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

23 феврал€ 2022

»нженеры о генеративном дизайне: спасибо, но дайте нам что-то практически полезное

–упиндер “ара

Roopinder Tara

ќригинал: Roopinder Tara. An EngineerТs Answer to Generative Design
 ронштейн сидень€ GM

”спех или неудача?  ронштейн сидень€ GM, эксперимент в области генеративного дизайна, рекламировалс€ как успех в уменьшении веса. ќднако деталь странной формы никогда не будет запущена в производство (изображение предоставлено General Motors)


√енеративный дизайн, нар€ду с тесно св€занной с ним топологической оптимизацией, Ч это технологи€, котора€ обещает слишком много, но мало что реализует. ѕарад деталей от поставщиков генеративного дизайна сразу отвергаетс€ как нетехнологичный, непрактичный или просто выгл€д€щий нелепо. ≈динственным преимуществом может быть то, что странные на вид детали имеют значительно меньший вес по сравнению с детал€ми, спроектированными инженерами, но дело в том, что они могут быть изготовлены только печатью на 3D-принтере, и часто их форма оптимизирована дл€ одного варианта нагрузки и игнорирует все другие. Ѕольшое количество изгибающихс€ Ђоптимизированныхї форм может стать сжимающей нагрузкой, деформирующей деталь. ћы ни за что не придадим такую вычурную изогнутую форму автомобилю, самолету или потребительскому товару. ћы не хотим, чтобы над нами сме€лись.

»ндустри€ программного обеспечени€ дл€ проектировани€, стрем€ща€с€ продвигать подобные технологии, приобретенные за большие деньги, считает отказ от генеративного проектировани€ свидетельством того, что инженеры остановились в своем развитии, предпочита€ работать со знакомыми, но устаревшими инструментами, и в этой темноте не способны увидеть свет и реализовать потенциал революционной технологии. »нженеры, со своей стороны, говор€т, что они никогда не просили генеративный дизайн Ч по крайней мере, просили не так настойчиво. ¬ ответ на это производители программного обеспечени€ цитируют √енри ‘орда:

Ђ≈сли бы мы спросили людей, чего они хот€т, они бы ответили, что им нужны более быстрые лошадиї. ќднако цитировать ‘орда не значит обладать его визионерством. ј генеративный дизайн вовсе не об€зан выгл€деть так, как его сегодн€ реализуют.

Ђќна вовсе не странна€, она великолепнаї, Ч говор€т нынешние поставщики генеративного дизайна о своих детал€х. Ђя знаю вас лучше, чем вы знаете себ€ї, Ч говор€т они, как родитель, ругающий ребенка. Ёта деталь может выгл€деть не так, как вы ожидали. Ёто потому, что генеративный дизайн Ч это свобода духа, а вы заперты в узких рамках своих представлений.

» это все, что у вас есть?

ѕодобно 3D-печати, генеративный дизайн Ч еще одна технологи€, отча€нно нуждающа€с€ в инженерном признании, Ч считает свои Ђрешени€ї идеальными. ќдним из таких решений был генеративно разработанный кронштейн. —транно выгл€д€ща€ деталь обсуждалась  евином  уинном, директором GM по аддитивному дизайну и производству, как эксперимент по моделированию, но без обещани€ массового производства. ќчевидно, кронштейн был хрупким, и дл€ его изготовлени€ использовалась 3D-печать, что делало невозможным производство в требуемом количестве. ¬озможно, он выдержал нагрузки при краш-тестах, но обратна€ нагрузка разрушила бы его. “ем не менее этот кронштейн об€зан был по€витьс€ в каждой публикации (даже в моей) и почти везде превозносилс€ как победа генеративного дизайна, добившегос€ минимизации веса, Ч неотложного приоритета автомобильной промышленности.

—ейчас больше, чем когда-либо, инженеры вовлекаютс€ в вихрь многообещающих технологий в индустрии программного обеспечени€. Ќас учат принимать технологии, подчин€ть их своей воле, улучшать с их помощью продукты, которые мы разрабатываем, но упорное нав€зывание генеративного проектировани€ ставит нас в неловкое положение, характеризуемое как Ђспасибо, но нетї. ћы оказываемс€ в том, что Gartner называет Ђциклом хайпаї (прим. пер.: the trough of disillusionment, см. https://ru.wikipedia.org/wiki/Gartner).

