За последние пару лет слово «генеративный», безусловно, набрало популярность. Большинство людей, вероятно, сразу же переходят к «генеративному искусственному интеллекту», под которым обычно понимается сидение перед компьютером, составление относительно простого запроса (часто текстового) и — без непосредственного участия в процессе генерации — получение полного результата, соответствующего этому запросу, будь то письмо, изображение, песня или даже видео. Но как быть в мире дизайна и проектирования? Можем ли мы это сделать? Для SOLIDWORKS или CATIA Пользователи, на самом деле этот вопрос состоит из двух частей:
- Могут ли дизайнеры предоставить программе ограниченный, структурированный входной сигнал и получить на выходе полную геометрическую картину? Да — это называется «генеративный дизайн». Он не нов, и существует в разных формах.
- Можете ли вы сделать это с помощью искусственного интеллекта? Ответ здесь тоже положительный, но эта технология очень новая и только сейчас становится общедоступной в небольших количествах.
В этой статье мы познакомим вас с тремя формами генеративного проектирования — проектированием на основе узлов, параметрической оптимизацией и оптимизацией топологии — и расскажем о генеративном искусственном интеллекте, который появится в SOLIDWORKS в ближайшем будущем.
Узловое/криптографическое проектирование
Одна из новых технологий генеративного проектирования использует подход, основанный на диаграммах или узлах. Это похоже на параметрическое 3D-моделирование, но вместо того, чтобы разрабатывать сложные формулы в 3D-среде, интерфейс очень чистый и простой для навигации в 2D.
Цепочки узлов операций и данных создают полный выход 3D-модели. Простое изменение в узле может легко распространить огромное изменение на всю модель, что является ключевым преимуществом данного подхода к моделированию. Нажмите, чтобы посмотреть наш учебник по созданию лестницы с помощью этого метода.
Если вы видели какие-либо современные проекты, то, скорее всего, вы видели преимущества проектирования на основе узлов, также известного как «визуальный скриптинг», и даже не подозревали об этом. В качестве примера можно привести текстуры компьютерной мыши, амбушюры наушников, решетку радиатора практически любого автомобиля, архитектурные сооружения или любые другие изделия, где необходимо управлять узорами, которые, как правило, являются сложными.
Основное преимущество среды моделирования на основе узлов заключается в том, что вам действительно нужно ускорить процесс создания узоров или пакетные рабочие процессы. Она производит большое количество сложных результатов и может вносить масштабные изменения в модель с относительно небольшим количеством щелчков. Моделирование на основе сценариев также является полностью неразрушающим и быстро воспроизводимым — оно не потребляет никаких функций и предоставляет доступ к значениям сущностей по всей модели, что помогает создавать надежные и быстрые паттерны.
Нажмите, чтобы посмотреть доклад CATIA Design Talk — с демонстрацией — о проектировании на основе узлов/визуальном скриптинге.
GoEngineer предлагает два продукта Dassault Systèmes для такого рода генеративного проектирования — CATIA Visual Script Designer для моделирования на основе узлов на вашей локальной машине и 3D Pattern Shape Creator для моделирования на основе узлов в полностью трехмерном веб-приложении, работающем в облаке. Оба продукта представлены на сайте Платформа 3DEXPERIENCE и основаны на движке моделирования CATIA, поэтому вы можете легко интегрировать их результаты с вашим основным решением SOLIDWORKS или CATIA, а затем строить на основе этих моделей.
Параметрическая оптимизация
В прошлом конструкторы обычно проектировали изделие, а затем проводили моделирование модели, чтобы проверить, сможет ли деталь или узел выдержать требуемую нагрузку (нагрузки). Если моделирование предсказывало неудачу, конструктор изменял модель и снова запускал моделирование, чтобы убедиться, что исправление было успешным. Этот процесс перепроектирования и повторного тестирования может быть автоматизировано и масштабировано в так называемом «параметрическом исследовании». Пользователь вводит желаемый результат моделирования и параметры САПР, которые могут быть изменены, и в цикле «перепроектирование-перепроверка» происходит итерация изменений параметров до тех пор, пока моделирование не будет успешным.
Пример проектного исследования в SOLIDWORKS SimulationXpress.
Для проведения таких исследований необходимы инструменты и интерпретировать результаты. GoEngineer и Dassault Systèmes предлагают несколько инструментов, охватывающих широкий диапазон сложности. На самом базовом уровне, если вы изучали курс SOLIDWORKS EssentialsВы, возможно, помните, как использовали SimulationXpress (встроенную в SOLIDWORKS Standard), где запускали параметрическое моделирование с помощью маховика и задавали размер, который нужно изменить, чтобы достичь определенного коэффициента безопасности.
