全球疫情加快數(shù)字化時代的到來，技術對企業(yè)的影響越來越大。呈指數(shù)級發(fā)展的新技術——人工智能 (AI)、自動化、物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、區(qū)塊鏈和第五代移動通信技術(5G)之間交匯融合，產(chǎn)生了重塑業(yè)務模式、運營流程、工作方式的力量。新技術與專業(yè)技術融合產(chǎn)生的智能設計也是數(shù)字化轉型的重要發(fā)展方向之一。安世亞太公司深耕數(shù)字化仿真、正向設計創(chuàng)新應用多年，深刻認同增材制造是制造業(yè)數(shù)字化轉型的驅動力，而數(shù)字化設計是轉型中不可或缺的方面，基于多年的項目經(jīng)驗和思考沉淀，推出了“增材思維 數(shù)智未來”系列文章。

設計智能化如何賦能企業(yè)

改革開放40多年來，我國的制造業(yè)在設備、制造、生產(chǎn)管理等方面得到很大的發(fā)展，有了先進的自動化生產(chǎn)線、有了ERP等數(shù)字化管理系統(tǒng)，使企業(yè)有能力承接大量的制造訂單，經(jīng)濟上也上了幾個臺階。但是，筆者了解到，一些獨資企業(yè)的中國公司是沒有R&D部門的，只有技術部主要解決生產(chǎn)問題，即使有研發(fā)部，也主要是做些適應性改型設計等工作。那些外資企業(yè)在高新技術方面一直是想制約我們發(fā)展的。特別是近年來，我國工業(yè)企業(yè)面臨的產(chǎn)品正向設計創(chuàng)新、人才短缺、外部卡脖子等一系列挑戰(zhàn)更加嚴峻。在擁有先進生產(chǎn)設備和數(shù)字化管理系統(tǒng)的很多企業(yè)中，研發(fā)設計環(huán)節(jié)甚至成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸?，F(xiàn)在已經(jīng)到了研發(fā)提能提效迫在眉睫的時候，而以智能化設計驅動的研發(fā)數(shù)字化轉型將會是最有效的方法。

1）算法生成任意復雜度的幾何建模——提能

隨著增材制造技術的進步，很多具有優(yōu)秀性能的結構可以用在產(chǎn)品中。傳統(tǒng)CAD交互式建模方式很難畫出形狀復雜或不規(guī)則結構。例如下圖所示的用數(shù)學函數(shù)定義的TPMS胞元結構建模背后的支撐都是算法，通過相同的算法邏輯、不同的數(shù)學函數(shù)以及參數(shù)的變化，就可以生成符合特定性能需求的胞元結構。再進一步，可以用集成度更高的算法，實現(xiàn)零件級、部件級和產(chǎn)品級結構的自動設計和建模。

圖 8 算法實現(xiàn)復雜幾何自動建模（動圖來源：安世亞太）

2）仿真驅動的智能快速動態(tài)設計——提能

智能算法驅動的設計完全是動態(tài)的，無論是滿足幾何關系約束的運動，還是像真實物理世界的物體在力的作用下產(chǎn)生的運動或變形，都可以在設計過程中實現(xiàn)，過程中任意狀態(tài)的幾何模型都可以輸出。在這種動態(tài)的智能設計過程中，仿真已經(jīng)成為真正的驅動設計的工具，力可以直接用來塑造形狀，就像大自然一樣。

圖 9 快速動態(tài)設計和模擬實例

（上動圖來源：KilianMonszpartMitra，下動圖來源：安世亞太）

3）突破思維禁錮讓設計超越想象——提能

傳統(tǒng)設計建模方式是工程師邊想邊畫，耗費大量時間，如果想象不出來也不可能畫出來。工程師做設計通常做出3個方案備選，如果能出到10個設計方案那就是非常牛的頂級設計師了。但面向應用問題的設計智能算法自動設計出的結果數(shù)量卻遠超人類最牛的設計師。如圖10 所示的自動輪輻設計算法，通過5個參數(shù)，可以生成40萬種設計方案，其中會有很多讓人眼前一亮的設計呈現(xiàn)。

圖 10 一個應用算法可生成很多很多備選方案

4）算法無限次重用的設計自動化——增效

如前面圖6所示的隨形水路設計智能算法可以無限次重復使用，智能算法會對不同的模具自動計算生成合適的隨形水路（雙擊圖11觀看動圖），算法生成的時間僅為幾分鐘。對比原來手工建模需要花費的2小時至一天的時間，自動設計效率提升可達10~100倍。

