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仿生设计--solidThinking Inspire在地铁座椅设计中的应用 |
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作者：西南交通大学 齐文溥 |
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摘 要：仿生设计作为一个优秀的设计方法存在已久，但传统的仿生设计主要注重的是产品外观样式的表现，依靠对生物形态的归纳，未免有所肤浅。如今，出现了solidThinking Inspire这样神奇的工具，本文通过对地铁座椅支持结构的优化及造型设计为例，介绍了该软件的应用方法。该应用表明Inspire能辅助设计人员获取结构最优以及造型美观的产品，让仿生的魅力由内而外散发。
关键词：仿生 支撑结构设计 工业设计
1 solidThinking Inspire ——探索“仿生设计”的本质
谈到仿生设计似乎是老生常谈，但是我今天想说，我们可以把仿生设计做到“骨子”里！
仿生设计是不是照葫芦画瓢？在大众的印象中，可能觉得仿生设计就是照搬自然。工业设计发展近百年，仿生设计发展少也有几十年，但我们现在能探索到的就是仿生设计能分为几类，然而我们做仿生设计的条理是什么，方法是什么？虽然有一些结构仿生、功能仿生的经典例子，如机械臂、奔驰盒子鱼车（外形与结构的仿生设计典范）等，但这些能够让我们确信仿生为设计带来实质性价值的设计也屈指可数。
仿生是不是只有这么些价值？我们能从大自然母亲的教诲中得到的不应该这么少。现在我们对仿生设计仍然做得很表面，其实是一直没有能够让我们深入下去的方法与机会，怎么将仿生与设计很好地结合？怎么让仿生设计看起来不是做表面功夫？如今，一款软件solidThinking Inspire让我倍感欣慰，它让我们有能力重新重视仿生设计的意义，特别是仿生设计中结构与功能设计部分，让仿生设计由“心”出发。
solidThinking Inspire是利用了工程上“拓扑优化”的技术，模拟了自然界中生物生长的过程，最终获得材料最省的最佳承力结构。 它的操作简单易懂，令产品设计师和建筑师都有能力把控复杂的受力环境，探索由自然创建的无限造型，
2 Inspire优化技术的应用——地铁座椅支撑结构设计
这项优化技术将会带给我们仿生设计的新的思路，激发创作灵感，让我们从内到外做设计，回到仿生设计的根本。下面我们将通过地铁座椅支撑架设计的实例，来看看Inspire如何应用到设计中。我们将体会到通过这项技术而获得的造型，是多么地独具新意并具有可实施性。传统的座椅支撑架结构简单，不一定能起到最好的支撑作用（如图1)。
图1 设计框架
最初，设计师通过创建物体外观边界的3D实体模型来推敲造型。这个边界所包含的体积被看成为一个设计空间。所有由Inspire创造的形态都将包含在这个设计空间之中。这个地铁座椅的支撑架将在设计师最初设定黄色的块体范围内进行细化（如图2)。
图2 施加各种力与约束
接下来将这些基本型导入至solidThinking Inspire软件中，开始细化造型。然而与传统的设计流程不同，进行形态推敲的将不是设计师自己而是具有优化技术的Inspire软件。
在Inspire中，将会要求定义物体在环境中所承受的受力及约束条件，对于不同的设计需求可以制定不同的环境，以期得到不同的解决方案的可能性（如图2)。在本案例中，我们在座椅的实际受力位置添加支撑力，在椅面位置添加所受压力。还有，为整个座椅添加对称约束。
在定义了所有环境之后，用户可以运行Inspire中的优化技术来生成高效的形状，最终的形状十分符合受力需求。同时，还能带给设计师更多的灵感与造型的可能性指导（如图3)。
图3 生成形状
之后设计师便可根据这些结果按照自己的意愿进行自由地诠释（如图4)，即以Inspire结果为参考，利用solidThinking Evolve（solidThinking9.0建模与渲染模块）中强大的曲面建模能力进行理想形态的构建，在此例中，其结果也较传统地铁座椅支撑架设计更加令人满意（如图5)。虽然再次回到了传统设计手段上，但其前期这个有理有据的计算过程才是决定整个设计的关键（如图6)。
图4 激发创意
图5 最终设计
图6 设计过程
通过使用solidThinking Inspire可以让自然为我们工作，让我们的仿生设计美观有趣、别具一格。更重要的是这个结果很好的适用其预期的结构功能，并节省了更多不必要的材料应用。而好的结构被下游工程根本改变的可能性很小，节省了设计师与后续工程环节的不断沟通，提高了整个流程的工作效率。
当一些3D建模软件引导设计师们利用恒定的半径混合或是枯燥的拉伸操作来创建乏味的形态时，Inspire为我们设计师带来的不只是工具的易用，而是启发了我们对于仿生设计新的思考，让我们有机会去探索仿生设计“骨子”里的东西。(end)
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(12/1/2012) |
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