Генеративное проектирование — это итеративный процесс проектирования, который генерирует несколько выходных данных проектирования, которые удовлетворяют предопределенным ограничениям. Этот процесс используется в различных областях, таких как искусство, архитектура и дизайн продукта, для создания выходов из звуков, изображений для моделей САПР. Одним из основных преимуществ генеративного дизайна является то, что это быстрый метод для изучения возможностей дизайна. Например, этот метод проектирования позволяет оценивать многие сотни, если не тысячи возможных решений в течение относительно короткого периода времени.

В мире производства этот метод проектирования был использован для оптимизации деталей. Процесс генеративного проектирования начинается в программном обеспечении, которое может генерировать готовые к CAD варианты на основе реальных ограничений и требований к производительности . Определив эти ограничения и требования, инженеры могут, например, добиться легкого взвешивания, улучшения производительности, консолидации деталей или устойчивости. Следовательно, генеративный дизайн меняет процесс проектирования, поскольку инженеры могут решать задачи и предлагать конструктивные решения, которые они не смогли бы реализовать самостоятельно.

Сегодня на рынке существует множество решений, нацеленных на потребности различных секторов. Питер Роджерс, специалист по продуктам аддитивного производства APAC в Autodesk, более подробно объясняет процесс генеративного проектирования для производства: «Не требует начальной геометрии. Пользователи вводят области, которые деталь должна сохранить (сохраненные области), области, в которые материал не должен входить (зоны исключения), а затем требования к рабочим характеристикам (ограниченные области, силы и давления на детали и т.д.). Оттуда вы можете ввести несколько материалов, к которым у вас есть доступ, и критерии производства (такие как минимальная толщина стенки и критерии опорных углов для добавки, размер сверла для ЧПУ и т.д.). Вы вводите некоторые основные рекомендации с точки зрения целей, и инструмент будет использовать передовые алгоритмы проектирования Autodesk параллельно с технологией моделирования для создания проверенных, сметных, технологичных геометрических решений для определенной задачи проектирования. »

Генеративный дизайн: каковы преимущества?

Чтобы исследовать возможности проектирования в соответствии с ограничениями и требованиями, программное обеспечение генеративного проектирования опирается на искусственный интеллект и машинное обучение, чтобы имитировать эволюционный подход природы к дизайну. Другими словами, программное обеспечение исследует все возможные комбинации, чтобы найти все возможные решения. Некоторые могут все еще ошибиться с другими методами проектирования, такими как оптимизация топологии с генеративным дизайном. Тод В. Паррелла, менеджер по продуктам NX для Siemens Digital Industries Software объясняет разницу: « Оптимизация топологии оптимизирует форму продукта для удовлетворения системных требований, таких как прочность, вес, охлаждение или расход. Генеративная инженерия исследует пространство проектирования вариантов и возможностей на более высоком уровне и в более широком масштабе, оценка междисциплинарных требований с возможностью решения нескольких задач. Поэтому вместо оценки одного результата проектирования с оптимизацией топологии инженеры могут сравнивать и учитывать множество результатов проектирования с генеративным дизайном.

Возможности, которые генеративный дизайн может принести компаниям, огромны. Например, Siemens обслуживает 8 основных отраслей на рынке для улучшения характеристик продукции. Как уже упоминалось, некоторые требования могут учитывать вес, конструкцию, сборку, а также производственные затраты. Паррелла объясняет некоторые преимущества реальных приложений: «Легкий вес продукта повышает производительность и эффективность использования топлива в автомобильной, аэрокосмической и энергетической отраслях. Медицинские имплантаты пористой структуры улучшают адгезию роста костей и улучшают результаты лечения пациентов. Снижение сложности сборки обеспечивает значительную экономию при производстве за счет снижения затрат на инструмент и сборку. Массовая оптимизация улучшает работу тяжелого оборудования. А увеличение массового расхода воздуха повышает эффективность охлаждения в аэрокосмической и бытовой электронике. »

Генеративный дизайн и 3D-печать: идеальная пара?

Как вы, возможно, знаете, генеративный дизайн является частью семейства методов проектирования для аддитивного производства (DfAM). Учитывая, что аддитивное производство обеспечивает новый уровень свободы проектирования, имеет смысл использовать его для сложных моделей, которые требуют более гибкого метода производства. Однако аддитивное производство не всегда является технологией, которую вы хотите использовать в генеративной инженерии. Роджерс объясняет более подробно: «Многие детали производятся с помощью 3D-печати, которая может быть выполнена более эффективно с использованием традиционных методов производства. В качестве альтернативы, однако, при правильной конструкции, традиционно изготовленные детали могут быть сделаны намного эффективнее, увеличивая производительность деталей и уменьшая отходы, используя аддитивное производство. Речь идет не о том, чтобы подтолкнуть все конструкции к добавлению, а о том, чтобы убедиться, что правильный дизайн переходит в правильную технологию производства для достижения наиболее желаемого результата ».

Тем не менее, свобода дизайна, обеспечиваемая технологиями аддитивного производства, может быть очень полезна для использования возможностей генеративного дизайна. Например, можно найти решения для оптимизации конструкции, температуры и расхода, а также для оптимизации ориентации деталей, основанной на разработке, такой как минимизация площади поверхности, объема опоры, перегрева или времени печати. В конце концов, « пригодность производства зависит от многих переменных, таких как материалы, объемы производства и целевые производственные затраты », объясняет Паррелла. И основные факторы, которые подталкивают к добавкам: «возможности значительно снизить сложность сборки продукта за счет консолидации деталей, более широкие возможности для вывода персонализированных и специализированных продуктов на рынок и значительно большую гибкость производства », — добавляет он.

Эволюция генеративной инженерии напрямую связана с вычислительной мощностью и недавними достижениями в области вычислительных алгоритмов, включая достижения в области искусственного интеллекта. В то же время технологии 3D-печати стали более зрелыми и в настоящее время переходят в масштабное производство. Учитывая эти разработки, Питер Роджерс комментирует: « В аддитивном производстве мы обнаруживаем, что большей части времени только одного легкого взвешивания недостаточно. Чтобы лучше обосновать использование присадки, нам также необходимо повысить производительность и функциональность деталей. И это будет видно при добавлении генеративного проектирования на основе динамического моделирования для оптимизации скоростей потока, оптимизации теплового КПД, снижения вибрации и т.д. Как только эти возможности моделирования будут добавлены в процесс генеративного проектирования, мы действительно увидим, что аддитивная доза достигает своего сена.»

Является ли генеративный дизайн ключом к повышению производительности и функциональности 3D-печатных деталей? Дайте нам знать, что вы думаете в комментарии ниже.