Генеративный дизайн – принципиально новая технология проектирования. Основана она на применении программного обеспечения, способного самостоятельно, без участия конструктора, генерировать трехмерные модели, отвечающие заданным условиям. Фактически в системе «человек – машина» компьютеру передаются творческие функции, и он с ними отлично справляется. Эта технология уже начинает применяться в качестве основного инструмента автоматизированного проектирования. Причиной тому рост вычислительных возможностей и чрезвычайно быстрое развитие 3D-печати – технологии, в полной мере способной к производству деталей и объектов, разработанных с помощью нового инструмента. Сегодня стоимость 3D-печати и цена 3D-принтеров уже снизились до уровня, позволяющего говорить о промышленном производстве на их основе. Что касается возможностей тандема «генеративный дизайн – аддитивные технологии», то они таковы, что ряд аналитиков именует их применение не иначе как очередной промышленной революцией.

Рис. 1. Пешеходный мост через канал в Амстердаме. Проект компании MX3D

Взглянув хотя бы на несколько объектов, смоделированных с помощью генеративного дизайна и воплощенных посредством аддитивных технологий (рис. 1-3), в это совсем нетрудно поверить.

Рис. 2. Кроссовки известного бренда. Распределение и форма пор рассчитаны по технологии генеративного моделирования

Рис. 3. Элемент конструкции швейной машины Bernina (красный цвет). Форма оптимизирована

Авторы обзорных публикаций говорят о четырех направлениях генеративного дизайна:

• синтез формы;
• оптимизация поверхностей и структуры трехмерных решеток;
• оптимизация топологии (в соответствии с указанными параметрами убирается все лишнее);
• трабекулярные структуры (генеративный дизайн точно масштабирует и распределяет крошечные поры во всех твердых материалах, создает шероховатость поверхности).

Сегодняшний, пусть еще небольшой опыт доказывает, что развитие этих направлений несет с собой революционные изменения в архитектуре, машиностроении, производстве мебели, спортивной обуви и многого другого. Для практического применения в проектировании ведущие производители ПО для САПР разработали программные пакеты в виде отдельных приложений.

Специализированное ПО для генеративного дизайна отличается высокой мощностью и может применяться в различных отраслях производства. У него много плюсов, но не менее перспективны и приложения, встроенные в функционал САПР. Такие решения позволят проектировщикам получать результаты быстро и на качественно новом уровне, но оставаясь при этом в своей системе моделирования. Свой вариант такого функционала предложила компания Siemens PLM Software.

Генеративное моделирование в Solid Edge ST10

Для машиностроения особый интерес представляет оптимизация топологии – она приносит мгновенный эффект в виде экономии материалов и энергоресурсов, а также увеличения производительности. Именно этот вид генеративного дизайна реализован в Solid Edge ST10.

Топологическая оптимизация представляет собой поиск оптимальной формы детали при заданных условиях закрепления и нагружения. Подчеркнем, что оптимальной в данном случае считается форма, обеспечивающая наименьший вес.

В Solid Edge ST10 при запуске генеративного проектирования конструктор указывает область, в пределах которой будет формироваться деталь. Для этого задается ее приблизительная форма. На ней фиксируется расположение элементов крепления; указываются области, которые не должны меняться, и нагрузка. Далее с помощью открывающегося диалогового окна конструктор задает процент снижения массы, коэффициент запаса по прочности.

Рис. 4. Топологическая оптимизация в Solid Edge ST10. С помощью генеративного моделирования создается деталь с минимальной массой, отвечающая исходным требованиям по прочности и схеме крепления

В этом же окне задается еще один важный параметр генеративного моделирования – время работы программы. От него зависит точность получаемой модели, поскольку именно он ограничивает количество итераций.

Решение, полученное в результате топологической оптимизации, имеет фасетный вид. Можно сразу же отправить его на 3D-печать, но функционал Solid Edge ST10 этим не ограничивается. В десятой версии впервые применяется технология объединенного моделирования (Convergent Modeling): BREP и фасетное представление объединяются в одной модели, что дает возможность редактировать продукт генеративного дизайна.

По завершении процесса оптимизации работа над деталью может быть продолжена. Никаких действий, связанных с «проблемным» переводом сетки в точное представление, не требуется. Конструктор может добавлять и убирать какие-то элементы, могут выполняться Булевы операции; если идет работа над сборкой, то возможно вычитание тела одной детали из другой и т.д. Сеточное представление при этом постоянно обновляется.

Таким образом, Solid Edge ST10 не просто обеспечивает применение качественно новой технологии генеративного моделирования, но еще и предлагает удобную возможность модификации результата.

