这篇文章没有它所能写的那么好。

我花了很多日子研究主题，寻找来源，进行采访，最后写作和组织我所学的内容。我本可以包括额外信息或联系其他来源。我可以抛光一个或另一个部分。但是，在某些时候，文章需要完成。还有其他文章写作。我相信你会发现它有用 - 它履行了分配的要求，至少 - 但是它是它的。

软件的帮助。Microsoft Word使更容易重写，重组和实验以不同的方式说明这一点。语法和拼写检查例程捕获了一些错误。然而，可悲的是，该软件没有为我写文章。

我敢于在设计新小部件时由工程师使用的过程并不如此。您从客户要求开始;草案规格;创造概念;实验材料;测试设计;并调整它们，直到你到达令人满意的东西。制造业可能会建议改变，因此可以更容易生产。管理层可能会要求不太昂贵。有些部分可以更好。 Some shape could be more aesthetic. Ultimately, however, the design must be finalized. The meter is running, and there are other widgets to design. You hope consumers love it—it fulfills their requirements, at least—but, it is what it is.

软件的帮助。CAD软件使得绘制和修改零件和组件变得更加容易。设计审查软件提供建议，以提高可制造性和降低成本。仿真软件提供了在资源投入模具或模具之前如何设计工作的洞察力。产品生命周期管理软件确保设计、制造、服务和供应链都在同一页面上。

然而，遗憾的是，没有软件可以为您设计小部件。根据您的材料，产品规格，过去的经验甚至个人喜好，您根据您的材料，产品规格，过去的经验甚至个人喜好决定了零件的形状和尺寸。根据各种选区的输入修订设计。这是一个迭代过程。

也许永远不会有软件能把一堆杂乱的笔记和背景变成一篇精彩的杂志文章，但在云计算和人工智能(AI)的帮助下，强大的新软件有望改变设计过程。

它被称为生成性设计。生成性设计让工程师输入设计参数，例如材料、尺寸、重量、强度、制造方法和成本约束，而不是在设计概念开发后对其进行评估。然后，使用基于人工智能的算法和云计算，它输出满足这些要求的一系列设计选项
预定标准。从那里，工程师可以通过并选择最适合其要求的设计。

“工程师总是面对时间限制，”Autodesk的生成设计和仿真高级产品线管理器Brian Frank说。“他们会解决这个问题，但他们可能并不总是尽可能地解决它。如果他们有更多的时间，也许他们会考虑其他选择或重新审视一些设计决策。

“生成性设计提供了多种解决问题的方法。它可以研究不同的材料和制造工艺，并提出多种解决方案。每种设计都能解决这个问题，但它们可能都非常不同。软件将查看不同的材料。它将关注铣削零件、铸造零件或三维打印零件。然后，您可以选择最适合您的解决方案，并且您可以对该决策充满信心。

“利用云计算的力量，这个软件可以在几个小时内给你上百种选择。你永远不会有时间手动完成，一次一个设计。”

工作原理

生成性设计软件不是CAD软件，而是CAD软件的附属物。生成式设计可作为Autodesk的Fusion 360 CAD软件、PTC的Creo和Siemen的NX的一部分。然而，工程师并不一定要改变CAD平台来利用生成设计。

“我们正在增强CAD，”PTC技术高级副总裁Jesse Blankenship说。“我们正在从内部转变它：这是一个与CAD的真正的复兴。”

生成设计不仅仅是拓扑优化。一些CAD软件包的功能，拓扑优化是一种数学方法，用于针对给定的设计空间内优化材料布局，用于给定的一组负载，边界条件和约束。拓扑优化与形状优化和大小优化不同，因为设计可以在设计空间内达到任何形状，而不是处理预定义的配置。

拓扑优化通常使用有限元方法来评估设计。使用基于梯度的数学编程技术进行优化，例如最优标准算法和移动渐近的方法，或基于非梯度的算法，例如遗传算法。

“通过拓扑优化，你从一个完整的设计开始，软件试图通过移除材料来改进它，”Frank解释说。“有了生成设计，你不必从一个完成的设计开始。你所需要的只是一些拼图的碎片。”

