Beseda “generativno” je v zadnjih nekaj letih pridobila na popularnosti. Večina ljudi verjetno najprej pomisli na »generativno umetno inteligenco«, kar običajno pomeni sedenje pred računalnikom, podajanje razmeroma preproste zahteve (pogosto v obliki besedila) in – brez neposredne vpletenosti v proces generiranja – prejemanje celotnega rezultata ki ustreza tej zahtevi, pa naj bo to besedilo, slika, pesem ali celo video. Kaj pa v svetu oblikovanja in inženiringa? Lahko to storimo?
Za uporabnike SOLIDWORKS ali CATIA je to pravzaprav dvodelno vprašanje:
Ali lahko oblikovalci zagotovijo omejen, strukturiran vnos v program in dobijo popoln geometrični rezultat? Da – temu se reče »generativno načrtovanje«. Ni novo in prihaja v številnih oblikah.
Lahko to storite z AI? Seveda, vendar je ta tehnologija zelo nova in ne najbolj dostopna širši javnosti.
V tem članku vam bomo predstavili tri oblike generativnega načrtovanja – načrtovanje na podlagi vozlišč, parametrično optimizacijo in optimizacijo topologije – in vam dali kratek vpogled v generativno umetno inteligenco, ki bo na voljo v programu SOLIDWORKS v bližnji prihodnosti.
Oblikovanje na osnovi vozlišč/skript
Ena od novejših tehnologij generativnega oblikovanja uporablja pristop, ki temelji na diagramih ali vozliščih. To je podobno parametričnemu 3D modeliranju, vendar je namesto razvijanja zapletenih formul v 3D okolju vmesnik zelo čist in enostaven za krmarjenje v 2D.
Če ste videli kakršne koli sodobne dizajne, potem ste verjetno videli prednosti oblikovanja na podlagi vozlišč, znanega tudi kot “vizualno skriptiranje”; nekateri primeri vključujejo teksture na računalniški miški, blazinice za ušesa na slušalkah, sprednjo rešetko na skoraj vseh avtomobilih, arhitekturnih zgradbah ali katerem koli izdelku, kjer je treba vzorce nadzorovati in so običajno zapleteni.
Primarna prednost okolja za modeliranje, ki temelji na vozliščih, je, ko resnično potrebujete pospešiti generiranje vzorcev. Proizvaja velike količine zapletenih rezultatov in lahko naredi obsežne spremembe modela z relativno malo klikanja. Modeliranje, ki temelji na skriptah, je prav tako popolnoma ne destruktivno in ga je mogoče hitro ponoviti – ne porablja nobenih funkcij in omogoča dostop do vrednosti entitet po celotnem modelu za pomoč pri gradnji robustnih in hitrih vzorcev.
Parametrična optimizacija
V preteklosti so oblikovalci običajno zasnovali izdelek in nato na modelu zagnali simulacijo, da bi ugotovili, ali bi le ta model ali sestav lahko prenesel zahtevane obremenitve. Če bi simulacija napovedala napako, bi načrtovalec nato spremenil model in znova zagnal simulacijo, da bi preveril, ali je bil popravek uspešen. Ta postopek preoblikovanja in ponovnega testiranja je mogoče avtomatizirati in povečati v tako imenovani “parametrični študiji”. Uporabniški vnos je želeni rezultat simulacije in kateri parametri CAD se lahko spremenijo, in ta zanka preoblikovanja-ponovnega testiranja ponavlja spremembe parametrov, dokler simulacija ni uspešna.
Za malo več moči je na voljo SOLIDWORKS Simulation Professional, ki vključuje več orodij za optimizacijo in Load Case Manager, ki olajša izvajanje več primerov obremenitve, dodajanje kombinacij primerov in sledenje ciljem. SOLIDWORKS Flow Simulation vključuje preproste za uporabo osnovne zmogljivosti parametričnega načrtovanja za CFD. Na strani elektromagnetike ponuja CST Studio Suite (ponudba elektromagnetne simulacije) postopek parametrične optimizacije s svojo povezavo SOLIDWORKS CAD.
Ko nadgradite s SOLIDWORKS Simulation na 3DEXPERIENCE STRUCTURAL za mehanske preračune z metodo končnih elementov (FEA), postanejo študije optimizacije še boljše. Poleg bolj robustnega Abaqus, zraven dobite tudi rešitve v oblaku, tako da lahko zelo hitro izvajate velike količine različic zasnove. Zraven so dodana tudi nova orodja za pregledovanje študij, ki so dovolj zmogljiva za obvladovanje povečanega obsega načrtovalskih spremenljivk in rezultatov simulacije.
Na najvišji ravni sta SIMULIA Isight in 3DEXPERIENCE Multidisciplinary Optimization (katere osnovna funkcionalnost temelji na Isightu). Isight je odprto ogrodje za ustvarjanje procesov za izčrpno optimizacijo zasnov izdelkov z uporabo široke palete vključenih numeričnih optimizacijskih metod in tehnik načrtovanja eksperimenta (DOE). Isight lahko v te procese optimizacije vključi številna druga orodja, vključno s komercialno programsko opremo CAD/CAE, interno razvitimi programi in Excelovimi preglednicami.
