Mit jelent a generatív tervezés, és miért ez a gépipar jövője?
A generatív tervezés a mesterséges intelligencia és a felhőalapú számítástechnika segítségével utánozza a természet evolúciós megközelítését, hogy több ezer megoldással tudjon szolgálni egyetlen mérnöki problémára. Az új eljárás teljesen átformálja azokat a módszereket, amelyekkel a hétköznapi tárgyak készülnek, a székektől kezdve az autókon át a szerszámgépekig.
A különböző 3D nyomtatási technológiák segítségével az így készült tervváltozatok gyorsan ellenőrizhetők, hiszen kézzel fogható alkatrészeken lehet funkcionális teszteket végezni a fejlesztési ciklus bármely fázisában. A Stratasys J750 színes 3D nyomtatójával például kiválóan szemléltethetők az alkatrészek végeselemes szimulációnak eredményei, segítve ezzel a megrendelők és mérnökök közötti kommunikációt.
A technológia első alkalmazói
A világ előre tekintő 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.
Airbus – Az egyik leghíresebb repülőgépgyártó már alkalmazza a generatív tervezést: egy új kabinválaszfalat készítettek vele az A320-as repülőgépükhöz. A tervezésnél a természetes növekedési folyamatokat utánozták. A válaszfal ellenállóbb, mint az eredeti alkatrész, viszont fele olyan nehéz.
Under Armour – Autodesk szoftverrel alakították ki a rácsszerkezetet a 3D nyomtatással készülő Architech cipőjükhöz. A talpak nyomtatása az EOS szelektív lézer szinterező berendezéseivel történt, ahol rétegről rétegre olvasztotta össze a polymer szemcséket a nyomtató.
Stanley Black & Decker – a vállalat újonnan alakult Breakthrough Innovation csoportja kísérleti projektet indított el egy, a villanyszerelők által napi rendszerességgel használt eszköz – egy hidraulikus krimpelő fogó – továbbfejlesztése érdekében. A generatív tervezési és additív gyártási technológiák alkalmazásával a csoport képes volt közel 1,5 kg-ot lefaragni a krimpelő szerszám súlyából, ezzel több mint 60%-kal lecsökkentve azt.
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 az 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 skáláját.
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.
Gyárthatósági szempontok
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 a felesleges anyagok eltávolítása is a részét képezi, 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.
Az alkatrészek összevonása
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?
Repülőgépgyártás
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.
Építőipar
A generatív tervezés azonban nem korlátozódik a termékfejlesztésre – nagyobb léptékű projektek, például épületek és irodahelyiségek esetén is alkalmazható. A torontói MaRS Innovation District az egyik legutóbbi projektje során generatív tervezést használt egy irodai környezet alaprajzához, és olyan eredményre jutott, amelyre csupán emberi munkaerővel nem lett volna képes.
Az építészek a generatív tervezéssel részekre bontották az alkalmazotti igényeket és szükségleteket, beleértve az egyes személyek munkakörnyezetre vonatkozó preferenciáit is.
Termékfejlesztés
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 MI 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 VARINEX Zrt. komoly értéket tud hozzáadni a folyamathoz, az alkotás jövőjét támogató legkülönfélébb specializációk terén rendelkezik tapasztalattal – a gépészeti tervezéstől és a tervezésautomatizálástól a szimulációig és az adatkezelésig.
VARINEX TEAM
Forrás: gyartastrend.hu
