Sin duda, la palabra «generativo» ha ganado popularidad en los últimos años. La mayoría de la gente probablemente salta a la «IA generativa», que suele entenderse como sentarse delante de un ordenador, hacer una petición relativamente sencilla (a menudo una indicación de texto) y -sin implicación directa en el proceso de generación- recibir una salida completa que coincida con esa petición, ya sea un escrito, una imagen, una canción o incluso un vídeo. Pero, ¿qué ocurre en el mundo del diseño y la ingeniería? ¿Podemos hacerlo? Para SOLIDWORKS o CATIA usuarios, en realidad es una pregunta en dos partes:
- ¿Pueden los diseñadores proporcionar una entrada limitada y estructurada a un programa y obtener un resultado geométrico completo? Sí, es lo que se denomina «diseño generativo». No es nuevo y se presenta de muchas formas.
- ¿Se puede hacer con IA? La respuesta aquí también es sí, pero esta tecnología es muy nueva y acaba de alcanzar la disponibilidad pública en pequeños incrementos.
En este artículo, le presentaremos tres formas de diseño generativo (diseño basado en nodos, optimización paramétrica y optimización topológica) y le ofreceremos un anticipo de la IA generativa que llegará a SOLIDWORKS en un futuro próximo.
Diseño basado en nodos/scripts
Una de las tecnologías de diseño generativo más recientes adopta un enfoque basado en diagramas o nodos. Es similar al modelado paramétrico en 3D, pero en lugar de tener que desarrollar intrincadas fórmulas en un entorno 3D, la interfaz es muy limpia y fácil de navegar en 2D.
Las cadenas de nodos de operaciones y datos crean una salida de modelo 3D completa. Un simple cambio en un nodo podría propagar fácilmente un gran cambio en todo el modelo, la ventaja clave de este enfoque de modelado. Haga clic para ver nuestro tutorial sobre cómo crear una escalera con este método.
Si ha visto algún diseño de aspecto moderno, probablemente haya comprobado las ventajas del diseño basado en nodos, también conocido como «scripting visual», y ni siquiera lo sabía. Algunos ejemplos son las texturas de un ratón de ordenador, las almohadillas de los auriculares, la parrilla delantera de casi cualquier automóvil, los edificios arquitectónicos o cualquier producto en el que los patrones deban controlarse y sean típicamente complejos.
La principal ventaja de un entorno de modelado basado en nodos es cuando realmente se necesita turboalimentar el modelado o los flujos de trabajo por lotes. Produce grandes cantidades de salida compleja y puede realizar cambios a gran escala en un modelo con relativamente pocos clics. El modelado basado en scripts también es completamente no destructivo y rápidamente replicable: no consume ninguna característica y proporciona acceso a los valores de las entidades de todo el modelo para ayudar a construir patrones robustos y rápidos.
Haga clic para ver esta CATIA Design Talk -con demostración- sobre diseño basado en nodos/script visual.
GoEngineer ofrece dos productos de Dassault Systèmes para este tipo de diseño generativo: CATIA Visual Script Designer para el modelado basado en nodos en su máquina local, y Creador de formas de patrones 3D para el modelado basado en nodos en una aplicación web totalmente tridimensional y en la nube. Ambos productos están en la Plataforma 3DEXPERIENCE y se basan en el motor de modelado de CATIA, por lo que puede integrar fácilmente sus resultados con su solución principal de SOLIDWORKS o CATIA y, a continuación, construir sobre esos modelos.
Optimización paramétrica
En el pasado, los diseñadores solían diseñar un producto y luego ejecutaban una simulación en el modelo para ver si la pieza o el conjunto serían capaces de soportar la(s) carga(s) requerida(s). Si la simulación predecía un fallo, el diseñador cambiaba entonces el modelo y volvía a ejecutar la simulación para verificar que la corrección había sido acertada. Este proceso de rediseñar y volver a probar pueden automatizarse y escalarse en lo que se denomina un «estudio paramétrico». La entrada del usuario es un resultado deseado de la simulación y qué parámetros CAD pueden alterarse, y ese bucle de rediseño-retest itera los cambios paramétricos hasta que la simulación es un éxito.
Un ejemplo de SOLIDWORKS SimulationXpress de un estudio de diseño.
Necesita herramientas para ejecutar estos estudios y interpretar los resultados. GoEngineer y Dassault Systèmes ofrecen varias herramientas que cubren una amplia gama de sofisticación. En el nivel más básico, si ha tomado la clase SOLIDWORKS Essentialstal vez recuerde haber utilizado SimulationXpress (integrado en SOLIDWORKS Standard), donde ejecutaba una simulación paramétrica con el volante y establecía una cota a modificar para alcanzar un determinado factor de seguridad.
