Słowo „generatywny” z pewnością zyskało na popularności w ciągu ostatnich kilku lat. Większość ludzi prawdopodobnie kojarzy je z „generatywną sztuczną inteligencją”, co zwykle oznacza siedzenie przed komputerem, wykonywanie stosunkowo prostego żądania (często jest to monit tekstowy) i – bez bezpośredniego zaangażowania w proces generowania – otrzymywanie kompletnego wyniku, który pasuje do tego żądania, niezależnie od tego, czy jest to fragment pisma, obraz, piosenka, czy nawet wideo. Ale co ze światem projektowania i inżynierii? Czy możemy to zrobić? Dla SOLIDWORKS lub CATIA użytkownicy, to właściwie dwuczęściowe pytanie:
- Czy projektanci mogą dostarczyć ograniczone, ustrukturyzowane dane wejściowe do programu i uzyskać kompletny geometryczny wynik? Tak – nazywa się to „projektowaniem generatywnym”. Nie jest ono nowe i występuje w wielu formach.
- Czy można to zrobić za pomocą sztucznej inteligencji? Odpowiedź również brzmi „tak”, ale ta technologia jest bardzo nowa i dopiero teraz staje się publicznie dostępna w małych ilościach.
W tym artykule przedstawimy Państwu trzy formy projektowania generatywnego – projektowanie oparte na węzłach, optymalizację parametryczną i optymalizację topologii – oraz przybliżymy generatywną sztuczną inteligencję, która pojawi się w SOLIDWORKS w najbliższej przyszłości.
Projektowanie oparte na węzłach/skryptach
Jedna z nowszych technologii projektowania generatywnego przyjmuje podejście oparte na diagramach lub węzłach. Jest to podobne do parametrycznego modelowania 3D, ale zamiast konieczności opracowywania skomplikowanych formuł w środowisku 3D, interfejs jest bardzo przejrzysty i łatwy w nawigacji w 2D.
Łańcuchy węzłów operacji i danych tworzą pełny model 3D. Prosta zmiana w węźle może łatwo propagować ogromną zmianę w całym modelu, co jest kluczową zaletą tego podejścia do modelowania. Proszę kliknąć, aby obejrzeć nasz samouczek na temat tworzenia schodów przy użyciu tej metody.
Jeśli widzieli Państwo jakieś nowocześnie wyglądające projekty, to prawdopodobnie widzieli Państwo korzyści płynące z projektowania opartego na węzłach, znanego również jako „skrypty wizualne”, i nawet o tym nie wiedzieli. Niektóre przykłady obejmują tekstury myszy komputerowej, poduszki nauszników w słuchawkach, przedni grill w prawie każdym samochodzie, budynki architektoniczne lub dowolny produkt, w którym wzory muszą być kontrolowane i są zazwyczaj złożone.
Podstawową zaletą środowiska modelowania opartego na węzłach jest to, że naprawdę trzeba przyspieszyć tworzenie wzorów lub przepływ pracy podobny do wsadowego. Wytwarza duże ilości złożonych danych wyjściowych i może wprowadzać zmiany na dużą skalę w modelu przy stosunkowo niewielkim klikaniu. Modelowanie oparte na skryptach jest również całkowicie niedestrukcyjne i szybko replikowalne – nie zużywa żadnych funkcji i zapewnia dostęp do wartości encji w całym modelu, aby pomóc w tworzeniu solidnych i szybkich wzorców.
Proszę kliknąć, aby obejrzeć ten wykład CATIA Design Talk – z demonstracją – na temat projektowania opartego na węzłach/skryptów wizualnych.
GoEngineer oferuje dwa produkty Dassault Systèmes do tego rodzaju projektowania generatywnego – CATIA Visual Script Designer do modelowania opartego na węzłach na komputerze lokalnym oraz 3D Pattern Shape Creator do modelowania opartego na węzłach w pełni trójwymiarowej aplikacji internetowej działającej w chmurze. Oba produkty są dostępne na Platforma 3DEXPERIENCE i oparte na silniku modelowania CATIA, dzięki czemu można łatwo zintegrować ich dane wyjściowe z podstawowym rozwiązaniem SOLIDWORKS lub CATIA, a następnie budować na podstawie tych modeli.
