hirdetés
hirdetés

A gépipar jövője

MI a tervezésben

Egy új, generatív tervezésnek nevezett folyamat teljesen átformálja azokat a módszereket, amelyekkel a hétköznapi tárgyak készülnek a székektől kezdve az autókon át a szerszámgépekig – tapasztalhatják meg az érdeklődők a Varinex Zrt. standjain az Ipar Napjai kiállításon.

hirdetés

A generatív tervezés mesterséges intelligenciára (MI) épülő szoftverekkel és a felhő számítógépes teljesítményének kiaknázásával teszi lehetővé, hogy a mérnökök több ezer tervváltozatot hozzanak létre egy tervezési probléma meghatározásával, azaz az alapvető paraméterek, például a magasság, a terhelés, a szilárdság és az anyagváltozatok megadásával. A különböző 3D-nyomtatási technológiák segítségével az így készült tervváltozatok gyorsan ellenőrizhetők, hiszen kézzel fogható alkatrészeken lehet funkcionális teszteket végezni a fejlesztési ciklus bármely fázisában.

Gyakorlati példák

A világ előre tekintő vállalatai közül néhány – többek között az Airbus, az Under Armour és a Stanley Black & Decker – a generatív tervezés segítségével oldja meg a mérnöki kihívásokat, és kínál olyan tervezési megoldásokat, amelyekre az emberi elme önmagától nem talált volna rá.

Airbus Az egyik leghíresebb repülőgépgyártó már alkalmazza a generatív tervezést: egy új kabinválaszfalat készítettek vele az A320-as repülőgépükhöz. A tervezésnél a természetes növekedési folyamatokat utánozták. A válaszfal ellenállóbb, mint az eredeti alkatrész, viszont fele olyan nehéz.

Generatív tervezéssel készült válaszfal (forrás: Autodesk)
Generatív tervezéssel készült válaszfal (forrás: Autodesk)

Under Armour Autodesk szoftverrel alakították ki a rácsszerkezetet a 3D-nyomtatással készülő Architech cipőjükhöz. A talpak nyomtatása az EOS szelektív lézeres szinterező berendezéseivel történt, ahol rétegről rétegre olvasztotta össze a polimerszemcséket a nyomtató.

Stanley Black & Decker A vállalat újonnan alakult Breakthrough Innovation csoportja kísérleti projektet indított el egy, a villanyszerelők által napi rendszerességgel használt eszköz – egy hidraulikus krimpelő fogó – továbbfejlesztése érdekében. A generatív tervezési és additív gyártási technológiák alkalmazásával a csoport képes volt közel 1,5 kg-ot lefaragni a krimpelő szerszám súlyából, ezzel több mint 60 százalékkal lecsökkentve azt.

A generatív tervezésnek hála a mérnökök munkáját többé nem korlátozzák saját elképzeléseik vagy korábbi tapasztalataik. Helyette egy olyan technológiával dolgozhatnak, amely lehetővé teszi, hogy kevesebb befektetéssel, közös munkával többet és jobbat hozhassanak létre: kevesebb idő alatt és kevesebb káros környezeti hatással több új ötlettel és termékkel állhatnak elő, amelyek ráadásul a felhasználók igényeinek is jobban megfelelnek.
 
Ismerje meg az Ipar Napjain!

A Varinex Zrt. komoly értéket tud hozzáadni a folyamathoz, az alkotás jövőjét támogató legkülönfélébb specializációk terén rendelkezik tapasztalattal – a gépészeti tervezéstől és a tervezésautomatizálástól a szimulációig és az adatkezelésig. Aki ellátogat az Ipar Napjai kiállításon a Varinex (A pavilon 206B), illetve a Stratasys (A pavilon 210C) standjára, megismerheti a Stratasys 3D nyomtatási és az Autodesk új generációs termékfejlesztési platformja által nyújtotta előnyöket a digitális prototípusgyártástól a termékalkotásig. Vegyen részt előadásaikon és ismerje meg a piacvezető 3D-nyomtatást és az újgenerációs termékfejlesztést! A részletekről egy korábbi cikkünkben is olvashatnak.

