推荐：2023年最佳衍生式设计软件

你无需了解如何进行设计，只需要明确自己的需求，并告知软件相关限制条件，它将为你提供所需的解决方案，这就是衍生式设计所做的事情。

衍生式设计（Generative Design），又称为"生成式设计"，是一项人工智能技术，能够显著改善产品性能、提高工作效率并降低成本。它通过一系列规则或算法，将需求和限制条件转化为自动化设计的解决方案。利用计算机的处理能力和优化算法，衍生式设计能够为用户提供符合要求的最佳设计方案。

衍生式设计可广泛应用于生产制造领域，包括：

• 消费产品
• 汽车零件
• 航空航天
• 工业机械
• 建筑产品
• 医疗产品
  

传统的3D设计软件主要依靠参数驱动、约束来完成模型设计。然而，衍生式设计采用了完全不同的思路。用户输入的参数并非具体的尺寸，而是目标产品的性能、空间要求、材料、重量、制造方法和成本等参数，通过这些参数生成最终的3D模型。
此外，衍生式设计与拓扑优化有着明显的区别，尽管它们很容易被混淆。拓扑优化的作用是在工程师完成某一设计之后，从原始解决方案中去除材料，进行优化改进。而衍生式设计则不需要一个原始解决方案，而是根据你提的要求给出全新的解决方案。
为了让大家更好地了解当前可用的各种衍生式设计工具，我们编制了一份非常详细的软件清单。该清单包括独立的衍生式设计软件，以及其他软件中包含的衍生式设计扩展模块。
NTop

nTop（前身为nTopology）是一款面向增材制造的高效设计平台，它使你能够根据特定要求创建自己的生成算法。该公司旨在为用户提供具备必要控制级别的工具，以便你能够更快、更高效地进行迭代。生成式设计包含三个核心组成部分：几何图形生成、基于约束和要求的设计优化，以及自动化设计循环。
nTop建立在独特的隐式建模引擎之上。在隐式建模中，3D几何被定义为数学函数，而不是外部表面和边缘。这使得工程师能够快速生成复杂的结构，例如晶格或厚度可变的壳体，并同时提供了所需的可靠性，以支持自动化设计循环。
最后，该软件具备设计自动化功能，使工程师能够构建可重复使用的流程。当输入变量发生变化时，这些流程将自动重新运行。这样，你可以快速进行迭代，并自动生成多个候选设计，并根据工程要求进行评估。
Fusion 360

Fusion 360是由Autodesk开发的基于云的3D建模软件，将CAD、CAM和CAE工具整合到一个统一的平台中。Autodesk的生成设计技术是Fusion 360软件的可选扩展，已迅速成为产品设计师和工程师首选的衍生式设计解决方案，通过根据制造约束、成本和需求同时生成多个解决方案，实现快速设计探索，满足产品性能要求。
Fusion 360的衍生式设计工具可根据定义的规范提供制造结果，以实现减轻重量、改善性能和整合零件的目标。此外，它还提供模拟工具，用于评估现实应用场景并降低原型制作成本。
2022年，Autodesk发布了Fusion 360中全新的衍生式设计工具的预览版，能够让你在工作流程的早期阶段探索备选设计。自动建模工具使你能够快速创建和考虑多个设计备选方案，以连接设计中的两个或多个面。这些新工具旨在提高用户在早期设计过程中的创造力和生产力。
Ansys Discovery

Discovery是Ansys推出的一款功能强大的软件，具备仿真驱动设计功能。该软件非常适用于需要除设计外，还需要具备气流、流体流动或热管理等功能的电机、硬件和机械零件等的衍生式设计。Discovery将即时物理模拟和交互式几何建模融合于单一平台。
通过改变设计约束、负载条件和允许区域，Discovery可以生成可转换为用于增材制造的CAD准备模型的设计。工程师能够在短时间内探索各种几何形状、材料和物理输入，以获得产品的最佳拓扑结构。
Discovery能够在设计过程的早期阶段解决关键的设计问题。这种前期仿真方法可以节省原型设计的时间和精力，因为你可以实时探索多个设计概念，而无需等待仿真结果的反馈。

CATIA

CATIA是一套用于计算机辅助设计、制造、工程、3D建模和产品生命周期管理的多平台软件套件。在这个强大的平台中，包含了生成设计工程（Generative Design Engineering，GDE）功能。GDE将生成式设计定义为一种使用AI软件和云计算生成优化3D模型的迭代工程过程。
与自动生成设计备选方案的选项不同，GDE提供了一种多步骤、多部门的方法来设定边界条件。它针对大型汽车制造商等组织，这些组织中工程和设计是一个多学科过程，设计师可能没有优化组件材料或制造方法方面的专业知识。
该工具使非专业设计人员能够根据功能规范自动生成优化的概念部件。从基本形状模型开始，验证其整体功能，然后提供功能规格，例如材料、空间、负载、减重目标和制造工艺。
Creo