Configuración de un estudio de diseño CFD en SOLIDWORKS Flow Simulation.
Para un poco más de potencia, dispone de SOLIDWORKS Simulation Professional, que incluye más herramientas para la optimización y la Gestor de casos de carga, que facilita la ejecución de múltiples casos de carga, la adición de combinaciones de casos y el seguimiento de los objetivos. Simulación de flujo SOLIDWORKS también incluye funciones fáciles de usar, estudio básico de diseño paramétrico para CFD. Por el lado del electromagnetismo, CST Studio Suite (una oferta de simulación electromagnética) proporciona un proceso de optimización paramétrica utilizando su enlace CAD SOLIDWORKS.
Un estudio de diseño de 30 alternativas utilizando las capacidades de optimización que vienen con la solución 3DEXPERIENCIA ESTRUCTURAL Solución de AEF.
Cuando actualice de SOLIDWORKS Simulation a 3DEXPERIENCE ESTRUCTURAL para su AEF mecánico, los estudios de optimización mejoran aún más. No sólo obtendrá el más robusto Abaqus solver, se obtiene capacidades de computación en nube para que pueda ejecutar muy rápidamente grandes cantidades de variaciones de diseño. También obtendrá nuevas herramientas de revisión de estudios lo suficientemente potentes como para manejar la mayor escala de variables de diseño y resultados de simulación.
Evaluación de varias alternativas de diseño contrastadas con varios criterios de rendimiento utilizando 3DEXPERIENCIA herramientas de postprocesado.
En el extremo superior se encuentran SIMULIA Isight y 3DEXPERIENCIA Optimización multidisciplinar (cuya funcionalidad principal se basa en Isight). Isight es un marco de creación de procesos muy abierto para optimizar exhaustivamente los diseños de productos utilizando la amplia gama de métodos de optimización numérica y técnicas de diseño de experimentos (DOE) incluidos. Isight puede incorporar muchas otras herramientas en estos procesos de optimización, incluyendo software comercial CAD/CAE, programas desarrollados internamente y hojas de cálculo Excel.
Al combinar 3DEXPERIENCIA Lattice Designer con 3DCon las herramientas de optimización de EXPERIENCE STRUCTURAL, no sólo se pueden automatizar enormes cantidades de trabajo de diseño y simulación, sino que se puede conseguir un diseño mejor.
3DEXPERIENCIA La optimización multidisciplinar ofrece las capacidades de Isight (incluida la integración de terceros) en el 3DPlataforma EXPERIENCE y en una interfaz 3D más moderna. La 3DLa versión EXPERIENCE también hace que la enorme cantidad de datos de optimización sea más accesible para los demás y proporciona herramientas de creación de plantillas de procesos. Cuando se prueban miles de alternativas de diseño con estas herramientas, el cielo es el límite.
Optimización de la topología
Cuando las restricciones de diseño y los requisitos de carga se acumulan, el «sobrediseño» puede convertirse rápidamente en la única solución práctica para un diseñador humano. Estas piezas sobredimensionadas aumentan los costes e introducen sus propios problemas estructurales. Desde ese punto de partida, el proceso típico de modelado y simulación para mejorar ese diseño es muy tedioso e incremental. Por eso disponemos de herramientas para la optimización de la topología.
La optimización de la topología es una técnica que utiliza la simulación de escenarios de carga frente a los requisitos de diseño, fabricación y rendimiento con el fin de crear un diseño a partir de la nada que lo tenga todo en cuenta de una vez con una masa adicional mínima. Usted proporciona sus requisitos de diseño (incluido un bloque sólido de volumen de diseño en el que trabajar), establece las simulaciones necesarias y la herramienta de optimización de la topología realizará iteraciones de simulación y rediseño hasta alcanzar el objetivo. Se trata de una vía altamente automatizada hacia un diseño más ligero, resistente y eficiente. Al igual que la optimización paramétrica, hay niveles de herramientas de optimización topológica disponibles desde dentro de SOLIDWORKS, pasando por SIMULIA de escritorio, y hasta el 3DPlataforma EXPERIENCE.
La optimización topológica de SOLIDWORKS restringe el material allí donde se necesita rigidez.
SOLIDWORKS Simulation Professional es el inicio de las ofertas de optimización topológica, trabajando en piezas únicas y con análisis estáticos lineales y de frecuencia. Se indica un espacio de diseño, se establecen las restricciones de fabricación y los casos de carga del AEF y, a continuación, un objetivo: minimizar la masa, maximizar la relación rigidez-peso o minimizar el desplazamiento máximo. El espacio de diseño se va tallando hasta que cumpla el objetivo de la forma más eficiente posible. Puede devolver la forma final a CAD 3D para su modelado adecuado.