·        2018. május 16. 10:30-12:00 – Sorozatgyártás 3D-nyomtatással és NextGen termékfejlesztés Autodesk szoftverekkel

·        2018. május 17. 10:30-12:00 – Az additív gyártás jelentősége az iparban.  A terméktervezés jövője

További információ és regisztráció: https://cad.varinex.hu/ipar-napjai/

 
Az új technológiák bevezetésekor szinte megkerülhetetlen jelenség, hogy felmerülnek félreértések és kérdések azzal kapcsolatban, hogy mit is takar pontosan az adott technológia.
 

Tehát mi is az a generatív tervezés?

A generatív tervezés a gépi tanulás segítségével utánozza a természetre jellemző evolúciós megközelítést a tervezési folyamatok során. A tervező vagy mérnök megadja a generatív tervezőszoftvernek a tervezési paramétereket (például az anyagokat, méretet, súlyt, szilárdságot, gyártási módszereket és költségkényszereket), a szoftver pedig gyorsan kidolgozza az összes lehetséges megoldási kombinációt, és több száz vagy akár több ezer tervváltozattal áll elő. Ezután a tervező vagy mérnök kiszűri és kiválasztja az adott igényeknek leginkább megfelelő változatokat.

3D-nyomtatású rácsszerkezet sportcipőhöz (forrás: Under Armour)
3D-nyomtatású rácsszerkezet sportcipőhöz (forrás: Under Armour)

Képzelje el, hogy ahelyett, hogy eddigi ismeretei vagy a fejében megfogalmazódott ötletek alapján készítene egy „rajzot” vagy CAD-tervet, elmondhatná a számítógépnek, hogy mit szeretne elérni, vagy milyen problémát próbál megoldani. Előfordulhat például, hogy egy széket szeretne tervezni. Ahelyett, hogy rajzolna két vagy három változatot (vagy akár tízet, ha nagyon kreatív), betáplálhatná a számítógépbe, hogy egy olyan széket szeretne, amelynek X a teherbírása, Y összegbe kerül, és Z anyagból készül. Ezután a számítógép több száz, ha nem több ezer ténylegesen és könnyen legyártható tervváltozatot kínál, amelyek mind megfelelnek a megadott feltételeknek, és amelyek között nagy valószínűséggel olyanok is lesznek, amelyekre a tervező magától nem gondolt volna. Erre képes a generatív tervezés.

Mit nem takar a generatív tervezés?

A generatív tervezés egy olyan szoftver, amely támogatja a mérnök munkáját, és felhőalapú számítások és gépi tanulási módszerek segítségével új megoldásokat dolgoz ki. Kibővíti a mérnök vagy tervező által ismert, az adott tervezési kihívásra választ kínáló megoldások skáláját.

Ezzel szemben több, generatív tervezésnek feltüntetett technológia – a topológiaoptimalizálás, rácsoptimalizálás, parametrikus elemek és hasonlók – a már létező terv javítására összpontosítanak, nem pedig új tervváltozatok létrehozására, mint ahogy az a generatív tervezés esetében történik.

A félreértés oka, hogy a generatív tervezés során megadott paraméterek hasonlítanak az optimalizálási eszközökbe betáplált paraméterekhez. Azonban a generatív tervezés több kivitelezhető (nagy teljesítményű, mégis költséghatékony) tervet vagy megoldást eredményez ahelyett, hogy egy ismert megoldást optimalizálna.

Amellett, hogy a generatív tervezés teljesen új megoldásokat hoz létre, abban is eltér a többi technológiától, hogy számításba veszi a gyárthatósági szempontokat. Így jelentősen lerövidíti a termékek tesztelésének folyamatát, és nem kell újra és újra visszatérni a tervasztalhoz. A hagyományos optimalizálás egy már ismert megoldás finomítására összpontosít, és a felesleges anyagok eltávolítása is a részét képezi, tekintet nélkül az elkészítés vagy felhasználás módjaira.  Emiatt végül további modellezésre, hagyományos szimulációra és tesztelésre van szükség.

Jelentős súlycsökkentés generatív tervezéssel és additív gyártással (forrás: Stanley Black & Decker)
Jelentős súlycsökkentés generatív tervezéssel és additív gyártással (forrás: Stanley Black & Decker)

A generatív tervezésnél a szimuláció integrálva van a tervezési folyamatba. A munka kezdetén megadhat különböző gyártási módszereket, például az additív gyártást, CNC-t, öntést stb., a szoftver pedig csak olyan terveket dolgoz ki, amelyek legyárthatók a megadott gyártási módszerekkel. Azt is megteheti, hogy a szoftverrel többféle gyártási módszernek megfelelő terveket is kidolgoztat.