圖 11重復使用智能算法實現(xiàn)自動設計（動圖來源：安世亞太）

5）引導并實現(xiàn)系統(tǒng)級正向設計——創(chuàng)新

前面提到，自動化設計算法有較強的任務針對性，沒有普適的AI算法可以解決所有設計問題。每一個智能設計算法中都包含了任務相關的設計規(guī)則，這些規(guī)則需要從設計需求和設計的想法中提煉。這個抽取提煉規(guī)則的過程就是MBSE的過程。從需求——規(guī)則——智能設計算法是完全的正向設計過程。本節(jié)相關內容涉及更深層次的話題，將在未來有專題討論。

6）數(shù)字化設計打通端到端的全數(shù)字化流程——降本增利

數(shù)字化智能設計的模式會給企業(yè)帶來很多的可能性，如非標零部件在線定制，客戶參與設計的定制體驗（雙擊圖12觀看動圖），產(chǎn)品的多樣性、系列化帶來的營銷機會，大規(guī)模定制服務，等等。

圖 12 端到端全數(shù)字化平臺示例（上圖：ProtiQ，下圖：shapelamp）

企業(yè)如何開啟設計智能化的數(shù)字化轉型

1）從解決痛點/難點問題入手提能提效

設計智能化對于工業(yè)企業(yè)來說還是新事物，但這是未來的趨勢是非常確定的。先行的企業(yè)通常有一位具有遠見卓識的領導，對新技術新趨勢敏感，對新事物持開放的態(tài)度，這很重要。其次，需要技術人員具有開放和積極的態(tài)度。第三需要確定起點，審查研發(fā)設計流程中有哪些需要人重復去做的事情，有哪些特別耗時費力的事情，如果這些工作在研發(fā)中的占比較高，就可以以此作為起始點。然后嘗試用智能化設計方法去完成這些設計活動，并評估自動化帶來的能力和效率的提升，以及其他的可量化和不可量化的價值。

2）構建設計數(shù)字化轉型路線圖

要開啟設計的數(shù)字化轉型之路，首先需要企業(yè)確定目標愿景，然后根據(jù)之前的設計智能化試點項目積累的認知，梳理設計活動智能化的優(yōu)先級，此外，企業(yè)還需尋求專業(yè)人員的支持，和專業(yè)人員共同規(guī)劃數(shù)字化轉型最合適的路線。

3）做好全員準備

智能技術的應用有助于減少重復繁瑣的勞動，提升研發(fā)設計效率，計算機強大的計算能力使很多人力難以做到的事情可以快速實現(xiàn)。但所有這些收益實現(xiàn)的前提是得到企業(yè)所有人的全力支持，要消除員工的顧慮，幫助他們在新的工作模式下找到自己的位置。記者在采訪鹿班項目負責人樂乘時，談到設計師對人工智能設計的態(tài)度的對話，很值得參考（圖13）。

圖 13 UX COFFEE 和樂乘的對話（圖片截取自：uisde.com）

智能化設計展望

還是借用同濟x特贊設計與人工智能實驗室范凌的《人工智能與設計的未來——2017設計與人工智能報告》的觀察分析（圖14）：需求測的極度細分的趨勢需要供給側的人工智能來匹配；在線/連接/交互的趨勢從信息在線，經(jīng)歷關系在線、物的在線，逐步發(fā)展為各類技能在線，最終將是心和腦的在線——人工智能/AI；伴隨著具有不可被取代的超細分技能的個體不斷涌現(xiàn)，平庸時代將會結束；未來的組織將是人/機交互的新組織，他們會把任務靈活地派發(fā)給外部人才，內部人才，或機器自動化地完成，通過建立機制把整個設計工作流程整合起來，實現(xiàn)最優(yōu)的任務完成路徑。

圖 14

當智能設計時代來臨后，人類的技術與設計工作更少了還是更多了呢？我們回看Photoshop出現(xiàn)后的20年，清晰地看到，印刷和排字工作被摧毀，但是數(shù)量更多的平面設計工作不斷增加。引用《經(jīng)濟學人》的話：技術摧毀舊的工作，但總是能夠創(chuàng)造更多新的工作。