连载(41)数字孪生产业的关键技术-创成式设计

文章来源:APS研究
2020-09-20

数字孪生产业的关键技术

数字孪生体在产业的应用,需要大量IT、DT等技术作为支撑。由于产业领 域广泛,涉及的技术方方面面,以下仅对关键技术作具体介绍。

不同技术支撑不同的应用场景,例如:云平台、大数据、物联网、人工智能、 区块链等使能技术是构建产业数字孪生体实现平台的重要基础;创成式设计、增 材制造、AMES等技术带来设计和制造领域的新突破;以物流仿真为代表的系统 仿真则为整个产业的优化提供了支撑。

其中大数据、云平台、区块链技术等通用技术已在“数字孪生体的关键技术” 章节中有详细介绍,此处不再赘述。其他几项技术简要介绍如下:

1.创成式设计

“创成式设计"是由“Generative Design (GD)"翻译过来的一种对设计系 统和方法的表达。早期通常翻译为“生成式设计”或“衍生式设计”,有些文献 和书籍上称这种方法为“算法辅助设计(AAD--Algorithms-Aided Design)"或

“计算性设计(Computational Design)",建筑领域的人们习惯称之为“参数化设 ”。

这种方法起源于建筑领域,最近十年中在建筑设计和视觉艺术领域得到广泛 应用,但制造业领域的人还对其了解甚少。近几年,随着增材制造技术的成熟, 人们发现“设计”成了制约增材制造价值发挥的瓶颈。于是GD方法开始引入产 品设计领域,并率先在工业设计、珠宝设计等领域开始应用。

近两年,各大CAD厂商都相继推出自己的GD产品,代表制造业产品设计已 经迈进GD时代。同时国内出现了 “创成式设计”的翻译表达,包含了对这种方 法的更深层次的理解,更明确了计算机及算法在设计过程中帮助设计师创新和探 索更广泛的解决方案的能力。

创成式设计是CAD/CAE/OPT技术的融合。其设计产品的路线是:首先通过 CAD工具完成产品的初始实体建模;再通过OPT (Optimization,优化技术)进 行优化;优化后的模型在CAD系统中进行重构;利用CAE工具进行仿真验证; 对比几种优化方案后,选择最优的一种。

创成式设计突破了设计极限,而号称“没有造不出的原型”的增材制造技术 为这类产品的加工提供了有利保证。反之,增材制造技术的价值也需要创成式设 计来体现,因为增材制造不仅在于制造的变革,更是对设计的解放。优化和创新 到极致的设计,其结构往往也是复杂至极的,就像已经进化了几亿年的生物。而 只有增材制造才能满足这种极致复杂的设计。因此创成式设计与增材制造的融合 是企业创造出突破性创新产品的重要途径,且这两项技术的融合正在颠覆传统, 改变着设计制造的模式,是企业数字化转型的关键所在。

创成式设计同时是数字孪生体关键技术——建模技术中的一种,在基于增材 思维的数字孪生产业中具有比其他建模技术更独具特色的价值。与传统建模技术 相比,创成式技术更善于设计出富有创造性和定制化的产品,客观上也促进了整 个产业的敏捷和柔性的提升,使得数字孪生产业模式相较于传统产业模式表现出 更为明显的优势。