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

28 но€бр€ 2018

ѕорождающим проектированием (GD) в мире не случайно занимаютс€ не менее дюжины серьЄзных вендоров

ѕредисловие ƒ. Ћевина.

я подготовил эту заметку, чтобы обратить внимание читателей на недавно по€вившуюс€ публикацию Engineering.com Ђѕорождающее проектирование и топологическа€ оптимизаци€: подробный обзор двух новых технологийї (Generative Design and Topology Optimization: In-Depth Look at the Two Latest Design Technologies). ѕо этой ссылке вы найдЄте аннотацию и без особого труда сможете получить бесплатный доступ к 51-страничному обзору.

¬ двух словах: обзор сообщает, что порождающее проектирование (Generative Design, GD)

  • обросло массой спекул€тивных слухов,
  • не имеет четкого и раздел€емого большинством специалистов определени€,
  • находитс€ в не слишком пон€тных отношени€х с топологической оптимизацией (Topology Optimization, TO),
однако
  • €вл€етс€ перспективным направлением,
    • которым занимаютс€ все лидеры и многие другие вендоры и
    • которое уже демонстрирует р€д интересных (хот€ и однотипных) прикладных результатов.


ћоЄ мнение. ƒа, Generative Design однозначно перспективен, им об€зан заниматьс€ каждый лидер, а также тот, кто хочет стать лидером или же продатьс€ какому-то из лидеров (см. PTCЦFrustum). –екламна€ шумиха в подобных случа€х неизбежна, к ней стоит относитьс€ снисходительно: она и полезна, и вредна. ѕолезна потому, что привлекает к инновации внимание тех, кто способен еЄ продвинуть или в неЄ инвестировать. ¬редна потому, что стимулирует вендорскую суету и спешку, которые, с одной стороны, неконструктивно-обобщенно педалируют AI-свойства GD, а с другой Ц часто сужают GD до задач топологической оптимизации и даже Ц сугубо до снижени€ веса оптимизируемого издели€.

»ногда бывает методологически полезно взгл€нуть на сложный ландшафт с высоты птичьего полЄта. ќттуда общий смысл GD видитс€ так: каким-то образом породим всЄ множество разумных вариантов проектируемого издели€, а затем каким-то образом выберем из него те варианты, которые нам сейчас особенно подход€т. ¬озникает естественный соблазн Ц в рамках рекламной акции забыть про Ђкаким-то образомї, Ђразумныхї, Ђвыбратьї, Ђподход€тї и объ€вить, что уже совершЄн AI-прорыв в будущее, и теперь задачи решаютс€ самим компьютером Ц фактически нажатием одной кнопки. ќднако важно то, что принцип Ђавтоматически породим и эффективно выберемї, хот€ он в самом общем виде выгл€дит тупо переборным, действительно имеет большой потенциал, весьма универсален и уж, конечно, применим далеко за пределами удачно подвернувшихс€ топологической оптимизации и экономии веса изделий.


¬ этой заметке приводитс€ оглавление обзора от Engineering.com, введение к этому обзору, перечень вендоров, причастных к GD, и упоминаютс€ примеры применени€ GD.

ѕереход€ к самому ќбзору, подчеркну ещЄ раз от себ€: оснований дл€ скепсиса много, но те, кто вместе с водой выплеснут очень перспективного ребЄнка, проиграют.


***

—одержание обзора

¬ведение
»гроки рынка
—ледующее поколение CAD
¬ чем минусы порождающего проектировани€?
–азница между порождающим проектированием и топологической оптимизацией
ѕримеры применений
ѕрограммные средства дл€ GD
«аключение


ƒалее приводитс€ изложение нескольких нетехнических разделов.

¬ведение

“ермины Ђпорождающее проектированиеї (generative design, GD) и Ђтопологическа€ оптимизаци€ї (topology optimization, TO) стали попул€рным жаргоном инженерного сообщества. ќднако самые разные участники рынка злоупотребл€ют этими терминами, примен€ют их непоследовательно и во взаимозамен€емых смыслах. ¬ результате оба термина стали двусмысленными и запутанными.  аков же точный смысл порождающего проектировани€? „ем оно отличаетс€ от топологической оптимизации? –азные специалисты отвечают на эти вопросы по-разному.

