Генеративный дизайн: на пороге новой эпохи проектирования

    Представляем вашему вниманию информационную статью о новых технологиях проектирования от наших коллег из Siemens PLM Software.



    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.

    UPD: Если вас заинтересовала технология, то 25 января в 14:00 по московскому времени компания Siemens PLM Software проведут вебинар с демонстрацией технологии генеративного дизайна. Приглашаем на регистрацию: cad-expert.ru/meropriyatiya/vebinary/generativnyy-dizayn/?utm_source=habr&utm_medium=article&utm_campaign=new_tech_web

    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.

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

    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.
    Нанософт 91,27
    Компания
    Поделиться публикацией
    Комментарии 6
    • 0
      А компания Нанософт ведет разработки в данном направлении?
      Практика показывает, что мы только догоняем. Может и у нас что есть чем удивить.
      • 0
        Что-то не нравится мне как в этой швейной машине закреплен вал махового колеса (там где приводной ремень).
        • 0
          Так называемое «свободно-болтающееся крепление вала на абсолютно упругих неньютоновских ремнях» :)
        • 0
          Это всё конечно круто, но только в производстве где используют литьё/3D печать. В других местах, где используют механ. обработку, вы услышите от технолога (либо человека который пишет программу обработки) простые слова только для связки нецензурных. Я, например, больше использую Design Insight функцию в одном небезызвестном пакете и смотрю распределение нагрузки. Там видно какие участки можно уменьшить. И дальше, думая как это изготовить за меньшее количество установов и переходов, оптимизирую деталь. Но у меня детали под фрезерование/точение в основном.

          Я это всё к чему. Конструктор должен понимать когда ему можно применять эту функцию, а когда нельзя. Всё зависит от бюджета и времени.
          • 0
            Ага так получаются «укуренные» детали на которые нужно охренительная оснастка или они не технологичны.
            Правда если у вас есть дома принтер печатающий металлом, например, то все «ОК».
            И да, то что вы называете генеративным дизайном- по сути является оптимизацией. и это считает человек. да в некоторых случаях получается очень даже ничего, а порой и откровенный шлак:)
            • 0

              Надо, конечно, более уважительно относиться к терминологии, связанной с оптимизационными задачами. Читать очень тяжело.
              А технология впечатлила.

              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

              Самое читаемое