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

17 €нвар€ 2020

√енеративный дизайн: фейк, игрушка, искусство или один из полезных инструментов проектировани€?

–упиндер “ара

Roopinder Tara

ќригинал заметки: When Generative Design Backfires Ц VWТs New Wheels

ƒ.Ћевин: —кепсис относительно генеративного дизайна и его критика €вл€ютс€ совершенно естественным следствием рекламных восторгов, сопровождавших первые примеры применени€ новой технологии. ќднако и сами рекламные восторги стоит оценивать как естественный и неизбежный побочный эффект почти любой достаточно радикальной инновации: как же иначе привлекать внимание рынка и как иначе поддержать конкуренцию среди дюжины лидеров, энергично маркетирующих свои эксперименты с GD?

Ёффектные примеры снижени€ веса конструкций с помощью получени€ их часто весьма экзотических форм, как видим, удачно привлекли внимание публики, но, с другой стороны, отвлекли ресурсы от других сфер приложени€ GD.  ак мне уже приходилось отмечать, с фундаментальной точки зрени€ GD Ц это (1) сужение Ђуниверсальногої пространства решений с помощью системы содержательных ограничений и (2) автоматический, автоматизированный или Ђручнойї выбор прагматически или/и эстетически подход€щего решени€ из сравнительно узкого, обозримого множества вариантов: така€ интерпретаци€ ничего не говорит о задаче экономии веса, но может относитьс€ к оптимизации любых параметров и не только к оптимизации. ƒумаю, что автоматический вариант Ц порождение всех формальных возможностей Ц чисто рекламный трюк (мол, компьютер всЄ делает сам, искусственный интеллект), хот€ и на определенном этапе полезный.

√енеративный дизайн Ц один из €вно полезных методов проектировани€, он об€зательно займет разумное место в наборе эффективных технологий, которые в уместных случа€х должны примен€тьс€ в уместных сочетани€х.

VW wheels

 реативность инженеров находит выход с помощью 3D печати

¬ прошлом году на Autodesk University, крупнейшей —јѕ– конференции в мире, был представлен микроавтобус Volkswagen, оснащенный колесами, которых мы никогда раньше не видели. ќни выгл€дели так, как будто были сделаны из веток, а затем выкрашены в €рко-оранжевый цвет. “ак же странно выгл€дели и другие оранжевые конструкции внутри и снаружи автомобил€: держатели боковых зеркал, опора заднего сидень€ и крепление рулевого колеса к рулевой колонке.

“о, что выгл€дело как ветки, оказалось металлическими формами, созданными в результате работы алгоритмов генеративного дизайна в Autodesk Fusion 360 и напечатанными на 3D-принтере. —огласно Volkswagen, с помощью генеративного дизайна удалось сэкономить 18% веса конструкций.

√ерой в легком весе?

VW wheels

ќчевидно, что оранжевые колеса внесли свой вклад в снижение веса автомобил€. √енеративный дизайн предназначен дл€ создани€ новых форм, в том числе форм, о которых вы, возможно, даже не задумывались, форм, предлагающих весовое преимущество по сравнению с традиционными формами, дл€ чего материал рационально помещаетс€ туда, где он необходим, и удал€етс€ оттуда, где без него можно обойтись. Ќо гл€д€ на оранжевое колесо, мы задавались вопросом: получили ли мы с помощью генеративного дизайна то, что нам нужно? явл€етс€ ли изменение формы проверенного временем колеса правильным решением? ≈сли мы хотим уменьшить вес, то первое, что приходит в голову, Ц заменить материал. Ќапример, замена стали алюминием при сохранении прежней формы сделает деталь легче более чем на 60%.

ѕосле представлени€ на главной сцене у стенда микроавтобуса Volkswagen не было недостатка в посетител€х. ¬се, что св€зано с автомобильной и аэрокосмической промышленностью, особенно нечто необычное, всегда собирает толпу технических фанатов.  роме того, в этом микроавтобусе было что-то ностальгическое, что привлекало тех из нас, кто жил в 1960-х. Ќа фотографи€х того времени часто можно увидеть туриста на ‘ольксвагене, разрисованном цветами и с изображением пацифистского символа, Ц но с обычными стальными колесами с колпаками.

Ќа выставке, посв€щенной 20-летию ÷ентра инноваций и инжиниринга ‘ольксваген в Ѕелмонте,  алифорни€, микроавтобус Volkswagen удачно сочетал футуристический и ретро стили. ћногочисленные фотографии и репортажи в средствах массовой информации говорили о произведенном впечатлении. ¬озможно, вы читали одну из этих историй, рассказывающих о генеративном дизайне с оранжевыми колесами как о новейшем €рком достижении и о том, насколько он прочнее и легче.

