衍生式设计正在改变制造业

• 衍生式设计是一种机器学习技术，可以根据输入的参数生成多个解决方案。
• 衍生式设计因能设计出独特的自然的形状而闻名，但其真正的超能力在于既能保持物体的强度，同时又能大大减少所需的材料。

• 实际中的应用包括用于高级机器人、航空航天部件、汽车部件，以及轻量化的精密的建筑结构、定制产品和产品售后改进。

衍生式设计可以根据项目的要求来快速地评估无数个设计方案，排除不太好的设计、选出最佳设计，从而可加快设计过程。它是一种机器学习技术，能够理解所输入的工程要求，并根据这些参数提出最佳的设计思路。通过对衍生式设计算法提出质量、强度、灵活性或其他性能指标方面的限制性的要求，系统可以生成许多满足这些标准的迭代方案。衍生式设计在设计和制造业中特别有价值，因为它有助于更快、更经济地构思或调整设计。这也是该行业中自动化生产制造的一种新方式。

再生产制造中运用衍生式设计

长期以来，制造业中普遍采用铸造、注塑模具、车床和数控设备等方法和设备来进行设计。在某种程度上，由于当前工具和产品中存在的物理限制，这已对设计造成一定局限。而衍生式设计为制造业提供了探索产品和零件设计的另一种工具。通过与增材制造、多轴加工和注塑成型等其他技术相结合，它可发挥出无与伦比的潜力和能力。结合增材制造技术，可以先试用试验性材料快速地制出产品原型，并加以改进、完善，然后才将其投入实际生产。在注塑成型或铸造方面，为要生产的零件和结构选择金属和合金材料时，最重要的是找到质量和强度之间的平衡点。

衍生式设计以模仿自然的、骨骼似的形状而闻名，但这不仅仅是为了外观好看。这些受自然启迪得出的形状蕴含着很巧妙的设计策略，既能保持物体的强度，同时又能大大减少所需的材料。在大规模地进行铸造（如金属铸造）时，可以节省大量成本。当与增材技术和传统的制造方法相结合，衍生式设计可以设计出比以前更大、更复杂的物体。传统制造方式中通常组装多个零件，就可能使产品强度降低。而衍生式设计可优化产品结构，可能减少所用材料，还可以分析、寻找替代材料，从而提高产品性能。

衍生式设计的优势

衍生式设计不仅成本效益较高，还可助您工作得更好，以多种或显而易见、或出人意料的方式让设计和制造工作受益。采用衍生式设计可有以下优势：

降低成本：

以设计一个简单的金属或塑料部件为例，衍生式设计的优势在于可在数控制造或铸造工艺中使用更少的材料，同时还能保持结构的完整性和强度。将衍生式设计和增材制造相结合，可更快地制作出最佳设计方案的原型。时间就是金钱，这就意味着节省更多成本。

此外，如果在生产阶段将其与当今使用的更智能、更快速、响应更灵敏的新一代制造机器人相结合，衍生式设计也可节省成本。具体来说，衍生式设计对于优化机器人末端执行器（机器人手臂末端与环境互动的装置，例如铣刀或油漆枪）已产生早期影响，因而可让机器人单元的有效载荷效率更高。

提升性能：

除了去除不必要的材料之外，还可以换一个思路来考虑，将现有材料重新排序，或重新组装成新的形状，或者可以使用完全不同的材料，既让物体仍然保持原来的基本形状或尺寸，同时还能让它的性能更好。

让创新更好更快：衍生式设计并不是取代人类设计师，而是帮助他们。它就像个技能高超的实习生，会提出一些建议，引导设计走上新道路，在项目中各方面发现新做法。

整合零件：

通过衍生式设计，可将多个组成部分综合运用到单个零件中，从而降低装配成本、提高效率并简化供应链。

有助保护环境：

将衍生式设计与增材制造相结合可减少生产过程中的浪费；可减少制造设备的工作量从而提高能源效率；可使用更少（或更可持续）的材料，但同时获得更好的产品性能。可持续制造已深深融入衍生式设计技术的“基因”之中，有助于促进绿色制造和循环经济等概念的实施。