Производственные инновации для профессионалов

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Преимущества генеративного проектирования

Генеративное проектирование предлагает множество преимуществ, которые трансформируют различные отрасли. Вот некоторые из важнейших из них:

  • Поиск новых вариаций дизайна. Генеративное проектирование позволяет дизайнерам и инженерам максимально широко и продуктивно исследовать множество (сотни и тысячи) вариантов изделий, заходя в область биомимикрии, в которой именно специальные программные алгоритмы и машинное обучение способны реализоваться по максимуму. В результате будут изучаться и создаваться новые решения задач, которые, возможно, ещё не были освоены при использовании традиционных методов.
  • Улучшенная производительность и оптимизация. Используя алгоритмы искусственного интеллекта и вычислительную мощность серверов, генеративное проектирование может оптимизировать конструкции по конкретным критериям, таким как прочность, вес, материалы и производственные процессы. В конечном итоге создаются детали и продукты с превосходными характеристиками, эффективностью и функциональностью по сравнению с альтернативными методами, предусматривающими ручное управление.
  • Повышенная гибкость проектирования и возможность настройки. Генеративное проектирование обеспечивает гибкость, позволяющую учитывать разнообразные требования к проектированию и быстро адаптироваться к меняющимся потребностям. Таким образом создаются индивидуально настраиваемые решения, адаптированные к конкретным сферам, клиентам или средам.
  • Ускоренная разработка продукта и снижение затрат. Генеративное проектирование автоматизирует и оптимизирует процесс проектирования, значительно сокращая время и усилия, необходимые для разработки новых продуктов. Изучение широкого спектра вариантов проектирования и определение оптимальных решений на ранних этапах цикла разработки сводят к минимуму необходимость в дорогостоящих итерациях проектирования и физическом прототипировании.
  • Устойчивые и ресурсосберегающие проекты. Генеративные проекты позволяют оптимизировать использование материалов, сократить количество отходов и повысить энергоэффективность. Создание лёгких, структурно эффективных компонентов помогает минимизировать воздействие производства на окружающую среду и способствует достижению целей устойчивого развития.
  • Демократизация проектирования и инноваций. ПО для генеративного проектирования предоставляет дизайнерам и инженерам мощные инструменты для создания сложных и заметно более эффективных проектов без необходимости обширных знаний. Это позволяет небольшим компаниям, дизайнерам и инженерам получить доступ к расширенным возможностям проектирования и конкурировать с более крупными организациями, используя эти инструменты в разработке инновационных высококонкурентных продуктов для многих отраслей.

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Рис. Основные преимущества генеративного проектирования (MSC Software Corporation (Hexagon AB)

Вызовы, стоящие перед генеративным проектированием

Генеративное проектирование, при своих неоспоримых преимуществах, также имеет ряд особых черт, которые обязательно стоит принимать во внимание для качественной реализации проектов:

  • Качество и консистентность данных. Надёжные результаты зависят от точности данных и их согласованности друг с другом, их целостности, внутренней непротиворечивости.
  • Функциональная совместимость ПО. Нужно следить за совместимостью специализированного ПО. Лучше всего, чтобы интерфейсы продуктов были полностью открытыми, способными к взаимодействию и функционированию с другими продуктами или системами без каких-либо ограничений доступа и реализации.
  • Навыки и компетенции. Для реализации генеративного дизайна необходимо другое мышление и набор соответствующих навыков, что требует инвестиций в обучение и образование персонала.
  • Сотрудничество и общение. Создание чётких рамок для принятия решений, обратной связи и документации имеет решающее значение для эффективного сотрудничества.
  • Длительность изучения и утверждения массы вариантов моделей и неточные метрики. Из-за большого количества вариантов оптимизированных моделей определение точных показателей и целей на старте проекта для предотвращения неоптимальных результатов.
  • Интеграция с существующими процессами проектирования. Поиск способов улучшения и расширения существующих процессов проектирования имеет решающее значение для успешного внедрения, поскольку генеративное проектирование может не полностью вписаться в существующие рабочие процессы.
  • Проблемы при производстве определённых геометрических элементов. Даже при использовании передовых методов аддитивного производства изготовление сложных геометрических форм, создаваемых с помощью генеративного проектирования, может быть сложной и даже неосуществимой задачей. Наибольшее внимание стоит уделить взаимодействию традиционных станков с ЧПУ и генеративного проектирования, поскольку возможности первых крайне ограничены.

