ParaMatters 拓撲優(yōu)化設(shè)計平臺CogniCAD以優(yōu)化的材料需求來生成滿足負載要求的結(jié)構(gòu)件，該設(shè)計比標(biāo)準(zhǔn)拓撲優(yōu)化所得到的設(shè)計結(jié)果重量輕20%，并且設(shè)計過程無需通過設(shè)計師手動建模以及迭代。

考慮動態(tài)環(huán)境下的受力

       如今CogniCAD軟件平臺又獲得了進一步的發(fā)展，最近CogniCAD發(fā)布了一系列創(chuàng)新和前沿的更新，所有這些都是針對增材制造的拓撲優(yōu)化設(shè)計方法。CogniCAD現(xiàn)在集成了一系列不同的負載類型，用戶可以將這些負載類型應(yīng)用到他們的模型中，以確保該部件能夠承受它在現(xiàn)實運行中所承受的物理壓力。

 CogniCAD考慮了許多類型的負載計算，包括力量和壓力，以及加速度情況下的受力。CogniCAD加速度情況下的受力對航空航天業(yè)非常重要，不僅如此，CogniCAD還增加了熱負荷條件下的負載計算。

       之前的CogniCAD版本只有一個用于拓撲優(yōu)化設(shè)計探索的選項：指定體積下最小化結(jié)構(gòu)柔順性（即最大化剛度）*，這需要用戶指定部件的體積函數(shù)以生成優(yōu)化的拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，這不是工程應(yīng)用的最佳方式，因為用戶并不確切知道最佳體積分數(shù)，在某些情況下，體積分數(shù)的變化對實現(xiàn)目標(biāo)沒有幫助，因為剛度和強度的設(shè)計要求是不同的。新的CogniCAD版本中，用戶只需指定其設(shè)計目標(biāo) – 比如在某些應(yīng)力約束下最小化質(zhì)量，該零部件將在不違反任何應(yīng)力約束的情況下進行優(yōu)化。

通過與航空航天公司的合作伙伴一起，ParaMatters 實際測試了壓力約束設(shè)計解決方案，并且獲得了理想的結(jié)果。目前，CogniCAD的用戶能夠指定剛度和應(yīng)力約束以獲得優(yōu)化的設(shè)計。ParaMatters 并不滿足于此，他們還在進一步開發(fā)軟件使得軟件將具有考慮振動環(huán)境和設(shè)置變形約束功能。（此項更新預(yù)計將于2019年2月推出。）

面向制造業(yè)需求
       目前，將CogniCAD與其他拓撲優(yōu)化設(shè)計平臺區(qū)分開來的另一個關(guān)鍵因素是，用戶現(xiàn)在能夠?qū)⑵淠Ｐ筒粌H導(dǎo)出為用于3D打印的STL文件，還可以導(dǎo)出為STEP文件，以便輕松地重新上載到CAD設(shè)計程序中。用戶導(dǎo)入STEP，最后他們可以返回STEP，這在航空航天或其他認證應(yīng)用中很重要，因為模型應(yīng)記錄在CAD中，而不僅僅是以STL的格式。ParaMatters付出了很多努力，允許用戶將他們的模型轉(zhuǎn)換為STEP。

通過與航空航天公司的合作伙伴一起，ParaMatters 實際測試了壓力約束設(shè)計解決方案，并且獲得了理想的結(jié)果。目前，CogniCAD的用戶能夠指定剛度和應(yīng)力約束以獲得優(yōu)化的設(shè)計。ParaMatters 并不滿足于此，他們還在進一步開發(fā)軟件使得軟件將具有考慮振動環(huán)境和設(shè)置變形約束功能。（此項更新預(yù)計將于2019年2月推出。）

面向制造業(yè)需求
       目前，將CogniCAD與其他拓撲優(yōu)化設(shè)計平臺區(qū)分開來的另一個關(guān)鍵因素是，用戶現(xiàn)在能夠?qū)⑵淠Ｐ筒粌H導(dǎo)出為用于3D打印的STL文件，還可以導(dǎo)出為STEP文件，以便輕松地重新上載到CAD設(shè)計程序中。用戶導(dǎo)入STEP，最后他們可以返回STEP，這在航空航天或其他認證應(yīng)用中很重要，因為模型應(yīng)記錄在CAD中，而不僅僅是以STL的格式。ParaMatters付出了很多努力，允許用戶將他們的模型轉(zhuǎn)換為STEP。

CogniCAD的一個顯著功能是特征尺寸控制，可確保使用該軟件生成的設(shè)計始終可根據(jù)優(yōu)化的構(gòu)件尺寸和壁厚進行制造。并且這些設(shè)計是根據(jù)增材制造的工藝特點而生成的，在通過CogniCAD平臺產(chǎn)生的所有設(shè)計中，所有這些設(shè)計都是可制造的。

