设计与数字制造

内容 关于远见 远见、研究和创新是Arup的内部智库和咨询机构，专注于建筑环境和整个社会的未来。我们帮助组织理解趋势，探索新思想，并彻底重新思考其业务的未来。我们开发了“设计预见”的概念，该概念使用创新的设计工具和技术将新想法付诸实践，并促使所有利益相关者就变革进行有意义的对话。 引言 10第六部分 执行摘要前言 4 假设与限制 1 定义，121.1 定义 2假设与局限性1.As 请通过foreseeth@arup.com联系我们 联系人 22 ALVISE SIMONDETTI全球领导者探索全球前瞻性规划、研究和创新程序alvise.simondetti@arup.com 乔奈尔·西穆尼奇全球经理探索全球展望、研究和创新项目jonelle.simunich@arup.com 46 项申请 3 月 1ign3. 12月 3.2 业务 3.3社会（联合国可持续发展目标） 克里斯·卢贝肯曼阿鲁普（Arup）协会会员，全球预测、研究和创新chris.luebkeman@arup.com 604行动 4.1 观察 4.2 参与 4.3 实践 封面图片 一位砖匠利用Fologram的增强现实眼镜提高精度，组装高性能的复杂形状墙体。 74 程序方法 5 Pr 发布时间：2020年7月 版本1.2 76tscript位置 78差异Re 13 Fitzroy Street London W1T 4BQ www.arup.com 前言 阿鲁普（Arup）学院院士FIONA COUSINS 无论他们身处世界的哪个角落，最好的设计师都会与能够实现他们作品的人合作。制造和建筑过程为设计师带来了约束和机遇，影响了所使用的材料类型、加工方法和设计理念。t k o m可形成t c b u t apes，制作成本为sh工作。 关于复杂几何形状，这些形状是由各种设计优先级产生的：包括材料使用的优化、特定形式的创造或适应现有条件的需要。机器学习技术正在增强并取代传统编程，以提高机器人形成材料的能力，而数字化控制的过程可以实现比人类更高的建筑精度。这些技术本身可能产生不那么均匀的材料，从而允许局部化材料属性。 在本报告中，我们对数字制造进行了深入研究，回顾并解释了这个快速发展的领域。最早的数字制造技术大约在50年前被开创，而其用途现在正迅速增加，这不仅是因为技术本身的进步，还因为世界范围内数字转型的内在变化。这些变化对设计师来说极为激动人心，它们为新的和传统的建筑材料开辟了新的可能性。 当然，并非所有技术都适用于商业建筑，阿鲁普公司已经开发了一个评估尺度，以便我们评估其适用性。我们还识别出了一些由此产生的挑战。a is k c这些新技术应用的合理使用：提供需求的必要性对增材制造材料的质量控制以及建筑规范变更的 缓慢。 潜在对我们工作的影响是明显的。我们必须熟悉数字化制造，然后与制造商和承包商合作，最大限度地利用这些技术提供的变化，包括材料、施工精度以及生产大量定制形式的能力。 变化无处不在。我们通过数字扫描来评估有机材料的强度和形状，从而提高了利用这些材料的能力，随后采用数字制造技术，通过机器人方法准确地将它们成型。现在，传统的建筑材料可以使用增材制造方法成型，使得实现 复杂块装配与增强现实 一个缺乏技能的工厂参与者使用Fologram的增强现实眼镜进行复杂的组装。（RobArch 2018，《建筑中的机器人制造》，苏黎世） 执行摘要 建筑业的数字化转型通过释放决策从传统制造方式固有的限制中解放出来，重新强调了基本的设计原则。这与行业传统的强调为施工标准化而设计形成对比。随着这一转型接近，设计师对制造如何演变的不关注是有风险的，因为这会使他们的建议变得冗余，甚至可能产生负面影响。一方面，越来越冗余的建议是为传统的手动现场施工而设计，这对那些需要扩展规模的用户不适用；另一方面，是为手动制造和组装而设计，这是一种适合扩展规模的建设过程，但它缺乏对材料和浪费的优化、灵活性和适应性，这些对于在一个地球的约束下工作至关重要。wi 数字制造带来的机遇不仅展示了全尺寸展馆制造的新技术，而且提供了解决设计、商业和社会挑战的新方法。正如麻省理工学院数字结构学博士Caitlin Mueller提醒我们的那样：“建成环境的表现非常糟糕。数字制造使得结构高效的形式在建造上变得经济可行。” 为了支持更大范围的数字制造采用，我们提出了三种已建立的措施（NASA的技术成熟度等级、美国国防部制造成熟度等级和Gartner的炒作周期）以及我们自己的一个措施——Arup的制造自主性等级（FAL）。 例如，在一个更发达国家的复杂医院设施——以及为了管理客户的疑虑，因此将市场扩展到那些渴望更高品质的客户。 可能对社会的影响最为深远。数字制造使形式复杂化和多样化，这有可能在不牺牲大规模生产能力的条件下增强韧性。优化形式可以节省高达80%的材料，而不会增加废弃物。数字制造使得未加工材料——例如树干——的有效利用成为可能，并直接促进了非标准回收组件——例如木块——的再利用，这直接解决了原生材料日益稀缺的问题。 本简报涵盖了增材制造、减材制造、成型制造和机器人装配（数字制造技术）。它展示了这些技术如何应用于混凝土、钢材、木材以及复合材料和生物降解材料，并突出了工业革命期间失传的技术，这些技术通过数字方法得到复兴。其他一些技术被发现与传统与新方法相结合，产生了惊人的效果。 在此背景下，目标是最大限度地减少材料和废物，同时对传统施工方法造成最小干扰，以确保快速采用。这不是为了展示另一种新颖的技术。 通过实现优化物料和减少浪费的复杂形式，数字制造是我们行业满足不断增长的全球基础设施和建筑需求，并在日益资源受限的世界中运营的关键推动力。 通过增强人的精度而非取代人，并且将设计想法从大规模生产的约束中解放出来，数字制造有潜力恢复人类与机器之间紧张的关系。 设计和决策制定正在演变：从手动设计到数据驱动设计； 增材技术的主要优势包括新材料的创造、提高创建几何复杂性的能力以及减少浪费。按需定制的金属合金或混凝土混合物是一些机遇，尽管质量认证也带来了一定的挑战。模板也如此。c b a cF或粉末床、直接金属激光烧结和直接挤出法对于没有支撑的，特征化替代技术和提供优缺点：可能性。o aa dt a t产生不同级别的高度几何复杂性cr dlo gc或无效的或过期的验证。th ne f n c - 从标准到定制；从几何上的简单到复杂- 似波浪或涟漪；从简单的组件组合到复杂的组件- 由简单的组件构成的复杂组件；从重复到多样化和大规模定制；从公差范围内到高度精确；- 从实践经验到基本原理。- fr prt fi p 数字制造使得定制化解决方案成为可能，此外，它还能实现不受手工制造约束的复杂高性能设计，包括标准化、简化和规模化。不久的将来，仅依靠手工制造进行设计和决策将变得过时，甚至有害。 设计摆脱了手工制造的限制，挑战了为适当的手工建造或为当地文化和能力进行设计而广泛接受的最佳实践和决策制定。然而，既然我们必须共享一个星球，我们能否承担得起基于当地情况的决策的奢侈？一个t l o md bo l man construction skills?hu 并且这些影响并不局限于设计领域。设计、建造和制造业务也在发生变化：早期采用的承包商正在获得远远超出他们经验的合同，而标准钢设计和建造服务等在某些项目中已经变得过时。 本简报聚焦于今天的计算机控制。bn f o tcc abrication; 它建立在我们之前的 Aru p ExploresAI与机器学习在 earnings briefing note 中提供的信息w MLb在一种可能的未来模式中，相对于工业化一个在建筑和工业应用中的机器人技术，仅仅预示了数字制造充满活力的未来。 在西方世界的许多地区——例如北美——可以通过在平板电脑（例如Uber）或更理想的是通过头戴式显示器上增强无技能劳动力，通过计算机控制来解决技能劳动力的严重短缺。