Вендоры CAD должны использовать потенциал ИИ

ИИ — отличный шанс для разработчиков инженерного софта. Будем надеяться, что они его не упустят.

Какая из этих форм подойдет, мастер? Как технический помощник, ИИ должен предлагать формы во время проектирования.

В конце 1950-х годов, когда компьютеры были еще новинкой, а CAD был всего лишь исследовательским проектом, термин CAD служил для обозначения нескольких вещей: компьютеризированное проектирование (computerized design), компьютерное автоматизированное проектирование (computer automated design) и проектирование с помощью компьютера (computer-aided design), в зависимости от того, кто проводил исследования. Дефис в computer-aided design имеет большое значение, утверждал профессор Массачусетского технологического института Роберт Манн на серии семинаров в 1959 году. Он подчеркивал, что компьютер помогает инженеру. Без дефиса компьютерное проектирование подразумевало, что проектирование выполняют компьютеры. Манн хотел, чтобы было ясно, что компьютеры, способные теперь рисовать линии и дуги, будут помогать инженерам, а не заменять их.

Если CAD когда-либо и подразумевался для самостоятельного проектирования, то такие планы провалились. CAD всегда помогал людям только детализировать проект, а думать об этом проекте всегда приходилось инженерам. Только теперь, благодаря искусственному интеллекту, мы можем мечтать о компьютерах, помогающих инженерам проектировать.

Но давайте не будем увлекаться и ждать, что ИИ будет проектировать целые автомобили, корабли, здания и мосты. Он не может этого делать и никогда не будет. Но уже в ближайшем будущем он смог бы помочь инженерам проектировать эти объекты. Поначалу эта помощь могла бы быть небольшой. Примеры ниже.

1. ИИ должен РАСПОЗНАВАТЬ замысел проекта.

Допустим, архитектор проектирует пристройку к дому и составляет план этажа. Когда он чертит линии стен, CAD-программа должна распознавать намерение и преобразовывать такие линии в стены с гипсокартоном, обшивкой и стойками диаметром 16 дюймов. При добавлении скатной крыши должно выполняться автоматическое согласование наклона с существующими линиями крыши и соединение секций крыши. Необходимо рассчитать нужное количество балок и стропил с интервалом, необходимым для соответствия местным нормам. ИИ также должен уметь распознавать формы на основе введенных данных. Он должен уметь соединять точки в облаках точек и распознавать их как физические элементы. Или сопоставлять детали на фотографии с моделями в библиотеке.

2. ИИ должен ПРЕДЛОЖИТЬ формы и детали.

Ни один инженер не должен искать стандартные детали или формы и, что еще хуже, не найдя их, сдаваться и чертить формы или проектировать детали с нуля. Инженеры могут увязнуть в проектировании простых деталей, теряя творческую искру. ИИ должен распознавать их намерения и предлагать подходящие формы или детали. Если инженер прокладывает проводку, ИИ должен предложить жгут проводов. Если инженер делает велосипедные рамы, он должен предложить круглые трубы. Если инженер разрабатывает концепцию моста, ИИ должен предложить кабели и настил.

ИИ мог бы легко сократить рутинную работу по проектированию, особенно ту, которая связана с выбором стандартных деталей, форм и компонентов, а также общими операциями. Например, когда он находит подходящий кронштейн для данного проекта, он может использовать знание о том, что в данной компании такой кронштейн закреплен болтами. Отсюда ИИ может определить размер и количество винтов и добавить в раму отверстия нужного размера там, где это необходимо.

3. ИИ должен иметь ЕСТЕСТВЕННЫЙ ИНТЕРФЕЙС.

Инженеры не могут разговаривать друг с другом, не делая эскизов; это естественный способ общения. Таким образом, естественный интерфейс программного обеспечения CAD будет рисовать эскизы и сразу же делать линии прямыми, присоединяя их к углам, и создавать точные круги. Инженеры также должны иметь возможность вводить свои концепции с помощью эскизов на планшете. Как ни странно, только одна CAD позволяет использовать планшет — Shapr3D. Посмотрите один раз, как используется Shapr3D, и сразу станет ясно, насколько плохо приспособлены клавиатура и мышь для ввода данных и насколько CAD сильно отстает от гораздо более естественного интерфейса наших смартфонов и планшетов.

Программное обеспечение для создания заметок (включая Notes от Apple) может распознавать и преобразовывать рукописный текст в машинный, а неправильные формы — в правильные. Будем надеяться, что популярные GPT с их «интерфейсами на естественном языке» и способностью понимать плохо построенные предложения, вопросы и опечатки ускорят создание графического эквивалента в CAD.

4. ИИ должен ОПТИМИЗИРОВАТЬ.

Генеративный дизайн пытается создать лучшую раму велосипеда, но терпит неудачу. Давайте попробуем ИИ. Изображение: видео Autodesk на Facebook.

Вендоры CAD пытаются выдать оптимизацию топологии за начальную версию ИИ, но давайте придерживаться определения ИИ, в котором говорится, что он основан на машинном обучении.

