Het woord “generatief” is de afgelopen jaren zeker in populariteit gestegen. De meeste mensen denken waarschijnlijk aan “generatieve AI”, wat meestal betekent dat men achter een computer zit, een relatief eenvoudig verzoek indient (vaak een tekstvraag) en – zonder directe betrokkenheid bij het generatieproces – een complete output ontvangt die overeenkomt met dat verzoek, of het nu een tekst, een afbeelding, een liedje of zelfs een video is. Maar hoe zit dat in de ontwerp- en engineeringwereld? Kunnen we dat doen? Voor SOLIDWORKS of CATIA gebruikers, het is eigenlijk een tweedelige vraag:
- Kunnen ontwerpers een beperkte, gestructureerde invoer aan een programma geven en een volledige geometrische uitvoer krijgen? Ja – dit wordt “generatief ontwerp” genoemd. Het is niet nieuw en komt in vele vormen voor.
- Kan dat ook met AI? Het antwoord hierop is ook ja, maar deze technologie is erg nieuw en komt nu pas in kleine stapjes beschikbaar voor het grote publiek.
In dit artikel laten we u kennismaken met drie vormen van generatief ontwerpen – node-based design, parametrische optimalisatie en topologieoptimalisatie – en geven we u een voorproefje van de generatieve AI die in de nabije toekomst naar SOLIDWORKS komt.
Op knooppunten gebaseerd/scripted ontwerp
Een van de nieuwere generatieve ontwerptechnologieën is gebaseerd op diagrammen of knooppunten. Dit is vergelijkbaar met parametrisch 3D modelleren, maar in plaats van ingewikkelde formules te moeten ontwikkelen in een 3D omgeving, is de interface zeer schoon en eenvoudig te navigeren in 2D.
Ketens van bewerkings- en gegevensknooppunten creëren een volledige 3D-modeluitvoer. Een eenvoudige verandering in een knooppunt kan gemakkelijk een enorme verandering in het hele model teweegbrengen, het belangrijkste voordeel van deze modelleerbenadering. Klik om onze tutorial te bekijken over hoe u een trap kunt maken met deze methode.
Als u een modern uitziend ontwerp hebt gezien, dan hebt u waarschijnlijk de voordelen gezien van op knooppunten gebaseerd ontwerp, ook bekend als “visueel scripten”, en u wist het niet eens. Enkele voorbeelden zijn de texturen op een computermuis, oorkussentjes op koptelefoons, de grille op bijna elke auto, architecturale gebouwen of elk ander product waarbij de patronen gecontroleerd moeten worden en meestal complex zijn.
Het belangrijkste voordeel van een node-gebaseerde modelleeromgeving is wanneer u echt patronen of batch-achtige workflows moet versnellen. Het produceert grote hoeveelheden complexe uitvoer en kan grootschalige wijzigingen in een model aanbrengen met relatief weinig klikken. Scriptgebaseerd modelleren is ook volledig non-destructief en snel repliceerbaar – het verbruikt geen functies en biedt toegang tot entiteitswaarden in het hele model om robuuste en snelle patronen te helpen bouwen.
Klik om deze CATIA Design Talk – met demonstratie – over node-gebaseerd ontwerpen/visueel scripting te bekijken.
GoEngineer biedt twee producten van Dassault Systèmes voor dit soort generatief ontwerp – CATIA Visual Script Designer voor node-gebaseerd modelleren op uw lokale machine, en 3D-patroonvormschepper voor modellering op basis van knooppunten in een volledig 3D, cloud-gebaseerde webapp. Beide producten staan op de 3DEXPERIENCE-platform en gebaseerd op de CATIA-modelleringsengine, zodat u hun uitvoer gemakkelijk kunt integreren met uw primaire SOLIDWORKS- of CATIA-oplossing, en vervolgens bovenop die modellen kunt bouwen.
