¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

25 июл€ 2018

“опологическа€ оптимизаци€ или генеративный дизайн?

»горь Ѕобков, технический эксперт по направлению Ђ÷ифровое производствої, Autodesk

»горь Ѕобков Autodesk Fusion 360

¬ насто€щее врем€ ни дл€ кого не секрет, что в современном мире, когда технологии стремительно мен€ют как повседневную жизнь, так и область промышленного производства, одной из ключевых задач дл€ предпри€тий становитс€ выпуск более качественной и конкурентоспособной продукции. ѕри этом требовани€ к отдельным узлам и агрегатам, в том числе и достаточно ответственным, со временем могут только расти. “ак, например, это характерно дл€ аэрокосмической, автомобильной, железнодорожной и в целом транспортной индустрии, где требовани€ облегчени€ издели€ по массе при сохранении прежних прочностных характеристик достаточно важны. ¬ этой статье мы расскажем о технологи€х, которые уже сейчас предлагает компани€ Autodesk, дл€ решени€ подобных задач, объ€сн€€ между ними разницу с технической точки зрени€.

√енеративный дизайн, порождающее проектирование, топологическа€ оптимизаци€, структурна€ оптимизаци€, бионический дизайн Ц наиболее распространенный набор терминов, под которыми многие сейчас понимают примерно одно и то же, смешива€ все в кучу, или, наоборот, каждый трактует дл€ себ€ по-своему.

»ногда, разговарива€ с человеком на тему генеративного дизайна, в ходе общени€ понимаешь, что на самом-то деле твой собеседник подразумевает под этим топологическую оптимизацию. „то в принципе и логично, потому что каких-либо усто€вшихс€ трактовок и уж тем более регламентируемых четкими определени€ми нормативных документов пока у нас нет. Ќа сегодн€шний день Autodesk предлагает несколько технологий дл€ создани€ облегченных конструкций, а именно: оптимизацию внутренней структуры издели€, топологическую оптимизацию и технологию генеративного дизайна. ƒавайте рассмотрим каждую из перечисленных по пор€дку с точки зрени€ трактовки и технических нюансов работы.

TO или GD

ќптимизаци€ внутренней структуры издели€

ѕроцесс оптимизации внутренней структуры подразумевает наличие исходной 3D-модели нашего будущего издели€. ¬ ходе ее подготовки к аддитивному производству в среде Netfabb нам доступна возможность отправить модель в утилиту Ђoptimization utilityї, в которой нам непосредственно и доступны инструменты оптимизации. — внутренней структурой мы можем поработать и в самом Netfabb, но с использованием данного приложени€ процесс становитс€ более автоматизированным. ≈сли не вдаватьс€ глубоко в технические особенности, процесс можно разделить на три составл€ющих.

ѕервым делом мы формируем новую Ђначинкуї нашего твердого тела, сообща€ программному обеспечению тип решетки, котора€ будет наполн€ть внутреннюю структуру. ќсновными параметрами на этом этапе можно выделить непосредственно тип решетки, размеры ее элементов, а также шаг возможного изменени€ этих величин при дальнейшем процессе формировани€ структуры. “акже в рамках первого этапа мы можем пойти дальше, оставив некоторые поверхности нашего твердого тела открытыми, если это необходимо. ¬ этом случае мы говорим программе, какие внешние поверхности издели€ мы оставл€ем, а от каких хотели бы избавитьс€. ѕо завершении первого шага мы можем визуально оценить, на что будет примерно похоже наше конечное изделие.

TO или GD

¬торым этапом мы должны передать программному обеспечению информацию о предполагаемых нагрузках, а также точках креплени€ нашего будущего издели€. ѕри необходимости мы можем промежуточно оценить наиболее слабые области нашей текущей конструкции, запустив симул€цию.

ѕоведение модели в заданных услови€х определ€етс€ с помощью небезызвестного движка Nastran. ѕосле задани€ граничных условий мы запускаем третий этап Ц расчет, который отвечает за оптимизацию созданной нами решетки. Ќа приведенном ранее скриншоте внутренн€€ структура с виду выгл€дит не такой уж прочной, хот€ размеры самого издели€ невелики, так же как и заданные нагрузки. »менно дл€ этого и предназначен последний шаг Ц программное обеспечение усиливает структуру решетки в нужных местах, исход€ из заданных на предыдущем этапе условий. ѕроцесс носит итерационный характер Ц структура решетки будет с каждым разом автоматически усиливатьс€ в нужных местах. ѕо завершении вычислений мы получаем конечный результат, который можно вернуть обратно в Netfabb.

TO или GD

“опологическа€ оптимизаци€

— первым методом мы успешно разобрались. ј что если у нас нет Netfabb, а получить облегченное изделие все-таки хочетс€? ¬ таком случае воспользуемс€ второй технологией Ц топологической оптимизацией. ѕо моему опыту, именно эта технологи€ подразумеваетс€ большинством пользователей, когда речь заходит пусть даже о другом способе решени€ поставленной задачи. Ђƒа, мы знаем Ц это же топологическа€ оптимизаци€ї, Ц периодически слышишь в ответ, даже если ты начинаешь разговор про оптимизацию внутренней структуры издели€, о которой мы написали ранее.

»так, как этот процесс работает в решени€х Autodesk? ƒл€ начала стоит сказать, что данна€ задача решаетс€ как в продукте Inventor, так и во Fusion 360. ѕри этом в случае с Fusion задача будет решатьс€ в облаке и потребует дл€ вычислени€ cloud credit, разгрузив локальные ресурсы вашего компьютера. “ем не менее рабочий процесс топологической оптимизации практически идентичен в обоих продуктах и выгл€дит следующим образом.

