衍生式设计是一种过度炒作的概念？下面的实例可以改变您的想法

我个人认为，衍生式设计是制造业过去20多年最令人兴奋的发展。如果这听上去有点夸大其词，或者您对衍生式设计缺乏认同，下面几个实例或许可以打开一点您的思路。

但首先，我得澄清一下衍生式设计是什么，以及不是什么。拓扑优化是一种经常与衍生式设计相混淆的技术。拓扑优化所做的是衍生式设计能够做到的重要但很小的一部分。由于两者的混淆，我们很容易错过衍生式设计的革命性潜力。

那么，两者的区别在哪里？

一般而言，拓扑优化采用以传统方法开发的现有设计，并且尝试通过后处理算法对它进行“优化”。拓扑优化最常用的方法是从设计中剔除材料，然后通过仿真来验证它，揭示出仍然满足最小性能特征的最细微的迭代。出于这个原因，它是简化现有设计的有用过程，但它不是探索解决问题的替代方案的手段。拓扑优化不是衍生式设计。

“任何通过传统手段开发的给定设计本质上是工程师对如何解决问题的最接近的猜测。”

拓扑优化没有考虑的是，任何通过传统方法开发的给定设计本质上是工程师对如何解决问题的最接近的猜测。在几何体已经预定的情况下，优化算法已经受到过度限制，无法找到问题的最佳和最“最优化”的答案。算法这时唯一可以做的就是接受设计师的猜测并把它变得略微好一些。结果可能是由智能工程驱动的一个很好的猜测 — 但这有可能不是最好的结果。如果是这种情况，拓扑优化所能做的就是把次优的猜测逐渐地做得更好。

另一方面，衍生式设计消除了几何创建过程中的猜测。通过衍生式设计，您基本上可以告诉计算机：“我不知道解决方案，但我确实知道如何框定问题。”您通过捕获制约因素（例如加载或安装点）和建立优选项（例如重量、安全因素和制造技术）开始这一进程。

从这里开始，衍生式设计利用云的功率和速度来探索每个几何选项，根据材料、制造工艺和性能要求返回数百个（如果不是数千个）选项。一旦了解了解决设计问题的无数方法，您就可以决定哪些选项对您的项目最有意义。

人类工程师总是有意或无意地考虑制造的限制因素。计算机就没有这种由来已久的偏见，因此它可以产生人类大脑永远不会想到的各种设计解决方案。而这又是为什么真正的衍生式设计完全不同于拓扑优化的原因，拓扑优化采用完全成形的人类设计理念（及其所有偏见）并使它略微好些。

如果真正的衍生式设计作出的承诺听起来有点牵强，那么请注意以下现实世界中的例子。通用汽车、克劳迪斯彼得斯、空中客车及其他公司已经将这项技术应用于从设计探索到零件整合的各个方面。

通用汽车的工程师正在使用衍生式设计来重新设计安全带支架，这个只有单部件组成的安全带支架取代了八件式组件，其重量减轻了40%，强度提高了20%。因为从外面看不到这个支架，所以形状或美观不是优先考虑的因素。重点是重量、安全性、部件数目减少、可持续性和可制造性。减少部件数目的制造、跟踪和组装的相关好处为这一过程带来了巨大的节省和简化。

另一家通过衍生式设计寻求改进的是克劳迪斯彼得斯项目公司。克劳迪斯彼得斯于100多年前成立，生产并委托制作石膏、水泥、煤炭、氧化铝和散装处理等行业的材料装卸和处理系统。克劳迪斯彼得斯的团队正在使用衍生式设计来重新构思一些特大型设备的设计和制造。在衍生式设计成果的激发之下，团队正在对这些成果进行逆向工程，产生出可使用传统制造方法制作的新设计。改进后的设计将使设备的重量减少约25%，并消除了过去曾造成问题的薄弱环节。

欧洲航空航天公司空中客车使用衍生式设计来探索飞机客舱隔板的数千种变化。由此产生的设计重量仅为之前的一半，这节省了数百万美元的燃料成本，同时仍然能满足所有安全要求。事实证明，新设计比以往几十年来飞机使用的隔板更结实，性能更好。

在下面的视频中，您可以看到闪电摩托车公司如何使用衍生式设计来重新设计摩托车后悬架的主要部件 — 摆臂。

拓扑优化不可能实现这些结果：只有对所有有效选项进行了真正不同的探索之后，才能找到最佳结果。通用汽车、克劳迪斯彼得斯、空客和闪电摩托车都没有从几何体开始。他们从问题和期望的结果开始，然后把计算工作留给计算机去做。

任何工程活动的最终目标是在给定的设计任务的性能和成本之间取得恰当的平衡。然而工程师花在任何设计问题上的时间和精力都是有限的。计算机就没有这些限制，因此它可以去探索每一个有效选项。借助于增材制造和其他先进的制造技术，我们最终可以制作出所有这些选项。至少，这是我有生以来制造能力第一次远远超过了设计能力。

如今，太多的集体式工程思维被浪费在不能带来创新产品的平凡的任务上。衍生式设计则利用计算机完成大部分“思考”，让工程师解放出来，把他们的脑力用于创新 — 解决尚未解决的问题。

衍生式设计需要改变思维定式，但想象一下全世界的设计师和工程师可以把能解决大量问题的计算机作为实际的伙伴而​​不仅仅是一种工具就令人感到激动。新的想法将迸发出来，制造商将以更少的时间、更低的成本和更高的创新程度提供比以往更多的产品。

未来的衍生式设计其实已经到来。每个设计师和工程师现在能够获得的计算能力比七年前地球上存在的计算能力不知要多出多少。我们需要问自己的重要的问题是，您会用它来做什么？