Ёто досадное обсто€тельство дл€ технологии, котора€, если бы она работала и развивалась, могла бы олицетвор€ть собой УaidedФ в Уcomputer-aided designФ. (¬ качестве аргумента предположим, что компьютерное проектирование в том виде, в каком оно существует сейчас, Ч это не более чем точный способ представлени€ проекта, который инженер или дизайнер имеет в своей голове нечеткой картиной).

„то должен делать генеративный дизайн?

√енеративный дизайн должен вз€ть некую деталь и улучшить еЄ качества. Ёто практически не проблема. Ќапример, удал€йте материал, который не будет подвергатьс€ нагрузке, до тех пор, пока не останетс€ только реально необходимое.

Ќо мы хотим большего. ћы хотим иметь возможность производить генеративно спроектированную деталь так же, как мы изготавливали деталь, спроектированную обычным образом. ≈сли раньше примен€лись станки с „ѕ”, то и генеративно разработанна€ деталь должна поддаватьс€ обработке на станках с „ѕ”. –азве об€зательно организовать производство исключительно на основе 3D-печати? » не осуждайте нас за то, что мы не принимаем 3D-печать: дл€ инженеров это еще одна технологи€, котора€ обещает слишком много, но пока недостаточно хорошо реализована.

≈сли бы наше изделие было спроектировано с использованием труб, двутавровых балок или тросов, вы бы не возражали?  онечно, можно представить, что у нас есть только молотки и всЄ остальное, имеющее форму гвоздей. Ќо мы использовали при проектировании стандартные формы, потому что они работают. ќни сами по себе €вл€ютс€ оптимизированными формами. ¬ы просто не можете сделать лучше.

Ќапример, кругла€ труба с материалом вокруг центральной оси идеально подходит дл€ кручени€. ƒвутаврова€ балка, фланцы которой расположены дальше всего от центра, имеет максимальное количество материала, устойчивого к изгибу, что €вл€етс€ ее основным назначением. ” нас были столети€ и поколени€, чтобы оптимизировать эти формы. ¬ы можете крутить свои колеса, пыта€сь еще больше их оптимизировать, или просто использовать их такими, какие они есть.

ћост «олотые ¬орота

ћы создали монстра. √енеративный дизайн, не умеющий использовать тросы, продемонстрировал вершину своих способностей, сконструировав мост «олотые ¬орота

—тоит ли удивл€тьс€, что генеративный дизайн, поставленный перед задачей разработать мост «олотые ¬орота, произвел то, что можно назвать чудовищем, из-за невозможности использовать тросы Ч ключевой конструктивный элемент подвесного моста. “рос Ч наиболее эффективный способ подвески груза. ƒаже »» должен это знать.

—тоит ли удивл€тьс€, что ни один поставщик генеративного дизайна не прин€л нашего вызова трехлетней давности построить лучшую раму гоночного велосипеда? –ама гоночного велосипеда с трубчатой конструкцией использует минимальное количество материала и устойчива к силам и моментам. ¬елосипедист-любитель может принимать в расчет только силы, направленные вверх и вниз, но гонщик, участвующий в соревновани€х, должен учитывать закручивание из-за огромного крут€щего момента, создаваемого вращением педалей, которое компенсируетс€ с помощью рул€.

√енеративный дизайн велосипедных рам демонстрировал только хаки, которые фокусировались на радикально выгл€д€щих формах, но игнорировали задачу экономии веса. —ообщество шоссейных велогонщиков, дл€ которых вес €вл€етс€ религией, мало использует генеративный дизайн Ч за исключением некоторых странных частей, которые цен€тс€ больше за художественность, чем за производительность, Ч таких, как деталь на рисунке ниже.

—тебель дорожного велосипеда

ѕо крайней мере здесь присутствует симметри€. —тебель дорожного велосипеда, созданный с помощью генеративного дизайна

»скусственный интеллект помогает мало

Ќасколько сложно будет добавить в генеративный дизайн что-то из нашего практического опыта? ¬ конце концов, это всего лишь еще одна из технологий, которые люб€т продвигать в индустрии программного обеспечени€. Ќаблюдать за тем, как оптимизаци€ топологии рождает форму, может быть так же мучительно, как наблюдать за полной комнатой обезь€н, беспор€дочно стучащих по клавиатуре в надежде написать пьесу Ўекспира. ≈сли каким-то чудом у них бы получилс€ вопрос Ђ„то там за свет блеснул в окне?ї (Ђ–омео и ƒжульеттаї, сцена на балконе, часть 1), нашей единственной надеждой на правильный ответ было бы напечатать его самим.

