Was Sie über generatives Design wissen müssen

Fortschritte im digitalen Design

Digitale Konstruktions- und Simulationswerkzeuge haben die Arbeitsweise von Ingenieuren und Designern verändert. In den letzten Jahrzehnten sind diese Tools schneller und funktionsreicher geworden, da die Rechenleistung billiger und zugänglicher geworden ist. Große Probleme, die vor fünf bis zehn Jahren auf Supercomputern oder Hochleistungsclustern liefen, können jetzt auf Ihrem Laptop ausgeführt werden.

Gleichzeitig haben Informatiker Algorithmen und Optimierungsschemata wie maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz entwickelt, die große Datensätze verarbeiten und komplexe Probleme mit Tausenden bis Millionen von Variablen lösen können.

Zunehmend bauen Engineering-Software-Unternehmen generative Konstruktionsfunktionen in grundlegende CAD-Pakete ein oder bieten sie als einfaches Add-on an. In anderen Fällen sind generative Design- und Topologieoptimierungswerkzeuge in Simulationspakete integriert.

Simulationspakete bieten in der Regel mehr Umschalter und Steuerelemente als CAD-Add-Ons, erfordern jedoch auch ein gewisses Maß an Fachwissen, das mit der Ausführung von Finite-Elemente-Paketen einhergeht. Es wurden erhebliche Verbesserungen an diesen Programmen vorgenommen, bei denen Benutzer Feedback geben, um sie besser und nützlicher zu machen.

Was ist generatives Design?

Obwohl viele Ingenieure Zugang zu generativen Designwerkzeugen haben, wissen sie nicht immer, was generatives Design ist oder wofür sie es verwenden sollen. Generatives Design kombiniert drei verschiedene Disziplinen – Design, Simulation und Optimierung – um eine leistungsstarke parametrische Simulation zu erstellen, die Tausende bis Millionen von Freiheitsgraden berücksichtigt.

In der Praxis beginnt ein Designer mit einem offenen weißen Bereich, und der Computer füllt Material nur dort aus, wo es benötigt wird. Der Computer definiert eher das optimale (eine aus einer Menge sehr guter Lösungen) als das optimale (das absolut beste) Modell für Ihre gegebene Menge von Eingaben.

Generatives Design kann nicht die absolut beste Lösung produzieren, da Optimierungsschemata keine Gewissheit über die Qualität eines bestimmten Designs im Vergleich zu allen anderen möglichen Designs geben können.

Vorteile des generativen Designs

Auch wenn generatives Design nicht das optimale Ergebnis liefert, bietet es neue, effizientere Arbeitsweisen. Vor dieser Technologie mussten Sie einige Parameter auswählen und ein Design of Experiments (DOE) erstellen, das die Leistung des Teils über diese Variablen hinweg testete. Dieser Ansatz ist leistungsstark, erfordert jedoch viel Zeit, um die Modelle vorzubereiten, die Ergebnisse zu extrahieren und eine Schlussfolgerung über die beste Lösung zu ziehen.

Alternativ könnten Sie kleine, inkrementelle Verbesserungen an einem bestehenden Design vornehmen, um eine Reihe von Funktionen zu optimieren; Dies kann weniger Zeit in Anspruch nehmen, beruht jedoch auf der Annahme, dass das Ausgangsdesign bereits nahezu optimal ist.

Hier glänzt generatives Design. Es produziert in kurzer Zeit einen guten Designkandidaten für den Ingenieur. Dieser Effizienzgewinn kann genutzt werden, um schneller zu arbeiten oder den Designraum zu sondieren und Lösungen außerhalb traditioneller Konstruktionskonzepte zu prüfen.

Wenn Sie sich ein wirklich gutes generatives Designteil ansehen, fällt es normalerweise durch seine abstrakte Form auf, die dennoch logische Designelemente enthält.

Einschränkungen des generativen Designs

Es ist wichtig zu verstehen, was generatives Design nicht leisten kann. Generatives Design wird Konstrukteure niemals ersetzen. Die resultierenden Designmodelle sind nur so gut wie die Optimierungsschemata, die sich verbessern, aber nicht perfekt sind.

Nehmen Sie zum Beispiel den Fall der Metall-Laser-Pulverbettschmelzung (L-PBF), bei der die Notwendigkeit von Stützen die Herstellung eines Teils in großem Maßstab erschweren oder sogar unpraktisch machen kann.

Die meisten generativen Designprogramme berücksichtigen nicht, wie das Teil hergestellt wird, daher müssen Ingenieure immer noch die Prinzipien des Designs für die additive Fertigung (DFAM) anwenden, um ein besseres Teil zu schaffen, das den Bedarf an Stützen reduzieren oder eliminieren würde, ein Prozess, der detailliert ist Verständnis für den Herstellungsprozess. In einer Produktumgebung wirken sich diese Überlegungen auf Teilekosten und Ausbeute aus.

Implikationen des generativen Designs

Wie sieht angesichts der zunehmenden Popularität des generativen Designs die Zukunft aus? Zunächst einmal können Generative Design-Tools Konstrukteuren dabei helfen, viel schneller zur 80-Prozent-Lösung zu gelangen. Später wird diese Technologie den Ingenieuren sogar noch bessere Dienste leisten, da sie komplexere Systeme unterstützt, wie z. B. dynamische Stöße und Teile in Kontakt.

Um diese Vorteile nutzen zu können, müssen Konstrukteure die Fähigkeiten entwickeln, digitale Konstruktionswerkzeuge kompetent einzusetzen. Die Grenzen zwischen Design- und Analyse-/Simulationsingenieuren werden weiter verschwimmen, da diese Arten von Tools immer verfügbarer werden und Produktentwicklungszyklen vorantreiben.

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