Внутреннее прототипирование: освоение генеративного дизайна, фрезеровки с ЧПУ и настройки лаборатории

Когда перед вами стоит задача перевести прототипирование в собственное производство или построить свою лабораторию прототипирования, вы можете обнаружить обилие информации для оценки.

От возможностей к затратам, требованиям к пространству и опасениям по поводу шума, вибрации, отходов и энергоэффективности, способность выделить и действовать в соответствии с конкретными потребностями вашей операции может быть сложной.

Это особенно верно по мере эволюции производства и появления новых процессов, таких как генеративный дизайн, которые выходят на центральную сцену, предлагая еще больше сложностей для рассмотрения.

Modern Machine Shop недавно сообщил, что

Давайте узнаем больше об этих передовых разработках и о том, как генеративный дизайн может работать в идеальной гармонии с фрезеровкой с ЧПУ в вашей лаборатории прототипирования.

Генезис генеративного дизайна

Генеративный дизайн разрушает привычный способ производства как с практической, так и с философской точки зрения — с перспективой, укорененной в ценности природного мира и эволюции, в частности.

«Эволюция за миллиарды лет довершила животные и растительные виды, населяющие планету, отбрасывая менее оптимальные дизайны в пользу тех, что могут выживать и процветает», пишет Рани Ричардсон для Industry Week.

В погоне за похожим доведенным до совершенства процессом, Ричардсон спрашивает: «А что, если эволюционный дизайн можно было бы имитировать, используя научные методы? А что, если этот процесс можно было бы ускорить до завершения за минуты и секунды вместо лет или эонов?»

Встречайте генеративный дизайн, «который использует машинное обучение, чтобы обойти эволюционный подход и перейти сразу к оптимальной форме».

Инновация процесса перевода прототипа в производство:

Эта новая философия набирает популярность благодаря ИИ и переосмысленному процессу проектирования. В его основе процесс проектирования «обычно представляет собой серию редуктивных уточнений, рассматривающих техническое задание в более широкой перспективе и сужающих его до нахождения наилучшего возможного решения».

Интеграция ИИ в генеративный дизайн изменила то, как может быть осуществлено прототипирование — позволяя более разнообразные результаты, чем когда-либо было возможно ранее.

Согласно Industry Week:

Учитывая этот неоспоримый импульс, где генеративный дизайн вписывается в вашу производственную модель?

Что означает генеративный дизайн для производителей?

Современное производство постоянно подвергается вызовам потребительского спроса на лучшие продукты, которые можно быстрее вывести на рынок. Эта потребность в скорости, в сочетании с беспрекословным стремлением к все лучшим продуктам, может оказаться нагрузкой для производственного процесса.

Встречайте преимущество ИИ, присущего генеративному дизайну: «Но, как и многие современные применения ИИ, базовая идея такова: если вы объедините достаточно вычислительной мощности, ваша сеть способна выполнять множество итераций очень сложных задач очень быстро».

Чтобы оставаться конкурентоспособными и защищать свою прибыль, все больше производителей все чаще полагаются на генеративный дизайн как ключевую стратегию, которая позволяет «инженерам и дизайнерам подходить к проблемам проектирования более инновационными и эффективными способами. В конечном счете, это сокращает процесс проектирования и прототипирования и ускоряет время выхода инновационных продуктов на рынок».

Что на самом деле генерирует генеративный дизайн?

Лучший вопрос может быть: чего он НЕ генерирует?

Генеративный дизайн имеет вдохновляющие последствия для множества вертикалей, включая авиацию, автомобилестроение и оборону.

Пока производственная отрасль прогнозирует дополнительные применения для этого улучшенного мышления проектирования, «существует множество примеров того, где эти инструменты уже используются сегодня, от предметов быта вроде стульев до промышленного дизайна шасси автомобилей и перегородок самолетов».

Для авиакосмической и автомобильной промышленностей, «генеративный дизайн помогает инженерам достигать целей, таких как минимизация веса детали, максимизация жесткости, снижение затрат и оптимизация использования материалов. Использование генеративного дизайна может снизить вес детали от 30% при традиционном производстве до 70% при аддитивном производстве».

С точки зрения потребительских товаров, мы уже видим ряд высоко узнаваемых продуктов, выпущенных на рынок с помощью генеративного дизайна. Хорошие новости, если ваша лаборатория прототипирования обслуживает клиентов, делающих эти продукты.

Какие именно потребительские продукты?

«Ну, потребительские продукты, созданные с помощью генеративного дизайна, уже попадают на наши полки в виде кроссовок Adidas и насадок для блендеров Vitamix, и мы должны ожидать еще больше продуктов в виде спортивных товаров, чехлов для мобильных телефонов и бытовых приборов».

Но это действительно лишь вершина айсберга: «Практически нет пределов тому, что может создать генеративный дизайн. С своей основой в дизайнах природы, генеративный дизайн почти представляет собой дизайн, пришедший полным кругом».

Что обещает генеративный дизайн для внутреннего прототипирования?

Генеративный дизайн открывает больше возможностей для прототипирования, чем традиционные процессы когда-либо могли предоставить. Для начала, генеративный дизайн дает вам силу увеличить и количество, и качество производимых прототипов, основанных на спецификациях дизайна и потребностях продукта.

Потенциал для лучших прототипов

Вместо того чтобы полагаться на единственное решение или прототип, производители теперь могут получать выгоду от большей точности дизайна для более сильных клиентских решений:

Генеративный дизайн создает тысячи возможных решений для продукта — основанных на критериях и целях, заданных дизайнером — и производит геометрии и формы, которые обычно заняли бы у человека дни, если не месяцы, для разработки вручную… Этот процесс гарантирует, что дизайнер или инженер выбирает тот один дизайн, который соответствует самым важным целям их конкретного дизайна.

