Mi a generatív tervezés, mi nem, és miért ez a gépipar jövője
A generatív tervezés teljesen átformálja azokat a módszereket, amelyekkel a hétköznapi tárgyak készülnek, a székektől kezdve az autókon át a szerszámgépekig.
A generatív tervezés mesterséges intelligenciára (AI – Artificial Intelligence) épülő szoftverekkel és a felhő számítógépes teljesítményének kiaknázásával teszi lehetővé, hogy a mérnökök több ezer tervváltozatot hozzanak létre egy tervezési probléma meghatározásával, az alapvető paraméterek, például a magasság, a terhelés, a szilárdság és az anyag és gyártási módszer változatok megadásával.
A világ előretekintő vállalatai közül néhány – többek között az Airbus, az Under Armour és a Stanley Black & Decker – a generatív tervezés segítségével oldja meg a mérnöki kihívásokat és kínál olyan tervezési megoldásokat, amelyekre az emberi elme önmagától nem talált volna rá. A generatív tervezésnek hála a mérnökök munkáját többé nem korlátozzák saját elképzeléseik vagy korábbi tapasztalataik. Helyette egy olyan technológiával dolgozhatnak, amely lehetővé teszi, hogy kevesebb befektetéssel, közös munkával többet és jobbat hozhassanak létre: kevesebb idő alatt és kevesebb káros környezeti hatással több új ötlettel és termékkel állhatnak elő, amelyek ráadásul a felhasználók igényeinek is jobban megfelelnek.
Az új technológiák bevezetésekor szinte megkerülhetetlen jelenség, hogy felmerülnek félreértések és kérdések azzal kapcsolatban, hogy mit is takar pontosan az adott technológia.
Tehát mi is a generatív tervezés?
A generatív tervezés a gépi tanulás segítségével utánozza a természetre jellemző evolúciós megközelítést a tervezési folyamatok során. A tervező vagy mérnök megadja a generatív tervezőszoftvernek a tervezési paramétereket (például az anyagokat, méretet, súlyt, szilárdságot, gyártási módszereket és költségkényszereket), a szoftver pedig gyorsan kidolgozza az összes lehetséges megoldási kombinációt, és több száz vagy akár több ezer tervváltozattal áll elő. Ezután a tervező vagy mérnök kiszűri és kiválasztja az adott igényeknek leginkább megfelelő változatokat.
Képzelje el, hogy ahelyett, hogy eddigi ismeretei vagy a fejében megfogalmazódott ötletek alapján készítene egy „rajzot” vagy CAD-tervet, elmondhatná a számítógépnek, hogy mit szeretne elérni vagy milyen problémát próbál megoldani.
Előfordulhat például, hogy egy széket szeretne tervezni. Ahelyett, hogy rajzolna két vagy három változatot (vagy akár 10-et, ha nagyon kreatív), betáplálhatná a számítógépbe, hogy egy olyan széket szeretne, amelynek X a teherbírása, X összegbe kerül és X anyagból készül. Ezután a számítógép több száz, ha nem több ezer ténylegesen és könnyen legyártható tervváltozatot kínál, amelyek mind megfelelnek a megadott feltételeknek, és amelyek között nagy valószínűséggel olyanok is lesznek, amelyekre Ön magától nem gondolt volna. Erre képes a generatív tervezés.
Mit NEM takar a generatív tervezés?
A generatív tervezés egy olyan szoftver, amely támogatja a mérnök munkáját, és felhőalapú számítások és gépi tanulási módszerek segítségével új megoldásokat dolgoz ki. Kibővíti a mérnök vagy tervező által ismert, az adott tervezési kihívásra választ kínáló megoldások körét.
Ezzel szemben több, generatív tervezésnek feltüntetett technológia – a topológiaoptimalizálás, rácsoptimalizálás, parametrikus elemek és hasonlók – a már létező terv javítására összpontosítanak, nem pedig új tervváltozatok létrehozására, mint ahogy az a generatív tervezés esetében történik.
A félreértés oka, hogy a generatív tervezés során megadott paraméterek hasonlítanak az optimalizálási eszközökbe betáplált paraméterekhez. Azonban a generatív tervezés több kivitelezhető (nagy teljesítményű, mégis költséghatékony) tervet vagy megoldást eredményez ahelyett, hogy egy ismert megoldást optimalizálna.
Amellett, hogy a generatív tervezés teljesen új megoldásokat hoz létre, abban is eltér a többi technológiától, hogy számításba veszi a gyárthatósági szempontokat. Így jelentősen lerövidíti a termékek tesztelésének folyamatát, és nem kell újra és újra visszatérni a tervasztalhoz. A hagyományos optimalizálás egy már ismert megoldás finomítására összpontosít, és gyakran a felesleges anyagok eltávolításával jár, tekintet nélkül az elkészítés vagy felhasználás módjaira. Emiatt végül további modellezésre, hagyományos szimulációra és tesztelésre van szükség.