VW wheels

VW wheels

» оп€ть уже в 1001 раз ... ѕостеры предшествующих сенсаций 3D-печати: кронштейн дл€ ремн€ безопасности GM, топливна€ форсунка GE, поворотный рычаг Lightning Motorcycle
(фотографии предоставлены Wired, GE, Autodesk)

ћедиа шумихи по поводу микроавтобуса Volkswagen вполне достаточно, чтобы ветвистые оранжевые колЄса стали массово изображатьс€ на постерах, посв€щенных новым технологи€м, в частности, генеративному дизайну и 3D-печати. ¬ 2018 году верха попул€рности достиг кронштейн дл€ ремн€ безопасности от GM. ≈ще год назад это была форсунка дл€ реактивного топлива от GE.  ронштейн дл€ ремн€ безопасности (на 40% легче и на 20% прочнее) был одним из 30 000 экспериментальных деталей, изготовленных в “ехническом центре GM в ”оррене. ¬есьма сомнительно, что его начнут производить, учитыва€ стоимость, скорость и другие проблемы 3D-печати. ¬ массовом производстве потребительских товаров операции штамповки, гибки, лить€ и формовани€ деталей уже давно были оптимизированы дл€ обеспечени€ наименьших затрат. јвиакосмическа€ отрасль с ее высочайшими требовани€ми к безопасности не может позволить себе заменить проверенную, испытанную ковку титана на напечатанную металлическую деталь, котора€ может содержать пустоты, области концентрации напр€жений или другие дефекты, образующиес€ при использовании относительно нового производственного процесса или материала. “аким образом, при наличии всего нескольких напечатанных на 3D-принтере деталей от известных крупных производителей (и еще меньшего количества деталей, полученных с помощью генеративного дизайна), особенно в таких заметных отрасл€х, как автомобилестроение и аэрокосмическа€ промышленность, мы вполне можем заподозрить отрасли, сто€щие за развивающимис€ технологи€ми, в том, что они пытаютс€ назвать победой всего лишь существование таких деталей.

Ќазовем это искусством

ћы должны признать, что колеса микроавтобуса Volkswagen выгл€д€т круто. √овор€ так, мы, инженеры, слегка отступаем от своих принципов, тщетно пыта€сь поколебать свой имидж солидного, серьезного и не след€щего за модой человека. ћы больше не носим вкладыши дл€ ручек в нагрудном кармане, но люди все равно могут выделить нас в толпе. ћы любим ставить Ђкрутоеї на место. Ђ‘ункци€ прежде формыї, Ц пренебрежительно говорим мы о вещах, претендующих на крутость. ћы смотрим свысока на тех, кто ставит нас ниже крутых, на тех, кто выбирает автомобили по их блеску и форме. Ќасто€щие инженеры так не поступают. ћы купим автомобиль с учетом его характеристик, расхода бензина, данных из отчетов об авари€х и т. д. ≈сли есть красота, которой мы можем восхищатьс€, то это красота простоты Ц например, оптимальна€ форма.

ќптимальное колесо намного проще

VW wheels

явл€етс€ ли велосипедное колесо оптимальным? —пицы на велосипедном колесе пр€мые и гладкие и имеют оптимальную конструкцию дл€ раст€гивающей нагрузки, что делает колесо легким, прочным и дешевым.

Ќаиболее оптимальной несущей конструкцией €вл€етс€ пр€мой раст€нутый элемент. Ёто может быть нить, провод, кабель. ¬от почему паутина настолько прочна, а подвесные мосты самые элегантные. √руз полотна подвесного моста висит на тонких тросах. —равнивать вис€чий мост с мостом с фермами Ц это как сравнивать  расавицу и „удовище. ‘ерменному мосту нужны монументальные конструкции, чтобы избежать прогибов.

¬озьмите, например, велосипедное колесо со спицами. Ќе существует никакой другой конструкции колес, более оптимальной по соотношению веса, прочности и стоимости.

—пицы на велосипедном колесе €вл€ютс€ конструктивными опорами. ѕроще говор€, вес велосипеда и водител€ полностью поддерживаетс€ пр€мыми спицами, идущими от ступицы до обода колеса. —пица находитс€ в состо€нии чистого нат€жени€, что позвол€ет ей выдерживать огромную нагрузку. ‘орма простой спицы имеет круглое сечение и €вл€етс€ гладкой и пр€мой. ќна совсем не похожа на ветвистые фигуры в ретро-микроавтобусе Volkswagen.

