人工智能如何改变工业设计？(2)

时间：2022-03-11 10:58 来源：3D科学谷作者：admin 阅读：次

大规模定制鞋自动设计：当前市场上定制鞋还处于手工作坊阶段，只能为少数人服务。但实际上每个人都有定制鞋的潜需求。3D打印等数字化制造技术已经为定制鞋做好的制造的准备，现在定制的瓶颈在于设计。以制鞋必须的鞋楦为例，现在定制鞋楦主要靠选型方式，特殊脚形的则由鞋楦师手工制作，根本无法满足大量的定制需求和样式需求。安世亚太开发的定制鞋楦自动生成算法，只需几分钟就可以生成一双鞋的定制鞋楦模型。这种提升可以使定制鞋业务从手工时代一下子飞跃到自动化时代，设计环节的效率提升几百倍。

挑选鞋楦vs智能化自动设计鞋楦
上图来源：互联网，下动图来源：安世亚太

通过以上内容可以看出：

设计活动中一定有可以自动化的部分
自动化设计算法有较强的任务针对性，没有普适的AI算法可以解决所有设计问题
智能设计算法可以做到工程师用交互式CAD建模难以做到的事情
智能设计算法可以在解决同类问题时无限重复利用
自动化设计算法完成任务的效率远远高于人

设计智能化如何赋能企业

近年来，我国工业企业面临的产品正向设计创新、人才短缺、外部卡脖子等一系列挑战。在拥有先进生产设备和数字化管理系统的很多企业中，研发设计环节甚至成为制约企业发展的瓶颈。现在已经到了研发提能提效迫在眉睫的时候，而以智能化设计驱动的研发数字化转型将会是有效的方法之一。

l 算法生成任意复杂度的几何建模

随着增材制造技术的进步，很多具有优秀性能的结构可以用在产品中。传统CAD交互式建模方式很难画出形状复杂或不规则结构。例如下图所示的用数学函数定义的TPMS胞元结构建模背后的支撑都是算法，通过相同的算法逻辑、不同的数学函数以及参数的变化，就可以生成符合特定性能需求的胞元结构。再进一步，可以用集成度更高的算法，实现零件级、部件级和产品级结构的自动设计和建模。

算法实现复杂几何自动建模
动图来源：安世亚太

l 仿真驱动的智能快速动态设计

智能算法驱动的设计完全是动态的，无论是满足几何关系约束的运动，还是像真实物理世界的物体在力的作用下产生的运动或变形，都可以在设计过程中实现，过程中任意状态的几何模型都可以输出。在这种动态的智能设计过程中，仿真已经成为真正的驱动设计的工具，力可以直接用来塑造形状，就像大自然一样。

快速动态设计和模拟实例

上动图来源：KilianMonszpartMitra，下动图来源：安世亚太

l 突破思维禁锢让设计超越想象

传统设计建模方式是工程师边想边画，耗费大量时间，如果想象不出来也不可能画出来。工程师做设计通常做出3个方案备选，如果能出到10个设计方案那就是非常牛的顶级设计师了。但面向应用问题的设计智能算法自动设计出的结果数量却远超人类最牛的设计师。如下图所示的自动轮辐设计算法，通过5个参数，可以生成40万种设计方案，其中会有很多让人眼前一亮的设计呈现。

一个应用算法可生成很多很多备选方案

l 算法无限次重用的设计自动化

如前文所示的随形水路设计智能算法可以无限次重复使用，智能算法会对不同的模具自动计算生成合适的随形水路，算法生成的时间仅为几分钟。对比原来手工建模需要花费的2小时至一天的时间，自动设计效率提升可达10~100倍。

重复使用智能算法实现自动设计
动图来源：安世亚太

l 引导并实现系统级正向设计

前面提到，自动化设计算法有较强的任务针对性，每一个智能设计算法中都包含了任务相关的设计规则，这些规则需要从设计需求和设计的想法中提炼。这个抽取提炼规则的过程就是MBSE的过程。从需求—规则—智能设计算法是完全的正向设计过程。

l 数字化设计打通端到端的全数字化流程

数字化智能设计的模式会给企业带来很多的可能性，如非标零部件在线定制，客户参与设计的定制体验，产品的多样性、系列化带来的营销机会，大规模定制服务，等等。

端到端全数字化平台示例
上图：ProtiQ，下图：shapelamp

智能化设计展望

还是借用同济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》的观察分析：需求侧的极度细分的趋势需要供给侧的人工智能来匹配；在线/连接/交互的趋势从信息在线，经历关系在线、物的在线，逐步发展为各类技能在线，最终将是心和脑的在线——人工智能/AI；伴随着具有不可被取代的超细分技能的个体不断涌现，平庸时代将会结束；未来的组织将是人/机交互的新组织，他们会把任务灵活地派发给外部人才，内部人才，或机器自动化地完成，通过建立机制把整个设计工作流程整合起来，实现最优的任务完成路径。

当智能设计时代来临后，人类的技术与设计工作更少了还是更多了呢？我们回看Photoshop出现后的20年，清晰地看到，印刷和排字工作被摧毁，但是数量更多的平面设计工作不断增加。引用《经济学人》的话：技术摧毁旧的工作，但总是能够创造更多新的工作。

(责任编辑：admin)

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