Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.
На выставке Hannover Messe 2023 генеральный директор Siemens Роланд Буш тепло приветствовал канцлера Германии Олафа Шольца на нашем стенде для обсуждения основных ценностей компании. Подчеркивая неизменную приверженность «Сименс» инновациям во имя светлого будущего, мы обратили внимание на замечательную технологию: разработанный на основе технологии аддитивного производства роботизированный захват для батарей, представленный в левом нижнем углу фотографии. Этот передовой компонент является примером приверженности «Сименс» новаторским решениям, которые оказывают положительное влияние на наш мир.
Малые сокращения — большая экономия
Почему такой, казалось бы, элементарный компонент, как роботизированный захват, достоин презентации канцлеру Германии? Дело в цифрах. Улучшенная конструкция захвата может сэкономить до 3 тонн выбросов CO2 на одного робота в год. Сектор промышленной робототехники переживает бурный рост, в среднем на 11 % в год. По состоянию на 2021 год ежегодно будет внедряться более 500 000 новых роботов, что к 2022 году составит около 3,5 миллиона роботов по всему миру. Чтобы понять масштаб, подумайте вот о чем: средняя рука робота весит около 1 тонны, а сопровождающий ее захват — около 21 кг. Этот захват, отвечающий за подъем батарей со средним весом 12 кг, сам по себе может показаться незначительным. Однако, если роботизированная рука работает непрерывно в течение года, она производит около 5,6 тонн выбросов CO2. Последствия становятся ошеломляющими, если распространить их на всю популяцию существующих роботов. Что, если бы мы могли значительно уменьшить массу только захвата робота, который составляет всего 2 % от всего робота?
Представьте себе на минуту, что вы можете разработать захват для робота, который не только не уступает по функциональности оригинальному, но и значительно менее сложен. Такой захват будет состоять всего из 5 деталей из нейлона 12 (PA 12) с уменьшенным содержанием углерода, что на 84 % меньше, чем 30 деталей из алюминия или стали, которые обычно используются. Мало того, он будет на 90 % легче. И знаете что: вместо длительного срока изготовления, составляющего более месяца, этот усовершенствованный захват может быть изготовлен всего за 2 дня. Это может показаться фантастикой, но уверяю вас, это не так. Благодаря генеративному проектированию в программном обеспечении NX™ такая возможность доступна уже сегодня.
Долой старое — проектируйте, создавайте и тестируйте
Давайте сделаем шаг назад, к самым истокам процесса проектирования. На протяжении почти всей истории человечества, и даже до недавнего времени, проверка дизайна была возможна только после изготовления, часто путем прямого тестирования в реальных условиях. Триптих технологичности, эстетики и функциональности всегда имел первостепенное значение для успешного дизайна, и все три аспекта должны были быть удовлетворены.
Естественно, обеспечение технологичности компонента было первоначальной задачей для обеспечения его реализуемости. Однако это часто приводило к тому, что после завершения строительства выяснялось, что конструкции не хватает функциональности, что требовало внесения изменений в конструкцию, прежде чем можно было снова приступить к строительству. И только после устранения проблем с функциональностью выяснялось, что дизайн не отвечает эстетическим требованиям, и цикл повторялся. Какая трата ресурсов и времени!
С новым — симулятор-драйвn дизайн
В ответ на эти вызовы появились новые методы проектирования, основанные на моделировании, которые помогают конструкторам и инженерам внедрять инновации и более эффективно удовлетворять функциональные требования. Одним из наиболее заметных достижений является оптимизация топологии — метод, который, основываясь на входных граничных условиях и заданном пространстве проектирования, возвращает оптимальное распределение материала. Однако эти новые решения часто оказываются сложными и требуют глубокого понимания теории оптимизации. В результате они были ориентированы в основном на инженеров-конструкторов и не подходили для проектирования конструкторами на ранних стадиях. Кроме того, эти инструменты можно было использовать только в качестве руководства по проектированию, поскольку их формат был несовместим с процессом проектирования, и для восстановления результатов в форматах CAD требовались значительные ручные усилия.
Традиционные пользователи-конструкторы и новые пользователи-изготовители могут многое выиграть от интегрированного в CAD-систему решения, ориентированного на конструкторов. Такой инструмент должен быть интуитивно понятным и простым в использовании, особенно на ранних стадиях проектирования, позволяя пользователям принимать правильные решения, не требуя глубоких знаний в области структурной оптимизации и анализа. NX Topology Optimizer восполняет этот пробел, представляя собой генеративное инженерное решение на базе NX, легко интегрированное в платформу NX.