ѕодготовительный этап подразумевает определение следующих основных параметров: точек фиксации издели€, величины и места приложени€ нагрузок, областей, которые не будут затронуты в ходе оптимизации, и непосредственно результатов вычислений Ц точного значени€ массы либо ее желаемого снижени€ в процентах. ѕосле задани€ граничных условий мы запускаем расчет. ѕо завершении вычислений программное обеспечение дает нам ответ в виде рекомендаций по тем област€м, которые мы можем безболезненно удалить.

TO или GD

ƒалее нам необходимо в классическом режиме моделировани€ удалить лишние поверхности из начального твердого тела в соответствии с предложенными программой рекомендаци€ми. ѕосле удалени€ материала возможно дополнительно запустить прочностной анализ, если нужно еще раз убедитьс€ в соответствии нашего издели€ работе в реальных услови€х эксплуатации.

»з данного примера видно, что и топологическа€ оптимизаци€, и оптимизаци€ внутренней структуры издели€ требуют наличи€ предварительно смоделированной детали. ¬ обоих случа€х результатом работ €вл€етс€ получение оптимизированной, облегченной конструкции с необходимыми прочностными характеристиками. “олько в первом случае снижение массы обеспечиваетс€ оптимизацией внутренней структуры издели€, а во втором случае оптимизируетс€ сама геометри€ издели€ без каких-либо внутренних изменений Ђначинкиї детали.

TO или GD

√енеративный дизайн

¬ насто€щее врем€ существует определенна€ путаница в терминологии. √енеративный дизайн (generative design) также иногда называют Ђпорождающим проектированиемї или Ђсинтезом формї, что отражает процесс порождени€ формы издели€. ¬ некоторых стать€х при этом генеративным дизайном называют зонтичное пон€тие, объедин€ющее все вышеназванные технологии.

«десь € буду придерживатьс€, на мой взгл€д, наиболее часто употребл€емого в общении термина Ц генеративный дизайн Ц и понимать под этим технологию, отличающуюс€ от двух предыдущих. ¬ отличие от них технологи€ генеративного дизайна от Autodesk вообще не требует наличи€ 3D-модели нашего будущего издели€. «десь процесс выгл€дит немного иначе и может поначалу показатьс€ непривычным. Ќа данный момент инструменты генеративного дизайна доступны в рамках решени€ Fusion 360 максимального исполнени€ Ultimate.

ѕервым шагом программному обеспечению необходимо сообщить, в рамках какого объема необходимо будет смоделировать наше будущее изделие. ƒл€ этого нам следует загрузить в программу ограничивающую геометрию дл€ нашей конструкции, а также области, которые об€зательно должны присутствовать в нашем изделии (например, геометрию, зарезервированную под крепеж). ≈сли такой геометрии изначально нет, ее можно смоделировать в том же Fusion 360. ѕри этом если мы ранее говорили о возможности оптимизации одной-единственной детали, то в данном случае мы можем говорить о замене узла, состо€вшего из нескольких деталей, одним-единственным изделием. ƒл€ лучшего понимани€, забега€ немного вперед, приведу пример такой геометрии и уже созданного программой кронштейна. «десь €вно видно, что решение (справа) было найдено точно в рамках заданной изначально ограничивающей геометрии (слева красное) с учетом наших исходных пожеланий по област€м, которые необходимо сохранить (слева зеленое).

TO или GD

ѕосле загрузки такой геометрии процесс выгл€дит весьма привычным, и следующее, что нужно сделать, Ц это указать места креплени€ дл€ нашего будущего издели€ и области приложени€ нагрузок. ƒалее, сообщив программе запас прочности, мы выбираемым предпочитаемые материалы дл€ изготовлени€ детали. ѕоследним шагом определ€ем точность геометрии на выходе Ц на генерацию лучшей по разрешению модели будет затрачено большее врем€. «атем мы запускаем процесс создани€ тела, который происходит без какого-либо участи€ инженера. ѕри этом если, говор€ о топологической оптимизации и оптимизации внутренней структуры издели€, мы работаем одновременно с одной моделью, то в данном случае программное обеспечение предлагает нам несколько различных по конструкции готовых вариантов, которые соответствуют изначально заданным услови€м. »менно поэтому вычислени€ и запускаютс€ в облаке. ѕо завершении процесса остаетс€ выбрать один или несколько вариантов конструкции и загрузить при необходимости обратно в контекст исходной сборки.
TO или GD

«аключение

¬ заключение хочетс€ коротко резюмировать основные отличи€ перечисленных в статье технологий, которые уже сейчас доступны в решени€х Autodesk. ¬ каждом случае результатом работы €вл€етс€ облегченна€ по массе конструкци€. ¬ первых двух случа€х необходимо наличие исходной 3D-модели будущего издели€, в то врем€ как технологи€ генеративного дизайна подразумевает задание ограничивающей геометрии.

ќптимизаци€ внутренней структуры издели€ позвол€ет создать облегченную деталь за счет изменени€ ее внутреннего монолитного исполнени€ решеткой той или иной формы. “опологическа€ оптимизаци€ модифицирует непосредственно геометрию нашей модели, по сути, сохран€€ ту часть издели€, котора€ работает и несет нагрузку, не оставл€€ ничего лишнего. ¬ обоих случа€х результатом €вл€етс€ единственна€ деталь. ¬ то врем€ как генеративный дизайн, использу€ в своей работе внутренние алгоритмы и работа€ с помощью облачных ресурсов, самосто€тельно создает несколько готовых конструкций в зависимости от заданных начальных условий.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:   вопросу о французской отечественной системе CATIA
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2018 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.