A generatív design vagy tervezés a mesterséges intelligencia egy olyan formája, ahol nem a megoldáson, hanem a gyártási követelményeken van a hangsúly. A modern felhőalapú számítástechnika sebességével a generatív tervezés egy önirányított folyamat, amely a felhasználó igényei alapján határozza meg a lehetséges kombinációkat. A folyamat során nem az előre legyártott prototípus teljesítménykritériumait finomítják, hanem egy előre megadott attribútumrendszer alapján dolgozik a szoftver a lehető legjobb eredmény elérése érdekében. A generatív tervezés nagyon széles körben alkalmazható, egészen az autóipartól a repülőgépiparon át az építőipari termékek gyártásáig.
Számos meglévő folyamat – beleértve az additív gyártást, a CNC-megmunkálást és az öntést – jobban működik, ha bevezetik a generatív tervezést. Használatának 3 fő előnye van a gyártásban:
- A termék teljesítményének javítása
- A költségek csökkentése
- Innováció növelése új tervezési koncepciók felfedezésével
Jelen cikk a generatív tervezés előnyének első esetét mutatja be.
Az anyagok és a design partnereknek számítanak a gyártásban, a különböző anyagok viszont eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Ha eltérő anyagot használunk, az teljesen felforgathatja a tervet.
Amikor egy új anyag kerül a piacra, vagy a gazdasági tényezők korlátozzák az adott anyaghoz való hozzáférést, akkor ez a tervezőket visszaküldheti a rajzasztalhoz egy nagyon költséges folyamat során, amely egy teljes munkafolyamat újraszerszámozását eredményezheti. A generatív tervezésnek köszönhetően gyorsabban térhetnek vissza a pályára, figyelembe véve a projekthez rendelkezésre álló összes anyagot. Akár a rugalmasság, a merevség, a súly vagy a környezeti tényezőkre adott válasz alapján választanak ki konkrét anyagokat vagy paramétereket, a generatív tervezési algoritmus rendelkezik egy globális adatkészlettel – a felhővel –, amelyből gyakorlatilag sokkal gyorsabban lehet az alternatívákat tesztelni, mint tenné azt egy tervezőmérnökökből álló csapat.
Könnyűsúlyozás
Egyszerű fizika az egész: ha valami nehezebb, akkor nehezebb meghajtani, felemelni vagy más módon mozgatni. Ami pedig az olyan területeket illeti, mint a tömegközlekedés, a fosszilis tüzelőanyag-kibocsátás csökkentésének egyik legegyértelműbb útja az, ha az autók, buszok vagy repülőgépek tömegét csökkentik, így kevesebb üzemanyagra van szükségük a mozgáshoz.
A könnyűsúlyozás felkeltette az érdeklődést a futurisztikus anyagok, például a grafén vagy a szénszálak iránt, hogy helyettesítsék a nehezebb ipari korszakok anyagait, mint például a vasat és az acélt.
Egy darab anyag tömegének csökkentése számos megtakarítást eredményez, például:
- A logisztikában: A könnyebb termékek szállítása növeli a felhasznált szállítási teljesítmény egységenkénti mennyiségét.
- A gyártásban: Legyen szó akár gyári padlóról, akár a nappaliban helyet kapó asztalról, a gyártás minden esetben gyorsabb és könnyebb.
A generatív design alkalmazása az anyagmennyiség csökkentésére globális, társadalmi szinten azt jelentheti, hogy kevesebb nyersanyag felhasználásával nagyobb mértékben leszünk képesek előállítani a növekvő népesség igényeit. Tanulmányok szerint akár 40%-kal is csökkenthető a felhasznált alapanyagok mennyisége.
A fenntarthatóság kulcsfontosságú a tömegcsökkentésben. a könnyebb termékekhez kisebb mennyiségű alapanyag is kell. A generatív design lehetővé teszi az alkotók számára, hogy eltérő anyagokhoz eltérő terveket készítsenek. Ezzel a fenntarthatóbb alapanyagok felhasználása is jelentősebb lehet.
