Генеративное проектирование или армия инженеров с ИИ на вашем компьютере (часть 3)

Лучшие программные инструменты для генеративного проектирования

Генеративное проектирование преобразовало различные отрасли, позволив создавать инновационные и оптимизированные решения. Для облегчения этого передового подхода к проектированию было разработано несколько программных инструментов. Вот лишь некоторые из числа лучших:

• Autodesk Inc.: <#link#Fusion 360#URL%3Ahttps%3A%2F%2Fwww.autodesk.com%2Fproducts%2Ffusion-360%2Foverview#> представляет собой комплексный инструмент проектирования, объединяющий возможности CAD, CAM и CAE. Набор инструментов моделирования включает в себя создание чертежей, твердотельное моделирование, построение поверхностей, параметрическое моделирование, работу с сетками и рендеринг. С помощью модуля генеративного проектирования пользователи могут указывать критерии проектирования, ограничения, материалы и производственные предпочтения, что позволяет создавать оптимизированные для производства детали. Используя машинное обучение и искусственный интеллект, Fusion 360 анализирует результаты проектирования, созданные в облаке, с помощью визуальных сравнений, графиков и фильтров. Его универсальность делает его популярным в производстве и проектировании, в том числе лёгких, бионических конструкций.
• Siemens NX: <#link#Siemens NX #URL%3Ahttps%3A%2F%2Fplm.sw.siemens.com%2Fen-US%2Fnx%2F#>— это высококачественный программный пакет CAD/CAM/CAE с надёжными инструментами генеративного проектирования, широко используемый в аэрокосмической, автомобильной и промышленной сфере. Он поддерживает топологическую оптимизацию для создания деталей, отвечающих требованиям к производительности при минимизации использования материала. Кроме того, NX использует технологию цифровых двойников. Все эти возможности ускоряют исследования и разработки, снижая затраты и повышая качество продукции.
• Ntopology Inc.: <#link#nTop#URL%3Ahttps%3A%2F%2Fwww.ntop.com%2F#> специализируется на передовом генеративном проектировании, преуспев в создании сложных решётчатых структур и оптимизированной геометрии для таких отраслей, как медицина, авиастроение, космонавтика, автомобилестроение. Это одна из самых лучших в мире платформ предлагает полный контроль над процессами оптимизации, позволяя пользователям создавать собственные рабочие процессы, адаптированные к конкретным потребностям. Благодаря таким функциям, как неявное моделирование, топологическая оптимизация и термомеханический анализ, nTop легко интегрируется с другими инструментами САПР, предоставляя универсальную платформу для инновационных проектных решений.
• Altair Engineering Inc.: <#link#Altair OptiStruct #URL%3Ahttps%3A%2F%2Faltair.com%2Foptistruct#>— ведущее ПО для моделирования конструкций и их оптимизации. Оно включает в себя возможности генеративного проектирования, которые позволяют инженерам выполнять топологическую оптимизацию и быстро исследовать широкий спектр альтернативных вариантов проектирования.
• PTC. Inc.: <#link#Creo Generative Design#URL%3Ahttps%3A%2F%2Fwww.ptc.com%2Fen%2Ftechnologies%2Fcad%2Fgenerative-design#> легко интегрируется с возможностями популярного параметрического и мощного САПР Creo, предлагая облачное решение для быстрого проектирования.
• Dassault Systèmes SE: <#link#CATIA#URL%3Ahttps%3A%2F%2Fwww.3ds.com%2Fproducts%2Fcatia#> представляет собой мультиплатформенную среду проектирования с инструментами генеративного проектирования.
• ANSYS, Inc.: <#link#ANSYS Discovery #URL%3Ahttps%3A%2F%2Fdeveloper.ansys.com%2FDiscovery#>— это инструмент проектирования на основе моделирования, объединяющий возможности генеративного проектирования.
• MSC Software Corporation (Hexagon AB): генеративное проектирование <#link#MSC Apex Generative Design#URL%3Ahttps%3A%2F%2Fhexagon.com%2Fproducts%2Fmsc-apex-generative-design#> позволяет быстро создавать и оптимизировать металлические компоненты с минимальным вмешательством человека. Это ПО идеально подходит для авиастроения, космонавтики, автомобилестроения, разработки высокопроизводительной техники и может похвастаться удобным интерфейсом и мощными инструментами моделирования.
• Также стоит отметить такие компании и их продукты, как: 3Dnatives, Bentley Systems Incorporated, Desktop Metal Inc., Diabatix, Proto3000 Inc., и другие, которые также входят в число ключевых игроков в индустрии генеративного дизайна. 

Эти программные инструменты стали незаменимыми в генеративном проектировании, предлагая уникальные функции и возможности, адаптированные к конкретным потребностям отрасли. Используя эти инструменты, дизайнеры и инженеры могут расширить границы проектирования и творчества, создавая оптимизированные и инновационные решения в различных областях.