A generatív tervezés egy másik, gyakran figyelmen kívül hagyott előnye az alkatrészek összevonása. Mivel a generatív tervezés az emberi elme számára felfoghatatlan mérnöki komplexitás kezelésére képes – és mivel az additív gyártás lehetővé teszi a generatív algoritmusok által létrehozott összetett elemek gyártását –, létrehozhatók olyan alkatrészek, amelyek 2, 3, 5, 10, 20 vagy akár több különálló, összeszerelendő alkatrészt helyettesíthetnek. Az alkatrészek egyesítése egyszerűsíti a beszállítói láncokat és a karbantartást, valamint csökkentheti a karbantartás összköltségét.

 A generatív tervezés több ezer kivitelezhető megoldási tervet és integrált szimulációt derít fel, figyelembe veszi a gyárthatóság szempontjait, és képes az alkatrészek egyesítésére, így a hatása messzebbre ér, és nem pusztán a tervezés hagyományos elképzelését alakítja át. Valójában az egész gyártási folyamatra kihat. Akár azt is mondhatnánk, hogy a „generatív gyártás” sok szempontból találóbb kifejezés lenne.

Mivel a generatív tervezés hatása a teljes gyártási folyamat során érezhető, a gyakorlati előnyöket tekintve nagy előrelépést jelent. A használatával jelentősen csökkenthetők a költségek, a kifejlesztésre fordított idő, az anyagfelhasználás és a termékek súlya.

Hogyan használják a vállalatok a generatív tervezést?

A repülőgépgyártó Airbus az A320 repülőgépek belső válaszfalának újragondolásához használta a generatív tervezést, és végül egy olyan részletesen kidolgozott tervet alkotott, amely egy összességében 45 százalékkal (30 kg-mal) könnyebb alkatrészt eredményezett. Ez a súlycsökkenés az üzemanyag-fogyasztás jelentős mértékű csökkenését és több százezer tonnával kevesebb kibocsátott szén-dioxidot fog eredményezni, amikor a gyártó majd az egész repülőgépflottán bevezeti az új válaszfalat. Ez egyenértékű azzal, mintha egy évre 96 000 személygépjárművet kivonnánk a forgalomból.

Néhány az Airbus „bionikus válaszfalának” több ezer tervváltozata közül (forrás: Autodesk)
Néhány az Airbus „bionikus válaszfalának” több ezer tervváltozata közül (forrás: Autodesk)

A generatív tervezés azonban nem korlátozódik a termékfejlesztésre – nagyobb léptékű projektek, például épületek és irodahelyiségek esetén is alkalmazható. A torontói MaRS Innovation District az egyik legutóbbi projektje során generatív tervezést használt egy irodai környezet alaprajzához, és olyan eredményre jutott, amelyre csupán emberi munkaerővel nem lett volna képes. Az építészek a generatív tervezéssel részekre bontották az alkalmazotti igényeket és szükségleteket, beleértve az egyes személyek munkakörnyezetre vonatkozó preferenciáit is.

A közeljövőben már a mindennapi használati tárgyainkat és járműveinket is generatív tervezéssel fogják létrehozni, és mindennapi munkakörnyezetünk kialakításához is ezt a technológiát fogják segítségül hívni. Elképzelhető, hogy a termékek újszerű formát öltenek vagy egyedi anyagokból készülnek majd, elvégre a számítógépek a mérnökökben korábban fel sem merülő megoldások kidolgozását is lehetővé teszik.

Mindennapjaink része

Az MI lassan minden munkafolyamat részévé, a generatív tervezés pedig a terméktervezés normájává válik. Izgalmas lesz látni, mi mindent érhetünk el, ha rövidebb idő alatt, kevesebb anyagpazarlással, kevesebb üzemanyag-pazarlással és a bolygóra gyakorolt kisebb káros hatással tudunk létrehozni egyre több és a felhasználói igényeknek jobban megfelelő megoldásokat és termékeket az erősödő globális középosztály igényeinek kielégítésére.

(x)

(forrás: Varinex/GyártásTrend)
hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés