Projektowanie generatywne (projektowanie generatywne) to proces projektowania oparty na komputerze i sztucznej inteligencji, który automatycznie tworzy produkty w oparciu o wymagania i ograniczenia zdefiniowane przez użytkownika. Krótko mówiąc, oprogramowanie projektuje część lub produkt w oparciu o atrybuty produktu i cele projektowe sugerowane przez użytkownika. Druk 3D ma wystarczające zalety, aby wytwarzać generatywnie zaprojektowane części.
Im więcej zmiennych zostanie wprowadzonych do oprogramowania do projektowania generatywnego, takich jak przeznaczenie, metoda produkcji, dostępne materiały itp., Tym lepszy będzie projekt komputerowy. Produkty zaprojektowane za pomocą oprogramowania mają zwykle krzywoliniowy wygląd i strukturę przypominającą kształt gałęzi drzewa lub szkieletu. Projekt generatywny został porównany do ewolucyjnego procesu prób i błędów, przez który przechodzi natura, aby osiągnąć optymalne struktury i to w znacznie szybszym tempie. Korzystanie z projektowania generatywnego ma wiele zalet, takich jak oszczędność materiałów przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej wytrzymałości.
Na przykład wspornik poniżej, wspornik po prawej stronie to oryginalny projekt. Orteza po lewej stronie to część zoptymalizowana pod kątem zmniejszenia zużycia materiału przy zachowaniu tej samej wytrzymałości i zgodności z tymi samymi wymiarami. Ostateczne rusztowanie może być formowane wtryskowo, obrabiane maszynowo lub drukowane w 3D. Projekty generowane przez sztuczną inteligencję są często tak złożone, że można je wyprodukować tylko za pomocą metod drukowania 3D.
Choć projektowanie generatywne jest tak potężne, nie zastąpi projektantów ani inżynierów. Oprogramowanie do projektowania generatywnego to tylko narzędzie, którego używają do przyspieszenia projektowania i optymalizacji części. Sztuczna inteligencja może generować różne wyniki, porównywać różnice między różnymi wynikami i znajdować optymalne rozwiązanie, co jest trudne dla projektantów do wykonania w krótkim czasie.
Wiele produktów oprogramowania oferuje funkcje projektowania generatywnego, które wykorzystują algorytmy do przekładania wymagań dotyczących części na geometrię i projekt produktu. Jednak zamiast generować dziesiątki czy setki opcji, ulepszają poszczególne części (co brzmi jak projektowanie parametryczne). Te dwie koncepcje są podobne, ale projekt generatywny jest często kojarzony z wieloma opcjami projektu, a nie z wieloma iteracjami.
Oprogramowanie do projektowania generatywnego
Algorytmy optymalizacji kształtu lub optymalizacji topologii od dawna rozwiązują jeden z najbardziej fundamentalnych problemów inżynierskich: jak wykonać wystarczająco mocne części przy jak najmniejszej ilości materiału. Dzisiejsze projektowanie generatywne sztucznej inteligencji idzie o krok dalej, oferując mnóstwo opcji. Co ważne, inżynierowie nie są już ograniczeni poziomem umiejętności, doświadczeniem czy kreatywnością. Na koniec generatywnej analizy projektu inżynierowie dysponują koncepcją, którą można dalej badać i udoskonalać, lub gotowym do produkcji rozwiązaniem projektowym, które w pełni spełnia wszystkie wymagania projektowe dotyczące masy, obciążeń, materiałów itp.