Parametrische optimalisatie
In het verleden ontwierpen ontwerpers meestal een product en voerden vervolgens een simulatie uit op het model om te zien of het onderdeel of de assemblage de vereiste belasting(en) kon dragen. Als de simulatie mislukking voorspelde, veranderde de ontwerper vervolgens het model en voerde de simulatie opnieuw uit om te controleren of de correctie succesvol was. Dit proces van herontwerpen en opnieuw testen kan worden geautomatiseerd en geschaald in wat een “parametrische studie” wordt genoemd. De invoer van de gebruiker is een gewenst simulatieresultaat en welke CAD-parameters gewijzigd mogen worden, en die herontwerp-hertestlus itereert parametrische wijzigingen totdat de simulatie een succes is.
Een SOLIDWORKS SimulationXpress voorbeeld van een ontwerpstudie.
U hebt hulpmiddelen nodig om deze studies uit te voeren en de resultaten interpreteren. GoEngineer en Dassault Systèmes bieden verschillende tools met een breed scala aan mogelijkheden. Op het meest basale niveau, als u SOLIDWORKS Essentials hebt gevolgd, herinnert u zich misschien het gebruik van SimulationXpress (ingebouwd in SOLIDWORKS Standard), waarbij u een parametrische simulatie uitvoerde met het handwiel en een maat instelde die u moest veranderen om een bepaalde veiligheidsfactor te bereiken.
Een CFD-ontwerpstudie opzetten in SOLIDWORKS stromingssimulatie.
Voor iets meer vermogen hebt u SOLIDWORKS Simulatie Professional, die meer tools voor optimalisatie en de Belasting Casemanagerwaarmee u eenvoudig meerdere belastingsgevallen kunt uitvoeren, combinaties van gevallen kunt toevoegen en doelen kunt bijhouden. SOLIDWORKS stromingssimulatie bevat ook gebruiksvriendelijke, parametrisch basisontwerponderzoek mogelijkheden voor CFD. Aan de elektromagnetische kant, CST Studio Suite (een aanbod voor elektromagnetische simulatie) biedt een parametrisch optimalisatieproces met behulp van de SOLIDWORKS CAD-koppeling.
Een ontwerpstudie van 30 alternatieven met behulp van de optimalisatiemogelijkheden die worden geleverd met de 3DEXPERIENCE STRUCTURAL FEA oplossing.
Wanneer u een upgrade uitvoert van SOLIDWORKS Simulation naar 3DEXPERIENCE STRUCTUREEL voor uw mechanische FEA, worden optimalisatiestudies nog beter. U krijgt niet alleen de robuustere Abaqus solver, krijgt u rekenmogelijkheden in de cloud zodat u zeer snel grote hoeveelheden ontwerpvariaties kunt uitvoeren. U krijgt ook nieuwe hulpmiddelen voor studiereview die krachtig genoeg zijn om de grotere schaal van ontwerpvariabelen en simulatieresultaten aan te kunnen.
Evalueren van verschillende ontwerpalternatieven getoetst aan verschillende prestatiecriteria met behulp van 3DEXPERIENCE nabewerkingstools.
Aan de hoogste kant staat SIMULIA Isight en 3DEXPERIENCE Multidisciplinaire optimalisatie (waarvan de kernfunctionaliteit gebaseerd is op Isight). Isight is een raamwerk voor het creëren van zeer open processen voor het uitputtend optimaliseren van productontwerpen met behulp van het brede scala aan inbegrepen numerieke optimalisatiemethoden en design-of-experiment (DOE)-technieken. Isight kan vele andere hulpmiddelen in deze optimalisatieprocessen opnemen, waaronder commerciële CAD/CAE-software, intern ontwikkelde programma’s en Excel-spreadsheets.
Door het combineren van 3DERVARING Lattice Designer met 3DEXPERIENCE STRUCTURAL’s optimalisatietools kunnen niet alleen enorme hoeveelheden ontwerp- en simulatiewerk worden geautomatiseerd, maar kan er ook een beter ontwerp worden bereikt.