“очно так же можно поступить, когда мы видим, что процедура оптимизации начинает создавать изогнутую форму. —топ! ƒавайте сделаем это кабелем и продолжим. ѕолучаетс€ гладка€ форма? —делайте ее плоской поверхностью. ¬идите образовавшуюс€ брешь? —делайте это обрабатываемым слотом. «наете, что рама будет подвергатьс€ кручению? ќстановите это генеративное безумие и используйте круглую трубку. (‘ормы, созданные из уже оптимизированных элементов, все еще можно оптимизировать, регулиру€ углы и длины.)

»спользование »» Ч это то, что странным образом отсутствует в генеративном дизайне и по сей день. ¬споминаетс€ недавн€€ конференци€ (конечно, до пандемии), на которой мы видели, как некий вендор оптимизировал генеративно спроектированную форму, постепенно замен€€ ее элементами стандартной формы Ч круглый стержень здесь, гладка€ поверхность там. „то, правда?? ћы так и должны поступать?

ƒемистифицировать

 лассические методы оптимизации представл€ют собой отдельную технологию. ѕодобно CAD и CAE, они основаны на математике. ¬ отличие от —јѕ–, у них есть свой €зык. ќптимизаци€ заимствует €зык и терминологию из математического анализа (оптимум, dy/dx = 0 и т. д.) и добавл€ет свои собственные. ’от€ оптимизацию можно применить к любому €влению, дл€ данного обсуждени€ наиболее актуально ее применение к трехмерным формам.  ажда€ итераци€ формы провер€етс€ каким-либо числовым методом. ƒл€ структурных форм проверка выполн€етс€ с помощью анализа методом конечных элементов (ћ Ё). ƒл€ оптимизации потока жидкости проверка выполн€етс€ с помощью вычислительной гидродинамики (CFD). ѕриложени€ генеративного проектировани€ используют €зык симул€ции с такими терминами, как граничные услови€, степени свободы, силы и моменты. Ёто €зык, чуждый дизайнерам и забытый типичным инженером-конструктором, что противоречит демократизации генеративного дизайна.

Ћучша€ технологи€ та, котора€ просто работает, не требует обучени€ и, возможно, даже не нуждаетс€ в представлении. ќбратите внимание на реализацию искусственного интеллекта от Google, внедренную дл€ нашего удобства без лишнего шума Ч даже без объ€влени€. Google исправл€л нашу орфографию, отвечал на наши вопросы, даже завершал наши мысли и выполн€л переводы. —пециалисты, занимающиес€ переводами с одного €зыка на другой, были поражены, обнаружив, что Google не уступает им в этом. Google не проводил пресс-конференций, не выпускал пресс-релизов и даже не писал в блогах об удивительных возможност€х »». Ёто просто заработало. » это не требовало обучени€.

¬ отличие от этого, IBM раструбила о своей технологии искусственного интеллекта Watson, котора€ после того, как переварила сумму человеческих знаний, легко победила чемпиона Jeopardy!  ена ƒженнингса. Ќо когда дело дошло до здравоохранени€, Watson не справилась с задачей, которой была посв€щена основна€ часть рекламы: помочь врачам в диагностике и лечении рака, как об этом пишет Wall Street Journal.

ƒело в том, что та технологи€ достигает быстрого успеха и получает признание, котора€ плавно встраиваетс€ в привычный дл€ людей рабочий процесс, становитс€ при€тным сюрпризом и вызывает восторг. ¬ противоположность переобучению, предлагающему пользовател€м делать что-то совершенно по-новому в новом сложном приложении, которое требует от них изучени€ нового €зыка или терминологии.

