Generatief ontwerp gedemystificeerd: belangrijke inzichten voor ingenieurs en ontwerpers

Vooruitgang in digitale ontwerp

Digitale ontwerp- en simulatietools hebben de manier veranderd waarop ingenieurs en ontwerpers werken. De afgelopen decennia zijn deze tools sneller en rijker aan functies geworden naarmate rekenkracht goedkoper en toegankelijker werd. Grote problemen die vijf tot tien jaar geleden op supercomputers of high-performance clusters draaiden, kunnen nu op uw laptop draaien.

Tegelijkertijd hebben informatici algoritmen en optimalisatieschema's gebouwd, zoals machine learning en kunstmatige intelligentie, die grote datasets kunnen verwerken en complexe problemen met duizenden tot miljoenen variabelen kunnen oplossen.

Steeds meer engineering softwarebedrijven bouwen generatieve ontwerpfunctionaliteit in basale CAD-pakketten of bieden het als eenvoudige add-on. In andere gevallen zijn generatief ontwerp en topologie-optimalisatie tools ingebouwd in simulatiepakketten.

Simulatiepakketten bieden meestal meer schakelaars en controles dan CAD add-ons, maar ze vereisen ook een zeker niveau van expertise dat hoort bij het draaien van finite element pakketten. Er zijn significante verbeteringen in deze programma's geweest, waarin gebruikers feedback geven om ze beter en nuttiger te maken.

Wat is generatief ontwerp?

Hoewel veel ingenieurs toegang hebben tot generatieve ontwerptools, weten ze niet altijd wat generatief ontwerp is of waarvoor het te gebruiken is. Generatief ontwerp combineert drie verschillende disciplines – ontwerp, simulatie en optimalisatie – om een supergeladen parametrische simulatie te creëren die duizenden tot miljoenen vrijheidsgraden in overweging neemt.

In de praktijk begint een ontwerper met een open witruimte en de computer werkt om materiaal alleen daar te plaatsen waar het nodig is. De computer definieert het optimale (één van een set zeer goede oplossingen) in plaats van het optimum (de absolute beste) model voor uw gegeven set invoeren.

Generatief ontwerp kan niet de absolute beste oplossing produceren omdat optimalisatieschema's geen zekerheid kunnen bieden over de kwaliteit van een specifiek ontwerp in vergelijking met alle andere mogelijke ontwerpen.

Voordelen van generatief ontwerp

Zelfs als generatief ontwerp misschien niet het optimale resultaat produceert, biedt het nieuwe, efficiëntere manieren van werken. Vóór deze technologie moest u een paar parameters selecteren en een design of experimenten (DOE) maken dat de prestaties van het onderdeel testte over die variabelen. Deze benadering is krachtig, maar vereist veel tijd om de modellen voor te bereiden, resultaten te extraheren en een conclusie te trekken over de beste oplossing.

Als alternatief kunt u kleine, incrementele verbeteringen aan een bestaand ontwerp aanbrengen om een set functies te optimaliseren; dit kan minder tijd kosten, maar berust op de aanname dat het startontwerp al dicht bij het optimale is.

Hier schittert generatief ontwerp. Het produceert een goed ontwerpkandidaat voor de ingenieur in korte tijd. Deze efficiëntiewinst kan worden gebruikt om sneller te werken of om het ontwerpruimte te verkennen en oplossingen buiten traditionele engineering concepten te bekijken.

Als u kijkt naar een echt goed generatief ontwerp onderdeel, is het meestal opvallend door zijn abstracte vorm die nog steeds logische ontwerpelementen behoudt.

Beperkingen van generatief ontwerp

Het is belangrijk te begrijpen wat generatief ontwerp niet kan. Generatief ontwerp zal nooit ontwerpingenieurs vervangen. De resulterende ontwerpmodellen zijn alleen zo goed als de optimalisatieschema's, die verbeteren maar niet perfect zijn.

Neem het voorbeeld van metalen laser powder bed fusion (L-PBF) waar de noodzaak voor supports een onderdeel moeilijk of zelfs onpraktisch kan maken om op schaal te produceren.

De meeste generatieve ontwerpprogramma's rekening niet houden met hoe het onderdeel geproduceerd zal worden, dus ingenieurs moeten nog steeds design for additive manufacturing (DFAM) principes gebruiken om een beter onderdeel te creëren dat de noodzaak voor supports reduceert of elimineert, een proces dat een gedetailleerd begrip van het productieproces vereist. In een productomgeving hebben deze overwegingen implicaties voor onderdeelkosten en opbrengst.

Implicaties van generatief ontwerp

Gegeven de stijgende populariteit van generatief ontwerp, hoe ziet de toekomst eruit? Allereerst kunnen generatieve ontwerptools ontwerpingenieurs helpen de 80-procent oplossing veel sneller te bereiken. Verderop de weg zal deze technologie ingenieurs nog beter dienen naarmate het meer complexe systemen ondersteunt, zoals dynamische impact en onderdelen in contact.

Om deze voordelen te oogsten, zullen ontwerpingenieurs de vaardigheden moeten ontwikkelen om digitale ontwerptools bevoegd te gebruiken. De grenzen tussen ontwerp en analyse/simulatie ingenieurs zullen vervagen naarmate deze tools beschikbaarder worden en productontwikkelcyclus drijven.

Als u geïnteresseerd bent in het benutten van generatief ontwerp voor uw volgende project, kunnen de experts van Fast Radius helpen. Onze ingenieurs zijn experts in digitaal ontwerp, simulatie en optimalisatie, en we bespreken graag uw behoeften.

Neem contact met ons op om meer te leren, en bekijk ons kenniscentrum voor informatie over de nieuwste productietechnologieën.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?