Синергия между генеративным проектированием и 3D-печатью

Генеративный дизайн и 3D-печать — две революционные технологии, которые, будучи задействованы совместно, создают мощную синергию, способную серьёзным образом изменить ландшафт современного проектирования и производства. Эта комбинация использует сильные стороны обеих технологий для производства инновационных, эффективных и высоко оптимизированных продуктов, которые раньше было невозможно себе представить с традиционным мышлением и производством.

Как генеративное проектирование и 3D-печать работают вместе

Генеративное проектирование — ключевой игрок в этой синергии, использует алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения для создания множества альтернатив дизайна на основе заданных целей и ограничений. Этот процесс позволяет дизайнерам исследовать обширные горизонты проектирования и находить оптимизированные решения, соответствующие конкретным критериям производительности, таким как вес, прочность и использование материалов.

С другой стороны, оптимизированную компьютерную модель мало показать на мониторе компьютера, её нужно произвести и оснастить этим инновационным компонентом конкретный продукт. Человечество для этих целей пока не придумало ничего лучше аддитивного производства.

Обратимся к официальному определению аддитивного производства национальным стандартом РФ ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015. Аддитивное производство — это процесс изготовления деталей, который основан на создании физического объекта по электронной геометрической модели путём добавления материала, как правило, слой за слоем, в отличие от вычитающего (субтрактивного) производства (механической обработки) и традиционного формообразующего производства (литья, гибки, штамповки).

3D-печать дополняет генеративный дизайн, предоставляя гибкие и эффективные средства создания сложных оптимизированных конструкций. В отличие от традиционных методов производства, которые часто налагают значительные ограничения на конструкцию из-за ограничений технологии, 3D-печать может создавать сложную геометрию и бионические формы слой за слоем.

Ключевые преимущества синергии

1. Сложная геометрия и бионические формы. Алгоритмы генеративного проектирования часто создают сложные формы, подобные органическим природным структурам в сочетании со сложной решётчатой конструкцией. Эти конструкции часто экономически неосуществимы или недостижимы при использовании традиционных методов производства, таких как литьё под давлением или обработка на станках с ЧПУ. 3D-печать как раз и выделяется своей способностью изготавливать изделия самой сложной геометрии.
2. Экономическая эффективность. 3D-печать более конкурентоспособна при штучном или малосерийном производстве, поскольку не требует затрат на проектирование и изготовление оснастки, связанных с традиционными методами производства. Генеративное проектирование позволяет учесть фактор кастомизации и с помощью 3D-печати без лишних затрат изготовить детали под каждого конкретного заказчика. Нелишним будет отметить и снижение стоимости 3D-печати, а также увеличение разнообразия и доступности материалов, что также позитивно влияет на выбор в пользу данной синергии.
3. Быстрое прототипирование и итерационный процесс совершенствования. Программное обеспечение для генеративного проектирования позволяет быстро генерировать и оценивать многочисленные варианты дизайна, а 3D-печать — быстро создавать прототипы и тестировать эти проекты. Этот итеративный процесс обеспечивает ускорение доработки и оптимизации, сокращая время от концепции до конечного продукта.
4. Эффективность использования материалов. Из-за растущих экологических проблем и ограничений ресурсов промышленность вынуждена создавать экологически чистые продукты, следуя устойчивым процедурам. Эти разработки обеспечивают метод достижения этих целей за счет максимального повышения энергоэффективности, рационального использования материалов и максимального сокращения отходов. Генеративное проектирование оптимизирует количество используемого материала, оставляя его только там, где он нужен по расчётам, сокращая количество отходов и продвигая устойчивые методы производства.
5. Полная свобода дизайна. Традиционные методы производства часто накладывают свои ограничения на свободу инженеров и дизайнеров в проектировании. Напротив, 3D-печать освобождает дизайнеров от этих ограничений, позволяя проявить больше творчества и инноваций. Генеративный дизайн в полной мере использует эту свободу, исследуя нетрадиционные формы и структуры, оптимизированные для конкретных приложений.

Рис. Синергия генеративного проектирования и 3D-печати особенно сильно проявляется в итерационных подходах (<#link#Cognitive Design Systems#URL%3Ahttps%3A%2F%2Fwww.cognitive-design-systems.com%2F#>)

В заключительной части нашего цикла мы рассмотрим, как  различные технологии аддитивного производства используются совместно с генеративным проектированием, а также поговорим о перспективах развития этой сферы.

<#link#Часть 1.#URL%3Ahttps%3A%2F%2Findustry3d.ru%2Fat-news%2Fgenerativnoe-proektirovanie-ili-armiya-inzhenerov-s-ii-na-vashem-kompyutere-chast-1%2F#>

<#link#Часть 2.#URL%3Ahttps%3A%2F%2Findustry3d.ru%2Fat-news%2Fgenerativnoe-proektirovanie-ili-armiya-inzhenerov-s-ii-na-vashem-kompyutere-chast-2%2F#>

<#link#Часть 4.#URL%3Ahttps%3A%2F%2Findustry3d.ru%2Fat-news%2Fgenerativnoe-proektirovanie-ili-armiya-inzhenerov-s-ii-na-vashem-kompyutere-chast-4%2F#>