—пица €вл€етс€ гладкой и пр€мой не только из-за метода изготовлени€ (это нарезанна€ проволока), но и потому, что было доказано, что это оптимально. Ћюбые утолщени€ на спице только бы добавили лишний вес. Ћюбой изгиб спиц не выдержал бы малейшего напр€жени€ без пластической деформации.

ћожно возразить, сказав, что ветки колес Volkswagen специально сделаны толстыми, чтобы они могли выдерживать раст€гивающие и сжимающие нагрузки даже в изогнутом состо€нии, но вр€д ли это оптимальное использование материала.  роме того, резкий изгиб толстых элементов конструкции €вл€етс€ фактором концентрации напр€жений.

GD-колесо от Volkswagen порождает вопрос: каковы же критерии успеха?

≈сли мы называем оранжевое колесо микроавтобуса Volkswagen успешным проектом, то инженеры могут задать вопрос: а каковы критерии успеха? ≈сли критерием €вл€етс€ новизна, колеса успешны без вопросов. ≈сли критерием €вл€етс€ снижение веса, тогда сравнение следует проводить с другими легкими конструкци€ми, такими как спицевые и сплошные колеса. „тобы генеративный дизайн воспринималс€ всерьез как технологи€ будущего, разработчики программного обеспечени€ должны избегать создани€ Ђвыигрышныхї вариантов, которые выигрывают в одном отношении, но проигрывают в другом.

√енеративность наиболее громко рекламируетс€ в св€зи с уменьшением веса, как мы видели это на примере нескольких успешных прототипов, которые хорошо работали в услови€х конкретной нагрузки. Ќапример, о креплении ремн€ безопасности GM говоритс€, что у него лучшее отношение прочности к весу в момент, когда ремень безопасности находитс€ под нагрузкой (в аварийной ситуации), что приводит к нат€жению его длинных тонких элементов. ќднако при сжатии, например, когда на кронштейн давит большой вес, длинные тонкие элементы не выдержат. ¬ действительности кажетс€, что ни один коммерческий проект генеративного дизайна, который мы видели, не способен выдержать критическую продольную нагрузку в балках или плитах.

ƒругим €вным недостатком генеративного дизайна €вл€етс€ неспособность производить формы, которые могут быть изготовлены с помощью традиционных средств производства. ѕроцесс создани€ оптимальной формы, который на 100% основан на алгоритмах роста костей, дает на выходе неровные образцы.  остна€ ткань, в частности между двум€ част€ми сломанной кости, образуетс€ из волокон, которые растут из обоих концов кости и встречаютс€ под углами, всегда отличными от пр€мого, и чудесным образом волокна начинают переплетатьс€, образу€ в конце процесса восстановлени€ нарост. Ќо со временем, если пациент не слишком стар, кость реконструирует себ€ и удал€ет нарост.

“о есть алгоритмы работают так, что рост костей будет остановлен, после чего, возможно пройдет некоторое врем€, а потом начнетс€ трансформаци€ кости в гладкую форму. “еоретически, такой алгоритм мог бы работать без остановок и убирать излишки материала там, где не обнаружено напр€жени€, Ц например на выступе, и добавл€ть материал там, где напр€жение высокое, Ц в области за выступом, в конечном итоге создава€ длинный пр€мой элемент. Ќо это должно повтор€тьс€ на большом количестве итераций, и следует иметь в виду, что кажда€ итераци€ представл€ет собой полный анализ напр€жений дл€ множества элементов. ”множьте это на количество частей в детали, и вы быстро получите нерешаемую задачу, даже дл€ HPC.

ќтсюда следует, что большинство проектов генеративного дизайна создают форму, котора€ может быть только напечатана на 3D-принтере. Ќо 3D-печать не всегда доступна, из-за того что формы могут быть слишком большими или по р€ду других причин. Ќеровные формы используютс€ в качестве Ђвдохновени€ї дл€ окончательных проектов, некоторого эвфемизма дл€ конструктора, кропотливо переделывающего деталь по част€м, замен€€ каждый неровный элемент другим Ц пр€мым/круглым/гладким Ц так что он может быть изготовлен традиционными производственными методами.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ђ¬се модели ошибочны, но некоторые полезныї
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

ѕоддержка многопоточности в геометрическом €дре C3D — “ать€на ћитина, руководитель отдела программировани€ C3D Labs (21 феврал€ 2020)
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. © 2004-2020 √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.