A generatív tervezés (generatív tervezés) egy számítógép és mesterséges intelligencia által vezérelt tervezési folyamat, amely a felhasználó által meghatározott követelmények és korlátok alapján automatikusan létrehozza a termékeket. Vagy röviden: a szoftver a felhasználó által javasolt terméktulajdonságok és tervezési célok alapján megtervez egy alkatrészt vagy terméket. A 3D nyomtatásnak elegendő előnye van a generatív tervezésű alkatrészek gyártásához.
Minél több változó kerül be a generatív tervező szoftverbe, mint például a tervezett felhasználás, a gyártási mód, a rendelkezésre álló anyagok stb., annál jobb lesz a számítógépes tervezés. A szoftverrel tervezett termékek általában íves megjelenésűek, és faágra vagy csontvázra emlékeztető szerkezetűek. A generatív tervezést az evolúciós próba-hiba folyamathoz hasonlítják, amelyen a természet keresztülmegy, hogy optimális struktúrákat hozzon létre, méghozzá sokkal gyorsabb ütemben. A generatív tervezésnek számos előnye van, például anyagtakarékos, miközben nagy szilárdságot biztosít.
Például a lenti tartó, a jobb oldali tartó az eredeti kivitel. A bal oldali merevítő az a rész, amely az anyagfelhasználás csökkentésére van optimalizálva, miközben megőrzi ugyanazt a szilárdságot, és azonos méretekhez igazodik. A végső állvány lehet fröccsöntött, megmunkált vagy 3D-s nyomtatással. A mesterséges intelligencia által generált tervek gyakran olyan összetettek, hogy csak 3D nyomtatási módszerekkel készíthetők el.
Bármilyen erős is a generatív tervezés, nem fogja helyettesíteni a tervezőket vagy a mérnököket. A generatív tervezőszoftver csak az az eszköz, amelyet a tervezés felgyorsítására és az alkatrészek optimalizálására használnak. Az AI sokféle eredményt generálhat, összehasonlíthatja a különböző eredmények közötti különbségeket, és megtalálhatja az optimális megoldást, amit a tervezőknek nehéz rövid időn belül megtenniük.
Sok szoftvertermék olyan generatív tervezési képességekkel rendelkezik, amelyek algoritmusokat használnak az alkatrész-követelmények termékgeometriájává és -tervezéssé történő lefordításához. Azonban ahelyett, hogy több tucat vagy több száz opciót generálnának, javítják az egyes részeket (ami nagyon úgy hangzik, mint a parametrikus tervezés). A két fogalom hasonló, de a generatív tervezés gyakran több lehetőséghez kapcsolódik, nem pedig többszörös iterációhoz.
Generatív tervező szoftver
Az alakoptimalizáló algoritmusok vagy a topológiaoptimalizálás régóta foglalkoznak az egyik legalapvetőbb mérnöki problémával: hogyan készítsünk kellően erős alkatrészeket a lehető legkevesebb anyagból. A mai mesterséges intelligencia generatív tervezése egy lépéssel tovább megy, és rengeteg lehetőséget kínál. Fontos, hogy a mérnököket már nem korlátozza képzettségi szintjük, tapasztalatuk vagy kreativitásuk. A generatív tervezési elemzés végén a mérnökök rendelkeznek egy tovább kutatható és finomítható koncepcióval, vagy egy gyártásra kész tervezési megoldással, amely teljes mértékben megfelel a projekt összes követelményének a tömegre, terhelésre, anyagokra stb.
