的比例可以实现智能化、自动化，那么设计AI 在工业软件领域发展到什么程度了呢？
l 工业软件领域
广义的CAD是CAD/CAE/CAPP/CAM的高度集成工具，涵盖从设计到制造的各个阶段所用的工具。CAD不针对任何产品，而是面向各行业有设计需求的企业，提供产品研发所需的底层的通用功能。技术人员可以用CAD做自己能力所及的任何产品的设计、仿真分析、工艺制定、CNC编程等工作。
从狭义上讲，CAD指单纯的计算机辅助设计，主要以计算机图形学为基础。计算机图形学核心目标(视觉交流)可以分解为三个基本任务：表示、交互、绘制，即如何在计算机中“交互”地“表示”、“绘制”出丰富多彩的图形、模型。简单地说，CAD就是给用户提供了在电脑上交互式绘图的工具，它们解决的是绘图问题，而不是设计问题。
有部分面向特定行业的专用CAD中嵌入了专业知识和规则，如钣金CAD、模具CAD、管路CAD等，给特定行业的结构设计提供了一定的方便性。
近几年，各大CAD厂家都开始了CAD和CAE的融合，做仿真驱动设计，最典型的是拓扑优化算法用于设计。这是智能轻量化设计的方法，可以解决材料优化分布类型的设计优化问题。
此外，很多CAD软件都提供了编程语言和编程工具，可以用来开发智能化的设计程序。只要你是编程高手，就可以通过编写算法做设计。但对于大多数设计工程师来说，编程是应用难点。即会设计又会编程的人才极少，致使CAD中的编程工具利用率极低。低代码编程设计平台将是未来的方向。
PART community在线三维零部件模型库提供国内外厂商的零部件产品模型。他们没有在模型设计生成上使用智能算法，而是加持智能AI“猜你喜欢”、模型智能比较等推荐、选型助手功能帮用户选型。
三重周期最小表面（TPMS）
来源：nTopology
nTopology 是目前CAD市场上比较智能化的软件，它背后有很多算法，可以简化用户的建模过程，同时还可以用表格形式把多个算法串起来定义自己的设计工作流，供后续反复使用，以实现相同设计任务的自动化。
l 企业级设计智能化应用
宝马公司在其BMW VISION NEXT 100概念车中通过智能设计算法开发了汽车动态功能性外表皮和内饰，并配合4D打印方式进行制造，实现了超高性能。设计工程师们可以想象，如果这样的动态表皮结构用CAD来建模，难度将会是多大，又会耗费多少时间。而用智能算法辅助设计，不仅能批量处理所有单元，并引入变化，还可以实现动态模拟。
宝马公司智能算法设计的动态表皮
机构动态设计实例：在很多产品设计中都需要做机构设计，理想的机构设计方式应该是动态的。例如机器人手臂开发中需要的连杆曲线设计，用传统CAD绘图设计的方法做连杆曲线设计比较难，动态设计更难，需要大量的绘图工作，而通过按照规则编写的算法辅助设计就可以免去绘图，轻松实现动态设计。
智能连杆曲线设计
动图来源：安世亚太
模具随形水路智能化自动设计：随形水路是增材制造模具独有的冷却结构，它可以显著提升模具成型零件的质量。随形水路形状不规则，每种零件的模具的随形水路形状都不同，用传统CAD绘图方法设计随形水路非常费力耗时。安世亚太智能化随形水路自动设计算法则免去了手工绘图，设计效率可提升20~100倍。
智能化随形水路自动设计
动图来源：安世亚太
(责任编辑：admin)
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