A generatív tervezésnél a szimuláció integrálva van a tervezési folyamatba. A munka kezdetén megadhat különböző gyártási módszereket, például az additív gyártást, CNC-t, öntést stb., a szoftver pedig csak olyan terveket dolgoz ki, amelyek legyárthatók az Ön által megadott gyártási módszerekkel. Azt is megteheti, hogy a szoftverrel többféle gyártási módszernek megfelelő terveket is kidolgoztat.
Alul: az Autodesk generatív tervező-szoftvere csatlakozási pontokat, szilárdsági követelményeket, súlyt, anyagokat és gyártási módszereket alkalmaz kényszerként ahhoz, hogy több geometriai megoldást kínáljon a csapágyra. Nem használ előre kialakított elemeket kiindulópontként. Ebben az esetben a generatív tervezés 30 tervváltozatot hozott létre, míg a topológiaoptimalizálás csak egyet. A kép az Autodesk tulajdona.
A generatív tervezés egy másik, gyakran figyelmen kívül hagyott előnye az alkatrészek összevonása. Mivel a generatív tervezés az emberi elme számára felfoghatatlan mérnöki komplexitás kezelésére képes – és mivel az additív gyártás lehetővé teszi a generatív algoritmusok által létrehozott összetett elemek gyártását –, létrehozhatók olyan alkatrészek, amelyek 2, 3, 5, 10, 20 vagy akár több különálló, összeszerelendő alkatrészt helyettesíthetnek. Az alkatrészek egyesítése egyszerűsíti a beszállítói láncokat és a karbantartást, valamint csökkentheti a karbantartás összköltségét.
A generatív tervezés több ezer kivitelezhető megoldási tervet és integrált szimulációt derít fel, figyelembe veszi a gyárthatóság szempontjait, és képes az alkatrészek egyesítésére, így a hatása messzebbre ér, és nem pusztán a tervezés hagyományos elképzelését alakítja át. Valójában az egész gyártási folyamatra kihat. Akár azt is mondhatnánk, hogy a „generatív gyártás” sok szempontból találóbb kifejezés lenne.
Mivel a generatív tervezés hatása a teljes gyártási folyamat során érezhető, a gyakorlati előnyöket tekintve nagy előrelépést jelent. A használatával jelentősen csökkenthetők a költségek, a kifejlesztésre fordított idő, az anyagfelhasználás és a termékek súlya.
Hogyan használják a vállalatok a generatív tervezést?
A repülőgépgyártó Airbus az A320 repülőgépek belső válaszfalának újragondolásához használta a generatív tervezést, és végül egy olyan részletesen kidolgozott tervet alkotott, amely egy összességében 45 százalékkal (30 kg-mal) könnyebb alkatrészt eredményezett. Ez a súlycsökkenés az üzemanyag-fogyasztás jelentős mértékű csökkenését és több százezer tonnával kevesebb kibocsátott szén-dioxidot fog eredményezni, amikor a gyártó majd az egész repülőgépflottán bevezeti az új válaszfalat. Ez egyenértékű azzal, mintha egy évre 96 000 személygépjárművet kivonnánk a forgalomból.
A generatív tervezés azonban nem korlátozódik a termékfejlesztésre – nagyobb léptékű projektek, esetén is alkalmazható.
A közeljövőben már a mindennapi használati tárgyainkat és járműveinket is generatív tervezéssel fogják létrehozni, és mindennapi munkakörnyezetünk kialakításához is ezt a technológiát fogják segítségül hívni. Elképzelhető, hogy a termékek újszerű formát öltenek vagy egyedi anyagokból készülnek majd, elvégre a számítógépek a mérnökökben korábban fel sem merülő megoldások kidolgozását is lehetővé teszik.
Az AI lassan minden munkafolyamat részévé, a generatív tervezés pedig a terméktervezés normájává válik. Izgalmas lesz látni, mi mindent érhetünk el, ha rövidebb idő alatt, kevesebb anyagpazarlással, kevesebb üzemanyag-pazarlással és a bolygóra gyakorolt kisebb káros hatással tudunk létrehozni egyre több és a felhasználói igényeknek jobban megfelelő megoldásokat és termékeket az erősödő globális középosztály igényeinek kielégítésére.
A cikk korábban a techmonitor.hu oldalon is megjelent.
Reméljük, hogy a fenti példák meghozzák a kedvét ahhoz, hogy Ön és tervezői csapata kihasználva az újabb és újabb tervezési technológiák előnyeit új szintre emeljék tervezési hatékonyságukat. Keresse szakértő kollégáinkat egy személyes konzultációra, hogy az iparágban jártas szakértőink támogatást nyújtsanak vállalata terméktervezési és fejlesztési folyamatainak továbbfejlesztéséhez és átalakításához.
Amennyiben szakmai ismereteit bővítené és elsőként szeretne hozzáférni a legfrissebb újdonságokról szóló hírekhez vagy cikkekhez, elég egyetlen lépés. Legyen tagja Facebook közösségünknek, vagy iratkozzon fel Hírlevelünkre!
Kapcsolattartó:
