Zpět

 

Navrhnout vozidlo tak, aby bylo co nejlehčí a přitom pevné a bezpečné, není nic jednoduchého. Týmy, které se potýkají s touto výzvou, musí zvážit četné proměnné v různých permutacích, přičemž musí vzít v úvahu výběr materiálu, výrobní procesy a design komponent. Software CAD (Computer-Aided Design) to usnadňuje modelováním a dokumentováním nápadů, ale co když tento software přináší vlastní kreativní příspěvky?

Algoritmy Autodesku založené na umělé inteligenci mohou zohledňovat řadu proměnných a kreativně přispívat k procesu navrhování. O tom je generativní design. Proces začíná tím, že návrhář softwaru popíše problém, který chce vyřešit. Software pak přichází s širokou škálou řešení tohoto problému. „Z jediného nápadu může software rychle generovat relevantní alternativy návrhu – mnohé, na které byste sami nikdy nepomysleli,“ vysvětluje Peter Champneys, výzkumný inženýr společnosti Autodesk.

Kalifornský softwarový specialista používá cloud computing a algoritmy založené na AI k rychlému prozkoumání více permutací návrhu součásti. Algoritmy jsou schopné generovat stovky velice přesných, často uspořádaně vypadajících možností geometrického návrhu na základě cílů a parametrů nastavených uživatelem. To by mohlo zahrnovat takové aspekty, jako je hmotnost, pevnost, výběr materiálu a způsob výroby. Uživatel pak určí nejlepší možnost návrhu součásti. „S generativním designem neexistuje jediné řešení; místo toho existuje několik skvělých řešení. Na vás je pouze výběr designu, který nejlépe vyhovuje vašim potřebám.”

Generativní návrh umožňuje inženýrům přezkoumat více možností návrhu

Při sestavování možností návrhu software bere v úvahu cíl projektu, konstrukční omezení či faktory, díky kterým může být jeden návrh lepší než jiný atd. Představte si tým, který pracuje na návrhu lichoběžníku v zavěšení, které je vysokopevnostní, ale také lehké. Museli by upřesnit, že lichoběžníkové rameno se musí vejít do určitého prostoru, připojit se k ostatním částem sestavy, odolat určité zátěži a otřesům a být co nejtužší a nejlehčí. „Generativní design v podstatě vytvoří výsledky, které splňují tyto designové cíle,“ potvrzuje Champneys. Řešení, která navrhuje, lze poté vykreslit do grafů, aby bylo možné přímo porovnávat metriky.

Povědomí o výrobě

Velkou výhodou tohoto přístupu je možnost prozkoumat širokou škálu možností materiálů a výrobních metod. Tým může porovnat jeden design, pokud je odlit z hořčíku, obroben z hliníku a 3D vytištěn v titanu. „Chceme vybudovat povědomí o výrobě, aby nástroje pro generativní navrhování pochopily, co dělá dobrý návrh pro odlévání oproti návrhu pro CNC obrábění,“ vysvětluje.

U některých výrobních procesů může systém potřebovat myslet na věci, jako jsou úhly úkosu, přístup k řeznému nástroji nebo počet potřebných nastavení na stroji. Tato hluboká úroveň porozumění výrobnímu procesu je zabudována do softwaru, takže může vytvářet specifické návrhy, které jsou vhodné pro různé výrobní metody. „Vytvoření požadavků na výrobu jako vstup do procesu navrhování je důležité, protože vyrobitelnost návrhu je často klíčovou výzvou a základním problémem, který lidé potřebují vyřešit,“ zdůrazňuje Champneys.

Generativní design může také vytvořit odhad očekávaných nákladů. Autodesk používá algoritmy strojového učení k analýze modelu CAD a předpovídá, kolik bude tento návrh stát. To bere v úvahu podrobnosti o objemu výroby, materiálu a způsobu výroby. „Na základě všech těchto parametrů chápe, jaké budou tyto náklady, takže můžeme vidět třeba 100 návrhů vynesených do grafu a porovnat poměr náklady/hmotnost,“ říká Champneys. „Můžeme se pustit do vytvoření skutečně lehkého designu, jehož výroba by mohla stát méně než design, který jsme měli dříve.“

Společnosti GM a Autodesk aplikovaly tuto technologii k výrobě držáku sedadel

Podpora od velkých jmen

Zatímco generativní design zůstává rozvíjející se technologií, více automobilových společností začalo zkoumat jeho použití jako způsob, jak urychlit proces navrhování, rychle přecházet od konceptu či výkresu k vyráběnému dílu. Software Autodesku může přijít s mnoha řešeními během několika hodin, zatímco lidský designér je schopen vytvořit jeden návrh za několik hodin.