Применение генеративного проектирования в различных отраслях

Генеративное проектирование применяется в самых разных отраслях промышленности, позволяя дизайнерам и инженерам создавать инновационные конструкции, близкие по форме и функциональности тому, что создаёт природа. Рассмотрим некоторые из важнейших областей, в которых генеративное проектирование оказывает значительное влияние:

  1. Архитектура. С помощью генеративного проектирования можно создавать оптимизированные проекты зданий с учётом естественного освещения, энергоэффективности, прочности вне зависимости от среды и условий эксплуатации. Это позволяет архитекторам исследовать обширное пространство дизайна и находить решения, соответствующие конкретным критериям производительности при производстве зданий, МАФ, и эстетическим требованиям.

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Рис. Генеративный дизайн способен создавать органичную архитектуру

  1. Машиностроение. В аэрокосмической, автомобильной и машиностроительной отраслях промышленности генеративное проектирование применяется для создания лёгких и высокоэффективных компонентов. Оно может оптимизировать прочность, жёсткость и механические свойства деталей, одновременно сокращая использование материалов и сложность производства.

 Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Рис. Алюминиевый кронштейн основной опоры шасси изделия Су-57 (Т-50) пятого поколения. Напечатано по технологии LB-PBF/SLM (ОАК)

  1. Дизайн продукта. Генеративное проектирование революционизирует подход к проектированию потребительских товаров, мебели, товаров для дома и интерьера/домашнего декора. Тщательный учёт эргономики, эстетики, материалов и производственных процессов открывает путь к созданию оптимально функционирующих, удобных, кастомизированных под каждого пользователя конструкций.
  • Потребительские товары: конструкции, оптимизированные с точки зрения удобства использования, эстетики и экономической эффективности, такие как электроника и бытовая техника.
  • Мебель: эргономичный и эстетически привлекательный дизайн мебели, адаптированный к комфорту пользователя и его стилевым предпочтениям.
  • Товары для дома: эффективные, долговечные и привлекательные предметы – кухонная утварь и аксессуары для дома.
  • Интерьер/домашний декор: изготовленная на заказ мебель, сантехника и различные эстетические и функциональные элементы, которые органично встраиваются в пространство и придают ему неподдельную эстетическую привлекательность.

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Рис. Раскладывающееся кресло TAMU Chair от дизайнера Patrick Jouin

  1. Производство. Генеративное проектирование оптимизирует производственные процессы, сокращает отходы, повышает эффективность и качество продукции. Оно может генерировать оптимизированные траектории движения инструмента для обработки на станках с ЧПУ, минимизировать использование материалов в аддитивном производстве и улучшать планировку цеха для оптимизации рабочих процессов.

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Рис. Отливка верхнего рычага беспилотного квадроцикла на электродвижении. Литьевая форма изготовлена по технологии Binder Jetting (МГТУ им. Н.Э. Баумана (Приоритет 2030)

  1. Дизайн одежды. Генеративные алгоритмы создают инновационную одежду и аксессуары, оптимизированные для комфорта, функциональности и стиля. Принимая во внимание такие факторы, как особенности фигуры, свойства материалов и дизайнерские предпочтения, генеративный дизайн может помочь модельерам расширить границы их творчества.

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Рис. 3D-печать на одежде в сотрудничестве с модельерами threeASFOUR и Трэвисом Фитчем (Stratasys)

  1. Промышленный дизайн. Генеративное проектирование применяется для создания сложных, высокопроизводительных продуктов, таких как медицинское оборудование, промышленное оборудование и инструменты для проведения научных работ. Разработчики используют возможности генеративного проектирования для получения достаточного количества вариантов для выбора целевого и находят решения, отвечающие строгим требованиям производительности, безопасности и соответствующие нормативным документам.
  • Медицинские устройства: индивидуальные имплантаты, протезы и хирургические инструменты, оптимизированные с учётом индивидуальных потребностей пациента и биосовместимости.
  • Промышленное оборудование: высокоэффективные и долговечные компоненты машин, обеспечивающие оптимальную производительность и надёжность.
  • Инструменты для исследований. Прецизионные и специализированные инструменты, оснастка, адаптированные для конкретных научных работ, повышающие функциональность и точность экспериментов, и ускоряющих опыты.
  1. Робототехника. Генеративное проектирование — универсальный инструмент оптимизации производительности роботов и автоматизированных систем. Учёт таких элементов, как кинематика, динамика и система управления, помогает создавать роботов более эффективных, точных и адаптируемых к различным задачам и средам.

Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 2)

Рис. Генеративное проектирование дает полную свободу для создания системы рычагов и кронштейнов для робототехники (Ntopology Inc.)

Третья часть нашего цикла будет посвящена ПО для генеративного проектирования, а также обеспечению синергии между генеративным проектированием и 3D-печатью.

Часть 1.

Часть 3.

Часть 4.