中国精神、中国特性:大模型与中国自主人工智能设计治理理论体系——兼论中国当代设计学理论体系建构

在人工智能设计治理理论体系中凸显“中国自主”是中国当代设计学理论体系构建过程中的主要内容,其实质和关键在于深入挖掘大模型与中国自主人工智能设计治理理论体系之间的内在联系。本文探讨了大模型助推中国自主人工智能设计治理迭代升级的内涵和方式体系,并结合设计个案对大模型与手艺人工智能设计治理的内在关系进行深入考察,并对大模型在乡村设计中的人工智能设计治理理论体系建构过程进行思考与探索。

基于BIM技术与模拟退火算法的村镇轻钢框架结构智能设计方法

传统村镇住宅结构设计需要进行大量的人工试算与重复建模,而受制于建设成本,村镇住宅无法像城镇住宅一样通过设计师进行专业的结构设计与验算,其安全性与经济性均难以满足要求。为此,提出一种村镇轻钢框架结构智能设计方法,包括智能建模与智能优化两个环节。基于图层自动识别算法、光学字符识别技术、自适应分块算法提出村镇轻钢框架结构BIM智能建模方法,包括图层识别、轴文本数据提取、墙体轮廓提取等,智能建模结果基本满足实际工程要求。基于提出的两阶段模拟退火算法给出村镇轻钢框架结构的智能优化方法,优化速度较快,优化效果良好。通过实际工程案例对提出的智能设计方法进行验证,结果表明,提出的村镇轻钢框架结构智能设计方法具有可行性,与传统的人工设计方法相比,设计周期可缩短70%以上,材料用量、结构设计指标接近人工设计结果。

双目标优化与生成对抗网络结合的框架结构阻尼器布置方案智能设计方法

为实现框架结构的阻尼器智能化布置,结合减震设计原理和智能算法,采用双目标优化算法和生成对抗网络算法分别进行阻尼器竖向和水平智能布置研究,并将该方法应用到两个框架结构减震设计工程案例中。在框架结构减震设计中,采用双目标优化算法进行阻尼器竖向布置,并与逐层逼近法、工程师设计和非减震设计进行对比,结果表明,采用该优化算法得到的阻尼器竖向布置方案能有效降低层间位移角和楼层加速度,提高结构的抗震性能。在确定各楼层的阻尼器数量后,利用训练好的生成对抗网络生成模型,可快速、自动地选择和确定各楼层阻尼器的平面安装位置,生成的平面布置与工程师设计的平面布置在相似性差异度综合评价指标上小于临界值0.1,说明两者相似度较高,且有利于提高原结构的抗扭能力。将双目标优化算法与生成对抗网络相结合,不仅能满足框架结构的减震性能目标,而且可实现阻尼器布置方案的智能设计,提升减震工程设计效率。

基于案例推理的隧道洞门智能设计方法研究

为将以往隧道案例的经验应用到新建隧道设计中,以解决传统设计方法工作量大且效率低下的问题,提出基于案例推理的隧道洞门智能设计方法。结合隧道洞门工程特点,选取影响洞门设计的主要因素,将影响因素划分为12个属性单元来表征工程案例,运用三角模糊数的层次赋权计算方法对各属性单元权重进行赋值,借助相似度理论建立隧道洞门设计方案相似决策模型。基于GIS技术开发了隧道洞门工程案例库,实现对既有工程的存储管理,同时利用SQL查询语言及Python计算脚本实现案例的属性特征值计算与最相似匹配,进一步修正后可实现隧道洞门修建方案的设计决策。以某山区隧道为例对智能设计方法进行验证,结果表明:根据属性单元特征值计算结果,在案例库中比选得出与拟建隧道相似度最高的既有工程为凤凰山隧道,且相似度为0.707。因此,设定阈值为0.7时能加快案例库的检索速率与匹配准确率,该方法吸取了既有工程案例的经验,能应用于隧道洞门施工方案的决策设计,可供今后隧道洞门方案的智能化设计参考。

