Ожидаются новости в области промышленного генеративного проектирования

Такие кронштейны демонстрируют облегчение конструкции с помощью топологии. У этого кронштейна острые края и гладкие поверхности, это означает, что деталь еще можно подвергнуть машинной обработке, чтобы сделать ее максимально легкой

Мы уже знакомы с Майклом Богомольным — мы встречались с ним на его предыдущем предприятии ParaMatters, которое было продано Carbon, компании по производству 3D-принтеров, в августе 2022 года. После этого он собрал свою команду ParaMatters (шестеро из них имеют докторскую степень) и получил инвестиции в размере 2,5 млн долларов для запуска InfinitForm. Эта компания вполне может создать первое генеративное программное обеспечение, которое проектирует подходящие для использования и производства детали.

Крупные поставщики САПР могут заявить, что их программное обеспечение для генеративного проектирования имеет возможности для создания приспособленных для производства деталей, и это действительно так. Но производят ли они конструкции деталей, пригодных для машинной обработки, — это спорный вопрос. Такое программное обеспечение могло бы привести к широкому признанию генеративного проектирования в отрасли. Сегодня формы для машинной обработки, предлагаемые поставщиками САПР, создаются путем удаления деталей, не поддающихся такой обработке, и сглаживания неровных органических форм, полученных в результате алгоритма роста костей, на котором они основаны. Это в лучшем случае окольный подход, а в худшем — неполный, поскольку необрабатываемые детали остаются без внимания.

Богомольный, создавший в свое время инструменты оптимизации формы (ParaMatters CogniCAD), предлагает лучший способ. Его программное обеспечение InfinitForm, которое пока не выпущено, будет включать оптимизацию с расчетом на использование режущих инструментов.

Мы спросили Майкла, является ли оптимизация формы в разрабатываемом ПО оптимизацией параметров, потому что, похоже, она работает с твердотельной моделью, но он не раскрывает рецепт своего «секретного соуса». Богомольный не будет подавать заявку на патент, потому что тогда ему придется раскрыть алгоритм.

Некоторые подробности

В ходе разговора нам продемонстрировали, как пользователь может указать количество осей и размер режущих инструментов. Изменение размера режущего инструмента позволяет найти компромисс между временем, необходимым для изготовления детали, и ее уровнем детализации. Большие инструменты могут быстро удалить материал, но меньшие инструменты могут выполнить более детальную обработку, хотя и требуют больше времени, объясняет Богомольный.

Размер режущего инструмента виден в самом начале оптимизации. Это отличает InfinitForm от обычных оптимизаторов формы, которые работают, добавляя элементы вдоль путей напряжения или удаляя элементы, где напряжения нет, и все это без учета станков с ЧПУ, которые производят 80% деталей для аэрокосмической и автомобильной промышленности.

В InfinitForm радиус скруглений устанавливается в соответствии с радиусом режущего инструмента. Поверхности гладкие, прямые и выглядят «как будто человек сделал их в CAD» для CAM. Нет маленьких бугорков, как на ветке или кости.

Генеративно спроектированная деталь, выглядящая так, будто она сделана из кости, не случайна. Программное обеспечение для оптимизации формы основано на росте костей. Юлиус Вольф, врач, живший в 19 веке, заметил, что толщина кости увеличивается, когда кость подвергается нагрузке, — эффект, известный как закон Вольфа. Первой компанией, реализовавшей алгоритмы роста костей в коммерческом программном продукте, была Altair, выпустившая OptiStruct в 1994 году. Рост костей продолжает оставаться основой для структурного генеративного проектирования и по сей день. Но теперь появилась InfinitForm.

Изменение курса

С самого начала предусмотреть использование режущих инструментов в ПО — это более прямой подход к получению деталей, которые можно изготовить с помощью режущих инструментов. InfinitForm также отличается тем, что строит твердотельную модель, в то время как другие оптимизаторы формы строят триангулированную сетку.

В настоящее время ядром твердотельного моделирования является OpenCASCADE, ядро с открытым исходным кодом. Но поскольку Богомольный нацелен на пользователей SOLIDWORKS, он рассчитывает в какой-то момент перейти на ядро Parasolid.

Тот, кто за годы шумихи вокруг генеративного дизайна усвоил, что с его помощью производятся самые легкие детали, обратит внимание на то, что детали, созданные в InfinitForm, имеют явно избыточный материал. Например, деталь, показанная выше, имеет острые края, которые можно удалить, и прямые поверхности, которые можно выдолбить, чтобы убрать вес и при этом не повлиять на максимальное напряжение. Но Богомольный не утверждает, что InfinitForm — это строго программа оптимизации формы. InfinitForm представляет собой наилучший компромисс между минимальным количеством материала и максимальной технологичностью.