3DEXPERIENCE Multidisciplinaire optimalisatie biedt de mogelijkheden van Isight (inclusief integratie met derden) op de 3DEXPERIENCE Platform en in een modernere 3D-interface. De 3DDe EXPERIENCE-versie maakt de enorme hoeveelheid optimalisatiegegevens ook toegankelijker voor anderen en biedt tools voor het samenstellen van processen. Bij het testen van duizenden ontwerpalternatieven met deze tools is de sky the limit.
Topologie optimalisatie
Wanneer de ontwerpbeperkingen en belastingseisen zich opstapelen, kan “overdesign” al snel de enige praktische oplossing worden voor een menselijke ontwerper. Deze te zware onderdelen verhogen de kosten en introduceren hun eigen structurele problemen. Vanaf zo’n beginpunt is het typische modelleer- en simulatieproces voor het verbeteren van dat ontwerp erg vervelend en incrementeel. Daarom hebben we hulpmiddelen voor topologieoptimalisatie.
Topologieoptimalisatie is een techniek die gebruik maakt van simulatie van belastingsscenario’s aan de hand van ontwerp-, productie- en prestatievereisten om vanuit het niets een ontwerp te maken dat met minimale extra massa in één keer met alles rekening houdt. U geeft uw ontwerpeisen op (inclusief een solide blok ontwerpvolume om binnen te werken), stelt de nodige simulaties in en de topologieoptimalisatietool voert simulaties en herontwerp iteraties uit totdat het doel bereikt is. Het is een sterk geautomatiseerd pad naar een lichter, sterker en efficiënter ontwerp. Net als bij parametrische optimalisatie zijn er niveaus van topologie-optimalisatietools beschikbaar vanaf SOLIDWORKS, via desktop SIMULIA, tot aan het 3DEXPERIENCE Platform.
SOLIDWORKS topologie optimalisatie beperkt materiaal tot waar stijfheid nodig is.
SOLIDWORKS Simulation Professional is het begin van het topologieoptimalisatie-aanboden werkt op afzonderlijke onderdelen en met lineaire statische en frequentieanalyses. U geeft een ontwerpruimte aan, stelt productiebeperkingen en FEA-belastingsgevallen in en vervolgens een doel – de massa minimaliseren, de verhouding stijfheid/gewicht maximaliseren of de maximale verplaatsing minimaliseren. De ontwerpruimte wordt verkleind totdat deze zo efficiënt mogelijk aan het doel voldoet. U kunt de uiteindelijke vorm terugbrengen naar 3D CAD voor de juiste modellering.
Het GoEngineer simulatieteam gebruikte Tosca om gelijktijdig twee onderdeelontwerpen in een assemblage te optimaliseren, waardoor de prestaties verbeterden en het gewicht afnam.
Het volgende niveau omhoog is SIMULIA Tosca Optimization Suite, die net als Isight is inbegrepen bij de desktop Abaqus licenties. Tosca is zeer open en gebruiksvriendelijk, maar beter geïntegreerd met de simulatiekant dan met de ontwerpkant. Het kan meerdere FEA-codes gebruiken (inclusief codes van derden), zelfs in dezelfde optimalisatietaak. Dat betekent dat ontwerpen geoptimaliseerd kunnen worden aan de hand van een combinatie van alle soorten analyses, inclusief geavanceerde meerdelige niet-lineaire analyses, expliciete dynamica, vermoeiing, enz.
Topologieoptimalisatie is niet alleen voor 3D-printen. Het enige wat nodig is, zijn de juiste productiebeperkingen.
Met Tosca kunt u ook samenstellingen optimaliseren (in tegenstelling tot afzonderlijke onderdelen) en extra optimalisatiedoelen bieden naast massa en stijfheid. Gespecialiseerde vormen van topologieoptimalisatie zoals vorm- en hieloptimalisatie zijn ook beschikbaar in Tosca.
Topologieoptimalisatie met behulp van de setup-wizard op het 3DEXPERIENCE Platform.
