Generatívny dizajn (generatívny dizajn) je počítačom a umelou inteligenciou riadený proces navrhovania, ktorý automaticky vytvára produkty na základe užívateľom definovaných požiadaviek a obmedzení. Alebo v skratke, softvér navrhuje časť alebo produkt na základe atribútov produktu a cieľov dizajnu navrhnutých používateľom. 3D tlač má dostatok výhod na výrobu generatívne navrhnutých dielov.
Čím viac premenných, ktoré sa zadajú do softvéru generatívneho dizajnu, ako je zamýšľané použitie, výrobná metóda, dostupné materiály atď., tým lepší bude počítačový dizajn. Produkty navrhnuté pomocou softvéru majú vo všeobecnosti zakrivený vzhľad a štruktúru, ktorá pripomína tvar vetvy stromu alebo kostry. Generatívny dizajn bol prirovnaný k evolučnému procesu pokus-omyl, ktorým príroda prechádza, aby dospela k optimálnym štruktúram, a to oveľa rýchlejším tempom. Použitie generatívneho dizajnu má mnoho výhod, ako je úspora materiálov pri zabezpečení vysokej pevnosti.
Napríklad držiak nižšie, držiak vpravo je pôvodný dizajn. Výstuha na ľavej strane je časť optimalizovaná na zníženie spotreby materiálu pri zachovaní rovnakej pevnosti a prispôsobenia sa rovnakým rozmerom. Konečné lešenie môže byť vstrekované, opracované alebo 3D vytlačené. Návrhy generované AI sú často také zložité, že ich možno vyrobiť iba pomocou metód 3D tlače.
Akokoľvek výkonný je generatívny dizajn, nenahradí dizajnérov ani inžinierov. Generatívny návrhový softvér je len nástroj, ktorý používajú na urýchlenie návrhu a optimalizáciu dielov. Umelá inteligencia dokáže generovať rôzne výsledky, porovnávať rozdiely medzi rôznymi výsledkami a nájsť optimálne riešenie, čo je pre dizajnérov ťažké urobiť v krátkom časovom období.
Mnoho softvérových produktov obsahuje funkcie generatívneho návrhu, ktoré využívajú algoritmy na prenesenie požiadaviek na diely do geometrie a dizajnu produktu. Namiesto generovania desiatok či stoviek možností však vylepšujú jednotlivé časti (čo znie dosť ako parametrický dizajn). Tieto dva koncepty sú podobné, ale generatívny dizajn je často spojený s viacerými možnosťami dizajnu, a nie s viacerými iteráciami.
Softvér na generovanie dizajnu
Algoritmy optimalizácie tvaru alebo optimalizácia topológie už dlho riešia jeden z najzákladnejších inžinierskych problémov: ako vyrobiť dostatočne pevné diely s čo najmenším množstvom materiálu. Dnešný generatívny dizajn AI ide o krok ďalej a ponúka množstvo možností. Dôležité je, že inžinieri už nie sú obmedzení úrovňou svojich zručností, skúseností alebo kreativity. Na konci generatívnej analýzy návrhu majú inžinieri k dispozícii koncept, ktorý možno ďalej skúmať a vylepšovať, alebo návrhové riešenie pripravené na výrobu, ktoré plne spĺňa všetky požiadavky projektu na hmotnosť, zaťaženie, materiály atď.
Generatívny dizajn je kreatívny nástroj a ako mnoho iných procesov podporovaných počítačom potrebuje človeka, ktorý ho bude riadiť. Úspech teda súvisí s kvalitou údajov zadávaných používateľom. Tu si môžeme požičať koncept GIGO z informatiky („odpadky dovnútra, odpadky von“), nesprávne vstupné údaje prinesú nesprávne výsledky. Zatiaľ čo nástroje generatívneho návrhu umožňujú takmer každému zvládnuť zložité návrhy, nepodceňujte zručnosti potrebné na správne definovanie počiatočných podmienok pre požadovanú časť. Vo všeobecnosti informácie potrebné pre softvér na generatívny návrh na vyriešenie problému zahŕňajú:
●Fyzické obmedzenia konštrukčného priestoru vrátane každého rozhrania nového dielu vo väčšej zostave (ako sú montážne otvory) a priestoru, ktorý nový dielec nemôže zaberať. Generatívny dizajn sa často používa na prepracovanie dielov, aby zaberali menej miesta.
● Okrajové podmienky pre sily a zaťaženia vrátane oblastí, ktoré je potrebné posilniť alebo zjednodušiť, aby odolali namáhaniu pohybu alebo prevádzky.
● Stanovenie kritérií alebo cieľov, ako je minimalizácia hmotnosti alebo nákladov na časť a definovanie faktora bezpečnosti požadovaného pre projekt.
●Dosiahnuteľnosť výrobného procesu, to je výhoda výroby 3D tlače. Samotná 3D tlač má extrémne vysokú flexibilitu, čo je veľmi vhodné pre výrobu dielov generatívneho dizajnu.
●Výrobné materiály. Ak sa zvolí viac ako jeden materiál, pre každý materiál budú poskytnuté rôzne konštrukčné riešenia, aby vyhovovali požiadavkám projektu.
Aké sú výhody generatívneho dizajnu?
Teraz, keď chápeme, čo generatívny dizajn vlastne je a čo dokáže, poďme identifikovať praktické výhody použitia týchto nástrojov pri výrobe dielov:
● Kreativita. Generatívny dizajn odstraňuje všetky kreatívne obmedzenia spojené s tradičnými procesmi navrhovania a vytvára tie najlepšie nekonvenčné tvary a formy, ktoré si ľudia nevedia predstaviť.
● Vyvážiť priority. Môže skúmať riešenia založené na výkonnostných aspektoch a výrobných kapacitách, ktoré sú už dostupné na danom mieste.
● Znížte analýzu. Zabudované testovacie a výpočtové simulácie znižujú akúkoľvek ďalšiu nákladnú analýzu virtuálneho počítačom podporovaného inžinierstva (CAE).
●Znížte pracovné zaťaženie. Oslobodzuje profesionálov od únavných úloh typu pokus-omyl a zvyšuje produktivitu tým, že poskytuje stovky možných konštrukčných riešení.
● Znížte ľudskú chybu. Automatizáciou veľkej časti procesu návrhu sa znižuje riziko vnesenia ľudskej chyby do návrhu.
● Znížte náklady. Ušetrite peniaze poskytovaním vysokovýkonných návrhov s menšou spotrebou materiálu a skrátením času vývoja a uvedenia na trh.
●Čiastočne zlúčené. Najmä pri použití aditívnych výrobných procesov môžu inžinieri preskúmať príležitosti na konsolidáciu dielov a nahradenie celých zostáv jedným dielom. To môže mať pozitívny ekonomický dopad na dodávateľské reťazce a programy údržby.
Algoritmy a estetika: Budúcnosť generatívneho dizajnu
Keďže internet vecí a umelá inteligencia sú v našom každodennom živote čoraz rozšírenejšie, generatívny dizajn sa môže stať normou v dizajne produktov. Táto technológia poskytuje návrhy, ktoré budú mať nielen pozitívny vplyv na priemysel, ale aj na životné prostredie, pretože na výrobu každodenných produktov je potrebných menej zdrojov. V súčasnosti je veľmi rýchly aj vývoj generatívneho softvéru, vrátane Fusion 360, Creo Generative Design Extension, Ansys Discovery, nTopology, Dassault Systèmes CATIA Generative Design Engineering atď. Tieto softvéry môžete použiť v kombinácii s procesom 3D tlače na vytvorte si vlastné časti generatívneho dizajnu.