O que é projeto generativo para o usuário do SOLIDWORKS CAD?

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A palavra “generativo” certamente cresceu em popularidade nos últimos dois anos. A maioria das pessoas provavelmente se refere à “IA generativa”, que geralmente é entendida como algo que significa sentar-se na frente de um computador, fazer uma solicitação relativamente simples (geralmente um prompt de texto) e – sem envolvimento direto no processo de geração – receber um resultado completo que corresponda a essa solicitação, seja um texto, uma imagem, uma música ou até mesmo um vídeo. Mas e no mundo do design e da engenharia? Podemos fazer isso? Para SOLIDWORKS ou CATIA usuários, na verdade é uma pergunta em duas partes:

1. • Os designers podem fornecer uma entrada limitada e estruturada a um programa e obter um resultado geométrico completo? Sim – isso é chamado de “design generativo”. Ele não é novo e existe em várias formas.

• • O senhor pode fazer isso com IA? A resposta aqui também é sim, mas essa tecnologia é muito nova e só agora está sendo disponibilizada ao público em pequenos incrementos.

Neste artigo, apresentaremos aos senhores três formas de projeto generativo – projeto baseado em nós, otimização paramétrica e otimização de topologia – e daremos uma prévia da IA generativa que chegará ao SOLIDWORKS em um futuro próximo.

Projeto baseado em nós/com script

Uma das mais recentes tecnologias de design generativo adota uma abordagem baseada em diagramas ou nós. É semelhante à modelagem 3D paramétrica, mas, em vez de ter de desenvolver fórmulas complexas em um ambiente 3D, a interface é muito limpa e fácil de navegar em 2D.

As cadeias de operação e os nós de dados criam uma saída completa do modelo 3D. Uma simples alteração em um nó pode facilmente propagar uma grande mudança em todo o modelo, a principal vantagem dessa abordagem de modelagem. Clique para assistir ao nosso tutorial sobre como criar uma escada com esse método.

Se o senhor já viu algum projeto de aparência moderna, provavelmente já viu os benefícios do design baseado em nós, também conhecido como “script visual”, e nem sabia disso. Alguns exemplos incluem as texturas de um mouse de computador, almofadas de fones de ouvido, a grade dianteira de quase todos os automóveis, edifícios arquitetônicos ou qualquer produto em que os padrões devam ser controlados e sejam normalmente complexos.

A principal vantagem de um ambiente de modelagem baseado em nós é quando o senhor realmente precisa turbinar a modelagem ou fluxos de trabalho em lote. Ele produz grandes quantidades de resultados complexos e pode fazer alterações em grande escala em um modelo com relativamente poucos cliques. A modelagem baseada em scripts também é totalmente não destrutiva e rapidamente replicável – ela não consome nenhum recurso e fornece acesso a valores de entidades em todo o modelo para ajudar a criar padrões robustos e rápidos.

Clique para assistir a este CATIA Design Talk – com demonstração – sobre design baseado em nós/scripting visual.

A GoEngineer oferece dois produtos da Dassault Systèmes para esse tipo de design generativo – CATIA Visual Script Designer para modelagem baseada em nós em sua máquina local e 3D Pattern Shape Creator para modelagem baseada em nós em um aplicativo da Web totalmente 3D e alimentado pela nuvem. Ambos os produtos estão no Plataforma 3DEXPERIENCE e com base no mecanismo de modelagem CATIA, para que o senhor possa integrar facilmente a saída deles à sua solução SOLIDWORKS ou CATIA principal e, em seguida, construir sobre esses modelos.

Otimização paramétrica

No passado, os projetistas normalmente desenhavam um produto e, em seguida, executavam uma simulação no modelo para verificar se a peça ou o conjunto seria capaz de suportar a(s) carga(s) necessária(s). Se a simulação previsse uma falha, o projetista alteraria o modelo e executaria novamente a simulação para verificar se a correção foi bem-sucedida. Esse processo de reprojeto e reteste podem ser automatizados e dimensionados no que é chamado de “estudo paramétrico”. A entrada do usuário é um resultado de simulação desejado e quais parâmetros CAD podem ser alterados, e esse loop de redesenho e reteste repete as alterações paramétricas até que a simulação seja bem-sucedida.

Um exemplo do SOLIDWORKS SimulationXpress de um estudo de projeto.

O senhor precisa de ferramentas para executar esses estudos e interpretar os resultados. O GoEngineer e a Dassault Systèmes oferecem várias ferramentas que abrangem uma ampla gama de sofisticação. No nível mais básico, se o senhor tiver feito aula do SOLIDWORKS Essentials, o senhor deve se lembrar de ter usado o SimulationXpress (incorporado ao SOLIDWORKS Standard), onde executou uma simulação paramétrica com o volante e definiu uma dimensão a ser alterada para atingir um determinado fator de segurança.