  此外，Paramatters解決了CogniCAD的介觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，CogniCAD能夠生成針對相關(guān)零件量身定制的內(nèi)部幾何形狀，以滿足應(yīng)力的要求。

對于粉末床金屬3D打印，一個普遍關(guān)心的問題是如何從3D打印部件上除去粉末?，F(xiàn)在的普遍解決方案是設(shè)計幾個粉末出口，在零件上打幾個洞。所以在設(shè)計過程中需要讓腔體之間盡量相互連接，因此通過添加幾個孔，可以將粉末排出。

 CogniCAD還提供多材料3D打印建模支持，多材料金屬3D打印就是其中的一個例子，簡而言之，該軟件使用戶能夠?qū)⒉煌慕饘俜峙浣o組件的各個部分，以優(yōu)化強度，同時降低材料成本。例如，一部分可以由強度高的鈦制成，而另一部分可以由強度較低的鋁制成。在CogniCAD平臺中，多材料設(shè)計可以在3D建模過程中實現(xiàn)可視化。

根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，CogniCAD目前已經(jīng)有四五個大用戶 – 包括福特和大眾，也有GE Power和其他公司?，F(xiàn)在CogniCAD已經(jīng)向公眾開放，已經(jīng)有很多用戶注冊了。

關(guān)于商業(yè)模式，CogniCAD是基于云的應(yīng)用程序，用戶需要在線支付軟件服務(wù)的租賃費用。對于使用私有云的公司，Paramatters可以在其私有云上安裝該軟件。

Review

     就在2018年12月，PTC宣布收購?fù)負鋬?yōu)化設(shè)計軟件公司Frustum Inc.，通過Frustum的Generate拓撲優(yōu)化軟件，對零件的材料分布進行了優(yōu)化，最終在實現(xiàn)零部件功能的前提下保留盡可能少的材料。此外，通過光滑和混合表面的處理降低應(yīng)力。由Frustum 軟件生成具有適合3D打印的幾何形狀的模型。Frustum的拓撲優(yōu)化設(shè)計技術(shù)是對PTC Creo產(chǎn)品組合的變革性補充。

    ParaMatters 的拓撲優(yōu)化設(shè)計平臺CogniCAD與Frustum的Generate拓撲優(yōu)化軟件平臺的特點十分相似：根據(jù)零件性能要求的材料優(yōu)化分布設(shè)計、針對增材制造而設(shè)計、基于云的軟件平臺。

     與CogniCAD相似的是，Generate平臺是為制造業(yè)的設(shè)計所服務(wù)的，平臺所產(chǎn)生的無縫設(shè)計特點使的產(chǎn)品輕松獲得最佳的剛性，并且在不同載荷下分配材料。光滑和混合的表面，減少重量，并盡量減少應(yīng)力集中，從而使設(shè)計優(yōu)化完成后就適應(yīng)增材制造，而不需要手動重新設(shè)計。

當(dāng)然，市場上通常把拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）與創(chuàng)成式設(shè)計（Generative Design）很多場合二者都是混為一談的，但細究起來創(chuàng)成式設(shè)計（Generative Design）是根據(jù)一些起始參數(shù)通過迭代并調(diào)整來找到一個（優(yōu)化）模型。拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）是對給定的模型進行分析，常見的是根據(jù)邊界條件進行有限元分析，然后對模型變形或刪減來進行優(yōu)化。

   創(chuàng)成式設(shè)計（Generative Design）是一個人機交互、自我創(chuàng)新的過程。根據(jù)輸入者的設(shè)計意圖，通過”創(chuàng)成式”系統(tǒng)，生成潛在的可行性設(shè)計方案的幾何模型，然后進行綜合對比，篩選出設(shè)計方案推送給設(shè)計者進行最后的決策。

    通俗理解創(chuàng)成式設(shè)計是一種通過設(shè)計軟件中的算法自動生成藝術(shù)品、建筑模型、產(chǎn)品模型的設(shè)計方法。創(chuàng)成式設(shè)計是一種參數(shù)化建模方式，在設(shè)計的過程中，當(dāng)設(shè)計師輸入產(chǎn)品參數(shù)之后，算法將自動進行調(diào)整判斷，直到獲得最優(yōu)化的設(shè)計。目前比較著名的創(chuàng)成式設(shè)計軟件包括歐特克的Within，歐特克的Dreamcatcher，西門子的Solid Edge ST10等。

     目前ParaMatters和Frustum所提供的更多的是拓撲優(yōu)化設(shè)計技術(shù)而并非創(chuàng)成式設(shè)計技術(shù)。