Настройка CFD-исследования в SOLIDWORKS Flow Simulation.
Для получения большей мощности у вас есть SOLIDWORKS Simulation Professional, который включает в себя больше инструментов для оптимизации и Load Case Manager, который позволяет легко запускать несколько примеров нагрузки, добавлять комбинации примеров и отслеживать цели. Моделирование потока в SOLIDWORKS также включает в себя простые в использовании функции, базовое исследование параметрического проектирования возможности CFD. Со стороны электромагнитных систем, CST Studio Suite (предложение по моделированию электромагнитных процессов) обеспечивает процесс параметрической оптимизации с использованием связи с САПР SOLIDWORKS.
Проектное исследование 30 альтернативных вариантов с использованием возможностей оптимизации, поставляемых с решением 3DРешение EXPERIENCE STRUCTURAL FEA.
При переходе с SOLIDWORKS Simulation на 3DEXPERIENCE STRUCTURAL для механического FEA, оптимизационные исследования становятся еще лучше. Вы не только получаете более надежные Abaqus решатель, вы получите возможности облачных вычислений , что позволяет очень быстро выполнять большое количество вариантов дизайна. Кроме того, вы получаете новые инструменты для анализа исследований, достаточно мощные, чтобы справиться с увеличенным масштабом переменных конструкции и результатов моделирования.
Оценка нескольких альтернативных вариантов дизайна, проверенных по нескольким критериям производительности с помощью 3DИнструменты постпроцессинга EXPERIENCE.
На самом высоком уровне находятся SIMULIA Isight и 3DЭКСПЕРИМЕНТ Многопрофильная оптимизация (основной функционал которой основан на Isight). Isight — это очень открытая система создания процессов для всесторонней оптимизации конструкций изделий с использованием широкого спектра включенных методов численной оптимизации и методов проектирования экспериментов (DOE). Isight может включать в эти процессы оптимизации множество других инструментов, в том числе коммерческое программное обеспечение CAD/CAE, программы собственной разработки и электронные таблицы Excel.
Сочетая 3DЭКСПЕРИМЕНТ Конструктор Lattice с 3DИнструменты оптимизации EXPERIENCE STRUCTURAL позволяют не только автоматизировать огромные объемы работ по проектированию и моделированию, но и получить более качественную конструкцию.
3DЭКСПЕРИМЕНТ Многодисциплинарная оптимизация предлагает возможности Isight (включая интеграцию со сторонними разработчиками) на 3DEXPERIENCE Platform и в более современном 3D-интерфейсе. Сайт 3DВерсия EXPERIENCE также делает огромный объем данных по оптимизации более доступным для других и предоставляет инструменты для создания шаблонов процессов. При многотысячном тестировании альтернативных вариантов дизайна с помощью этих инструментов, небо — это предел.
Оптимизация топологии
Когда ограничения на проектирование и требования к нагрузке накладываются друг на друга, «перепроектирование» может быстро стать единственным практическим решением для человека-конструктора. Эти избыточные детали увеличивают стоимость и создают свои собственные конструктивные проблемы. С такой исходной точки типичный процесс моделирования и симуляции для улучшения конструкции очень утомителен и инкрементален. Именно поэтому у нас есть инструменты для оптимизации топологии.
Оптимизация топологии — это метод, использующий моделирование сценариев нагружения с учетом требований к конструкции, производству и производительности, чтобы создать конструкцию из ничего, которая учитывает все сразу с минимальной дополнительной массой. Вы предоставляете требования к конструкции (включая твердый блок объема конструкции для работы), настраиваете необходимое моделирование, и инструмент оптимизации топологии проводит моделирование и перепроектирование до тех пор, пока не достигнет цели. Это высокоавтоматизированный путь к созданию более легкой, прочной и эффективной конструкции. Как и в случае с параметрической оптимизацией, существуют уровни инструментов для оптимизации топологии, начиная с SOLIDWORKS и заканчивая настольной SIMULIA, и вплоть до 3DПлатформа EXPERIENCE.
Оптимизация топологии SOLIDWORKS ограничивает материал в тех местах, где необходима жесткость.
SOLIDWORKS Simulation Professional — это начало предложений по оптимизации топологии, работающих с отдельными деталями и с линейным статическим и частотным анализом. Вы указываете пространство проектирования, задаете производственные ограничения и нагрузочные прецеденты FEA, а затем цель — минимизация массы, максимизация отношения жесткости к весу или минимизация максимального смещения. Пространство конструкции уменьшается до тех пор, пока не будет достигнута максимально возможная эффективность. Окончательную форму можно вернуть в 3D CAD для правильного моделирования.
