你需要了解的衍生式设计

数字设计的进步

数字设计和仿真工具改变了工程师和设计师的工作方式。在过去的几十年里，随着计算能力变得更便宜、更容易获得，这些工具变得更快、功能更丰富。五到十年前在超级计算机或高性能集群上运行的大型问题现在可以在您的笔记本电脑上运行。

同时，计算机科学家已经构建了算法和优化方案，例如机器学习和人工智能，可以处理大型数据集并解决具有数千到数百万个变量的复杂问题。

越来越多的工程软件公司正在将生成式设计功能构建到基础 CAD 软件包中，或者将其作为简单的附加组件提供。在其他情况下，生成式设计和拓扑优化工具内置于仿真包中。

模拟包通常比 CAD 附加组件提供更多的切换和控制，但它们也需要运行有限元包所附带的一定水平的专业知识。这些程序已经有了显着的改进，用户可以在其中提供反馈，以使它们变得更好、更有用。

虽然许多工程师可以使用衍生式设计工具，但他们并不总是知道衍生式设计是什么或将其用于什么。衍生式设计结合了三个不同的学科——设计、仿真和优化——来创建一个考虑数千到数百万自由度的超强参数化仿真。

在实践中，设计师从一个开放的空白空间开始，计算机只在需要的地方填充材料。计算机为给定的一组输入定义最佳（一组非常好的解决方案之一）而不是最佳（绝对最佳）模型。

衍生式设计无法产生绝对最佳的解决方案，因为与所有其他可能的设计相比，优化方案无法确定任何特定设计的质量。

尽管衍生式设计可能无法产生最佳结果，但它提供了新的、更有效的工作方式。在此技术之前，您需要选择几个参数并创建一个实验设计 (DOE)，以测试部件在这些变量中的性能。这种方法功能强大，但需要大量时间来准备模型、提取结果并得出最佳解决方案的结论。

或者，您可以对现有设计进行小的增量改进，以优化一组功能；这可能需要更少的时间，但依赖于初始设计已经接近最优的假设。

这就是衍生式设计大放异彩的地方。它在很短的时间内为工程师提供了一个很好的设计候选。这种效率提升可用于加快工作速度或探索设计空间并寻找传统工程概念之外的解决方案。

当你看到一个非常好的衍生式设计部件时，通常会因其抽象的形状而引人注目，但仍保留了逻辑设计元素。

了解衍生式设计不能做什么很重要。衍生式设计永远不会取代设计工程师。最终的设计模型与优化方案一样好，优化方案在改进，但并不完美。

例如，以金属激光粉末床熔合 (L-PBF) 为例，在这种情况下，对支撑的需求会使零件难以大规模制造，甚至不切实际。

大多数创成式设计程序不考虑如何制造零件，因此工程师仍必须使用增材制造设计 (DFAM) 原则来帮助创建更好的零件，从而减少或消除对支撑的需求，这一过程需要详细的对制造过程的理解。在产品环境中，这些考虑因素会影响零件成本和良率。

鉴于衍生式设计的日益普及，未来会是什么样子？首先，衍生式设计工具可以帮助设计工程师更快地获得 80% 的解决方案。未来，这项技术将为工程师提供更好的服务，因为它支持更复杂的系统，例如动态冲击和接触部件。

为了获得这些好处，设计工程师需要培养能够胜任使用数字设计工具的技能。随着这些类型的工具变得越来越可用并推动产品开发周期，设计和分析/仿真工程师之间的界限将继续模糊。

如果您有兴趣为您的下一个项目利用衍生式设计，Fast Radius 的专家可以提供帮助。我们的工程师是数字设计、仿真和优化方面的专家，我们很乐意讨论您的需求。

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