Optymalizacja parametryczna
W przeszłości projektanci zazwyczaj projektowali produkt, a następnie przeprowadzali symulację na modelu, aby sprawdzić, czy część lub zespół będzie w stanie wytrzymać wymagane obciążenie (obciążenia). Jeśli symulacja przewidywała awarię, projektant zmieniał model i ponownie uruchamiał symulację, aby sprawdzić, czy poprawka się powiodła. Ten proces przeprojektowanie i ponowny test można zautomatyzować i skalować w tak zwanym „badaniu parametrycznym”. Dane wejściowe użytkownika to pożądany wynik symulacji i parametry CAD, które można zmienić, a pętla przeprojektowania i ponownego testowania iteruje zmiany parametryczne, aż symulacja zakończy się sukcesem.
Przykład studium projektowego SOLIDWORKS SimulationXpress.
Do przeprowadzenia tych badań potrzebne są narzędzia oraz interpretować wyniki. GoEngineer i Dassault Systèmes oferują kilka narzędzi obejmujących szeroki zakres zaawansowania. Na najbardziej podstawowym poziomie, jeśli korzystali Państwo z SOLIDWORKS EssentialsByć może pamięta Pan korzystanie z SimulationXpress (wbudowanego w SOLIDWORKS Standard), gdzie przeprowadzał Pan symulację parametryczną za pomocą pokrętła i ustawiał wymiar do zmiany w celu osiągnięcia określonego współczynnika bezpieczeństwa.
Konfigurowanie badania projektowego CFD w SOLIDWORKS Flow Simulation.
Aby uzyskać nieco więcej mocy, mają Państwo do dyspozycji SOLIDWORKS Simulation Professional, który zawiera więcej narzędzi do optymalizacji i Load Case Manager, który ułatwia uruchamianie wielu przypadków obciążeń, dodawanie kombinacji przypadków i śledzenie celów. Symulacja przepływu SOLIDWORKS zawiera również łatwe w użyciu, podstawowe parametryczne studium projektowe możliwości CFD. Po stronie elektromagnetyki, CST Studio Suite (oferta symulacji elektromagnetycznych) zapewnia parametryczny proces optymalizacji przy użyciu łącza SOLIDWORKS CAD.
Studium projektowe 30 alternatyw z wykorzystaniem możliwości optymalizacji dostarczanych wraz z rozwiązaniem 3DEXPERIENCE STRUCTURAL FEA. 3DROZWIĄZANIE STRUKTURALNE MES.
W przypadku uaktualnienia z SOLIDWORKS Simulation do 3DEXPERIENCE STRUCTURAL dla Państwa mechanicznej analizy elementów skończonych, badania optymalizacyjne stają się jeszcze lepsze. Nie tylko uzyskują Państwo bardziej solidne Abaqus solver, otrzymają Państwo możliwości obliczeniowe w chmurze dzięki czemu można bardzo szybko uruchamiać duże ilości wariantów projektowych. Otrzymują Państwo również nowe narzędzia do przeglądu badań, które są wystarczająco wydajne, aby poradzić sobie ze zwiększoną skalą zmiennych projektowych i wyników symulacji.
Ocena kilku alternatywnych rozwiązań projektowych przetestowanych pod kątem kilku kryteriów wydajności przy użyciu 3DNarzędzia do postprocessingu EXPERIENCE.
Na najwyższym poziomie znajduje się SIMULIA Isight i 3DEXPERIENCE Multidyscyplinarna optymalizacja (której podstawowa funkcjonalność opiera się na Isight). Isight jest wysoce otwartą strukturą tworzenia procesów do wyczerpującej optymalizacji projektów produktów przy użyciu szerokiej gamy metod optymalizacji numerycznej i technik projektowania eksperymentów (DOE). Isight może zawierać wiele innych narzędzi w tych procesach optymalizacji, w tym komercyjne oprogramowanie CAD/CAE, wewnętrznie opracowane programy i arkusze kalkulacyjne Excel.
Łącząc 3DDOŚWIADCZENIE Lattice Designer z 3DDzięki narzędziom optymalizacyjnym EXPERIENCE STRUCTURAL można nie tylko zautomatyzować ogromną ilość pracy związanej z projektowaniem i symulacją, ale także uzyskać lepszy projekt.