例如，在设计杠杆机构时，工程师需要知道杠杆将连接到机器的其他部分的空间中的三个点。这些是位置或特征，例如接受螺栓或轴的孔，无论是最终部件所采用的形式都不会改变。这些点被称为部分的“保存的几何形状”。

从那里，工程师输入各种约束和要求。“部分必须重量不超过X克。”“点A会看到Y Newton-Meters的时刻负荷。”工程师可以输入成本要求和安全因素，并可以要求软件优先考虑某些参数，例如重量或强度。

工程师可以根据需要输入尽可能多的信息。例如，如果工程师已经知道该部件，则必须由不锈钢制成，该信息可以包括在约束中。如果没有进行材料选择，工程师可以让软件根据输入确定最佳材料。同样，工程师可以输入他们的首选制造方法，或者让软件决定如何最好地制作零件。

后一项功能尤其有价值，因为它可以指导工程师找到一种制造方法，比如3D打印，这是他们过去可能没有考虑过的。例如，该软件知道五轴铣床或选择性激光熔化系统能做什么，不能做什么，软件开发者还在不断为更多的制造过程添加设计规则。

“生成工程不仅仅是关于添加剂制造 - 软件可以考虑任何数量的制造过程，”坚持帕里拉，产品经理NX设计。“但是，该软件可以最大限度地利用可通过添加剂制造提供的设计可能性。”

“你可以告诉软件制造工艺使用，或者你可以告诉软件，不要考虑所有的过程，只输出满足你的约束的最佳形状，”弗兰克说。

在输入所有约束之后，软件可以工作，产生数百种可行的设计。“该软件分析了设计空间。它理解材料需要的位置以及如何连接。然后它创造了不同的迭代，“弗兰克解释道。

Breakenship表示，输出有多少设计取决于输入约束。例如，如果工程师必须从钢制成，并且必须在五轴铣床上生产，软件将输出更少的设计选项。

“然而，你可以要求软件给你一个设计的范围，”布兰肯希普说。“也许你想在1到10的范围内改变安全系数。该软件将自动生成这些设计，并并行执行。你不需要手动完成所有这些设计。”

为避免使用无限变体的压倒性，生成设计使用AI算法和搜索引擎来杂草不可行的可能性。例如，西门子的生成设计软件使用称为SHERPA的混合和自适应算法（同时混合探索，这是强大的，渐进和自适应），解释说明帕里拉。Sherpa立即使用多个搜索策略，并适应问题，因为它“了解”设计空间。Sherpa需要比其他方法更少的模型评估来识别优化的设计。在共同工程优化研究期间，这种效率可以节省几天甚至几周的CPU时间。

选择设计后，软件可以将设计导出为可在下游工作流中使用的可编辑CAD文件。“工程师可以改变形状或加厚一些东西。这不是一个静态的事情，“弗兰克说。“这是BREP [边界表示]几何可以在任何过程中使用的，无论是刺激，凸轮，铣削还是添加剂制造。您可以将文件放入您的CAD模型[整个组件]进行冲突检测。随便你想要什么。

“这就是生成设计如此引人注目的事情：您可以从空间中的开放式设计空间 - 到一个CAD模型，您可以使用下游实际制作设计。”

生成设计的好处

生成性设计为制造商提供了许多好处。首先，它使工程师能够快速找到在性能和成本之间达到完美平衡的设计。

通过拓扑优化，工程师必须对每个设计进行单独的分析。生成设计在多个设计上并行工作，每次迭代都是一种可行的结果。工程师可以及时“回滚”设计，看看软件如何到达最终设计。

“这真的很强大，”弗兰克说。“也许你不喜欢最终的形状，但你以前喜欢这两个迭代。也许你喜欢美学更好或者你认为它会表现更好。你可以选择这种形状并将其转发。“

生成设计的另一个主要好处是它为工程师提供了制造某些东西的替代方法。这是克劳德·彼得斯集团GmbH，德国机械制造商，用于处理和加工水泥，石膏和其他原料的机械制造商。2017年，该公司使用了AutDesk的生成设计软件来重新设计了一个大型的铸造金属部件，用于处理熟料，是制造水泥所需的原料。零件沉重和昂贵。