ћы постараемс€ уточнить эти термины и представим доступные программные средства, с помощью которых инженеры могут испытать обе новые технологии. Ќезависимо от того, причисл€ютс€ ли эти средства к GD или к TO, все они предоставл€ют инновационные практические технологии, помогающие инженеру-проектировщику. Ќекоторые специалисты начали характеризовать GD и TO как новое поколение CAD.

Ѕольшинство компаний, которые упоминаютс€ в нашем обзоре, согласны с тем, что GD всЄ ещЄ находитс€ в зачаточном состо€нии. ќднако даже в начальной стадии развити€ GD демонстрирует замечательный потенциал.

Ёта технологи€ позвол€ет не только получать более лЄгкие и прочные детали и сборки, но и снижать сложность с помощью консолидации повтор€ющихс€ элементов. ћы рассмотрим несколько таких примеров.

Ќаш обзор мы начнЄм с общего представлени€ GD, с характеристики предоставл€емых им возможностей, а также с упоминани€ недостатков этой технологии. «атем будут приведены примеры применени€ GD. Ќаконец, мы перечислим уже доступные инженерам программные продукты.

»гроки рынка GD

—м. ниже раздел Ђѕрограммные средства дл€ GDї.

—ледующее поколение CAD

GD Frustum

јвторы обзора сочли нужным привести здесь иллюстрацию от Frustum, которую на дн€х поглотила PTC

ЂGD Ц это средство проектировани€ дл€ следующего поколени€ CADї, Ц говорит основатель и CEO Frustum Jesse Coors-Blankenship. —кладываетс€ впечатление, что с такой характеристикой соглашаютс€ все, независимо от терминологических разногласий. GD изменит мышление инженеров-проектировщиков.

Ќо Ц почему? ¬от топологическа€ оптимизаци€ известна примерно три дес€тилети€, так почему же порождающее проектирование лишь недавно породило нынешние волны? ќтчасти дело Ц в вычислительных возможност€х: по сравнению с 90-ми годами они стали более развитыми, и поэтому порождающие алгоритмы смогли выполн€тьс€ быстрее и с более высокой точностью. ќднако дл€ взлЄта GD есть и более серьЄзна€ причина: аддитивное производство.

Ђ—ледует отметить, что аддитивные технологии снизили зависимость от непреодолимых ограничений традиционного производства, Ц говорит Bjorn Sjodin, вице-президент по управлению продуктом компании COMSOL. Ц “о, что раньше считалось даже в принципе нереализуемым, сегодн€ может быть реально произведеної.

Ёто обсто€тельство важно дл€ GD. ѕорождаемые детали часто имеют странные, органические формы, дл€ воспроизведени€ которых методы традиционного производства попросту оказались бы непрактичными или даже принципиально неприменимыми. ѕо мере того как растут возможности аддитивного производства и его попул€рность, инженеры получают средства дл€ реализации причудливых геометрий, характерных дл€ GD.

Ђ¬ топологической оптимизации нет ничего нового, так же как нет ничего нового в идее компьютерного проектировани€. Ќовое Ц только методы производства, которые сегодн€ позволили реально произвести подобные объектыї, Ц говорит Bradley Rothenberg, CEO компании nTopology.

ќднако ничто не говорит о несовместимости GD с традиционными методами производства.

Ђя считаю, что существует общее заблуждение относительно того, что GD предназначено исключительно дл€ аддитивного производства: это неверно, Ц говорит Rani Richardson, директор технических продаж CATIA, Dassault Systèmes. Ц Ётот метод применим дл€ любого процесса производства, будь то литьЄ, фрезерование и др.ї.

¬еро€тно, самым известным преимуществом GD сегодн€ €вл€етс€ возможность облегчать вес объектов, и GD справл€етс€ с этим весьма успешно.

Ђ—егодн€ наши клиенты получают до 40% снижени€ веса традиционных деталей и до 70% снижени€ веса деталей, производимых аддитивної, Ц добавл€ет Richardson.

ѕреимущество уменьшени€ массы на 70% оценить очень легко. ¬ аэрокосмической отрасли подъЄм массы над поверхностью «емли непосредственно вли€ет на стоимость. ¬ автомобилестроении лишн€€ масса дл€ производител€ св€зана с увеличением затрат на материалы, а дл€ потребител€ Ц с расходом топлива. Ќе случайно именно в этих отрасл€х встречаетс€ большинство примеров применени€ GD. RUAG Space, компани€, о которой ещЄ будет рассказано, снизила вес кронштейна антенны спутника на 40%. ¬прочем, снижение веса деталей важно и в других отрасл€х промышленности, а легкость издели€ способна даже повли€ть на его эстетические качества.

