Генеративный дизайн: ключевые сведения для инженеров и проектировщиков

Прогресс в цифровом проектировании

Цифровые инструменты проектирования и симуляции изменили работу инженеров и дизайнеров. За последние десятилетия эти инструменты стали быстрее и функциональнее по мере того, как вычислительная мощность стала дешевле и доступнее. Крупные задачи, которые 5–10 лет назад запускались на суперкомпьютерах или высокопроизводительных кластерах, теперь могут выполняться на вашем ноутбуке.

В то же время ученые в области информатики создали алгоритмы и схемы оптимизации, такие как машинное обучение и искусственный интеллект, способные обрабатывать большие массивы данных и решать сложные проблемы с тысячами и миллионами переменных.

Все чаще компании, разрабатывающие инженерное ПО, встраивают функционал генеративного дизайна в базовые CAD-пакеты или предлагают его как простое дополнение. В других случаях инструменты генеративного дизайна и топологической оптимизации встроены в пакеты симуляции.

Пакеты симуляции обычно предлагают больше настроек и элементов управления, чем дополнения к CAD, но они также требуют определенного уровня экспертизы, связанной с запуском пакетов конечных элементов. В этих программах произошли значительные улучшения, в которых пользователи предоставляют обратную связь для их совершенствования.

Что такое генеративный дизайн?

Хотя многие инженеры имеют доступ к инструментам генеративного дизайна, они не всегда знают, что это такое или для чего его использовать. Генеративный дизайн объединяет три дисциплины — проектирование, симуляцию и оптимизацию — для создания надмощного параметрического моделирования, учитывающего тысячи и миллионы степеней свободы.

На практике дизайнер начинает с открытого пространства, а компьютер работает над заполнением материалом только там, где это необходимо. Компьютер определяет оптимальное (одно из множества очень хороших решений), а не идеальное (абсолютно лучшее) решение для вашего набора входных данных.

Генеративный дизайн не может дать абсолютно лучшее решение, потому что схемы оптимизации не могут обеспечить уверенность в качестве какого-либо конкретного дизайна по сравнению со всеми остальными возможными вариантами.

Преимущества генеративного дизайна

Хотя генеративный дизайн может не дать идеального результата, он предоставляет новые, более эффективные способы работы. До этой технологии вам нужно было выбрать пару параметров и создать план эксперимента (DOE), проверяющий производительность детали по этим переменным. Этот подход мощный, но требует много времени на подготовку моделей, извлечение результатов и вывод о лучшем решении.

Альтернативно, можно вносить небольшие инкрементальные улучшения в существующий дизайн для оптимизации набора характеристик; это может занять меньше времени, но опирается на предположение, что исходный дизайн уже близок к оптимальному.

Именно здесь генеративный дизайн сияет. Он выдает хороший кандидат-дизайн инженеру за небольшое время. Этот прирост эффективности можно использовать для ускорения работы или для исследования пространства решений и поиска вариантов за пределами традиционных инженерных концепций.

Когда вы смотрите на действительно хорошую деталь генеративного дизайна, она обычно поражает своей абстрактной формой, при этом сохраняющей логические элементы дизайна.

Ограничения генеративного дизайна

Важно понимать, чего генеративный дизайн не может сделать. Генеративный дизайн никогда не заменит инженеров-конструкторов. Полученные модели дизайна только так же хороши, как схемы оптимизации, которые улучшаются, но не идеальны.

Например, возьмем случай лазерного плавления металлического порошка (L-PBF), где необходимость в поддерживающих структурах может сделать деталь сложной или даже непрактичной для серийного производства.

Большинство программ генеративного дизайна не учитывают, как деталь будет производиться, поэтому инженеры все равно должны использовать принципы проектирования для аддитивного производства (DfAM), чтобы создать лучшую деталь, уменьшающую или устраняющую необходимость в поддержках — процесс, требующий детального понимания производственного процесса. В продуктовой среде эти соображения влияют на стоимость детали и выход годной продукции.

Последствия генеративного дизайна

Учитывая растущую популярность генеративного дизайна, каково будущее? Во-первых, инструменты генеративного дизайна могут помочь инженерам-конструкторам быстрее достичь решения на уровне 80%. В более далекой перспективе эта технология будет служить инженерам еще лучше, поддерживая более сложные системы, такие как динамический удар и детали в контакте.

Для получения этих преимуществ инженерам-конструкторам придется развить навыки компетентного использования цифровых инструментов проектирования. Границы между дизайнерами и инженерами анализа/симуляции будут продолжать размываться по мере того, как такие инструменты станут более доступными и будут управлять циклами разработки продуктов.

Если вы заинтересованы в использовании генеративного дизайна для своего следующего проекта, эксперты Fast Radius могут помочь. Наши инженеры — эксперты в цифровом проектировании, симуляции и оптимизации, и мы с радостью обсудим ваши потребности.

Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше, и посетите наш ресурсный центр для информации о последних производственных технологиях.

Готовы приступить к производству деталей с Fast Radius?

Начните расчет стоимости