NX Topology Optimizer
Одним из ключевых преимуществ NX Topology Optimizer является ассоциативность по восходящему и нисходящему потоку. Это означает две вещи: любые изменения, внесенные во входные требования, не нарушат существующие результаты — они просто обновятся соответствующим образом. Аналогичным образом, изменения результатов оптимизации топологии не нарушат существующие последующие операции — они также будут обновлены одним щелчком мыши. Кроме того, решение работает с GPU-ускорением, обеспечивая беспрецедентную скорость по сравнению с традиционными решениями по оптимизации топологии на базе CAE.
Результирующий формат, создаваемый NX Topology Optimizer, представляет собой гладкое тело, легко редактируемое в среде NX, что делает его совместимым для использования в любых последующих операциях в экосистеме NX. Использование генеративного проектирования в NX позволяет эффективно устранить проблемы и ограничения, связанные с традиционным процессом проектирования, что открывает путь к повышению эффективности и инновациям.
Генеративное проектирование для оптимизации разработка
Итак, что это даст вам? Деннис Ниер, специалист по развитию бизнеса в области аддитивного производства компании Siemens Digital Industry Software, предлагает точный ответ на вопрос, почему конструкторам и менеджерам по проектированию следует инвестировать в решение Generative Design. «Для конструкторов Generative Design просто генерирует целые легкие компоненты с учетом коэффициента безопасности, избавляя их от необходимости проектировать и рассчитывать каждую деталь на ранней стадии».
Generative Design оптимизирует процесс итераций при проектировании, позволяя быстро исследовать альтернативные варианты и расширяя творческие возможности. Деннис Ниер поясняет: «Для руководителей инженерных служб инвестиции в генеративное проектирование дают ощутимые преимущества, такие как сокращение цикла разработки продукта, снижение расхода материалов, уменьшение производственных затрат и выполнение директив компании, таких как цель «чистый ноль»».
А как насчет сложности конечной детали? Должна ли она волновать дизайнеров? Деннис однозначен: «Я бы даже не стал говорить о сложности. При генеративном дизайне компоненты будут выглядеть иначе. Геометрия будет более органичной и больше не будет содержать типичных прямых углов и блоков». NX Topology Optimizer — это решение, учитывающее особенности производства: благодаря включению в оптимизацию так называемых ограничений на форму, решение позволяет получить промышленные образцы, изготовленные с помощью предполагаемого метода, будь то субтрактивное или аддитивное производство.
«Все также ассоциативно», — продолжает он. «Когда в конструкцию вносятся изменения, они автоматически распространяются на геометрии Generative Design. Таким образом, я получаю гораздо более быстрые итерации проектирования». Что касается преимуществ итогового формата, Деннис говорит: «Благодаря NX Convergent Bodies органические структуры можно обрабатывать напрямую и отправлять на 3D-принтер без необходимости переделывать все вручную, как в других решениях». Итак, то, что изначально кажется сложным, делает нашу жизнь намного проще и эффективнее.
Еще одно распространенное опасение дизайнеров — это кривая обучения решениям генеративного проектирования. «Когда мы рассматриваем все преимущества, становится ясно, что изучение функциональности генеративного проектирования в Siemens NX — это время, потраченное с пользой. Вам просто нужно освоить его методологию, которая обычно хорошо работает уже через полдня», — говорит Деннис. «NX Topology Optimizer прост в освоении, поскольку решение полностью интегрировано в NX и поэтому может использоваться в привычном пользовательском интерфейсе», — продолжает он. «Оно ведет себя так же, как такие известные функции, как Sketch или Edge Blend, и является элементом NX Part Navigator. Пожалуйста, просто попробуйте, ведь наблюдать за ростом органических геометрий очень интересно».
Наконец, я спрашиваю его, что он думает о полной интеграции в NX. «Это абсолютное преимущество», — утверждает он. «Этапы процесса до и после генеративного проектирования обеспечивают оптимальное и эффективное использование. От определения подходящих случаев нагрузки в NX Motion для оптимизации до окончательной простой проверки конструкции с помощью NX Performance Predictor. Поиск оптимального положения для установки с помощью NX Design Space Explorer, подготовка геометрии к производству с помощью NX CAM или подготовка сборки NX Additive Manufacturing».
Резюме
В заключение можно сказать, что NX Topology Optimizer, один из многих кусочков головоломки, составляющих весь комплексный портфель Siemens Xcelerator, смещает акцент с традиционных ограничений проектирования на результаты, определяемые производительностью. Как метко выразился Деннис Ниер, «генеративное проектирование с помощью NX Topology Optimizer упрощает сложность, делая нашу жизнь проще и эффективнее».
Join the forum for Designers!
Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!
Join the Forum NowShare, learn and grow with the best professionals in the industry.