高层剪力墙结构多目标智能设计方法

高层剪力墙结构智能设计包括智能建模和智能优化两个环节。目前智能建模环节缺乏梁自动化布置和荷载自动化布置;智能优化环节只考虑材料成本而未考虑施工的便捷性。此外,现有的智能设计方法均局限于单标准层的高层剪力墙结构。为此,该文提出了高层剪力墙结构多目标智能设计方法,包括多标准层高层剪力墙结构的智能建模和多目标优化。多标准层高层剪力墙结构智能建模包含剪力墙智能布置、梁自动化布置、板自动化布置和荷载自动化布置;以材料成本和施工便捷性为目标,采用分步优化策略和基于小生境技术的遗传算法对高层剪力墙结构进行多目标优化。通过实际工程算例对所提出的方法进行了验证,结果表明,所提出的高层剪力墙结构多目标智能设计方法稳定、可靠,可以较好地兼顾材料成本和施工的便捷性,并能显著缩短设计周期。

生成式人工智能驱动产品智能设计的演进路径与前景展望

生成式人工智能(以下简称生成式AI)作为人工智能领域的一项新兴技术,正逐渐成为实现产品智能设计的关键手段,但当前对生成式AI驱动产品智能设计的演进路径和未来发展趋势尚未有完整、系统的讨论。本文采用citespace知识图谱分析软件,对2014年至2023年国内外相关文献进行了全面梳理。一方面,通过时空演进图谱,本文解析了生成式AI从其萌芽期至爆发期的演进路径,并总结了研究热点;另一方面,本文从设计过程的角度出发,重点探讨了需求分析、灵感探索、概念生成和设计评估四个阶段中生成式AI的研究现状和面临的挑战。最后,本文从设计师在产品智能设计中的新角色和关键创新设计思维,以及生成式AI技术应用于产品智能设计的趋势两个维度探讨了生成式AI驱动产品智能设计的前景展望。

基于Transformer-GAN的农产品包装版式布局智能设计方法

本研究提出一种基于Transformer-GAN的农产品包装版式布局智能设计方法,旨在解决现阶段的农产品包装主要依赖通版包装、缺乏产品特色等问题。首先,设计了内容感知模块,学习包装设计的内容特征;其次,提出一种设计序列模块,对包装布局信息进行序列化处理;最后,融合内容感知和布局信息,使模型学习图像的内容特征和布局特征,输出包装版式布局设计图。与先前的模型相比,本研究模型具有更好的设计性能和可解释性,同时创新性地将布局智能设计方法应用于包装设计领域。实验结果表明,设计序列模块提升了设计的有效性,序列化的布局特征相较于非序列化的特征更能生成优质的布局。该模型具有较强的可解释性,在农产品包装版式设计上具有良好的生成性能。

电动静液作动器智能设计

提出一种电动静液作动器智能设计方法,实现主参数设计功能、优化设计功能、数据库系统功能和三维建模功能。基于电动静液作动器(EHA)总体设计方法和流程,得到12个主要设计参数,并给出EHA智能设计知识库的设计方法,完成规则系统、知识系统以及模型库设计;通过输入安装空间尺寸大小,采用NSGA-Ⅱ遗传算法,以空间体积及力学性能为优化目标,得到电动静液作动器布局方式和各零件结构尺寸值,并进一步为各个零件参数实现数据的存储与调用,实现输入较少的参数完成EHA智能化设计,提高设计人员效率,缩短研发周期。

智能设计:重塑设计的边界

智能设计,一个充满活力和创新力的领域,正在以前所未有的速度改变着设计的面貌。从历史的角度看,智能设计的发展可以追溯到计算机辅助设计(CAD)的出现,而如今,随着人工智能、机器学习、大数据等技术的飞速进步,智能设计已经进入了全新的阶段。本文将深入探讨智能设计的历史、发展前景、技术进步以及对设计师提出的新要求。