General Motors je prvním výrobcem automobilů v Severní Americe, který používá nový software Autodesku pro generativní navrhování, a to konkrétně proto, aby pomohl s odlehčováním. „Tato převratná technologie poskytuje ohromný pokrok v tom, jak můžeme navrhovat a vyvíjet komponenty pro naše budoucí vozidla, aby byla lehčí a efektivnější,“ komentuje viceprezident GM Ken Kelzer. „Když spojíme designovou technologii s výrobními pokroky, jako je 3D tisk, náš přístup k vývoji vozidel se zcela změní a bude zásadně odlišný. Spolupráce s počítačem při návrzích součástí se změní způsobem, který jsme si předtím jednoduše nedokázali představit.“

GM uvedl, že tato konstrukční technologie „poskytuje výrazně více možností snížení hmotnosti vozidel a zvyšování pevnosti dílů, kterých nelze dosáhnout tradičními metodami optimalizace návrhu. Ve spolupráci s inženýry Autodesku použil tým designérů GM software k vytvoření důkazu konceptu držáku sedadla, který je o 40 % lehčí a o 20 % pevnější než původní díl. Také spojuje osm různých součástí do jednoho 3D tištěného dílu. Automobilka má s Autodeskem víceletou alianci a plánuje spolupráci na mnoha budoucích projektech zahrnujících generativní design, aditivní výrobu a materiálové vědy.

Nové území

Autodesk také spolupracoval s Hyundai’s New Horizons Studio v Silicon Valley a pomáhal optimalizovat design jeho Ultimate Mobility Vehicles, které mohou v případě potřeby rozložit nohy. V tomto případě opravdu potřebovali znovu vynalézt kolo, alespoň jak fungovalo ve spojení s funkcí chůze. Nohy na UMV musely být co nejlehčí, ale také s maximální tuhostí a odolností. „Byl to složitý designový problém a o to náročnější, že je tak neotřelý,“ poznamenává Champneys. “S tímto jsme nebyli schopni stavět na dlouhém pozadí designu, což z něj dělá další skvělý případ použití pro generativní design.”

Autodesk spolupracoval s inženýry z Hyundai na modelu Elevate, který se dokáže přeměnit z pojízdného vozidla na chodící

Prostředí, ve kterém UMV působí, hrálo v procesu návrhu klíčovou roli. Jsou navrženy speciálně do nekonvenčního a off-roadového terénu, kde odvalování kol prostě není možné. „Je potřeba co nejvíce popsat prostředí, ve kterém budou tato vozidla fungovat,“ vysvětluje Champneys. „Hodně se uvažuje o konstrukcích pro extrémní prostředí, kde bychom mohli mít vysoké tepelné namáhání, vysoké zatížení a zároveň náročné požadavky na lehkost a tuhost. Tato místa, kde posouváte technologii na hranici svých možností, jsou skvělá pro výzkum. Výsledky takovýchto řešení budou převzaty a zabudovány do softwaru, který je pak dostupný všem ostatním.“

Generativní design by se mohl ukázat jako zvláště užitečný pro ty designéry, kteří chtějí vymáčknout každý gram hmotnosti z již vysoce propracovaných produktů. BAC, britská automobilová společnost specializující se na vysoce výkonná vozidla, vynakládá značné úsilí na snižování hmotnosti, kdykoli je to možné. Měli 17palcové lité kolo, které bylo údajně nejlehčí na trhu. Pomocí softwaru Autodesku k optimalizaci středu kola se podařilo oholit dalších 1,2 kg. „Má ráfek z uhlíkových vláken a kovaný a opracovaný střed pro paprsky kol,“ vysvětluje Champneys. „To, co udělal BAC, bylo opravdu inteligentní, protože šlo o použití materiálu v konkrétní oblasti, kde to dává největší smysl. Nejde jen o úsporu hmotnosti jednoho kola; to je kolo na autě čtyřikrát.”

Výše uvedené případy použití jsou jen malým zlomkem toho, co je možné dělat s generativním designem. I když se stále jedná o nově vznikající technologii, zdá se, že její použití se zrychlí, protože výrobci automobilů hledají udržitelnější a úspornější designéry. „Typy problémů, které se vývojáři snaží vyřešit, jsou stále složitější,“ dodává. „Zároveň všichni začínají brát udržitelnost mnohem vážněji. Odlehčení je toho velkou součástí, protože návrháři nyní potřebují udělat více z méně. Technologie, jako je generativní design, budou zásadní pro to, aby umožnili návrhářům čelit těmto výzvám.“

 

Zdroj: automotiveworld.com