全球疫情加快数字化时代的到来，技术对企业的影响越来越大。呈指数级发展的新技术——人工智能 (AI)、自动化、物联网 (IoT)、区块链和第五代移动通信技术(5G)之间交汇融合，产生了重塑业务模式、运营流程、工作方式的力量。新技术与专业技术融合产生的智能设计也是数字化转型的重要发展方向之一。安世亚太公司深耕数字化仿真、正向设计创新应用多年，深刻认同增材制造是制造业数字化转型的驱动力，而数字化设计是转型中不可或缺的方面，基于多年的项目经验和思考沉淀，推出了“增材思维 数智未来”系列文章。

设计智能化如何赋能企业

改革开放40多年来，我国的制造业在设备、制造、生产管理等方面得到很大的发展，有了先进的自动化生产线、有了ERP等数字化管理系统，使企业有能力承接大量的制造订单，经济上也上了几个台阶。但是，笔者了解到，一些独资企业的中国公司是没有R&D部门的，只有技术部主要解决生产问题，即使有研发部，也主要是做些适应性改型设计等工作。那些外资企业在高新技术方面一直是想制约我们发展的。特别是近年来，我国工业企业面临的产品正向设计创新、人才短缺、外部卡脖子等一系列挑战更加严峻。在拥有先进生产设备和数字化管理系统的很多企业中，研发设计环节甚至成为制约企业发展的瓶颈。现在已经到了研发提能提效迫在眉睫的时候，而以智能化设计驱动的研发数字化转型将会是最有效的方法。

1）算法生成任意复杂度的几何建模——提能

随着增材制造技术的进步，很多具有优秀性能的结构可以用在产品中。传统CAD交互式建模方式很难画出形状复杂或不规则结构。例如下图所示的用数学函数定义的TPMS胞元结构建模背后的支撑都是算法，通过相同的算法逻辑、不同的数学函数以及参数的变化，就可以生成符合特定性能需求的胞元结构。再进一步，可以用集成度更高的算法，实现零件级、部件级和产品级结构的自动设计和建模。

图 8 算法实现复杂几何自动建模（动图来源：安世亚太）

2）仿真驱动的智能快速动态设计——提能

智能算法驱动的设计完全是动态的，无论是满足几何关系约束的运动，还是像真实物理世界的物体在力的作用下产生的运动或变形，都可以在设计过程中实现，过程中任意状态的几何模型都可以输出。在这种动态的智能设计过程中，仿真已经成为真正的驱动设计的工具，力可以直接用来塑造形状，就像大自然一样。

图 9 快速动态设计和模拟实例

（上动图来源：KilianMonszpartMitra，下动图来源：安世亚太）

3）突破思维禁锢让设计超越想象——提能

传统设计建模方式是工程师边想边画，耗费大量时间，如果想象不出来也不可能画出来。工程师做设计通常做出3个方案备选，如果能出到10个设计方案那就是非常牛的顶级设计师了。但面向应用问题的设计智能算法自动设计出的结果数量却远超人类最牛的设计师。如图10 所示的自动轮辐设计算法，通过5个参数，可以生成40万种设计方案，其中会有很多让人眼前一亮的设计呈现。

图 10 一个应用算法可生成很多很多备选方案

4）算法无限次重用的设计自动化——增效

如前面图6所示的随形水路设计智能算法可以无限次重复使用，智能算法会对不同的模具自动计算生成合适的随形水路（双击图11观看动图），算法生成的时间仅为几分钟。对比原来手工建模需要花费的2小时至一天的时间，自动设计效率提升可达10~100倍。

图 11重复使用智能算法实现自动设计（动图来源：安世亚太）

5）引导并实现系统级正向设计——创新

前面提到，自动化设计算法有较强的任务针对性，没有普适的AI算法可以解决所有设计问题。每一个智能设计算法中都包含了任务相关的设计规则，这些规则需要从设计需求和设计的想法中提炼。这个抽取提炼规则的过程就是MBSE的过程。从需求——规则——智能设计算法是完全的正向设计过程。本节相关内容涉及更深层次的话题，将在未来有专题讨论。

6）数字化设计打通端到端的全数字化流程——降本增利

数字化智能设计的模式会给企业带来很多的可能性，如非标零部件在线定制，客户参与设计的定制体验（双击图12观看动图），产品的多样性、系列化带来的营销机会，大规模定制服务，等等。

图 12 端到端全数字化平台示例（上图：ProtiQ，下图：shapelamp）

企业如何开启设计智能化的数字化转型

1）从解决痛点/难点问题入手提能提效

设计智能化对于工业企业来说还是新事物，但这是未来的趋势是非常确定的。先行的企业通常有一位具有远见卓识的领导，对新技术新趋势敏感，对新事物持开放的态度，这很重要。其次，需要技术人员具有开放和积极的态度。第三需要确定起点，审查研发设计流程中有哪些需要人重复去做的事情，有哪些特别耗时费力的事情，如果这些工作在研发中的占比较高，就可以以此作为起始点。然后尝试用智能化设计方法去完成这些设计活动，并评估自动化带来的能力和效率的提升，以及其他的可量化和不可量化的价值。

2）构建设计数字化转型路线图

要开启设计的数字化转型之路，首先需要企业确定目标愿景，然后根据之前的设计智能化试点项目积累的认知，梳理设计活动智能化的优先级，此外，企业还需寻求专业人员的支持，和专业人员共同规划数字化转型最合适的路线。

3）做好全员准备

智能技术的应用有助于减少重复繁琐的劳动，提升研发设计效率，计算机强大的计算能力使很多人力难以做到的事情可以快速实现。但所有这些收益实现的前提是得到企业所有人的全力支持，要消除员工的顾虑，帮助他们在新的工作模式下找到自己的位置。记者在采访鹿班项目负责人乐乘时，谈到设计师对人工智能设计的态度的对话，很值得参考（图13）。

图 13 UX COFFEE 和乐乘的对话（图片截取自：uisde.com）

智能化设计展望

还是借用同济x特赞设计与人工智能实验室范凌的《人工智能与设计的未来——2017设计与人工智能报告》的观察分析（图14）：需求测的极度细分的趋势需要供给侧的人工智能来匹配；在线/连接/交互的趋势从信息在线，经历关系在线、物的在线，逐步发展为各类技能在线，最终将是心和脑的在线——人工智能/AI；伴随着具有不可被取代的超细分技能的个体不断涌现，平庸时代将会结束；未来的组织将是人/机交互的新组织，他们会把任务灵活地派发给外部人才，内部人才，或机器自动化地完成，通过建立机制把整个设计工作流程整合起来，实现最优的任务完成路径。

图 14

当智能设计时代来临后，人类的技术与设计工作更少了还是更多了呢？我们回看Photoshop出现后的20年，清晰地看到，印刷和排字工作被摧毁，但是数量更多的平面设计工作不断增加。引用《经济学人》的话：技术摧毁旧的工作，但总是能够创造更多新的工作。