从砌砖到在波音飞机的隔舱中组装复杂的线路，这种方法不仅解决了当前的短缺，更重要的是没有妥协设计，而且还有潜力引发一个良性循环的学习过程。经过训练，工作人员在夜间使用模拟器。APA (American Psychological Association) 样式缩 显著的技术具有悠久的历史。计算机苏数控（CNC）路由、铣削和切割技术已达到高 度成熟，并存在数十年。从材料块中去除不需要额外的认证。然而，r一个cH btractive techniques produce waste in abundance.除了标准混凝土模板用胶合板和钢材的物料库存外，减材技术已应用于包括非标准树干和回收组件在内的原材料。 建筑行业的数字化转型使我们能够管理不确定性并提供更灵活的流程。 写o fl s我：具有将建筑行业打造成具有吸引力的行业的潜力 通过提升人类的准确性而非取代人类，数字制造有可能修复人类与机器之间紧张的关系。 m您提供的文本似乎仅包含字母“u”，这可能不是完整的内容或者一个可以翻译的句子。因此，按照您的要求，不进行解释，以下是对应的英文内容：在不确定的环境中，客户后期变更的风险是一个额外的 再次向年轻一代开放选择权。 所涵盖的成型技术包括机器人冷金属成型、增量式金属板成型以及智能动态铸造和弯曲混凝土的兴起技术。 De opportunity he esigner an ffer ith he igitalt dc o w t 建筑行业转型，除其主转型之外tr值表示生产力的提升和浪费的减少。数字化制造设计带来了新的机遇，并有助于吸引人才。它为承包商提供了赢得不可能的合同的机会。 早期采用者采取了哪些成功行动，设计师和行业内的决策者可以从中受到启发？作为一个行业，我们应该如何 我们能否确保在项目上指定适当的数字制造技术？选择技术时的成功概率具有技术、文化和政策方面的因素。例如，粉末床计算机控制砂浆粘结技术可以产生更复杂的输出，但计算机控制的挤出工艺与手工工艺的偏离较小，所得材料也更容易获得认证。 在美国，学术界正在展示可能性的艺术，例如通过组装NASA-MIT飞机机翼的简单部件（见第21页），这解决了使用数字制造进行圆形设计挑战的问题，并且在数字制造的未来方面引领着思考，尽管与工业界以及设计和决策专业有所脱离。 印度对新建环境的需求很高。然而，与美国的情况相反，在美国劳动力成本超过材料成本，而“在印度，70%的建筑成本是材料成本，而不是劳动力成本，”这是设计印度低成本、高度优化的系统以用于大规模住房的Caitlin Mueller博士提醒我们的。 在每一个地区和市场中，设计师和决策者必须评估数字制造与其客户期望的相关性及其在行业中的采纳情况。 这份简报利用了阿鲁普（Arup）的全球分布和多个设计实践，通过阿鲁普探索（Arup Explores）项目进行，我们汇聚了多样的技术、理解了其影响，并学习了世界各地在数字制造领域的成功经验。 无论在世界上的哪个角落工作，优秀的设计师始终与制造商保持紧密联系。钢铁制造商Feature Walters的格兰特·马蒂斯提醒我们，制造商必须根据设计师的设计进行制造，而设计师则设计制造商能够制造的产品。打破这一恶性循环需要通过制造商和设计师之间的对话来实现。 我们观察到，在认识到工业机器人取代人类并引入了过程刚性的一段历史后，日本在处理问题时专注于“人机交互”。 我们观察到早期采用者在专业会议上参与、进行桌面研究以及通过旅行向数字制造者的经验学习。他们与创新生态系统互动，与初创企业合作或赞助博士研究，并与学生互动。无论这些早期采用者是作为爱好实践数字制造、创建演示还是甚至注册博士课程，额外的承诺所获得的回报是深刻的。 在英国，多家承包商购买了计算机控制设备，包括工业机器人。数字制造与政府旨在关注制造和装配（DfMA）设计的建筑愿景并存，倡导标准化和简化。s一个 S绝大多数室内手动施工。la