»нтегрировать

ѕриложение дл€ генеративного дизайна, которое почти гарантированно будет прин€то, Ч это приложение, которое без проблем работает в выбранном пользователем программном обеспечении дл€ проектировани€. ќно могло бы работать в фоновом режиме при низкой загрузке процессора, предлага€ вам различные формы, когда вы делаете наброски или создаете продукт, как это делает Google, почти безошибочно угадыва€, что вы намеревались напечатать вместо того, что вы напечатали на самом деле. »», безусловно, мог бы догадатьс€, что задумана точна€ форма Ч например идеальный круг, Ч если круг нарисован небрежно. Ќекоторые приложени€ —јѕ– уже могут это делать. ≈ще сложнее, но все еще в пределах возможного, угадать математически оптимизированную форму или даже форму, котора€ существует в стандартной библиотеке деталей, или сопоставить форму с аналогичной или точной копией существующих продуктов компании. »зобретение велосипеда Ч это обычна€ трата времени и усилий в крупных, разбросанных по всему миру предпри€ти€х, которые создали хранилища разрозненной информации. (Ёто относитс€ к технологии поиска формы, а не к оптимизации, но упом€нуто здесь, поскольку это еще одна технологи€, которую нар€ду с оптимизацией следует интегрировать в —јѕ–.)

Ќажать кнопку

 огда вы заканчиваете проектирование Ч или просто не укладываетесь в сроки Ч неплохо было бы иметь генеративный дизайн настолько продвинутым, что вы могли бы нажать кнопку Ђоптимизировать этої и позволить зан€тьс€ этим »» и генеративному дизайну? Ќо прежде чем вы нажмете эту кнопку, вы должны быть уверены, что генеративный дизайн останетс€ на заданной вами полосе движени€. ƒругими словами, продукт, усовершенствованный генеративным дизайном, по-прежнему можно будет изготовить с помощью запланированных вами методов, и он не будет выгл€деть так, как будто сделан из веток. ¬ таком сценарии вы будете рассматривать только те проекты, которые €вл€ютс€ действительно улучшени€ми, а не художественным полетом фантазии.

ќт многократного использовани€ кнопки Ђоптимизировать этої, привод€щего только к проектам, оскорбл€ющим чувства инженера, можно будет отказатьс€. Ёто печальный результат на текущем этапе, но дл€ поставщиков —јѕ– он €вл€етс€ истинным показателем успеха технологии.

ќ чем мы не подумали?

ѕродукты ломаютс€ не по причинам, которые мы учитываем, а по причинам, которые мы не учитываем. „астыми примерами €вл€ютс€ вышеупом€нутые причудливо изогнутые кронштейны, которые об€зательно выйдут из стро€ при сжимающей нагрузке. ¬елосипедна€ рама из тонкого, как бумага, композитного материала может подойти дл€ езды по гладкой ровной дороге, но при ударе она сломаетс€. ¬ 1940 году мост “акома-Ќарроуз рухнул, потому что инженеры не учли резонанс, возникающий из-за ветра. — тех этот мост, получивший неофициальное название √алопирующа€ √ерти, известен каждому студенту инженерного факультета. ћожно было бы подумать, что мы больше никогда не допустим случаев катастрофической нагрузки. “ем не менее мы делаем это. ” нас есть металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, которые не только содержат дополнительные риски (пустоты, предварительное напр€жение, деформации), но и, очевидно, не рассчитаны на разные типы нагрузки.

Ќазад в лабораторию

ѕоставщики генеративного дизайна могут захотеть вернутьс€ в лабораторию и не поддаватьс€ искушению предлагать полусырые, €вно бесполезные решени€. “ехнологи€, котора€ опираетс€ на алгоритмы роста костей, массивные облачные ресурсы, оптимизацию, котора€ таковой не €вл€етс€, и т. д. Ч не готова дл€ практического использовани€.

ј пока мы обещаем, что продолжим экспериментировать с генеративным дизайном. ¬ конце концов, это довольно круто. » мы можем чувствовать себ€ такими творческими личност€ми, создава€ претенциозные генеративные дизайны, которые мы не можем запустить в производство.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Autodesk не впервые навсегда ушел из –оссии
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

÷ифрова€ трансформаци€ проектировани€ технологических процессов при подготовке [...] — јлександр ѕетухов, старший преподаватель кафедры Ђ“ехнологи€ машиностроени€ї √√“” имени ѕ.ќ. —ухого (29 августа 2022)
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. © 2004-2022 √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.