Configurando um estudo de projeto CFD no SOLIDWORKS Flow Simulation.

Para obter um pouco mais de potência, o senhor tem SOLIDWORKS Simulation Professional, que inclui mais ferramentas para otimização e o Gerenciador de casos de cargaque facilita a execução de vários casos de carga, a adição de combinações de casos e o controle de metas. Simulação de fluxo do SOLIDWORKS também inclui um aplicativo fácil de usar, estudo básico de projeto paramétrico recursos para CFD. No aspecto eletromagnético, Suíte CST Studio (uma oferta de simulação eletromagnética) fornece um processo de otimização paramétrica usando seu link SOLIDWORKS CAD.

Um estudo de projeto de 30 alternativas usando os recursos de otimização que vêm com a solução 3DEXPERIENCE STRUCTURAL FEA 3DEXPERIÊNCIA Solução de FEA ESTRUTURAL.

Quando o senhor atualiza do SOLIDWORKS Simulation para o 3DEXPERIENCE STRUCTURAL para sua FEA mecânica, os estudos de otimização ficam ainda melhores. O senhor não só obtém o mais robusto Abaqus o senhor obtém recursos de computação em nuvem para que o senhor possa executar rapidamente grandes quantidades de variações de projeto. O senhor também obtém novas ferramentas de revisão de estudos que são poderosas o suficiente para lidar com a escala maior de variáveis de projeto e resultados de simulação.

Avaliação de várias alternativas de projeto testadas em relação a vários critérios de desempenho usando 3DEXPERIÊNCIA ferramentas de pós-processamento.

No nível mais alto estão o SIMULIA Isight e o 3DEXPERIÊNCIA Otimização multidisciplinar (cuja funcionalidade principal é baseada no Isight). O Isight é uma estrutura de criação de processos altamente aberta para otimizar exaustivamente os projetos de produtos usando uma ampla gama de métodos de otimização numérica e técnicas de projeto de experimento (DOE). O Isight pode incorporar muitas outras ferramentas nesses processos de otimização, inclusive software CAD/CAE comercial, programas desenvolvidos internamente e planilhas do Excel.

Ao combinar 3DEXPERIÊNCIA Lattice Designer com 3DCom as ferramentas de otimização da EXPERIENCE STRUCTURAL, é possível não apenas automatizar uma enorme quantidade de trabalho de projeto e simulação, mas também obter um projeto melhor.

3DEXPERIÊNCIA O Multidisciplinary Optimization oferece os recursos do Isight (incluindo a integração de terceiros) na 3DEXPERIENCE Platform e em uma interface 3D mais moderna. O 3DA versão EXPERIENCE também torna a grande quantidade de dados de otimização mais acessível a outras pessoas e fornece ferramentas de modelagem de processos. Ao testar milhares de alternativas de design com essas ferramentas, o céu é o limite.

Otimização de topologia

Quando as restrições de projeto e os requisitos de carga se acumulam, o “design excessivo” pode rapidamente se tornar a única solução prática para um projetista humano. Essas peças com excesso de peso aumentam os custos e introduzem seus próprios problemas estruturais. A partir desse ponto de partida, o processo típico de modelagem e simulação para aprimorar esse projeto é muito tedioso e incremental. É por isso que temos ferramentas para otimização de topologia.

A otimização de topologia é uma técnica que usa a simulação de cenários de carga em relação aos requisitos de projeto, fabricação e desempenho para criar um projeto a partir do nada, que contemple tudo de uma só vez com o mínimo de massa adicional. O senhor fornece os requisitos do projeto (incluindo um bloco sólido de volume de projeto para trabalhar), configura as simulações necessárias e a ferramenta de otimização de topologia conduzirá iterações de simulação e reprojeto até atingir a meta. É um caminho altamente automatizado para um projeto mais leve, mais forte e mais eficiente. Assim como a otimização paramétrica, há níveis de ferramentas de otimização de topologia disponíveis no SOLIDWORKS, passando pelo SIMULIA para desktop e chegando até o 3DPlataforma EXPERIENCE.

A otimização da topologia do SOLIDWORKS restringe o material para onde a rigidez é necessária.

O SOLIDWORKS Simulation Professional é o início das ofertas de otimização de topologiaO senhor indica um espaço de projeto, define as restrições de fabricação e os casos de carga FEA e, em seguida, um objetivo – minimizar a massa, maximizar a relação rigidez/peso ou analisar a frequência linear. O senhor indica um espaço de projeto, define restrições de fabricação e casos de carga FEA e, em seguida, um objetivo – minimizar a massa, maximizar a relação rigidez/peso ou minimizar o deslocamento máximo. O espaço de projeto é reduzido até que atenda à meta da forma mais eficiente possível. O senhor pode trazer a forma final de volta ao CAD 3D para a modelagem adequada.