Creo软件将生成式设计定义为一种利用人工智能根据一组系统设计要求自主创建最佳设计的3D CAD功能。在Creo的传统CAD软件中，这一扩展被称为生成式设计扩展 (GDX) 。基于云的GDX扩展允许同时创建多个项目，使用不同的材料和生产场景。它突出显示最佳选项，使用户更轻松地审查和评估设计。
在Creo的设计环境中，该软件能够生成高质量、低成本和可制造的设计，而且比竞争对手的时间更短。Creo的生成式设计扩展已完全集成到CAD/PLM/模拟环境中。其他软件解决方案需要导入和导出载荷工况和几何形状。而PTC将解决方案完全集成到Creo中，成为从概念到模拟再到生产的设计工作流程的无缝组成部分。
NX

西门子开发的NX软件适用于各种制造应用，包括增材制造、CNC加工、机器人技术和质量控制。西门子还提供Simcenter HEEDS，这是一种生成式设计解决方案，可以将NX CAD几何与Simcenter CAE仿真无缝集成，以实现优化设计的创建。
然后可以通过3D打印实现这些优化的设计选项。NX软件包括一系列用于高效构建准备的工具，如支撑结构生成以及有效的零件放置和对齐。此外，NX促进零件仿真，并与多种打印技术无缝连接，包括粉末床、FDM、多材料和多轴系统。
在给定工程师定义的一组约束下，该技术会自动生成许多替代设计。借助NX，可以获取扫描数据或拓扑优化结果，并在单一环境中与传统CAD模型直接进行修改。这套全面的功能使制造商能够简化流程，实现最佳设计成果，并利用增材制造的优势。
OptiStruct

OptiStruct由Altair开发，是一种基于结构分析的优化解决方案。OptiStruct拥有超过二十年的历史，是一种结合了结构分析和优化的软件解决方案，可以优化设计的零件。它为线性和非线性分析提供支持，考虑力和位移之间的关系，无论它们是线性的还是非线性的。非线性关系可能源于独特的零件几何形状、材料特性或接触相互作用。
虽然OptiStruct以其拓扑优化功能而闻名，但它提供的远不止于此。该软件提供了各种其他结构优化方法和广泛解决方案，可以根据基本制造约束量身定制。它适用于传统生产工艺、复合材料和增材制造，确保为设计师和工程师提供一套全面的工具，以实现最佳设计方案。
CogniCAD

CogniCAD是由ParaMatters开发的基于云的平台，ParaMatters是增材制造衍生式设计软件的领先供应商，去年被Carbon收购。该软件包括衍生式设计、拓扑优化、零件整合和轻量化软件解决方案，以帮助用户自动生成可直接用于3D打印的轻量化结构，适用于航空航天、汽车和其他应用。
与nTop或CATIA的生成式设计工程不同，CogniCAD是一种基于专有拓扑优化、高分辨率有限元分析和计算几何的全自动工作流程，无需手动调整或重建。如果您的零件非常独特且具有一组自定义约束，这可能不是最佳解决方案，但如果您希望优化一个通用零件（例如支架），那么预设工具可能是最好的选择。
该软件利用一系列衍生式设计工具，生成具有增强机械性能的轻量化零件，有效减少后处理要求。总之，CogniCAD为用户提供全面高效的衍生式设计、仿真和制造解决方案，提供优化的产品设计，并在整个过程中显著节省时间。
MSC

由瑞典公司Hexagon开发的MSC软件拥有Apex Generative Design模块，可生产重量轻、易于制造但坚固的部件，可以直接发送到3D打印机。在这个模块中，设计者只需要指定边界条件和设计目标。这些设计考虑了增材制造的限制，并创建了只有增材工艺才能制造的详细且高度复杂的结构。
这些优化的设计具有不同结构元素之间的平滑过渡，并包含自支撑结构，从而在打印过程中无需额外的支撑材料。与依赖密度场的传统方法不同，MSC Apex衍生式模块使用精心生成的网格和定义明确的元素。这种独特的方法使算法能够直接评估压力因素并生成超越传统人类想象的几何图形。

衍生式设计的发展过程中，将融合人工智能、虚拟现实、3D打印、机器学习等新兴技术，将设计过程变得更加智能，让设计的门槛进一步降低。随着新兴技术的不断演进，相信衍生式设计将继续推动设计领域的发展，并为未来的设计带来更多惊喜和突破。