跨越時代的升級!安世亞太以先進設計和增材製造讓汽車輪轂變臉

創成式設計是通過編寫算法和程序來設計的過程,是一個人機交互、自我創新的過程,具體來說由設計師選擇生成模型的策略、編寫算法,以人機交互的參數化建模,根據客觀的設計目標,結合仿真、優化方法,直到獲得最優化的設計。安世亞太提出基於增材思維的先進設計與智能製造解決方案,利用創成式設計、拓撲優化、點陣結構設計等方法,獲得了很多先進設計經驗。

創成式設計能夠創造出手動建模所不易獲得的設計方案,它們擁有複雜幾何結構,而增材製造技術在工業製造中的應用優勢之一是製造複雜的結構,可以說創成式設計與增材製造技術是天生的“好夥伴”,創成式設計將進一步釋放增材製造的應用潛能。本案例,就以安世亞太利用創成式設計與增材製造結合,設計汽車輪轂的案例,體現了先進設計與增材製造技術的魅力。

增材製造為大規模個性化定製提供必要條件

在過去的100年裡發展起來的大規模生產滿足了大眾的各種基本需求。以汽車為例,大規模生產使得家家戶戶都能夠買得起車,汽車作為交通工具的基本功能得以實現。但是,除此之外,人們其實還有更高級的需求,如:對美的追求,希望與眾不同,彰顯個性。但在大規模生產條件下,這些需求被大大地壓縮,人們只能從有限的選項(如:幾種顏色、幾種材質、幾款樣式等)中去選擇,滿足個性化需求,對於大眾來說,幾乎是不可能的。基於傳統制造工藝和傳統設計方法的個性化定製就是“昂貴”的代名詞,它意味著要有設計師專門進行個性化設計,製造商要進行單件製造,而單件製造的費用可能與100件甚至1000件一樣,設計師的的設計費用更是可能高至天價。

現在,隨著增材製造技術和工藝的日益成熟,增材製造生產1000件不同的產品和生產1000件相同的產品,成本幾乎不會增加,這為大規模個性化定製的實現提供了必要條件。但還不夠,還缺乏一個充分條件——廉價高效的個性化設計 。傳統的基於設計師手繪式設計+手工CAD建模的設計方式設計的是單一模型,有多少個性化需求,設計師就得做多少個設計,這無論從設計師數量還是設計靈感上都是無法達到的。而創成式設計正是這種廉價高效的個性化設計的方法,它不再依賴手工建模創建單一模型,而是基於規則編寫算法生成模型,一套規則可以生成無數種模型。設計師的任務已經變為創建規則,編寫設計程序了,生成模型的任務交給計算機自動完成。最終的個性化模型是由一組合適個性化的參數或條件來確定的。有了創成式設計加上增材製造工藝,就已經具備了大規模個性化定製的充要條件。

汽車輪轂創成式設計

安世亞太公司先進設計與增材製造專家,通過創成式設計和增材製造實現了汽車輪轂的個性化定製。汽車輪轂是最體現汽車個性化的部件之一,對輪轂的需求既有美觀,又有性能、輕量化、節能等各個方面。許多愛車的朋友購車後都會進行輪轂改裝,在改進性能的同時,彰顯自己的與眾不同。輪轂設計既有需要標準化的部分,也有可發揮創造力的造型設計,但是無論造型如何變化,滿足力學性能的設計目標不能變。

首先,標準化的輪輞部分,可以通過參照標準中提供的幾何關係建立編程規則,通過編程實現輪輞的參數化建模。

跨越時代的升級!安世亞太以先進設計和增材製造讓汽車輪轂變臉

再來看輪輻的創成式設計,我們可以通過定義幾何關係來確定模型生成規則。如果我定義一種這樣的幾何關係:輪輻為成組的分支結構,分支節點位於一系列同心圓上,層間可以扭轉,分組數、分支層數、扭轉角、同心圓半徑分別為在一定範圍內可變的參數。那麼當我們改變任意參數的時候,就會生成不同的結果。假設分組數可取10個數值、分層數可取4個數值、扭轉角可取20個數值、同心圓半徑組合可取50種,扭轉範圍可取10種組合的話,那麼生成的結果將會有400,000種。這裡我們僅展示其中的幾十種。這裡描述的規則示例,只是一類規則,我們還可以創建其他形式的規則,以生成不同於分支結構的風格樣式。

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創成式設計非常靈活,根據輕量化目標,可以加入鏤空的結構元素。這些鏤空元素也是隨著輪輻形式以及輪轂規格的變化,按照規則自動生成的。

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創成設計過程關注的是需求、功能、性能等需求,得到的結果無論多麼複雜,都可以通過增材製造製造出來,並且沒有增加成本。根據用戶的喜好,每一款輪轂的樣式都可以不同,無論小批量定製,還是大規模定製化,都不增加成本,這是增材製造的最大優勢之一。

跨越時代的升級!安世亞太以先進設計和增材製造讓汽車輪轂變臉

安世亞太認為,未來的個性化創成式設計可以是用戶參與的。設計師設計的不同類別風格的程序打包後發到互聯網上,開放一些參數給用戶,由用戶自主調節,即用戶參與的創成式設計,隨著用戶改變參數,結果千變萬化,選定樣式、材質等,完成在線定製下單。用一個公式描述就是:創成式設計+增材製造=你參與設計+為你製造= 100%用戶滿意+ 尊享體驗。


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