Projektowanie generatywne jest narzędziem kreatywnym i podobnie jak wiele innych procesów wspomaganych komputerowo, potrzebuje człowieka do kierowania nim. Dlatego sukces jest związany z jakością danych wprowadzonych przez użytkownika. Tutaj możemy zapożyczyć koncepcję GIGO z informatyki („garbage in, trash out”), błędne dane wejściowe dadzą błędne wyniki. Chociaż narzędzia do projektowania generatywnego pozwalają prawie każdemu opanować złożone projekty, nie należy lekceważyć umiejętności wymaganych do prawidłowego zdefiniowania warunków początkowych dla pożądanej części. Ogólnie rzecz biorąc, informacje potrzebne oprogramowaniu do projektowania generatywnego do rozwiązania problemu obejmują:
●Fizyczne ograniczenia przestrzeni projektowej, w tym każdy interfejs nowej części w większym zespole (takie jak otwory montażowe) oraz przestrzeń, której nowa część nie może zająć. Projektowanie generatywne jest często używane do przeprojektowywania części, aby zajmowały mniej miejsca.
● Warunki brzegowe dla sił i obciążeń, w tym obszary, które należy wzmocnić lub uprościć, aby wytrzymać naprężenia związane z ruchem lub działaniem.
● Ustalenie kryteriów lub celów, takich jak minimalizacja masy lub kosztu części oraz zdefiniowanie współczynnika bezpieczeństwa wymaganego dla projektu.
●Osiągalność procesu produkcyjnego, to jest zaleta produkcji druku 3D. Samo drukowanie 3D ma niezwykle dużą elastyczność, co jest bardzo odpowiednie do produkcji części w projektowaniu generatywnym.
●Materiały produkcji. Jeśli zostanie wybrany więcej niż jeden materiał, dla każdego materiału zostaną dostarczone różne rozwiązania projektowe, aby spełnić wymagania projektu.
Jakie są zalety projektowania generatywnego?
Teraz, gdy rozumiemy, czym właściwie jest projektowanie generatywne i co może zrobić, zidentyfikujmy praktyczne korzyści płynące z zastosowania tych narzędzi w produkcji części:
● Kreatywność. Projektowanie generatywne usuwa wszelkie ograniczenia twórcze związane z tradycyjnymi procesami projektowania, tworząc najlepsze niekonwencjonalne kształty i formy niewyobrażalne dla ludzi.
● Równoważ priorytety. Może eksplorować rozwiązania oparte na aspektach wydajności i możliwościach produkcyjnych już dostępnych w danym zakładzie.
● Ogranicz analizę. Wbudowane symulacje testów i obliczeń redukują wszelkie dalsze kosztowne analizy wirtualnego wspomagania inżynierii komputerowej (CAE).
● Zmniejsz obciążenie pracą. Uwalnia profesjonalistów od żmudnych zadań metodą prób i błędów oraz zwiększa produktywność, udostępniając setki możliwych rozwiązań projektowych.
● Zmniejsz liczbę błędów ludzkich. Dzięki automatyzacji znacznej części procesu projektowania zmniejsza się ryzyko wprowadzenia błędu ludzkiego do projektu.
● Zmniejsz koszty. Oszczędzaj pieniądze, dostarczając projekty o wysokiej wydajności przy mniejszym zużyciu materiałów oraz skracając czas opracowywania i wprowadzania produktów na rynek.
●Częściowo połączone. Zwłaszcza w przypadku stosowania procesów wytwarzania przyrostowego inżynierowie mogą badać możliwości konsolidacji części i zastępowania całych zespołów pojedynczą częścią. Może to mieć pozytywny wpływ ekonomiczny na łańcuchy dostaw i programy konserwacji.
Algorytmy i estetyka: przyszłość projektowania generatywnego
Ponieważ Internet rzeczy i sztuczna inteligencja stają się coraz bardziej powszechne w naszym codziennym życiu, projektowanie generatywne może stać się normą w projektowaniu produktów. Ta technologia zapewnia projekty, które będą miały pozytywny wpływ nie tylko na przemysł, ale także na środowisko, ponieważ do wytworzenia produktów codziennego użytku potrzeba mniej zasobów. Obecnie bardzo szybki jest również rozwój oprogramowania generatywnego, w tym Fusion 360, Creo Generative Design Extension, Ansys Discovery, nTopology, Dassault Systèmes CATIA Generative Design Engineering itp. Możesz użyć tego oprogramowania w połączeniu z procesem drukowania 3D, aby tworzyć własne części projektu generatywnego.