Generatív tervezés: mennyiben segíti elő a fenntarthatóságot?

A mérnökök és tervezők folyamatosan azon dolgoznak, hogy innovatív megoldásokat találjanak ügyfeleik igényeire. Közben arra is oda kell figyelniük, hogy kézben tartsák a költségeket, kevesebb erőforrást használjanak fel, és megfeleljenek az egyre szigorodó környezetvédelmi előírásoknak és az ügyfelek egyre növekvő elvárásainak.

A generatív tervezés sokak számára biztosít lehetőséget arra, hogy az alkatrészeket könnyebbé tehessék, az összeállításokat egy alkatrésszé vonhassák össze, és többféle alapanyaggal és kialakítással is kísérletezni tudjanak. Ezen lehetőségek mindegyike egyértelmű gazdasági előnyöket hordoz, és ez egybevág az ügyfelek igényeivel. Van azonban egy további előny is, amellyel ritkábban szoktunk számolni: ezek a fejlesztések abban is segítséget nyújtanak, hogy a vállalatok elérhessék fenntarthatósági céljaikat.

Egyes gyártók, például a General Motors (GM), az Airbus, a Stanley Black & Decker és az Under Armour, generatív tervezést használnak a mérnöki kihívások megoldásához és innovatív, új termékek kifejlesztéséhez. Ezek a megoldások kevesebb negatív környezeti hatást eredményeznek.

A generatív tervezéssel a felhasználók célkitűzéseket (például tömegcsökkentést) és kényszereket (például alkalmazott erőhatásokat vagy gyártási módszereket) határozhatnak meg. Ahelyett, hogy a felhasználó számítógéppel rajzoltatná meg a terveket, a számítógép mesterséges intelligencia és automatizálás segítségével magától hoz létre többféle olyan tervváltozatot, amelyek megfelelnek a felhasználói célkitűzéseknek és kényszereknek. A számítógép partnerré válik a tervezési folyamatban, mivel beláthatatlanul több lehetőséget képes kidolgozni, mint az ember.

Tömegcsökkentés az anyag- és energiatakarékosság érdekében

A generatív tervezés legkorábbi és legismertebb alkalmazási példái során a tervezők célja az anyagcsökkentés, pontosabban az alkatrészek vagy összeállítások tömegének csökkentése volt. Feltéve, hogy az adott termékhez felhasznált anyag nem változik (például: ha az alumínium alumínium marad), ezzel közvetlen megtakarítás érhető el. A generatív tervezéssel elérhető teljes anyagmegtakarítás mértékéből adódóan még akkor is jelentős költségcsökkentést lehet elérni, ha az anyag változik, például alumíniumról rozsdamentes acélra.

Az Airbus repülőgépgyártó például az A320-as repülőgépek belső válaszfalának átalakításához generatív tervezést használt. Az új válaszfalak lényegesen kisebb anyagfelhasználással készülnek, és 45 %-kal könnyebbek. Az anyagkezelő és -feldolgozó ipari gépek gyártásával foglalkozó Claudius Peters jelenleg egy új Clinker-hűtő tervét véglegesíti, és becslései szerint a csökkenő anyagfelhasználásnak köszönhetően minden egyes legyártott példányon több ezer eurót lehet majd megtakarítani. A felhasznált alapanyagok mennyiségének bármiféle csökkentése bolygónk javára válik.

Airbus repülőgépülés váza

A közvetlen fenntarthatósági előnyök és a tömegcsökkentésből adódó költségmegtakarítás mellett további, közvetett előnyökkel is számolhatunk. Ha a felhasznált anyag mennyisége csökken, akkor a szénlábnyom és az energiafelhasználás is kisebb lesz: egy könnyebb alkatrész működtetéséhez kevesebb energia szükséges. Egy 150 kg-mal könnyebb autóval például értelemszerűen kisebb energiafelhasználás mellett lehet furikázni. Az alacsonyabb üzemanyag-fogyasztás kisebb széndioxid-kibocsátással jár, ami azt jelenti, hogy egy érintett vállalat saját célkitűzésein túl az előírásoknak is képes megfelelni. Az Airbus becslése szerint az A320-as flottán bevezetett új válaszfalnak köszönhetően évente 465 000 tonnával csökken majd a szénkibocsátás, ami egyenértékű azzal, mintha egy évre 96 000 személygépjárművet kivonnánk a forgalomból.

„Elkötelezettek vagyunk amellett, hogy 2050-ig 50 %-kal csökkentsük termékeink üvegházhatású gázkibocsátását, ehhez pedig olyan új technológiákat kell kifejlesztenünk, amelyekkel jelentősen csökkenthető a repülőgépek tömege – jelentette ki Bastian Schaefer, az Airbus innovációs igazgatója. – Ahhoz, hogy 45%-kal csökkenthessük egy olyan alkatrész tömegét, amilyen például a bionikus válaszfal, egyszerűen annyi kellett, hogy a generatív tervezést ötvözzük a 3D nyomtatással.”

