安世亚太：以创成式设计和增材制造实现个性化产品创新

创成式设计是通过编写算法和程序来设计的过程，是一个人机交互、自我创新的过程，具体来说由设计师选择生成模型的策略、编写算法，以人机交互的参数化建模，根据客观的设计目标，结合仿真、优化方法，直到获得最优化的设计。安世亚太提出基于增材思维的先进设计与智能制造解决方案，利用创成式设计、拓扑优化、点阵结构设计等方法，获得了很多先进设计经验。

创成式设计能够创造出手动建模所不易获得的设计方案，它们拥有复杂几何结构，而增材制造技术在工业制造中的应用优势之一是制造复杂的结构，可以说创成式设计与增材制造技术是天生的“好伙伴”，创成式设计将进一步释放增材制造的应用潜能。本案例，就以安世亚太利用创成式设计与增材制造结合，设计汽车轮毂的案例，体现了先进设计与增材制造技术的魅力。

增材制造为大规模个性化定制提供必要条件

在过去的100年里发展起来的大规模生产满足了大众的各种基本需求。以汽车为例，大规模生产使得家家户户都能够买得起车，汽车作为交通工具的基本功能得以实现。但是，除此之外，人们其实还有更高级的需求，如：对美的追求，希望与众不同，彰显个性。但在大规模生产条件下，这些需求被大大地压缩，人们只能从有限的选项(如：几种颜色、几种材质、几款样式等)中去选择，满足个性化需求，对于大众来说，几乎是不可能的。基于传统制造工艺和传统设计方法的个性化定制就是“昂贵”的代名词，它意味着要有设计师专门进行个性化设计，制造商要进行单件制造，而单件制造的费用可能与100件甚至1000件一样，设计师的的设计费用更是可能高至天价。

现在，随着增材制造技术和工艺的日益成熟，增材制造生产1000件不同的产品和生产1000件相同的产品，成本几乎不会增加，这为大规模个性化定制的实现提供了必要条件。但还不够，还缺乏一个充分条件——廉价高效的个性化设计 。传统的基于设计师手绘式设计+手工CAD建模的设计方式设计的是单一模型，有多少个性化需求，设计师就得做多少个设计，这无论从设计师数量还是设计灵感上都是无法达到的。而创成式设计正是这种廉价高效的个性化设计的方法，它不再依赖手工建模创建单一模型，而是基于规则编写算法生成模型，一套规则可以生成无数种模型。设计师的任务已经变为创建规则，编写设计程序了，生成模型的任务交给计算机自动完成。最终的个性化模型是由一组合适个性化的参数或条件来确定的。有了创成式设计加上增材制造工艺，就已经具备了大规模个性化定制的充要条件。

汽车轮毂创成式设计

安世亚太公司先进设计与制造专家，通过汽车轮毂的创成式和增材制造实现大规模个性化定制。汽车轮毂是最体现汽车个性化的部件之一，对轮毂的需求既有美观，又有性能、轻量化、节能等各个方面。许多爱车的朋友购车后都会进行轮毂改装，在改进性能的同时，彰显自己的与众不同。轮毂设计既有需要标准化的部分，也有可发挥创造力的造型设计，但是无论造型如何变化，满足力学性能的设计目标不能变。

首先，标准化的轮辋部分，可以通过参照标准中提供的几何关系建立编程规则，通过编程实现轮辋的参数化建模。

轮辋参数化模型

再来看轮辐的创成式设计，我们可以通过定义几何关系来确定模型生成规则。如果我定义一种这样的几何关系：轮辐为成组的分支结构，分支节点位于一系列同心圆上，层间可以扭转，分组数、分支层数、扭转角、同心圆半径分别为在一定范围内可变的参数。那么当我们改变任意参数的时候，就会生成不同的结果。假设分组数可取10个数值、分层数可取4个数值、扭转角可取20个数值、同心圆半径组合可取50种，扭转范围可取10种组合的话，那么生成的结果将会有400,000种。这里我们仅展示其中的几十种。这里描述的规则示例，只是一类规则，我们还可以创建其他形式的规则，以生成不同于分支结构的风格样式。

轮辐的创成式设计(来源：安世亚太)

创成式设计非常灵活，根据轻量化目标，可以加入镂空的结构元素。这些镂空元素也是随着轮辐形式以及轮毂规格的变化，按照规则自动生成的。

轮毂的轻量化结构

创成设计过程关注的是需求、功能、性能等需求，得到的结果无论多么复杂，都可以通过增材制造制造出来，并且没有增加成本。根据用户的喜好，每一款轮毂的样式都可以不同，无论小批量定制，还是大规模定制化，都不增加成本，这是增材制造的最大优势之一。

图 4 安世亚太增材制造的轮毂

安世亚太认为，未来的个性化创成式设计可以是用户参与的。设计师设计的不同类别风格的程序打包后发到互联网上，开放一些参数给用户，由用户自主调节，即用户参与的创成式设计，随着用户改变参数，结果千变万化，选定样式、材质等，完成在线定制下单。用一个公式描述就是：创成式设计+增材制造=你参与设计+为你制造= 100%用户满意+ 尊享体验。

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