Claudius Peters的工程师希望将零件的重量减少25％。生成设计软件建议使焊接激光切板的部件代替铸造。新设计更轻，更强大，更简单，更具成本效益。

Claudius Peters的首席数字官Thomas Nagel说：“我们的项目团队……明白电灯并不是来自蜡烛的不断改进。”我们需要彻底改变。我们就是这样来尝试生成性设计的。通过输入项目参数，计算机完成了繁重的工作，解放了我们的工程师进行创新。”

生成设计的另一个好处是零件整合。较少的部分等同于成本较低，因为库存较少，处理较少，检查较少，较少的组装零件。

这是通用汽车在使用Autodesk的生成设计软件时发现的通用电机，以为电动车辆创建新的座位支架。虽然典型的座椅支架是一个由焊接在一起的八件焊接的箱子部分，生成设计提出了超过150个替代设计。设计GM选择由一个不锈钢件而不是八个。新的支架而不是冲压和焊接，通过3D打印产生。新部分较轻的40％，比其前身更强20％。

通用汽车添加剂设计和制造总监凯文奎恩（kevinquinn）表示：“将八个部分整合为一个部分的动机是双重的。”第一，我们可以优化质量。但另一个附带的好处是，你减少了所有供应链成本，这些成本与许多不同的零部件可能由许多不同的供应商生产有关，然后这些零部件必须连接在一起。”

这一经历使奎恩相信了生成性设计的力量。

“生成设计是我们通过使用云和人工智能结合工程师和计算机的零件来探索我们车辆的不同设计解决方案的一种方式。”“通过让他们共同努力，我们可以提出零件设计解决方案，这是不可能通过计算机或工程师自行工作的。”

事实与小说

与任何尖端技术一样，对生成性设计及其功能也存在一些误解。首先，软件不能自行设计零件或组件。工程师不能简单地输入“makeme a bicycle”这样的命令，相反，软件需要工程师的输入，比如尺寸、负载和附着点。软件不会让工程师失业；这将帮助他们更快地提出更好的设计。

布兰肯希普说：“这似乎有悖常理，但人工智能将增加制造业的就业机会。”生成性设计的学习曲线比获得设计一个好零件的所有制造知识要少得多。AI为更好的零件提供了一条更快的路径，无论该零件是铸造的、模制的还是印刷的，而且它不需要设计师非常了解这些过程是如何工作的。”

“生成设计的目标不是按下按钮制造 - 我们从中有很长的路要走，”弗兰克加了。“目标是简化迭代过程。具有生成设计，您可以更快地创建可行的设计，而不是数周或几个月。这就像把你的工程团队放在类固醇上。“

生成设计无法取代工程师的判断。相反，它提供了一系列同样可行的设计选项可根据输入选择。这取决于工程师，决定哪个选项最适合其项目的需求及其公司的制造能力。实际上，工程师最终可能选择任何软件推荐的设计，而是选择一个作为进一步改进的起点。

弗兰克指出:“仅仅因为软件建议一个零件应按照特定的形状或特定的制造工艺来制造，并不意味着你必须按照这种方式来制造零件。”“工程师可以将设计作为灵感，并根据自己的意愿进行修改。”

关于生成式设计的另一个误区是，只有通用或空客等大型原始设备制造商才能买得起。小型制造商也在利用这款软件。例如，弗兰克说，汽车赛车队正在使用生成设计重新设计汽车零件，使之更轻和更强。

设计工程师也不是唯一使用该软件的工程师。制造工程师正在使用生成设计来创建较轻重量和更便宜的固定装置和工具。

布兰肯希普断言：“今天使用CAD的任何人都可以从生成性设计中获益。”当然，这对航空航天和汽车制造商来说是有意义的，因为它们现在非常注重减轻重量。在航空航天领域，即使节省1%的燃料成本，每年也能转化成数百万美元。

“然而，每个行业的制造商都至少尝试了生成设计，因为它可以导致产品差异化。”

生成性设计软件的未来版本可能包括多物理工具，如计算流体力学和动态加载。在西门子NX中，通过生成式设计创建的零件可以通过西门子Simcenter自动布线，以建模、分析和预测其性能。

“我们只是刮伤了人们如何使用这个工具的表面，”预测弗兰克。