Generatív tervezés és additív gyártás a hulladékcsökkentés elősegítésére

Bár a generatív tervezéssel a felhasználó különböző gyártási folyamatokat alkalmazhat a CNC-megmunkálástól kezdve az öntésig és a fröccsöntésig, környezeti szempontból a legjobb eredményeket mindig az additív gyártási folyamatok biztosítják. A 3D nyomtatás például lehetővé teszi a közel végső alakra történő nyomtatást, amelyhez csak a tervben szereplő mennyiségű anyagra van szükség, így jelentősen kevesebb gyártási hulladék keletkezik. Az additív gyártás emellett nagyfokú tervezési szabadságot is biztosít az összetett alakzatokat eredményező műveletek, például a rácsképzés során, amikor szilárdtestekből hozunk létre könnyebb belső struktúrákat. Ezzel a megoldással olyan alakzatok is létrehozhatók, amelyeknek a legyártása korábban nem lett volna lehetséges, és ez nagyban elősegíti az innovációt.

Alkatrészek összevonása az anyagtakarékosság és a hatékony gyártás érdekében

A generatív tervezés lehetővé teszi több részből álló összeállítások összevonását egy egy alkatrészrészből álló termékké. A felhasznált anyagmennyiség csökkentése mellett ezzel a megoldással a gyártási folyamat is egyszerűsíthető, mivel kevesebb összeszerelési műveletre van szükség. Az alkatrészek összevonásával kevesebb részegységet kell raktáron tartani, és egyszerűsödik a beszállítói lánc. A General Motors egy egyszerű üléskonzolt, (a biztonsági övet a járműhöz rögzítő alkatrészt) ami egy 8 részből álló összeállítás, egyetlen alkatrésszé alakított át a generatív tervezés segítségével. Ezen a sikeren felbuzdulva a GM úgy döntött, hogy a járműcsaládjai egyéb alkatrészeire is kiterjeszti a generatív tervezés használatát.

General Motors – generatív tervezés
Kísérletezés a tervváltozatokkal a lehető legjobb alapanyag kiválasztása érdekében

Az anyagválasztás közvetlenül befolyásolja a termék fenntarthatóságát. A generatív tervezés segítségével a tervezők számításba vehetnek különböző anyagokat, kiértékelhetik, hogy közülük melyik lehet a legalkalmasabb, és melyik biztosít fenntarthatóbb megoldást (például a fa vagy a műanyag), az eredményeket különböző szempontok alapján szűrhetik (például rugalmassági modulus vagy anyagtípus szerint), és a legmegfelelőbbnek tűnő verziók ábráját meg is jeleníthetik, hogy az anyagok és tervek lehető legjobb kombinációját választhassák ki. A tervezői csapat választhatja az olcsóbb, kisebb szénlábnyomú lehetőséget, amely esztétikai szempontból kevésbé megnyerő, vagy dönthet az esztétikailag meggyőzőbb megoldás mellett – a generatív tervezéssel a különböző lehetőségek egyszerűen kiértékelhetők.

Gyorsabb prototípus-készítés a keletkező hulladék mértékének és a piacra kerülés idejének csökkentéséért

A generatív tervezés a tervezési és mérnöki folyamatok megkönnyítéséhez felhő-szimulációkkal is hozzájárul, amelyekkel többek között kifáradási elemzések és terhelési tesztek is elvégezhetők. Így kevesebb fizikai prototípust kell elkészíteni, amivel idő és pénz takarítható meg, és kevesebb hulladék képződik. Bár ezeket a megtakarításokat általában nem tekintik környezetvédelmi jellegűnek, a prototípus-készítés során keletkező hulladék jelentette probléma nagyon is valós. Ha több fizikai prototípust készítünk, különösen, ha azokat egy távoli beszállítótól rendeljük meg, a felhasznált anyagok, idő és energia mennyisége összeadódik.

A Fusion 360 generatív tervezési képességeivel a tervezők és a gyártók egyszerre megvalósíthatják fenntarthatósági és nyereségességi célkitűzéseiket. Pénzt és időt takaríthatnak meg az új termékek kifejlesztése során, miközben csökkenthetik a gyártási költségeket és az energiaszükségletet, ráadásul innovatív tervekkel nyerhetik el az ügyfeleik tetszését.

A generatív tervezés alkalmazása egy projektben egyesek szerint ahhoz hasonló, mintha egy kiemelkedően intelligens tag csatlakozna a tervezőcsapathoz. Tekintve, hogy a fenntarthatóság és klímaváltozás milyen óriási kihívásokat állít a tervezők elé, amelyeknek tudnunk kell felelősségteljesen megfelelni, a generatív tervezés óriási segítséget jelent.

Forrás: Autodesk / CNC Média


Amennyiben szakmai ismereteit bővítené és elsőként szeretne hozzáférni a legfrissebb újdonságokról szóló hírekhez vagy cikkekhez, elég egyetlen kattintás: csatlakozzon üzleti LinkedIn oldalunkoz, legyen tagja Facebook közösségünknek vagy iratkozzon fel Hírlevelünkre!

Kapcsolattartó:

Sebők Róbert
CAD üzletág igazgató
+36 1 273 3413
+36 30 977 1824
sebok@varinex.hu