Ђѕроцедуры снижени€ веса порождают тела, удовлетвор€ющие структурным требовани€м к детали, и одновременно позвол€ют использовать минимум материалов, Ц говорит Steve Scampoli, ведущий менеджер по продукту в ANSYS. Ц Ёто позвол€ет экономить затраты в ходе производства и энергию в процессе эксплуатации издели€. ѕолучающиес€ издели€ выгл€д€т почти органическими, временами Ц противоречащими здравому смыслу: и человеку было бы трудно или невозможно получить подобный результат с помощью традиционных методовї.

ƒругое огромное преимущество GD Ц способность консолидировать детали. Ђѕоскольку GD справл€етс€ со сложностью, недоступной человеку-проектировщику, и поскольку аддитивное производство обеспечивает реализацию сложной геометрии, которую часто производит GD, Ц можно создавать цельные детали, замен€ющие сборки, в которые вход€т 2, 3, 5, 10, 20 или даже большее число отдельных деталей. “акие консолидированные детали упрощают цепочки поставок и сопровождение, что может снизить общие затраты на производствої, Ц пишет Ravi Akella, директор по управлению продуктами в Autodesk. ¬ одном из примеров от Autodesk GD-программа компании снизила число компонентов сборки педали в 86 раз.

ќ том, что указанные впечатл€ющие результаты не противоречат тому, что GD находитс€ на ранней стадии развити€, нас предупреждают эксперты отрасли. Ђƒа, € определенно считаю, что мы Ц в зачаточном состо€нииї, Ц говорит Dan Staples, вице-президент Mainstream Engineering в Siemens PLM.

 аковы недостатки GD?

ƒетство GD выражаетс€ в недостатке, известном почти каждой компании, сталкивающейс€ с новой технологией: всЄ ещЄ требуетс€ экспертное участие человека или, по крайней мере, Ц человеческий контроль результата, который вы стараетесь получить.

Ђ¬ каждом случае применени€ анализа вам необходимо понимать, как его подключить. ¬ы должны быть инженером, вы должны понимать задачу, и, чтобы получить толковый конечный результат, вы должны задать правильные граничные услови€ї, Ц говорит Joe Dunne, Head of Developer Relations в Onshape. Dan Staples из Siemens формулирует это проще: Ђ¬ведЄте не то, значит не то и получитеї (Garbage in, garbage out).

¬ св€зи с усили€ми по демократизации вычислений и по мере развити€ GD указанный недостаток может стать менее выраженным. ¬ частности, некоторые из представленных далее программных решений предоставл€ют максимально интуитивный и дружелюбный интерфейс, а другие предназначены дл€ более продвинутых пользователей.

Steve Scampoli из ANSYS упоминает ещЄ две потенциальные проблемы TO и GD: вычислени€ и технологичность (технологична€ производственна€ реализуемость). Ђƒл€ получени€ оптимального решени€ оба метода могут потребовать больших вычислительных мощностей и, как следствие, Ц доступа к подход€щему оборудованию. “ехнологичность полученного проектного решени€ также может оказатьс€ проблемой. ќрганические формы решений, получаемые этими методами, будет трудно реализовать методами традиционного производства. ¬ некоторых случа€х получаемое на выходе топологической оптимизации можно непосредственно реализовать методами аддитивного производства, однако иногда дл€ технологичности результаты топологической оптимизации требуют дополнительных модификацийї.

ќба указанных недостатка развеиваютс€ по мере того, как облачные подходы предоставл€ют всЄ больше вычислительных мощностей и исчезает необходимость вкладывать средства в приобретение дорогих аппаратных средств. ¬ следующем разделе мы увидим примеры GD, реализуемого в облаках.

Ђя считаю, что облачные решени€ хорошо справ€тс€ с такими проблемамиї, Ц говорит Dunne.

„то касаетс€ технологичности, сегодн€ аддитивное производство демонстрирует прогресс. Ќекоторые GD-средства научились порождать детали, которые можно непосредственно произвести как аддитивным, так и традиционным способом.

