新设计来自一个人还是过程？我们可能会想象，创新者设想了一种设计，然后拿起铅笔将他们的想法栩栩如生。当然，当今的设计师和工程师可能不会使用铅笔，他们可能没有最终的设计思想。相反，一些设计师使用了为他们提出新想法的过程 - 一种被称为的方法论生成设计（（参考。1）。生成设计是基于规则的设计过程的伞术语，通常由计算软件提供动力，该计算软件生成遵循其规则的表单。今天，我们讨论了基于方程式的建模过程，以基于用户定义的规则和值生成新颖的铅笔支架设计。
铅笔，过程和生成设计的点
人们是生成设计过程的核心，铅笔仍然很有用，就像自从他们熟悉的设计首先出现以来一样16Th世纪英格兰，他们帮助牧羊人跟踪绵羊。随后将有无数的铅笔（和支持铅笔的想法）。但是请注意，直到19日中期才Th世纪铅笔附着在橡皮面上呢
嘿，你们两个应该聚在一起！第一批现代石墨铅笔出现在16Th世纪，而橡胶橡胶是18岁Th世纪发明。在将橡皮擦固定在铅笔上之前，几十年来。
事后看来，很容易想知道为什么没有人想到早日将橡皮擦添加到铅笔上。擦除工具似乎是对写作工具的显而易见的补充，但是当我们可能期望它们时，新想法并不一定会出现。这种难以捉摸的人类创造力是生成设计如此强大的原因之一：它可以帮助我们更快地发现更好的想法。
生成设计，拓扑优化和现场驱动设计
生成设计的核心是基于规则的生产形式的过程。指导项目的人设置了生成过程的规则，包括将塑造所需结果的值。然后，该过程使用这些值来生成遵守其规则的表单。至关重要的是，设计师不会提前创建正式选项，然后使用该过程来评估它们。相反，该过程本身生成了多个正式选项。然后，用户可以考虑哪些选项（所有遵循用户定义的规则）最能实现项目的更广泛目标。
由跨学科团队创建的书籍，是设计师在生成设计过程中的作用的示意图生成性盖斯塔尔顿。Hartmut Bohnacker的图像，获得许可CC由3.0， 通过Wikimedia Commons。
生成设计方法非常适合3D建模和其他添加剂制造技术，这些技术可以将材料塑造成非正统但功能性的形式。其他术语，例如现场驱动设计和拓扑优化，用于描述生成设计方法在工程问题上的各种应用。现场驱动设计的字段可以包含用户定义的边界条件和模拟值，以确定指导生成过程的规则。各种术语有助于描述设计师在设定规则以指导生成过程的优先事项。
能形几何形状的生成设计。
这无人机的拓扑优化设计，显示负载下的模拟位移。
在一个数字工程文章，Comsol的KristianEjlebjærgJensen解释说：
“拓扑优化和生成设计之间的基本差异在于，拓扑优化是由问题的物理学驱动的，而生成设计则由设计师自己的选择和要求更直接地控制。”
下面的动画显示了拓扑优化如何迭代针对无人机结构的僵硬且轻巧的设计。
为无人机说明了拓扑优化的过程。设计人员可以更改音量分数和最小长度比例。设计师对设计没有其他明确的控制，因此最终形式主要由两个负载案例的细节决定。
仿真软件如何支持生成设计
仿真软件建立在有限元分析（FEA）基础上，可以支持生成设计方法。ComsolMultiphysics®软件中的求解器解释了方程式，表达式和其他数学描述，以帮助生成模型。通过调整这些输入，您可以启动针对特定优先级的生成设计过程。
例如，指导拓扑优化的规则可以优先考虑有效利用材料来提供结构完整性。拓扑优化还可以帮助工程师设计3D打印的声学室，用于气态光谱或者微层结构以吸收声音。
虽然拓扑优化可以生成符合某些目标的设计，但其他相关优先级可能会有利于另一种正式解决方案。考虑一下模拟散热器设计如下所示，这些是使用优化模块，一个附加comsol多物理学。左侧的设计是由参数优化，产生均匀尺寸和间隔的热分散鳍。拓扑优化采用了更详细，更限制的生成过程，它产生了右侧显示的复杂形式。
由参数（左）和拓扑（右）优化产生的散热器设计。图片由弗里茨·兰格（Fritz Lange）提供。
哪种设计更好？正如EjlebjærgJensen在上面的引文中所说，答案取决于“设计师的选择和要求”。也许更简单的形式效率较低，但生产较便宜。这可能是该项目总体目标的更相关的指标。即使基于规则的流程生成新颖的形式，设计师的优先事项仍然必须指导生成设计的过程。
考虑到这一点，让我们考虑一个铅笔持有器型号，该模型演示了Comsol®软件如何赋予您自己的生成，现场驱动的设计过程。
铅笔支架的现场驱动设计
这铅笔支架模型的现场驱动设计通过使用COMSOL多物理学的强大数学表达能力，演示了一种将基于方程式建模用于生成设计的方法。
铅笔支架的几何形状包括用于构建域的六个参数表面。其余几何形状由基于方程式的建模来定义，并通过挤出映射的网格进行网状。
一个立方元素的网格（如左图）定义了铅笔支架的几何形状。
以基于方程的建模形式发电
这系数形式PDE接口用于定义Helmholtz过滤器，它在边界上产生两个平滑场。（通过此界面了解更多有关数据过滤的信息以前的博客文章。）然后使用拉普拉斯方程将边界值传递到音量。最后，将字段组合成一个分析表达式，该表达式定义了几何形状。设计人员可以改变PDE和/或表达式的参数以生成不同的形式，如下面的动画所示。
动画显示了更改三个值的效果：体积分数（空间上），控制牙套角度的参数以及上和下边缘的高度。
最终字段可以作为STL文件导出，然后作为网格部分导入以进行进一步分析。
用于STL出口的铅笔支架。右侧的图像显示了木材纹理，材料渲染Comsol®软件内置的功能。
在铅笔支架的示例中，该设计由一个或多或少的分析范围驱动。但是，Comsol多物理学将允许您使用其他场地数量，例如压力，流体速度或电场来推动设计。可能性几乎是无尽的。
生成的铅笔支架设计的3D打印版本。
下一步
通过下面的按钮下载铅笔支架的教程模型来开始生成设计：
进一步阅读生成设计
参考
- K. Wong，“优化或生成？”数字工程，2021年，https://www.digitalengineering247.com/article/optimize-orgenerate/
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