De 3DEXPERIENCE GENERATIEF ONTWERP lijn van oplossingen biedt Tosca-gebaseerde optimalisatie op de 3DEXPERIENCE Platform in een moderne gebruikersinterface en met directe CAD-integratie. Het andere unieke en grote voordeel van deze oplossing is de rekenmogelijkheid in de cloud, die de rekentijd kan halveren. Deze oplossing wordt geleverd in goed-beter-best pakketten voor verschillende gebruikersprofielen en met verschillende functionaliteitsniveaus wat betreft de analyse- en optimalisatiemogelijkheden.
Als uw ontwerpen fluïdica bevatten, dan zijn Tosca Fluid Optimization en 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN kan ook stromingsgeoptimaliseerde ontwerpen voor u maken. Deze oplossingen werken op vrijwel dezelfde manier als de structurele versies, alleen met een CFD-code zoals 3DEXPERIENCE VLOEISTOFFEN. Ze zullen kanaalvormen genereren die drukverliezen minimaliseren en de massastroomsnelheid behouden.
Hint van de AI-toekomst van ontwerpen
AI wordt in elk facet van ons leven geïntegreerd, waaronder iPhone Face ID, sociale media en nieuwsfeeds, grammatica bij het controleren van e-mail, Google-zoekopdrachten, voice-to-text, bescherming tegen bankfraude en het redden van levens door het analyseren van medische beelden voor het opsporen van kanker.
Een voorproefje van de Magic SOLIDWORKS generatieve AI-interface voor CAD.
Dassault Systèmes werkt al meer dan tien jaar aan AI-geautomatiseerde modelgeneratie (en simulatie), en op 3DEXPERIENCE World 2024 kregen we een verbazingwekkende tekst-en-schets-interface te zien van SOLIDWORKS magie omdat het automatisch 3D-modellen genereerde op basis van een eenvoudige schets van een fietsstuur en enkele ontwerpcriteria. De AI creëerde meerdere b-rep modellen, stelde de gebruiker in staat om iets te kiezen dat sterk leek op zijn bedoeling en plaatste het vervolgens op de juiste locatie op de volledige fietsassemblage. Vervolgens gebruikte de AI-ontwerpassistent simulatie om het ontwerp te verfijnen om er zeker van te zijn dat het het lichtste en sterkste ontwerp was.
Het SOLIDWORKS team werkt er ook aan om AI ontmoedigende of vervelende taken te laten uitvoeren, zoals het automatisch toevoegen van honderden moeren, bouten en sluitringen aan modellen, automatische afbeelding-naar-schets, en automatisch tekeningen maken. Op 3DEXPERIENCE World 2024, toonde SOLIDWORKS ook de mogelijkheid om AI-gestuurde CAD-generatie te trainen op basis van een dataset van een enkele productklasse, in dit geval meubilairdat zij beschouwden als hun “eerste generatieve modelleertool die in productie is”.
Conclusie
De term “generatief ontwerp” omvat vele producten en processen waartoe de SOLIDWORKS-klant toegang heeft, van knooppunt-gebaseerd ontwerp tot parametrische en topologie-optimalisatie tot generatieve AI. Sommige van deze tools bestaan al jaren en zijn behoorlijk robuust, terwijl andere nieuw zijn of nog in ontwikkeling. Wat ze gemeen hebben is dat ze allemaal het potentieel hebben om enorme hoeveelheden ontwerpwerk te doen met relatief weinig invoer van de gebruiker.
Deze tools zullen de kern van 3D CAD niet vervangen, maar in de juiste handen kunnen ze een multiplicatieve impact hebben op de efficiëntie en kwaliteit, vooral naarmate u hun productstapels opschuift. Ze zijn over het algemeen op hun sterkst met de rekenkracht van de cloud van de 3DEXPERIENCE Platform, wat alleen maar waarachtiger zal worden met de voortdurende vooruitgang van AI.