全球疫情加快數(shù)字化時(shí)代的到來，技術(shù)對(duì)企業(yè)的影響越來越大。呈指數(shù)級(jí)發(fā)展的新技術(shù)——人工智能 (AI)、自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、區(qū)塊鏈和第五代移動(dòng)通信技術(shù)(5G)之間交匯融合，產(chǎn)生了重塑業(yè)務(wù)模式、運(yùn)營流程、工作方式的力量。新技術(shù)與專業(yè)技術(shù)融合產(chǎn)生的智能設(shè)計(jì)也是數(shù)字化轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)創(chuàng)新應(yīng)用多年，深刻認(rèn)同增材制造是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)力，而數(shù)字化設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)型中不可或缺的方面，基于多年的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和思考沉淀，推出了“增材思維 數(shù)智未來”系列文章。

設(shè)計(jì)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(shè)備、制造、生產(chǎn)管理等方面得到很大的發(fā)展，有了先進(jìn)的自動(dòng)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(jì)上也上了幾個(gè)臺(tái)階。但是，筆者了解到，一些獨(dú)資企業(yè)的中國公司是沒有R&D部門的，只有技術(shù)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(yīng)性改型設(shè)計(jì)等工作。那些外資企業(yè)在高新技術(shù)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(shè)計(jì)創(chuàng)新、人才短缺、外部卡脖子等一系列挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻。在擁有先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和數(shù)字化管理系統(tǒng)的很多企業(yè)中，研發(fā)設(shè)計(jì)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(shí)候，而以智能化設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的研發(fā)數(shù)字化轉(zhuǎn)型將會(huì)是最有效的方法。

1）算法生成任意復(fù)雜度的幾何建?！崮?

隨著增材制造技術(shù)的進(jìn)步，很多具有優(yōu)秀性能的結(jié)構(gòu)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(fù)雜或不規(guī)則結(jié)構(gòu)。例如下圖所示的用數(shù)學(xué)函數(shù)定義的TPMS胞元結(jié)構(gòu)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(xué)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(jié)構(gòu)。再進(jìn)一步，可以用集成度更高的算法，實(shí)現(xiàn)零件級(jí)、部件級(jí)和產(chǎn)品級(jí)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)設(shè)計(jì)和建模。

圖 8 算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何自動(dòng)建模（動(dòng)圖來源：安世亞太）

2）仿真驅(qū)動(dòng)的智能快速動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)——提能

智能算法驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)完全是動(dòng)態(tài)的，無論是滿足幾何關(guān)系約束的運(yùn)動(dòng)，還是像真實(shí)物理世界的物體在力的作用下產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)或變形，都可以在設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)，過程中任意狀態(tài)的幾何模型都可以輸出。在這種動(dòng)態(tài)的智能設(shè)計(jì)過程中，仿真已經(jīng)成為真正的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和模擬實(shí)例

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

3）突破思維禁錮讓設(shè)計(jì)超越想象——提能

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)建模方式是工程師邊想邊畫，耗費(fèi)大量時(shí)間，如果想象不出來也不可能畫出來。工程師做設(shè)計(jì)通常做出3個(gè)方案備選，如果能出到10個(gè)設(shè)計(jì)方案那就是非常牛的頂級(jí)設(shè)計(jì)師了。但面向應(yīng)用問題的設(shè)計(jì)智能算法自動(dòng)設(shè)計(jì)出的結(jié)果數(shù)量卻遠(yuǎn)超人類最牛的設(shè)計(jì)師。如圖10 所示的自動(dòng)輪輻設(shè)計(jì)算法，通過5個(gè)參數(shù)，可以生成40萬種設(shè)計(jì)方案，其中會(huì)有很多讓人眼前一亮的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)。

圖 10 一個(gè)應(yīng)用算法可生成很多很多備選方案

4）算法無限次重用的設(shè)計(jì)自動(dòng)化——增效

如前面圖6所示的隨形水路設(shè)計(jì)智能算法可以無限次重復(fù)使用，智能算法會(huì)對(duì)不同的模具自動(dòng)計(jì)算生成合適的隨形水路（雙擊圖11觀看動(dòng)圖），算法生成的時(shí)間僅為幾分鐘。對(duì)比原來手工建模需要花費(fèi)的2小時(shí)至一天的時(shí)間，自動(dòng)設(shè)計(jì)效率提升可達(dá)10~100倍。

圖 11重復(fù)使用智能算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)（動(dòng)圖來源：安世亞太）