Компьютерная оптимизация топологии дает удивительные и совершенно необычные варианты геометрии. Она позволяет снизить вес изделий без ухудшения прочностных характеристик, оптимизировать расход материала, соответственно снижая стоимость изделия. Однако при всем этом сразу же возникает вопрос о технологичности продукта.

Действительно, даже беглого взгляда на оптимизированную модель (рис. 4) достаточно, чтобы убедиться в неприменимости здесь традиционных способов обработки металлов резанием и давлением. Единственное, на что можно рассчитывать, – это литье, технологию весьма энергоемкую и проблемную с точки зрения экологии. Есть ли смысл в такой оптимизации и в чем революционность Solid Edge ST10?

Ответ на этот вопрос однозначен и положителен. Топологическая оптимизация – несомненный шаг вперед, а Solid Edge ST10 – прорывная система автоматизированного проектирования. Чтобы отбросить последние сомнения, достаточно пройти по несложной логической цепочке:

1. Уже в пределах ближайшего десятилетия увеличит свои возможности и станет массово доступна 3D-печать;
2. Генеративный дизайн дает лучшие решения, но они требуют именно 3D-печати;
3. Применение генеративного дизайна и 3D-печати качественно изменит продукцию машиностроения, строительства и других отраслей, но нужны САПР, обеспечивающие их интеграцию в обычный процесс проектирования.

Siemens PLM Software создала такую САПР для машиностроения – Solid Edge ST10. Это первая САПР, дающая возможность в полной мере использовать преимущества генеративного дизайна и аддитивных технологий.

Уже сейчас можно сделать вполне обоснованный прогноз, что производство без лучших технологий цифрового моделирования и 3D-печати обречено на проигрыш в конкурентной борьбе. В таких обстоятельствах применение топологической оптимизации становится даже не преимуществом, а скорее условием выживания компаний.

Сказанное можно дополнить еще одним аргументом в пользу топологической оптимизации. Дело в том, что она дает наилучший по заданным условиям вариант, а такой вариант всегда интересен и полезен разработчику – даже в отсутствие возможностей его реализации. Пусть идеала достичь нельзя, но можно к нему приблизиться, создавая модели под традиционные технологии. Для этого Solid Edge ST10 располагает одним из самых эффективных в мире арсеналов проектирования.

Мы рады сообщить, что теперь, после нескольких месяцев в режиме бета-тестирования, генеративный дизайн стал доступен для приобретения подписчикам Fusion 360 Ultimate. Fusion 360 – облачный инструмент для проектирования и разработки изделий, созданный с нуля для того, чтобы устранить традиционные границы между CAD, CAM, CAE, электроникой, управлением данными и совместной работой. А теперь он станет и нашей ведущей платформой для генеративного дизайна. Если вы еще не слышали, генеративный дизайн – это будущее производства. Он кардинально меняет разработку изделий.

Вместо того, чтобы оценивать концепции после их разработки, генеративный дизайн позволяет вам заранее устанавливать требования (такие как материал, размер, вес, прочность, методы производства и ограничения по стоимости). Затем, используя алгоритмы на основе искусственного интеллекта и облачные вычисления, он выдает множество вариантов конструкций, которые отвечают заданным критериям. Исходя из этого, проектировщики и конструкторы могут фильтровать и выбирать результаты, которые наиболее соответствуют указанным ими требованиям. Генеративный дизайн не только предлагает то, что первоначально было «немыслимыми» дизайнерскими опциями, но и «вооружает» конструкторов данными, необходимыми для принятия обоснованного решения, основанного на их нуждах.

Генеративный дизайн может ускорить процесс разработки изделия. Это приводит к эффективным результатам – будь то улучшение характеристик продукта, снижение негативного влияния на экологию, как у Airbus и Stanley Black & Decker, или возможность замены узла из нескольких деталей одной, что снижает стоимость сборки и может повысить прочность изделия.

Что касается Fusion 360, мы всегда прислушивались к нашему активному сообществу пользователей и делали улучшения, основанные на том, что им нужно для их инструментов проектирования и производства. Теперь, с генеративным дизайном, мы отдаем одну из самых продвинутых технологий проектирования в ваше распоряжение. Однажды мой коллега сказал: «Если ты посмотришь на процесс разработки продукта и рабочие процессы среднестатистического пользователя, то увидишь, что все они относятся к работе, а не к процессу». Что ж, наша цель с Fusion 360 – дать вам возможности для разработки продукта, которые помогут сфокусироваться на процессе, а не на работе.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!