¬ целом технологии GD имеют вполне €сную перспективу к расширению промышленного применени€. ¬ следующем разделе мы рассмотрим некоторые примеры применени€ GD.

–азница между порождающим проектированием и топологической оптимизацией

“ермин GD по€вилс€ сравнительно недавно, а вот иде€ топологической оптимизации известна уже дес€тилети€: научные статьи на эту тему по€вились в начале 90-х годов.

Ђ“опологическа€ оптимизаци€ Ц это методологи€, предназначенна€ дл€ того, чтобы в процессе проектировани€ определить оптимальное распределение материалов при заданных услови€х использовани€ издели€, Ц говорит Jeffrey Brennan из Altair. Ц Ётот подход позвол€ет получить оптимальную форму детали или издели€, всего лишь руководству€сь ограничени€ми наличного проектного объЄмаї.

ѕочти все компании, с которыми мы общались, едины в определении концепции TO. ѕо сути, речь идЄт о такой трансформации модели детали, в процессе которой постепенно удал€ютс€ фрагменты Ц до тех пор, пока не будет достигнута некотора€ заданна€ цель. Ќапример, целью может стать нахождение наиболее прочной конструкции при минимальном расходовании материала.

TO начинаетс€ с того, что деталь разбиваетс€ на множество мелких элементов, после чего, как сообщает Juan Pablo Leiva из Vanderplaats, Ђудал€ютс€ наименее значимые элементы при сохранении наиболее значимых Ц так, чтобы была достигнута цель и удовлетворены требовани€ї.

GD Ц гораздо более нова€ концепци€, отличающа€с€ от топологической оптимизации тем, что не св€зана с каким-либо специфическим алгоритмическим процессом. ѕохоже, что каждый по-своему представл€ет себе, что такое GD, и бытующие определени€ не всегда пересекаютс€.

ЂGD выгл€дит как перегруженный термин. Ќа мой взгл€д, им пользуютс€ без какого-либо вн€тного определени€ї, Ц говорит Bradley Rothenberg из nTopology.

Ќесмотр€ на отсутствие консенсуса относительно того, чем же именно должен быть GD, можно выделить две превалирующие точки зрени€: либо GD Ц это широкий зонтик, охватывающий, в частности, топологическую оптимизацию, либо это совершенно ина€, самосто€тельна€ технологи€.

¬ первом случае многие полагают, что GD Ц нечто вроде общего термина, характеризующего вычислени€, которые поддерживают процесс проектировани€. “огда топологическа€ оптимизаци€ Ц всего лишь частный случай GD.

Ђ“опологическа€ оптимизаци€ Ц один из полезных алгоритмов, позвол€ющих продвигатьс€ от ручного порождающего проектировани€ к автоматическому. Ёто алгоритм, поддерживающий GDї, Ц говорит Rothenberg.

Ќекоторые, говор€ о GD, упоминают природу, как, например, Bjorn Sjodin из COMSOL: ЂЅольшинство методов GD возникли по аналогии с природными процессами, многие подобные методы известны как генетические алгоритмыї.

Ђ’от€ оба метода технически различны, они часто упоминаютс€ взаимозамен€емо, и граница между ними размытаї, Ц говорит Steve Scampoli из ANSYS.

¬ результате, рассматрива€ GD и его соотношение с TO, мы обойдЄмс€ без точных определений и вместо этого сосредоточимс€ на содержательных аспектах темы.

ѕримеры применений

ƒ. Ћевин: Ёти примеры хорошо известны, поэтому здесь ограничимс€ картинками-напоминани€ми.

GE Autodesk 0 GD Eng Report

Autodesk --- GM

GD Eng Report

Altair --- RUAG Space

GD Eng Report

Siemens --- Herbst Smith Fabrication

ѕрограммные средства дл€ GD

Ётот раздел особенно рекомендуетс€ специалистам, которые захот€т и смогут рассмотреть сравнительно подробно представленные программные средства, в том числе дл€ того, чтобы сравнить их со своими уже имеющимис€ или задуманными.
GD Eng Report


ƒоступ к полному отчету (51 страница) можно бесплатно получить по этой ссылке.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора:  огда доходы Bright Machines превыс€т доходы Autodesk?
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.