Давайте возьмем простую велосипедную раму в качестве примера конструкции, которую нам предстоит оптимизировать. Одним из способов оптимизации конструкции, и, возможно, самым простым, является расположение трубок таким образом, чтобы они были наименьшей длины и, следовательно, имели наименьший вес. Но оптимизация топологии использует другой подход. И терпит неудачу.

Задаче по оптимизации рамы велосипеда уже более пяти лет. Одна компания официально наш вызов не приняла, но попробовала. Но они использовали генеративный дизайн с оптимизацией топологии, а не ИИ. Оптимизация топологии генерирует странные случайные формы до тех пор, пока одна из них не будет удовлетворять начальным критериям. Для велосипеда, изображенного на картинке, были опубликованы результаты, но не критерии. Создается впечатление, что просто истекло время генеративного моделирования, а не достигнуто соответствия критериям: рама слишком большая, ромбовидной формы, сделанная из трубок разной длины. Абсурдные формы, возникшие в результате оптимизации топологии, нельзя рассматривать даже как искусство, последнее прибежище неудавшихся форм.

Если бы компании, занимающиеся CAD, отказались от мысли, что их свободолюбивый генератор случайных форм сам по себе, при достаточном количестве времени, придумал бы лучшие формы, чем творчески отсталый инженер, если бы они признали, что круглая труба действительно является формой, которая почти оптимальна для скручивания, а также хороша для сжатия и растяжения, и взяли в работу круглые трубки, они бы справились с велосипедной задачей. Все, что было нужно, — это простая программа оптимизации геометрии, являющаяся дополнением к программе структурного моделирования. Структурные программы имеют элементы специально для трубных сечений. Каждая секция трубы может состоять из одного элемента, в результате чего размер модели составляет всего девять элементов, не считая шатунов, педалей, руля и выноса. Все, что остается делать программе, это изменять положение узлов в вертикальной плоскости до тех пор, пока общая длина трубок не будет минимизирована.

Проблема настолько тривиальна, что читатель, возможно, уже решил ее с помощью человеческого интеллекта. Нужна еще одна подсказка? Посмотрите на формы рам компактных дорожных велосипедов.

Игнорируйте ИИ на свой страх и риск

Обращение к вендорам инженерного программного обеспечения: не пытайтесь поручить ИИ спроектировать все целиком. Просто позвольте ИИ заниматься деталями.

Продолжайте работать над внедрением ИИ. Возможно, инженеры не приняли ваши инструменты для оптимизации конструкции. Наверное, неприятно создавать «решения» и практически не видеть их внедрения. Нам жаль, что мы такая жесткая публика. Не обижайтесь и не защищайтесь… просто, пожалуйста, пожалуйста, используйте ИИ, чтобы предоставить нам необходимую помощь. Существует бесчисленное множество возможностей для значимого внедрения ИИ. Не ставьте галочку напротив ИИ, реализуя какие-то малоценные возможности, о которых мы никогда не просили или которые нам не нужны.

Еще один совет для поставщиков CAD: не сбрасывайте со счетов ИИ как мимолетную моду и думайте о том, чтобы ваша CAD-программа, выдержавшая десятилетия использования, была зрелой, надежной и, что наиболее важно, простой в использовании. CAD сегодня прост в использовании только для тех, кто умеет его использовать. Для тех, кто пытается изучить CAD, кто использует его нечасто, это занятие вызывает сплошное разочарование.

Недавно я спросил руководителя CAD компании, почему они не могут иметь более естественный интерфейс, такой как у ChatGPT для текстовых запросов, чтобы проделывать отверстия для креплений — задача, которую я считаю рутинной. Я получил следующий ответ.

«За то время, пока генерируется подсказка о том, где разместить отверстие, какого размера оно должно быть, сколько нужно отверстий и т. д., вы могли бы сделать отверстие самостоятельно».

Они, конечно, упустили суть. Интерфейс CAD должен быть естественным, а не мистическим, как это часто бывает. Игнорировать ИИ или надеяться, что он исчезнет, не нарушив священную базу кода, почитаемую на протяжении десятилетий, было бы огромной ошибкой и крайне безответственно. Ведущие вендоры инженерного программного обеспечения должны выяснить, что нужно инженерам сейчас и чего можно достичь, даже если такие потребности не озвучены. Когда-то можно было создать программу проектирования с использованием знаний только в области программирования и геометрии, например, когда AutoCAD был создан разработчиками без участия архитекторов. Это была вторая CAD-революция.

Следующая CAD-революция будет основана на искусственном интеллекте. Он, несомненно, будет использовать изложенные здесь принципы, а именно: распознавание, предложение нужных элементов и естественный интерфейс. «Большая четверка» (Autodesk, Dassault Systèmes, PTC, Siemens) и поставщики AEC (Bentley Systems, Nemetschek, Trimble) обладают ресурсами, чтобы перейти к искусственному интеллекту и переоснастить свое программное обеспечение, чтобы оживить CAD и стать ChatGPT в проектировании. Будут ли они это делать, еще неизвестно. Или какой-то стартап, выскочка из Венгрии, воспользуется возможностями, которые предлагает ИИ, и станет следующим Autodesk, следующим PTC?

Каким бы ни был результат, ИИ поможет CAD родиться заново, на этот раз для настоящего computer aided design.