Команда специалистов по моделированию GoEngineer использовала Tosca для одновременной оптимизации двух конструкций деталей в сборке, что позволило повысить производительность и снизить вес.
Следующий уровень — SIMULIA Tosca Optimization Suite, который, как и Isight, включен в лицензию на настольный Abaqus. Tosca очень открыта и проста в использовании, но лучше интегрирована со стороной моделирования, чем со стороной проектирования. Она может использовать несколько кодов FEA (в том числе сторонних), даже в одной и той же задаче оптимизации. Это означает, что конструкция может быть оптимизирована на основе комбинации всех видов анализа, включая сложные многокомпонентные нелинейные анализы, явные динамические, усталостные и т. д.
Оптимизация топологии — это не только для 3D-печати. Все, что требуется, — это соответствующие производственные ограничения.
Tosca также позволяет оптимизировать сборки (в отличие от отдельных деталей) и предоставляет дополнительные цели оптимизации, помимо массы и жесткости. В Tosca также доступны специализированные формы оптимизации топологии, такие как оптимизация формы и бисера.
Оптимизация топологии с помощью мастера настройки на платформе 3DПлатформа EXPERIENCE.
The 3DEXPERIENCE ГЕНЕРАТИВНЫЙ ДИЗАЙН линейка решений предлагает оптимизацию на основе Tosca на 3DEXPERIENCE Platform в современном пользовательском интерфейсе и с прямой интеграцией с CAD. Другим уникальным и основным преимуществом данного решения является возможность облачных вычислений, что позволяет сократить время вычислений в несколько раз. Данное решение поставляется в пакетах «хорошо-лучше-лучше» для разных профилей пользователей и с разным уровнем функциональности в отношении возможностей анализа и оптимизации.
Если ваши проекты включают в себя гидродинамику, то Tosca Fluid Optimization and 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN может также создать для вас конструкцию, оптимизированную по потоку. Эти решения работают практически так же, как и конструктивные версии, только с использованием CFD-кода, например ЖИДКОСТИ 3DEXPERIENCE. Они генерируют формы каналов, которые минимизируют перепады давления и сохраняют массовый расход.
Намек на будущее ИИ в дизайне
ИИ внедряется в каждую сферу нашей жизни, включая идентификатор лица iPhone, социальные сети и новостные ленты, проверку электронной почты по грамматике, поиск в Google, голосовые сообщения, защиту от банковского мошенничества и спасение жизней с помощью анализа медицинских изображений для выявления рака.
Небольшой обзор интерфейса генеративного искусственного интеллекта Magic SOLIDWORKS для САПР.
Компания Dassault Systèmes работает над созданием (и моделированием) моделей с помощью искусственного интеллекта уже более десяти лет, а в 3DEXPERIENCE World 2024, мы увидели удивительный текстовый и эскизный интерфейс Магия SOLIDWORKS , поскольку он автоматически генерировал 3D-модели на основе простого эскиза велосипедного руля и некоторых критериев дизайна. ИИ создал несколько моделей b-rep, позволил пользователю выбрать то, что близко напоминает его замысел, а затем поместил его в нужное место на велосипеде в сборе. Затем помощник дизайнера ИИ использовал моделирование для доработки конструкции, чтобы убедиться, что она самая легкая и прочная.
Команда SOLIDWORKS также работает над тем, чтобы ИИ мог выполнять сложные и утомительные задачи, такие как автоматическое добавление сотен гаек, болтов и шайб в модели, автоматическое преобразование изображений в эскизы и автоматическое создание чертежей. На сайте 3DEXPERIENCE World 2024, SOLIDWORKS также продемонстрировала возможность обучения генерации САПР с помощью искусственного интеллекта на основе набора данных об одном классе продуктов, в данном случае мебели, которую они считают своим «первым инструментом генеративного моделирования, находящимся в производстве».
Заключение
Термин «генеративное проектирование» охватывает множество продуктов и процессов, доступных пользователю SOLIDWORKS, от проектирования на основе узлов, параметрической и топологической оптимизации до генеративного искусственного интеллекта. Некоторые из этих инструментов существуют уже много лет и достаточно надежны, а некоторые являются новыми или находятся в стадии разработки. Их объединяет то, что все они способны выполнять огромные объемы проектной работы при относительно небольшом участии пользователя.
Эти инструменты не заменят основные 3D CAD, но в правильных руках они могут оказать мультипликативное влияние на эффективность и качество, особенно по мере продвижения вверх по стеку продуктов. Как правило, они наиболее эффективны при использовании облачных вычислительных мощностей. 3DEXPERIENCE Platform, что станет еще более актуальным с дальнейшим развитием искусственного интеллекта.