毕设《生成设计》

本文关键词解释：

CAD=Computer Aided Design，即 计算机辅助设计。

即生成设计，英语原文Generative Design。

About Me

大家好，我是2020年毕业校友陈科，我对于生成设计和社会议题很感兴趣，而我认为我的毕业设计是整个大学时期最具挑战性的项目，是一个很好的结束，也是我对工业设计产生新的见解的开始，而现在我正在Innovation Design Engineering学习，也会时常会使用这个工具，不管是作为对于产品结构的分析，还是应用到类似于人和Ai的co-design，都是具有启示意义的。

什么是生成设计（Generative Design）？

生成设计常常被认为是优化设计(optimization)，或是有机的参数化设计，但是这样的定义并不准确。我个人对它的定义更像是以目的为导向的，借助数据模型为参考的设计。

也许我们能够从Sivam Krish的问题中有所思考：

A Way of Translating Computational Energy into Creative Energy？

Sivam Krish

或许在不同应用的场景对其的定义会不同，而我在毕业设计所需要的是结构的优化和造型生成，所以我对其的定义是：

“ Generative design is the designer’s pre-setting goals, finding contacts (reserving modules) and setting obstacles, and then subject to manufacturing methods, materials, forces and other constraints, and finally a series of results can be obtained.”

当然这只是当时我对生成设计最初浅的印象，是我对这种设计工具的初次尝试。

我在这里不想一味的吹嘘生成设计的神奇或者其万用性，但通过我的实践，发现了其相较于传统的设计方法的独特性，例如一个常规的过程：多人一起头脑风暴产生想法，然后进行草图建模，最后得出一个明确的设计方案，在每一个关节中都会有相应的障碍，比如草图的技巧，电脑CAD的技巧就会成为一种限制，还有是人脑的思维惯性，表达能力以至于计算能力都会成为重重障碍，这些在而不知不觉中压低了合理设计选择的数量，此时的电脑或者是软件实际上是拖累设计师的才能，反客为主成为了执行者。那如果设计师和电脑成为合作者呢？或是假设我们的计算机拥有更加强大的A.I.算法和无限的计算能力时，会发生什么呢？

在我的生成式设计实践中，我首先要先告知电脑哪些是不能做的，也就是给电脑制定一套障碍。但是通过这种“退让”，却可以换得更多可能性，而且同时还可以获得无限接近性能极限的结果。

为什么选择生成设计？

因为当时我选择了金属3D打印为毕业设计的主题，而且对于其在工业生产中应用抱有期待，在调研中找到了生成设计这一匹配的设计方法，也刚好有Autodesk Fusion这一免费的平台可以使用。而选择将咖啡机作为载体或者说是实验对象，不仅是因为我喜欢咖啡（浓缩咖啡制作过程对于各种参数都有严格的要求，而尝试去校正每个参数的过程充满了乐趣），而且是因为传统的压杆咖啡机（Figure 3）具有明显的机械结构，而且这样力是直接传导到咖啡冲煮腔的，尝试把这样一台十分传统，半个世纪都没有什么变化的机器让其“基因突变”，我感觉是一件十分刺激的事。

所以我希望通过生成设计能够带来结构优化、美学享受和现代的用户体验 这3方面的变化。

实验过程（EXP）

设计是从分析咖啡机每个组件的受力和活动范围开始的（Figure 4），然后尝试建立受力分析和工作原理模型（Figure 5）。

将触点（Retain Geometry）设置为两个部分，一个与手接触，另一个与Pin的接触，还需要考虑它们之间的角度和距离。下一步是根据工作原理设置障碍物的几何形状，还要考虑活动结构（如杠杆）的运动轨迹。有一种从3D到4D思维转换的感觉，于是围绕Pin轴出现了一圈障碍几何。

一开始得到的结果并不满意，但是经过不断的参数调整，造型逐渐不断优化。本项目旨在研究设计过程，因此没有生产数量或规定的生产设备参数要求。 三种加工限制——无限制、addictive和五轴切割，安全系数设置为2和3，最后发展到第13代（Figure 6），几乎是一个令人满意的结果。

与之前的拉杆和手柄不同，旋钮（Figure 6）更注重打造独特的有机造型，我设想将其设计为中心对称的轮毂形状。受到汽车轮毂设计方法的启发，将圆环分切为三等份，取其中一份进行受力分析，这样就可以控制幅的数量，结构也看起来更加有力。

紧接着就是把实验得出的设计经验应用于整台咖啡机，进行迭代设计（figure 8 和 9）。

模型制作

其实模型的大部分制作是在毕业之后完成的（包括最大的底座），采用了钛合金（TC4）而且因为其尺寸也超过了打印限制，所以其实是分成了3块，然后进行焊接。（Figure 10）

其余的制作没有太多的困难，主要采用的是CNC加工铝，采用螺栓和卡接的方式固定。（Figure 11 和 12）

设计与达成

这是纯粹的探索，所以几乎没有商业和成本的考量，而是对设计方法探索（美学，结构优化和用户体验提升）（Figure 13），在可预见的未来，生成设计将更多地作为辅助参考，不同于现在的CAD，它将是一个有思维能力的共同创造者。当然，与科幻电影不同，它不会仅凭一个想法就创造出我们想要的形象。相反，它将更像一个处理器，获取和匹配外部信息。只有你不断地向它“喂”信息，它才能准确地理解你的意图，并在设计过程中发挥积极的作用。

后续和发展

直到现在，生成设计依旧是我在做设计时选择的工具之一，而且也进一步发展了其在定制化方面的潜能，例如我在最近RCA的Grand Challenge项目中使用生成设计生成根据海底地貌，物种和个性的人工珊瑚坟墓，有效的使用同等的材料（骨灰混合物）制作更大的结构，可以组成家庭树和造型更加贴合海床等。

所以这次毕业设计对我来说是一次很好的技术尝试，我也不认为当时的设计是完美的，所以这就是把它称作prototype 1的原因，我想在未来还会有prototype 2，3。

当然作为一篇毕业设计分享和回顾，很感谢FREEZhao的指导和时间（有大半年的时间来探索一个之前自己都不了解的领域），还有就是关于软件Autodesk Fusion，个人认为不管是特殊功能（如Generative Design），还是模拟，都是结合设计和工程很平衡的一款软件，而且学生可以免费使用，相比于*版的犀牛（都应该有所体验吧）要好太多。

最后，很感谢大家可以看完我的分享，祝大家好运！