Генеративний дизайн (генеративний дизайн) — це процес проектування, керований комп’ютером і ШІ, який автоматично створює продукти на основі визначених користувачем вимог і обмежень. Коротше кажучи, програмне забезпечення проектує деталь або продукт на основі атрибутів продукту та цілей проектування, запропонованих користувачем. 3D-друк має достатньо переваг для виготовлення деталей генеративного дизайну.
Чим більше змінних буде введено в програмне забезпечення для генеративного проектування, наприклад, цільове використання, спосіб виробництва, доступні матеріали тощо, тим кращим буде комп’ютерне проектування. Продукти, розроблені за допомогою програмного забезпечення, зазвичай мають криволінійний вигляд і структуру, що нагадує форму гілки дерева або скелета. Генеративний дизайн порівнюють з еволюційним процесом проб і помилок, через який проходить природа, щоб досягти оптимальних структур, причому набагато швидше. Використання генеративного дизайну має багато переваг, таких як економія матеріалів при забезпеченні високої міцності.
Наприклад, кронштейн внизу, кронштейн праворуч - оригінальний дизайн. Скоба ліворуч — це частина, оптимізована для зменшення використання матеріалу, зберігаючи ту саму міцність і відповідність тим самим розмірам. Остаточний каркас може бути відлитий під тиском, оброблений або надрукований на 3D. Дизайни, створені штучним інтелектом, часто настільки складні, що їх можна виготовити лише за допомогою методів 3D-друку.
Яким би потужним не був генеративний дизайн, він не замінить дизайнерів чи інженерів. Програмне забезпечення для генеративного проектування — це лише інструмент, який вони використовують для прискорення проектування та оптимізації деталей. ШІ може генерувати різноманітні результати, порівнювати відмінності між різними результатами та знаходити оптимальне рішення, що дизайнерам важко зробити за короткий проміжок часу.
Багато програмних продуктів мають можливості генеративного проектування, які використовують алгоритми для перетворення вимог до деталей у геометрію та дизайн продукту. Однак замість того, щоб генерувати десятки або сотні варіантів, вони покращують окремі частини (що дуже схоже на параметричний дизайн). Ці дві концепції подібні, але генеративний дизайн часто асоціюється з кількома варіантами дизайну, а не з кількома ітераціями.
Програмне забезпечення для генеративного проектування
Алгоритми оптимізації форми або оптимізації топології давно вирішують одну з найфундаментальніших інженерних проблем: як зробити достатньо міцні деталі з якомога меншою кількістю матеріалу. Сучасний генеративний дизайн ШІ йде ще далі, пропонуючи безліч варіантів. Важливо те, що інженери більше не обмежені рівнем навичок, досвідом або креативністю. Наприкінці генеративного аналізу дизайну інженери мають концепцію, яку можна додатково дослідити та вдосконалити, або готове до виробництва проектне рішення, яке повністю відповідає всім вимогам проекту щодо ваги, навантажень, матеріалів тощо.
Генеративний дизайн — це творчий інструмент, і, як і багато інших комп’ютерних процесів, для його керування потрібна людина. Тому успіх пов’язаний з якістю даних, які вводить користувач. Тут ми можемо запозичити концепцію GIGO з інформатики («сміття входить, сміття виходить»), неправильні вхідні дані дадуть неправильні результати. Хоча інструменти генеративного проектування дозволяють майже будь-кому освоїти складні конструкції, не варто недооцінювати навички, необхідні для правильного визначення початкових умов для бажаної частини. Загалом інформація, необхідна програмному забезпеченню генеративного проектування для вирішення проблеми, включає:
●Фізичні обмеження на простір дизайну, включаючи кожен інтерфейс нової частини у більшій збірці (наприклад, монтажні отвори) і простір, який нова частина не може займати. Генеративний дизайн часто використовується для переробки деталей, щоб займати менше місця.
● Граничні умови для сил і навантажень, включно з тим, які області необхідно зміцнити або спростити, щоб витримувати навантаження від руху або експлуатації.
● Постановка критеріїв або цілей, таких як мінімізація маси або вартості частини та визначення фактора безпеки, необхідного для проекту.
●Досяжність виробничого процесу, це перевага виробництва 3D-друку. Сам 3D-друк має надзвичайно високу гнучкість, що дуже підходить для виготовлення деталей генеративного дизайну.
●Матеріали виготовлення. Якщо вибрано більше ніж один матеріал, для кожного матеріалу будуть надані різні конструктивні рішення відповідно до вимог проекту.
Які переваги генеративного дизайну?
Тепер, коли ми розуміємо, що насправді таке генеративний дизайн і що він може зробити, давайте визначимо практичні переваги застосування цих інструментів у виробництві деталей:
● Творчість. Генеративний дизайн усуває всі творчі обмеження, пов’язані з традиційними процесами проектування, створюючи найкращі нетрадиційні форми та форми, які неможливо уявити людям.
● Збалансуйте пріоритети. Він може досліджувати рішення на основі аспектів продуктивності та виробничих можливостей, які вже є на даному місці.
● Зменшити аналіз. Вбудовані тестові та обчислювальні симуляції зменшують будь-який подальший дорогий віртуальний автоматизований інженерний аналіз (CAE).
●Зменшити навантаження. Він звільняє професіоналів від виснажливих завдань методом проб і помилок і підвищує продуктивність, надаючи сотні можливих дизайнерських рішень.
● Зменшити людську помилку. Завдяки автоматизації значної частини процесу проектування знижується ризик внесення людських помилок у проектування.
● Зменшити витрати. Заощаджуйте гроші, надаючи високоефективні проекти з меншим використанням матеріалів і скорочуючи час розробки та виведення на ринок.
●Частково об'єднано. Особливо при використанні процесів адитивного виробництва інженери можуть досліджувати можливості консолідації деталей і заміни цілих вузлів однією деталлю. Це може мати позитивний економічний вплив на ланцюжки постачання та програми обслуговування.
Алгоритми та естетика: майбутнє генеративного дизайну
Оскільки Інтернет речей і штучний інтелект стають все більш поширеними в нашому повсякденному житті, генеративний дизайн може стати нормою в дизайні продуктів. Ця технологія забезпечує проекти, які матимуть позитивний вплив не лише на промисловість, але й на навколишнє середовище, оскільки для виробництва повсякденних продуктів потрібно менше ресурсів. Зараз розробка генеративного програмного забезпечення також відбувається дуже швидко, включаючи Fusion 360, Creo Generative Design Extension, Ansys Discovery, nTopology, Dassault Systèmes CATIA Generative Design Engineering тощо. Ви можете використовувати це програмне забезпечення в поєднанні з процесом 3D-друку, щоб створювати власні генеративні частини дизайну.