3DDOŚWIADCZENIE Multidyscyplinarna optymalizacja oferuje możliwości Isight (w tym integrację z innymi firmami) w zakresie 3DEXPERIENCE Platform i w bardziej nowoczesnym interfejsie 3D. The 3DWersja EXPERIENCE sprawia również, że ogromna ilość danych optymalizacyjnych jest bardziej dostępna dla innych i zapewnia narzędzia do tworzenia szablonów procesów. Podczas testowania alternatywnych rozwiązań projektowych w tysiącach za pomocą tych narzędzi, niebo jest granicą.
Optymalizacja topologii
Gdy ograniczenia projektowe i wymagania dotyczące obciążenia piętrzą się, „przeprojektowanie” może szybko stać się jedynym praktycznym rozwiązaniem dla ludzkiego projektanta. Te części o nadmiernej masie zwiększają koszty i wprowadzają własne problemy strukturalne. Z takiego punktu wyjścia typowy proces modelowania i symulacji w celu ulepszenia projektu jest bardzo żmudny i przyrostowy. Dlatego mamy narzędzia do optymalizacji topologii.
Optymalizacja topologii to technika, która wykorzystuje symulację scenariuszy obciążenia w odniesieniu do wymagań projektowych, produkcyjnych i wydajnościowych w celu stworzenia projektu z niczego, który uwzględnia wszystko naraz przy minimalnej dodatkowej masie. Dostarczają Państwo swoje wymagania projektowe (w tym solidny blok objętości projektu do pracy), konfigurują niezbędne symulacje, a narzędzie do optymalizacji topologii przeprowadzi symulację i przeprojektuje iteracje, aż osiągnie cel. Jest to wysoce zautomatyzowana ścieżka do lżejszego, mocniejszego i bardziej wydajnego projektu. Podobnie jak w przypadku optymalizacji parametrycznej, istnieją różne poziomy narzędzi do optymalizacji topologii, począwszy od SOLIDWORKS, poprzez desktop SIMULIA, a skończywszy na SOLIDWORKS. 3DPlatforma EXPERIENCE.
Optymalizacja topologii SOLIDWORKS ogranicza materiał do miejsc, w których wymagana jest sztywność.
SOLIDWORKS Simulation Professional to początek oferty optymalizacji topologii, pracując na pojedynczych częściach i z liniowymi analizami statycznymi i częstotliwościowymi. Wskazują Państwo przestrzeń projektową, ustawiają ograniczenia produkcyjne i przypadki obciążeń FEA, a następnie cel – minimalizację masy, maksymalizację stosunku sztywności do masy lub minimalizację maksymalnego przemieszczenia. Przestrzeń projektowa jest zmniejszana, aż do osiągnięcia celu tak skutecznie, jak to możliwe. Ostateczny kształt można przenieść z powrotem do 3D CAD w celu odpowiedniego modelowania.
Zespół symulacyjny GoEngineer wykorzystał Tosca do jednoczesnej optymalizacji dwóch projektów części w zespole, poprawiając wydajność i zmniejszając wagę.
Kolejnym poziomem jest SIMULIA Tosca Optimization Suite, który, podobnie jak Isight, jest objęty licencją desktopową Abaqus. Tosca jest bardzo otwarta i łatwa w użyciu, ale lepiej zintegrowana z symulacją niż z projektowaniem. Może wykorzystywać wiele kodów FEA (w tym kody innych firm), nawet w tym samym zadaniu optymalizacji. Oznacza to, że projekty mogą być optymalizowane pod kątem kombinacji wszelkiego rodzaju analiz, w tym zaawansowanych wieloczęściowych analiz nieliniowych, jawnych analiz dynamicznych, zmęczeniowych itp.
Optymalizacja topologii jest nie tylko do druku 3D. Wszystko, czego potrzeba, to odpowiednie ograniczenia produkcyjne.
Tosca umożliwia również optymalizację zespołów (w przeciwieństwie do pojedynczych części) i zapewnia dodatkowe cele optymalizacji poza masą i sztywnością. W oprogramowaniu Tosca dostępne są również wyspecjalizowane formy optymalizacji topologii, takie jak optymalizacja kształtu i koralików.
Optymalizacja topologii przy użyciu kreatora konfiguracji na platformie 3DPlatforma EXPERIENCE.