El equipo de simulación de GoEngineer utilizó Tosca para optimizar simultáneamente el diseño de dos piezas en un ensamblaje, mejorando el rendimiento y reduciendo el peso.
El siguiente nivel es SIMULIA Tosca Optimization Suite, que, al igual que Isight, se incluye en la licencia de escritorio de Abaqus. Tosca es muy abierto y fácil de usar, pero está mejor integrado con la parte de simulación que con la de diseño. Puede aprovechar múltiples códigos de AEF (incluidos los de terceros), incluso en la misma tarea de optimización. Eso significa que los diseños pueden optimizarse con una combinación de todo tipo de análisis, incluidos los sofisticados análisis no lineales multiparte, dinámicos explícitos, de fatiga, etc.
La optimización de la topología es no sólo para la impresión en 3D. Sólo se necesitan las limitaciones de fabricación adecuadas.
Tosca también le permite optimizar ensamblajes (a diferencia de piezas individuales) y proporciona objetivos de optimización adicionales más allá de la masa y la rigidez. Las formas especializadas de optimización de la topología, como la optimización de la forma y el reborde, también están disponibles en Tosca.
Optimización de la topología utilizando el asistente de configuración en la 3DPlataforma EXPERIENCE.
El sitio DISEÑO GENERATIVO 3DEXPERIENCE ofrece una optimización basada en Tosca en la 3DEXPERIENCE en una moderna interfaz de usuario y con integración directa en CAD. La otra ventaja única y principal de esta solución es la capacidad de cálculo en la nube, que puede comprimir varias veces el tiempo de cálculo. Esta solución se presenta en paquetes buenos-mejores-mejores para distintos perfiles de usuario y con distintos niveles de funcionalidad en cuanto a las capacidades de análisis y optimización.
Si sus diseños incluyen fluídica, entonces Tosca Fluid Optimization y 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN también puede crear para usted diseños optimizados para el flujo. Estas soluciones funcionan de forma muy parecida a las versiones estructurales, sólo que con un código CFD como FLUIDOS 3DEXPERIENCE. Generarán formas de canal que minimicen las caídas de presión y preserven el caudal másico.
Una pista sobre el futuro del diseño con IA
La IA se está integrando en todas las facetas de nuestras vidas, como el identificador facial del iPhone, las redes sociales y los feeds de noticias, la comprobación gramatical del correo electrónico, las búsquedas en Google, la conversión de voz a texto, la protección contra el fraude bancario y la salvación de vidas con el análisis de imágenes médicas para detectar el cáncer.
Un vistazo a la interfaz de IA generativa de Magic SOLIDWORKS para CAD.
Dassault Systèmes lleva más de diez años trabajando en la generación de modelos (y simulación) automatizada por IA, y en 3DEXPERIENCE World 2024, pudimos ver una asombrosa interfaz de texto y bocetos de SOLIDWORKS mágico ya que generaba automáticamente modelos 3D a partir de un simple boceto de manillar de bicicleta y algunos criterios de diseño. La IA creó varios modelos b-rep, permitió al usuario elegir el que más se parecía a su intención y, a continuación, lo colocó en la ubicación correcta en el conjunto completo de la bicicleta. A continuación, el asistente de diseño de la IA utilizó la simulación para perfeccionar el diseño y asegurarse de que era el más ligero y resistente.
El equipo de SOLIDWORKS también está trabajando para conseguir que la IA realice tareas desalentadoras o tediosas como añadir cientos de tuercas, tornillos y arandelas automáticamente a los modelos, convertir automáticamente la imagen en boceto y creación automática de dibujos. En 3DEXPERIENCE World 2024, SOLIDWORKS también mostró la capacidad de entrenar la generación de CAD mediante IA basándose en un conjunto de datos de una única clase de productos, en este caso, muebles, que consideraron su «primera herramienta de modelado generativo que está en producción».
Conclusión
El término «diseño generativo» engloba muchos productos y procesos a los que el cliente de SOLIDWORKS puede acceder, desde el diseño basado en nodos hasta la optimización paramétrica y topológica, pasando por la IA generativa. Algunas de estas herramientas existen desde hace años y son bastante robustas, mientras que otras son nuevas o aún están en desarrollo. Lo que tienen en común es que todas tienen el potencial de realizar enormes cantidades de trabajo de diseño con relativamente poca aportación del usuario.
Estas herramientas no sustituirán al CAD 3D básico, pero en las manos adecuadas, pueden tener un impacto multiplicador en la eficiencia y la calidad, especialmente a medida que se asciende en sus pilas de productos. Por lo general, son más potentes con la capacidad de computación en la nube del 3DEXPERIENCE Platform, lo que sólo será más cierto con el avance continuo de la IA.