Если выбрать в меню «Аддитивное производство» в качестве метода изготовления, InfinitForm (как и другое программное обеспечение) сгенерирует детали для аддитивного производства. Но его подлинная мощь — в создании оптимизированных деталей, пригодных для машинной обработки.

Это компромисс, к которому Богомольный пришел после тщательного анализа. Вся его карьера и высшее образование были посвящены чистой оптимизации. По-видимому, было нелегко сосредоточиться на низкотехнологичных производственных операциях, таких как резка металла, когда все остальные обсуждали 3D-печать. Но Богомольный имел в своем арсенале ценный опыт с ParaMatters, исследуя и воплощая то, как Природа оптимизирует формы, — с внутренней структурой, заполненной ячейками неправильной формы, а не решетками. Например, как внутренняя часть бедренной кости.

Но цена совершенства Природы оказалась слишком высокой. Идеально оптимизированную деталь, имеющую органическую форму, можно изготовить только на 3D-принтере, и это занимает много времени. Ее нельзя производить массово, а если ее делать из металла, это будет дорого.

Какая компания будет создавать деталь стоимостью 2000 долларов, если она может изготовить ту же самую деталь за 100 долларов с помощью ЧПУ? Вопрос риторический.

Богомольный утверждает, что одной из причин, делающей оптимизацию деталей популярной сегодня (помимо возможности создания деталей для машинной обработки), является прогресс в области аппаратного обеспечения. С вычислительной мощностью, доступной в графических процессорах, оптимизация, которая включает в себя многократное использование метода конечных элементов (МКЭ) для моделей с миллионами степеней свободы, может происходить в мгновение ока. Он рассказал о модели из 700 000 элементов с 2,4 миллионами степеней свободы, решенной за 0,7 секунды на облачном сервере.

Богомольный говорит, что пример, приведенный в этой статье, был оптимизирован примерно за пять минут. Он почти готов — вам нужно добавить скругления в программу CAD, что займет еще несколько минут.

InfinitForm планирует, что ее первый релиз будет облачным, но следующим будет локальное решение, поскольку локальные рабочие станции, оснащенные графическими процессорами, становятся быстрее. Локальное решение является обязательным для военных и оборонных подрядчиков, которые по соображениям безопасности не могут использовать облако, говорит Богомольный.

О компании InfinitForm

Майкл Богомольный, CEO и основатель InfinitForm. Фото: LinkedIn

InfinitForm в июне выпустит продукт, готовый к «ограниченному доступу для нескольких тщательно отобранных инженеров-конструкторов», которые в течение лета, когда все остальные будут в отпуске, будут дорабатывать программу, поэтому релиз запланирован на сентябрь.

Штаб-квартира компании находится в округе Ориндж, штат Калифорния, и насчитывает восемь сотрудников.

«Вы можете сделать многое с несколькими людьми», — сказал Богомольный.

IfinitForm получила первоначальное финансирование в размере 2,5 млн долларов от базирующейся в Сан-Франциско Schematic Ventures, возможно, одной из немногих инвестиционных компаний, которая понимает, в каких технологиях нуждаются инженеры и что они ценят. Безусловно, опыт и образование Богомольного сыграли свою роль. Он обладает докторской степенью в области структурного проектирования (Технион — Израильский технологический институт) с диссертацией по оптимизации конструкций, подверженных динамической нагрузке. Он проводил постдокторские исследования в области оптимизации в Техническом университете Дании, включая структурную и жидкостную оптимизацию, оптимизацию материалов и форм.

Добро пожаловать, InfinitForm

InfinitForm демонстрирует обоснованный и практичный подход к оптимизации формы. Мы долго критиковали алгоритмы оптимизации топологии для производства сверхлегких деталей, концентрируясь на весе, но не учитывая того, как компании-производители изготавливают свою продукцию. Однако признанные поставщики САПР не обращали на это внимания, настаивая на том, что их программы способны создавать формы, которые инженеры никогда не придумают, и это поможет инженерам выйти за пределы стандартного мышления, в ловушке которого они оказались. Они отмахиваются от аргументов о «неизготовимости», говоря «вы можете напечатать это на 3D-принтере». Не обращайте внимания на самонадеянность разработчиков программного обеспечения, которые думают, что могут спроектировать продукт лучше инженеров-конструкторов. Такие разработчики игнорируют то, что реальность — это мир не только проектирования, но и производства… и выбирают фантастический мир, в котором проектирование существует само по себе.

И вот появилась InfinitForm со встроенными инструментами для резки металла. Это самый разумный и самый желанный подход к генеративному дизайну, который мы видели на сегодняшний день.