分叉柱关键节点智能设计研究

针对大连金州湾机场指廊分叉柱节点初始设计选型方案少和反复调优耗时长等问题,应用衍生式智能设计方法对节点开展了智能设计研究。首先对节点的衍生式智能设计基本方法及数学模型进行了探讨,然后建立了节点设计障碍体模型,并施加荷载和约束条件衍生输出了40种备选方案,最后评估各种设计方案节点的受力性能和质量指标,并与相贯节点模型和焊接球节点模型进行了对比讨论。结果表明,与初始设计模型相比,33号设计节点可在质量不增加的前提下,提升初始模型的受力性能,降低最大位移41.87%和最大应力3.59%。利用衍生式智能设计方法可以自动生成大量形状新颖独特的模型方案,其中包含受力性能更好和质量更轻的方案,具有良好的工程应用前景。

智能设计时代与计算力共舞的创作者

我其实是一个运用科学技术的创作者,所以会对新的工具、技术特别感兴趣,本质上是一个把新的技术引入到创意行业当中去的人。在人工智能时代,设计师、创意人或者更广义的创作者如何与人工智能共生、共荣、共创,是一门我们都要去修的必修课。

基于BIM的桥梁高支模三维可视化智能设计系统

为提高桥梁高支模支撑结构的设计效率和设计质量,利用BIM的二次开发技术对桥梁高支模设计系统进行研究。在实现桥梁及高支模BIM模型的参数化快速建模基础上,研究开发系统内嵌的高支模空间分布设计、受力分析验算、设计冲突分析、工程量校核、设计合理性校验、施工模拟以及集高支模结构三维模型、设计图纸和工程量清单自动生成,高支模交互设计功能于一体的桥梁高支模三维可视化智能设计系统。该系统在多个桥梁实际工程项目的高支模设计中得到成功应用,有效解决传统高支模设计方法存在的图纸表达不够清晰完整、方案修改工作量大、设计效率低下、设计合理性校验不便等问题。

智能设计时代要更重视人的价值

在智能设计中,‘智能’与‘设计’的关系密切。智能技术(如AI和机器学习)为设计过程提供支持,使之更加高效、精确、适应性强。同时,设计的本质仍然被保留,即人类依据自身需求,通过创造性工作去改造世界。在设计思维中要求的基于同理心的理解和对用户的洞察,都是在智能设计时代,很难被AI代工的设计步骤,这也是设计中最为核心的步骤,它代表着设计的本质,即以人为本,为人的需求提供解决方案,始终将用户的需求和体验放在设计的中心。

基于知识的齿轮减速器传动方案智能设计

为解决机械系统传动方案的综合评价及优化难以高效评判的问题,采用模糊层次分析法和遗传算法相结合的评价方式,获取适合机械系统的最佳传动方案,并通过齿轮减速器传动方案设计作为验证实例。基于模糊层次分析理论综合评价法确定权重及量化评价指标,通过遗传算法选择传动方案并对其进行评价,最后进行决策并输出最佳传动方案。通过该方法构建了齿轮减速器传动方案智能设计系统模型,通过对知识的获取、推理机制和控制策略输出传动方案的总体设计并对其进行优化决策,以输出符合要求的最优齿轮减速器传动方案。利用MATLAB图形用户界面设计框实现了基于知识的齿轮减速器传动方案智能优化与决策系统的设计开发,通过搭建优选系统建立了各模块之间的逻辑关系,实现了信息输入和方案输出的功能。以齿轮减速器的设计为例,通过验证和分析,能有效地对方案进行评价和优选,证实该系统的可用性、合理性。

水力发电厂直流系统智能设计工具开发

为提高工作效率,缩短设计周期,笔者研发了一个水力发电厂直流系统智能设计工具。该工具利用WPS Office软件自带的宏编辑器(JS环境)进行二次开发,通过统计水力发电厂的直流负荷,自动生成直流计算书、蓄电池容量、充电装置、断路器、熔断器、电缆等的选择结果,且能智能报警,智能推送推荐方案,并能自动生成直流系统设备信息表和直流系统图。结果表明,该工具可降低设计人员在水力发电厂直流系统设计上的用时,达到提高工作效率、缩短设计周期的目的。采用该工具生成的成果可直接用于水力发电厂直流系统的初步设计、招标设计和施工图设计。