A equipe de simulação do GoEngineer usou o Tosca para otimizar simultaneamente dois projetos de peças em uma montagem, melhorando o desempenho e reduzindo o peso.

O próximo nível é o SIMULIA Tosca Optimization Suite, que, assim como o Isight, está incluído no licenciamento do Abaqus para desktop. O Tosca é muito aberto e fácil de usar, mas está mais bem integrado ao lado da simulação do que ao lado do projeto. Ele pode aproveitar vários códigos FEA (incluindo os de terceiros), mesmo na mesma tarefa de otimização. Isso significa que os projetos podem ser otimizados com base em uma combinação de todos os tipos de análises, inclusive análises não lineares sofisticadas de várias partes, dinâmica explícita, fadiga etc.

A otimização de topologia é não apenas para impressão 3D. Tudo o que é necessário são as restrições de fabricação apropriadas.

O Tosca também permite que o senhor otimize montagens (em vez de apenas peças individuais) e oferece metas de otimização adicionais além da massa e da rigidez. Formas especializadas de otimização de topologia, como a otimização de formas e esferas, também estão disponíveis no Tosca.

Otimização de topologia usando o assistente de configuração na 3DPlataforma EXPERIENCE.

A 3DEXPERIENCE DESIGN GENERATIVO A linha de soluções Tosca oferece otimização baseada em 3DEXPERIENCE Platform em uma interface de usuário moderna e com integração direta com CAD. A outra vantagem exclusiva e importante dessa solução é o recurso de computação em nuvem, que pode reduzir o tempo de computação em várias vezes. Essa solução vem em pacotes do tipo bom-melhor-melhor para diferentes perfis de usuários e com níveis variados de funcionalidade em relação aos recursos de análise e otimização.

Se seus projetos incluem fluidos, o Tosca Fluid Optimization and 3DA EXPERIENCE GENERATIVE DESIGN também pode criar projetos com fluxo otimizado para o senhor. Essas soluções funcionam praticamente da mesma forma que as versões estruturais, apenas com um código CFD como o 3DEXPERIENCE FLUIDOS. Eles gerarão formas de canal que minimizam as quedas de pressão e preservam a taxa de fluxo de massa.

Dica sobre o futuro do design com IA

A IA está sendo integrada a todas as facetas de nossas vidas, incluindo a identificação facial do iPhone, mídia social e feeds de notícias, verificação gramatical de e-mails, pesquisas no Google, voz para texto, proteção contra fraudes bancárias e salvamento de vidas com a análise de imagens médicas para detecção de câncer.

Uma prévia da interface de IA generativa do Magic SOLIDWORKS para CAD.

A Dassault Systèmes vem trabalhando na geração (e simulação) de modelos automatizados por IA há mais de dez anos, e na 3DEXPERIENCE World 2024, pudemos ver uma incrível interface de texto e desenho do SOLIDWORKS mágico pois gerou automaticamente modelos 3D com base em um esboço simples de guidão de bicicleta e alguns critérios de projeto. A IA criou vários modelos b-rep, permitiu que o usuário escolhesse algo que se assemelhasse à sua intenção e, em seguida, colocou-o no local correto no conjunto completo da bicicleta. Em seguida, o assistente de design de IA usou a simulação para refinar o design e garantir que ele fosse o mais leve e mais resistente.

A equipe do SOLIDWORKS também está trabalhando para fazer com que a IA execute tarefas difíceis ou tediosas, como adicionar centenas de porcas, parafusos e arruelas automaticamente aos modelos, conversão automática de imagem em esboço e criação automática de desenhos. Em 3DEXPERIENCE World 2024, a SOLIDWORKS também mostrou a capacidade de treinar a geração de CAD com tecnologia de IA com base em um conjunto de dados de uma única classe de produtos, neste caso, móveisque eles consideraram sua “primeira ferramenta de modelagem generativa que está em produção”.

Conclusão

O termo “projeto generativo” abrange muitos produtos e processos que o cliente do SOLIDWORKS pode acessar, desde o projeto baseado em nós até a otimização paramétrica e topológica e a IA generativa. Algumas dessas ferramentas existem há anos e são bastante robustas, enquanto outras são novas ou ainda estão em desenvolvimento. O que elas têm em comum é que todas têm o potencial de realizar grandes quantidades de trabalho de projeto com relativamente pouca entrada do usuário.

Essas ferramentas não substituirão o CAD 3D principal, mas, nas mãos certas, elas podem ter um impacto multiplicativo na eficiência e na qualidade, especialmente à medida que o senhor avança em suas pilhas de produtos. Em geral, elas são mais fortes com o poder de computação em nuvem do 3DEXPERIENCE Platform, o que só se tornará mais verdadeiro com o avanço contínuo da IA.

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