Когда речь идет о стратегических, научно обоснованных решениях, генеративный дизайн предлагает более убедительные варианты, и «Эти варианты часто включают неконвенциональные геометрии, которые человеческий дизайнер вряд ли придумает — геометрии, которые работают лучше, чем их более конвенциональные аналоги».

С операционной точки зрения, лучшие прототипы плюс лучшая производительность равно лучшие продукты. Для дизайнера генеративный дизайн — это интеграция ИИ в их набор инструментов; тем самым позволяя новые методы решения самых сложных дизайнерских дилемм, и, что важнее, ускорение выхода продукта на рынок.

Человеческий фактор встречает генеративный дизайн

Конечно, практически любое упоминание ИИ в производстве или других отраслях автоматически встречается с опасением, что роботы заменяют людей и процессы вроде генеративного дизайна скоро устранят потребность в человеческой рабочей силе.

Допускается, что генеративный дизайн спроецирован на трансформацию производственного ландшафта в течение следующих десяти лет.

Согласно Брайсу Хевенталю, менеджеру по техническому маркетингу Autodesk, Inc,

Обратите внимание на критический компонент этого предложения: человеческие инженеры.

Фактически, «Есть одна вещь, которую Хевентал хочет подчеркнуть о генеративном дизайне — он не предназначен для замены человеческих рабочих. Скорее, он говорит, ИИ является ценным механизмом для расширения, на порядки, возможностей инженеров и дизайнеров тестировать новые дизайны и встраивать их в создаваемые продукты».

Просто сказано, «Они все еще принимают решения», говорит Хевентал. «Мы просто даем им лучшие инструменты для принятия этих решений. Это не заменит рабочие места, это усилит их».

С точки зрения человеческой эволюции, это как прослеживание развития от раннего до современного человека и использования примитивных инструментов и возможных передовых приложений. Генеративный дизайн — просто последняя глава человечества, использующего технологии:

«Дизайнерское мышление не уходит, оно эволюционирует, чтобы воспользоваться современными инструками. Так же как плотник использует дрель вместо ручной дрели, дизайнеры продуктов и инженеры завтрашнего дня медленно откажутся от ручных процессов».

Баланс сложности с технологичностью

Одной из проблем, исходящих из генеративно спроектированных деталей, является их уровень сложности для изготовления. Не редкость слышать генеративные дизайны, описанные как «инопланетные», «органические» или «бizarre».

К счастью, эстетика отходит на второй план по сравнению с функциональностью; однако это вводит уровень сложностей для производственного процесса — с множеством лепных поверхностей процесс создания детали генеративного дизайна может быть длительным и неэффективным.

К счастью, рождение генеративного дизайна благополучно совпало с достижениями в производственных процессах. Наиболее заметно, достижения в аддитивном производстве за прошедшее десятилетие ускорили возможности 3D-принтеров, одновременно снизив их стоимость. Однако есть ограничения — в частности, когда нужна высокая точность. Пока это продолжает улучшаться в области аддитивного производства, это сейчас вне досягаемости для многих лабораторий прототипирования из-за высоких первоначальных и эксплуатационных затрат.

В мире субтрактивного производства 5-осевая фрезеровка с ЧПУ стала более распространенной, с большим количеством брендов, предлагающих способное оборудование и больше ПО, чем когда-либо, для создания сложных траекторий инструментов, необходимых для создания детали генеративного дизайна.

Тем не менее, как и с чем угодно, есть недостатки.

Из-за своих требовательных пультов, 5-осевые станки требуют более высокого уровня мастерства от оператора и программиста. Кроме того, для защиты инвестиций в 5-осевую фрезерку часто рекомендуется второй набор ПО для симуляции траектории инструмента для проверки на столкновения.

Сверх того, 5-осевые станки могут стать довольно дорогими. Это присуще их дизайну — всякий раз, когда ось вводится в фрезерный станок, больше рабочей площади жертвуется — впоследствии даже 5-осевые станки с малыми рабочими конвертами могут быть довольно большими. Ситуация не идеальна, когда большую деталь генеративного дизайна нужно отфрезеровать — не преувеличение сказать, что необходимый станок может стоить 7 цифр до стоимости инструмента. Даже инструментарий специализирован в этом случае, чтобы достичь глубоких, изощренных особенностей в детали генеративного дизайна.

Хотя достаточно денег может решить эти проблемы, большинство лабораторий прототипирования предпочли бы делать детали с инструментами, которые у них есть, и большинство из них имеют 3-осевые фрезеры, а не 5. К счастью, команда Autodesk, производителей Fusion 360, обратила внимание на эту загадку.

С производственными ограничениями пользователи могут точно определить, как они будут производить свой конечный продукт — будь то 3D-печать или точный метод фрезеровки с ЧПУ, который у них есть (2.5, 3, 4 или 5-осевая фрезеровка с ЧПУ). Вводя эти данные в начале, алгоритмы программы могут создавать формы, которые безупречно работают с их конфигурацией станка. С добавлением этой способности, Autodesk нашел способ сделать генеративный дизайн доступным и практичным для максимально широкой аудитории.

Станьте частью эволюции

В конечном счете, генеративный дизайн — это захватывающее развитие для производителей, не говоря уже о множестве вертикалей и потребителей, так как: «Способность инструментов ИИ и генеративного дизайна стимулировать инновации и эффективность приведет к их взрывному принятию во всех отраслях. Они станут новыми коллабораторами в процессе дизайна, усиливая роли дизайнера и инженера и создавая продукты, таких как мы никогда не видели».