A generatív designt alkalmazva például az Airbus repülőgépgyártó vállalat olyan kabinelválasztót hozott létre, amely egy A320-as repülőgépen elválasztja az utasokat a konyhai részlegtől. Ez sikeresen igazolta a koncepciót, és néhány lebilincselő számot eredményezett. Az A320-as fedélzetén minden egyes megspórolt kilogramm 106 kilogramm üzemanyagot takarít meg, és minden egyes válaszfal körülbelül 30 kilogrammot nyom. Az Airbus kiszámolta, hogy ha az egész utastérben minden válaszfal ugyanígy készülne, akkor az összes repülőgépen több mint 1000 kilogramm súlyt lehetne megtakarítani, ami a teljes flotta esetében évi 166 tonnával csökkentené a CO2-kibocsátást.
Ezt a módszert akár a lehajtható tálcákra, ülésekre, vagy a megfelelő anyagokat használva a vezérsíkokra, vagy a sárkányszerkezetre is alkalmazni lehet. Ebből pedig számos környezeti előny származhat.
A generatív tervezés használata megkönnyíti az alkatrészek súlyának csökkentését a funkcionalitás veszélyeztetése nélkül.
A teljesítmény növelése és a súlycsökkentés érdekében a japán DENSO autóalkatrész-gyártó átdolgozta a motorvezérlő egységét (ECU), amely a jármű elektronikus üzemanyag-befecskendező rendszere által szállított üzemanyag mennyiségét és időzítését kezeli. A generatív design segítségével a DENSO megalkotta az optimális formát ahhoz, hogy az ECU 12%-kal könnyebb lehessen, miközben az eredeti hőelvezetési képesség megmaradt.
Egy másik példa a tömegcsökkentésre a kanadai MJK Performance motorkerékpár-alkatrészeket szállító cégtől származik. A vállalat a Harley-Davidson motorkerékpárok rajongóinak egy elkötelezett csapatát találta meg, akik úgy akarták átalakítani motorjaikat, hogy azok az európai versenymotorokhoz hasonlóan teljesítsenek. A tömeges tervezési és gyártási megoldások alkalmazásával egy ilyen szűk ügyfélkör kiszolgálásának költségei általában elérhetetlenek lennének. A generatív design segítségével az MJK képes volt egy igen nagy alkatrészt – a villahidat – könnyebb, egyedi kialakításúvá alakítani, amely olyan sikeres lett, hogy a vállalat még ugyanazon a héten gyártásba indította az alkatrészt.
Az additív prototípusgyártás és az egyedi gyártás demokratizálódása megadta az MJK-nak az eszközöket, hogy egy virágzó piacot indítson el; a generatív design tökéletes partner a szükséges teljesítménymutatók eléréséhez, miközben a technológia jellegzetes vizuális megjelenést is kölcsönöz a termékeknek.
Az MJK Performance hármas bilincsének renderelése egy motorkerékpár elejéről.
A generatív design az anyagtechnológiát is kiegészítheti. Ha egy alkatrészt egy bizonyos anyagból terveztek, de van egy fenntarthatóbb alternatíva, akkor csak be kell illeszteni a digitális modellbe; a geometria többi része úgy igazodik, hogy továbbra is megfeleljen a teljesítményre vonatkozó előírásoknak.
A holnap eszközeinek, szerszámainak és műszereinek építőkövei is fejlődnek, és a generatív designt vezérlő felhő ereje a legmodernebb kutatás és szakértelem világát tárja elénk. Olyan innovációk látnak napvilágot, amelyek hagyományosan nem kapnak nagy nyilvánosságot az adott területen. Ha például egy gyártó évek óta alumíniumot használ, de egy vulkanizált gumi növelheti a termék rugalmasságát. Lehet, hogy egy polimer csomóponti elem nagyobb terhelést vesz fel, és lehetővé teszi olcsóbb, könnyebb anyagok használatát a szerkezet többi részében.
ForrásAutodesk