The 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN Linia rozwiązań Tosca oferuje optymalizację opartą na 3DEXPERIENCE Platform w nowoczesnym interfejsie użytkownika i z bezpośrednią integracją CAD. Inną unikalną i główną zaletą tego rozwiązania jest możliwość obliczania w chmurze, która może kilkakrotnie skompresować czas obliczeń. Rozwiązanie to jest dostępne w pakietach dobry-lepszy-najlepszy dla różnych profili użytkowników i z różnymi poziomami funkcjonalności w zakresie możliwości analizy i optymalizacji.
Jeśli Państwa projekty obejmują mechanikę płynów, to Tosca Fluid Optimization and 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN może również tworzyć dla Państwa projekty zoptymalizowane pod kątem przepływu. Rozwiązania te działają w podobny sposób jak wersje strukturalne, tylko z wykorzystaniem kodu CFD, takiego jak 3DEXPERIENCE FLUIDS. Generują one kształty kanałów, które minimalizują spadki ciśnienia i zachowują masowe natężenie przepływu.
Wskazówka dotycząca przyszłości projektowania z wykorzystaniem sztucznej inteligencji
Sztuczna inteligencja jest zintegrowana z każdym aspektem naszego życia, w tym z identyfikatorem twarzy iPhone’a, mediami społecznościowymi i kanałami informacyjnymi, sprawdzaniem poczty e-mail w gramatyce, wyszukiwaniem w Google, zamianą głosu na tekst, ochroną przed oszustwami bankowymi i ratowaniem życia dzięki analizie obrazów medycznych w celu wykrycia raka.
Rzut oka na interfejs generatywnej sztucznej inteligencji Magic SOLIDWORKS dla CAD.
Dassault Systèmes pracuje nad zautomatyzowanym generowaniem modeli (i symulacją) za pomocą sztucznej inteligencji od ponad dziesięciu lat. 3DEXPERIENCE World 2024, mieliśmy okazję zobaczyć niesamowity interfejs tekstowo-szkicowy z Magic SOLIDWORKS ponieważ automatycznie generowała modele 3D na podstawie prostego szkicu kierownicy roweru i pewnych kryteriów projektowych. Sztuczna inteligencja stworzyła wiele modeli b-rep, pozwoliła użytkownikowi wybrać coś bardzo zbliżonego do jego intencji, a następnie umieściła go we właściwym miejscu na pełnym zestawie rowerowym. Następnie asystent projektowania AI wykorzystał symulację do udoskonalenia projektu, aby upewnić się, że jest on najlżejszy i najmocniejszy.
Zespół SOLIDWORKS pracuje również nad tym, aby sztuczna inteligencja wykonywała trudne lub żmudne zadania, takie jak automatyczne dodawanie setek nakrętek, śrub i podkładek do modeli, automatyczne przekształcanie obrazów w szkice oraz automatyczne przekształcanie obrazów w szkice. automatyczne tworzenie rysunków. Przy 3DEXPERIENCE World 2024, SOLIDWORKS zaprezentował również możliwość trenowania generowania CAD opartego na sztucznej inteligencji w oparciu o zestaw danych pojedynczej klasy produktów, w tym przypadku mebli, które uznali za „pierwsze narzędzie do modelowania generatywnego, które jest w produkcji”.
Wnioski
Termin „projektowanie generatywne” obejmuje wiele produktów i procesów, do których klient SOLIDWORKS może uzyskać dostęp, od projektowania opartego na węzłach, przez optymalizację parametryczną i topologiczną, po generatywną sztuczną inteligencję. Niektóre z tych narzędzi istnieją od lat i są dość solidne, podczas gdy inne są nowe lub wciąż w fazie rozwoju. Łączy je to, że wszystkie mają potencjał do wykonywania ogromnej ilości prac projektowych przy stosunkowo niewielkim wkładzie ze strony użytkownika.
Narzędzia te nie zastąpią podstawowego systemu CAD 3D, ale w odpowiednich rękach mogą mieć zwielokrotniony wpływ na wydajność i jakość, zwłaszcza w miarę przesuwania się w górę stosu produktów. Ogólnie rzecz biorąc, są one najsilniejsze dzięki mocy obliczeniowej chmury 3DEXPERIENCE Platform, co stanie się jeszcze bardziej prawdziwe wraz z ciągłym rozwojem sztucznej inteligencji.