5）引導(dǎo)并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)正向設(shè)計(jì)——?jiǎng)?chuàng)新

前面提到，自動(dòng)化設(shè)計(jì)算法有較強(qiáng)的任務(wù)針對(duì)性，沒有普適的AI算法可以解決所有設(shè)計(jì)問題。每一個(gè)智能設(shè)計(jì)算法中都包含了任務(wù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則，這些規(guī)則需要從設(shè)計(jì)需求和設(shè)計(jì)的想法中提煉。這個(gè)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(shè)計(jì)算法是完全的正向設(shè)計(jì)過程。本節(jié)相關(guān)內(nèi)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(shè)計(jì)打通端到端的全數(shù)字化流程——降本增利

數(shù)字化智能設(shè)計(jì)的模式會(huì)給企業(yè)帶來很多的可能性，如非標(biāo)零部件在線定制，客戶參與設(shè)計(jì)的定制體驗(yàn)（雙擊圖12觀看動(dòng)圖），產(chǎn)品的多樣性、系列化帶來的營銷機(jī)會(huì)，大規(guī)模定制服務(wù)，等等。

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

企業(yè)如何開啟設(shè)計(jì)智能化的數(shù)字化轉(zhuǎn)型

1）從解決痛點(diǎn)/難點(diǎn)問題入手提能提效

設(shè)計(jì)智能化對(duì)于工業(yè)企業(yè)來說還是新事物，但這是未來的趨勢(shì)是非常確定的。先行的企業(yè)通常有一位具有遠(yuǎn)見卓識(shí)的領(lǐng)導(dǎo)，對(duì)新技術(shù)新趨勢(shì)敏感，對(duì)新事物持開放的態(tài)度，這很重要。其次，需要技術(shù)人員具有開放和積極的態(tài)度。第三需要確定起點(diǎn)，審查研發(fā)設(shè)計(jì)流程中有哪些需要人重復(fù)去做的事情，有哪些特別耗時(shí)費(fèi)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(diǎn)。然后嘗試用智能化設(shè)計(jì)方法去完成這些設(shè)計(jì)活動(dòng)，并評(píng)估自動(dòng)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(jià)值。

2）構(gòu)建設(shè)計(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型路線圖

要開啟設(shè)計(jì)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路，首先需要企業(yè)確定目標(biāo)愿景，然后根據(jù)之前的設(shè)計(jì)智能化試點(diǎn)項(xiàng)目積累的認(rèn)知，梳理設(shè)計(jì)活動(dòng)智能化的優(yōu)先級(jí)，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(zhuǎn)型最合適的路線。

3）做好全員準(zhǔn)備

智能技術(shù)的應(yīng)用有助于減少重復(fù)繁瑣的勞動(dòng)，提升研發(fā)設(shè)計(jì)效率，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力使很多人力難以做到的事情可以快速實(shí)現(xiàn)。但所有這些收益實(shí)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?cè)谛碌墓ぷ髂Ｊ较抡业阶约旱奈恢谩Ｓ浾咴诓稍L鹿班項(xiàng)目負(fù)責(zé)人樂乘時(shí)，談到設(shè)計(jì)師對(duì)人工智能設(shè)計(jì)的態(tài)度的對(duì)話，很值得參考（圖13）。

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

智能化設(shè)計(jì)展望

還是借用同濟(jì)x特贊設(shè)計(jì)與人工智能實(shí)驗(yàn)室范凌的《人工智能與設(shè)計(jì)的未來——2017設(shè)計(jì)與人工智能報(bào)告》的觀察分析（圖14）：需求測的極度細(xì)分的趨勢(shì)需要供給側(cè)的人工智能來匹配；在線/連接/交互的趨勢(shì)從信息在線，經(jīng)歷關(guān)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(xì)分技能的個(gè)體不斷涌現(xiàn)，平庸時(shí)代將會(huì)結(jié)束；未來的組織將是人/機(jī)交互的新組織，他們會(huì)把任務(wù)靈活地派發(fā)給外部人才，內(nèi)部人才，或機(jī)器自動(dòng)化地完成，通過建立機(jī)制把整個(gè)設(shè)計(jì)工作流程整合起來，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的任務(wù)完成路徑。

圖 14

當(dāng)智能設(shè)計(jì)時(shí)代來臨后，人類的技術(shù)與設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)工作不斷增加。引用《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》的話：技術(shù)摧毀舊的工作，但總是能夠創(chuàng)造更多新的工作。