A generatív tervezés kreatív eszköz, és sok más számítógéppel támogatott folyamathoz hasonlóan emberre van szüksége a vezetéséhez. Ezért a siker a felhasználó által bevitt adatok minőségével függ össze. Itt kölcsönözhetjük a GIGO fogalmát az informatikától ("szemét be, szemét ki"), a rossz bemeneti adatok rossz eredményeket fognak produkálni. Bár a generatív tervezési eszközök szinte bárki számára lehetővé teszik az összetett tervek elsajátítását, ne becsülje alá a kívánt alkatrész kezdeti feltételeinek helyes meghatározásához szükséges készségeket. Általában a generatív tervező szoftverhez egy probléma megoldásához szükséges információk a következők:
● A tervezési tér fizikai korlátai, beleértve az új alkatrész minden egyes interfészét a nagyobb összeállításban (például rögzítőfuratok), valamint azt a helyet, amelyet az új alkatrész nem tud elfoglalni. A generatív tervezést gyakran használják az alkatrészek újratervezésére, hogy kevesebb helyet foglaljanak el.
● Az erők és terhelések határfeltételei, beleértve azt is, hogy mely területeket kell erősíteni vagy egyszerűsíteni, hogy ellenálljanak a mozgás vagy a működés okozta igénybevételnek.
● Kritériumok vagy célok kitűzése, például egy alkatrész tömegének vagy költségének minimalizálása, valamint a projekthez szükséges biztonsági tényező meghatározása.
●A gyártási folyamat elérhetősége, ez a 3D nyomtatás gyártás előnye. Maga a 3D nyomtatás rendkívül nagy rugalmassággal rendelkezik, amely kiválóan alkalmas generatív tervezés alkatrészgyártására.
● Gyártási anyagok. Ha egynél több anyagot választanak ki, minden egyes anyaghoz különböző tervezési megoldások készülnek, hogy megfeleljenek a projekt követelményeinek.
Milyen előnyei vannak a generatív tervezésnek?
Most, hogy megértjük, mi is az a generatív tervezés, és mire képes, nézzük meg, milyen gyakorlati előnyökkel jár ezeknek az eszközöknek a részgyártásban való alkalmazása:
● Kreativitás. A Generative design eltávolítja a hagyományos tervezési folyamatokhoz kapcsolódó összes kreatív korlátot, és a legjobb, nem szokványos formákat és formákat hozza létre, amelyeket az emberek elképzelhetetlenek.
● Egyensúlyozza a prioritásokat. Megoldásokat tud feltárni az adott telephelyen már elérhető teljesítmény szempontok és gyártási lehetőségek alapján.
● Csökkentse az elemzést. A beépített teszt- és számítási szimulációk csökkentik a további költséges virtuális számítógépes mérnöki (CAE) elemzéseket.
● Csökkentse a munkaterhelést. Megszabadítja a szakembereket a fárasztó próba-hiba feladatoktól, és több száz lehetséges tervezési megoldással növeli a termelékenységet.
● Csökkentse az emberi hibákat. A tervezési folyamat nagy részének automatizálásával csökken annak a kockázata, hogy emberi hibákat visznek be a tervezésbe.
● Csökkentse a költségeket. Pénzt takaríthat meg azzal, hogy nagy teljesítményű terveket készít kevesebb anyagfelhasználással, valamint csökkenti a fejlesztési időt és a piacra kerülési időt.
●Részben összevonva. Különösen additív gyártási folyamatok alkalmazásakor a mérnökök feltárhatják a lehetőségeket az alkatrészek összevonására és a teljes szerelvények egyetlen alkatrészre történő cseréjére. Ez pozitív gazdasági hatással lehet az ellátási láncokra és a karbantartási programokra.
Algoritmusok és esztétika: A generatív tervezés jövője
Ahogy a dolgok internete és a mesterséges intelligencia egyre elterjedtebbé válik mindennapi életünkben, a generatív tervezés a terméktervezés normájává válhat. Ez a technológia olyan terveket biztosít, amelyek nemcsak az iparra, hanem a környezetre is pozitív hatással vannak, mivel kevesebb erőforrásra van szükség a mindennapi termékek előállításához. Jelenleg a generatív szoftverek fejlesztése is nagyon gyors, mint például a Fusion 360, a Creo Generative Design Extension, az Ansys Discovery, az nTopology, a Dassault Systèmes CATIA Generative Design Engineering stb. Ezeket a szoftvereket a 3D nyomtatási folyamattal együtt használhatja hozza létre saját generatív tervezési részeit.