3DEXPERIENCE Multidisciplinary Optimization ponuja zmožnosti Isight (vključno z integracijo tretjih oseb) na platformi 3DEXPERIENCE in v sodobnejšem 3D vmesniku. Različica 3DEXPERIENCE omogoči, da so podatki o optimizaciji lažje dostopni ostalim in nudi orodja za pripravo procesnih predlog.
Optimizacija topologije
Ko se omejitve načrtovanja in zahteve glede obremenitev kopičijo, lahko “prekomerno načrtovanje” hitro postane edina praktična rešitev za človeškega oblikovalca. Ti deli s prekomerno težo povečujejo stroške in povzročajo lastne strukturne težave. Od takšnega izhodišča je tipičen postopek modeliranja in simulacije za izboljšanje te zasnove zelo naporen in dolgotrajen. Zato imamo orodja za optimizacijo topologije.
Optimizacija topologije je tehnika, ki uporablja simulacijo scenarijev obremenitve glede na načrtovanje, proizvodnjo in zahteve glede zmogljivosti, da bi iz nič ustvarili zasnovo z minimalno dodatno maso. Tako kot parametrična optimizacija je znotraj SOLIDWORKS na voljo raven orodij za optimizacijo topologije, ki potekajo preko namizja SIMULIA in vse do platforme 3DEXPERIENCE.
SOLIDWORKS Simulation Professional je začetek ponudbe za optimizacijo topologije, ki dela na posameznih delih ter z linearnimi statičnimi in frekvenčnimi analizami. Navedete prostor načrtovanja, nastavite proizvodne omejitve in primere obremenitve FEA, nato pa cilj – zmanjšajte maso, povečajte razmerje med togostjo in težo ali zmanjšajte največji premik. Oblikovalski prostor se zmanjšuje, dokler čim bolj učinkovito ne doseže cilja. Za pravilno modeliranje lahko končno obliko vrnete v 3D CAD.
Naslednja stopnja je SIMULIA Tosca Optimization Suite, ki je, tako kot Isight, vključena v licenciranje namiznega Abaqusa. Tosca je zelo odprta in enostavna za uporabo, vendar bolje integrirana s stranjo simulacije kot stranjo načrtovanja. Izkoristi lahko več kod FEA (vključno s kodami tretjih oseb), tudi v isti nalogi optimizacije. To pomeni, da je zasnove mogoče optimizirati glede na kombinacijo vseh vrst analiz, vključno s prefinjeno večdelno nelinearno analizo, eksplicitno dinamiko, utrujanjem itd.
Tosca vam omogoča tudi optimizacijo sestavov (v nasprotju s samo posameznimi modeli) in zagotavlja dodatne cilje optimizacije poleg mase in togosti. V Tosci so na voljo tudi specializirane oblike optimizacije topologije, kot sta optimizacija oblike in kroglice.
Linija rešitev 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN ponuja optimizacijo, ki temelji na Tosci, na platformi 3DEXPERIENCE v sodobnem uporabniškem vmesniku in z neposredno integracijo CAD. Druga edinstvena in velika prednost te rešitve je zmogljivost v oblaku, ki lahko večkrat skrajša računski čas.
Če vaše zasnove vključujejo fluidiko, potem lahko Tosca Fluid Optimization in 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN za vas ustvarita tudi zasnove, optimizirane za pretok. Te rešitve delujejo na približno enak način kot strukturne različice, le s kodo CFD, kot je 3DEXPERIENCE FLUIDS. Ustvarile bodo oblike kanalov, ki zmanjšajo padce tlaka in ohranijo masni pretok.
Namig o AI prihodnosti oblikovanja
Umetna inteligenca se integrira v vse vidike našega življenja, vključno z identifikacijo obraza, družbenimi mediji in viri novic, preverjanjem slovnice po e-pošti, Googlovim iskanjem, pretvorbo glasu v besedilo, zaščito pred bančnimi goljufijami in reševanjem življenj z analizo medicinskih slik za odkrivanje raka.
Dassault Systèmes že več kot deset let dela na avtomatiziranem ustvarjanju modelov (in simulacijah) z umetno inteligenco – na sejmu 3DEXPERIENCE World 2024 smo lahko videli neverjeten vmesnik za besedilo in skico programa Magic SOLIDWORKS, ki samodejno generira 3D modele na podlagi preproste skice krmila kolesa in nekaj oblikovalskih meril. Umetna inteligenca je ustvarila več B-Rep modelov, in uporabniku omogočila, da izbere nekaj, kar je zelo podobno njegovemu namenu, in ga nato postavila na pravo mesto na celotnem sklopu kolesa. Pomočnik oblikovanja je skupaj z umetno inteligenco uporabil simulacijo, za izboljšavo same zasnove. Ena od idej je tudi uporaba umetne inteligence za izvjanje monotonih nalog, kot je samodejno dodajanje na stotine matic, vijakov in podložk modelom, samodejno ustvarjanje slike v skico in samodejno ustvarjanje risbe.
Vir: https://www.goengineer.com/blog/what-is-generative-design-to-the-solidworks-cad-user