艺科融合溯源下智能设计的创新思维范式

对艺科融合溯源下智能设计的研究现状进行梳理,总结研究问题,对创新思维提出新范式与新路径。通过艺科融合和智能设计相关概念的分析,归纳了艺科融合溯源下智能设计的普遍性价值,并从方法路径、教育模式、细分领域几方面阐述了研究现状,梳理了智能语境下创新思维的特点。总结了艺科融合溯源下智能设计的创新思维范式,包括视物为信息的能动机、发挥“增强智能”的力量、生成式人工智能协同参与、设计畅通的人机合作机制和设计可拓展的技术友伴。艺科融合拓展了智能设计的渠道,夯实了智能设计的伦理基础,为其提供了具有前瞻性的思维范式。

花型智能设计真丝棉针织物数码印花工艺研究

采用12%桑蚕丝、42%竹纤维、46%长绒棉,并线成9.0tex(65^(S))双股纱,用单面大圆机织造成真丝棉针织单面布,经烧毛、丝光、退煮漂、智能设计花型、数码印花、蒸化、水洗、柔软定形、蒸呢、预缩等工序加工制成。探讨了AI智能图案设计,AI智能在线配色把控流行色彩,一键试衣立体仿真展示;喷头工作的区域加装密封舱,解决喷印时飞墨产生的污染;烘干装置和喷印系统分隔成两个空间,既避免喷嘴堵塞,又减少空调耗电量,实现绿色智能化生产。并指出了所得产品质感光滑、贴身凉爽、花型前卫时尚,是一款优良的高档绿色数码印花面料。

智能设计领域“技”与“美”的演化路径研究

艺科融合是艺术与技术学科交汇处诞生的一个新兴热点领域。从“技”与“美”两方面入手,基于对现有的艺科融合发展历程与标志性文献的研究,梳理出三条知识发展脉络:As(Art science),以艺术占主导地位的艺术科学;AS(Art Science)艺术与科学占比相当且深度融合,呈现出协同创新的螺旋式发展轨迹;Sa(Science art),以科学占主导地位融入艺术手段的研究。随后,基于当前所处信息化、科技化、数字化的时代背景,应采取科学的方法和艺术的思维去解决当前智能设计领域的现实问题。在智能设计领域分别对知识脉络展开深入分析,明确相应的关键概念及方法。总结并指出引领未来的“技”“美”融合之道,探析我国智能设计领域可能的发展方向。

智能设计赋能产业创新与变革

AI的出现,使设计师逐渐回归到同一起跑线,未来是拼创意、拼脑力、拼变革的时代。这就迫切需要设计领域从业人员在不断提升创新思维和创新能力的同时,熟练驾驭“智能”加持下的设计工具和方法。通过大数据分析调研目标用户需求和市场趋势,定期进行用户满意度调查,依靠大量数据进行设计创新优化改进,完成由传统设计师向“数据智能”设计师的角色转变。随着人工智能技术的日益完善和广泛应用,运用智能设计方法和工具,未来或许所有人都会成为设计师、艺术家、音乐人、多媒体创作者,做自己喜欢的事,实现更多的人生理想。

《智能设计·标新知来》专刊寄语

数字化、信息化、智能化的高速发展,推动人类社会迎来新的秩序、新的业态及新的格局。以人工智能、数字虚拟和万物互联为关键引领的前沿科技,正重塑世界发展的面貌,颠覆人们传统生活的观念,并助力创造全新的认知模式、生产方式、设计理念以及智慧场景。智能设计,作为信息时代发展最为迅速的领域之一,正在不断扩宽人类创造力的边界。它集成了计算机科学、艺术学、美学以及社会学等多领域的智慧,旨在通过全新的设计理念以及创新的设计方法解决复杂问题,赋智制造业生态破维。目前,智能设计已经从理论研究和应用实践中崭露头角,涉及领域从工程领域到医疗健康,从教育教学到艺术创作。同时,智能设计也面临新的问题,如知识整合、问题意识、技术可行性、设计系统构建、伦理道德以及隐私保护等。因此,面对这些挑战,对智能设计展开深入研究,既是对打破学科壁垒促进艺科交叉融合的方法路径和智能范式的积极探索,又是对设计回归“以人为本”的用户逻辑下元设计理论与方法的深度剖析,以及智能设计算法协助设计师解决复杂问题之创新思路的深入探讨。