La parola “generativo” è certamente cresciuta in popolarità negli ultimi due anni. La maggior parte delle persone probabilmente si riferisce all'”AI generativa”, che di solito si intende quando ci si siede davanti a un computer, si fa una richiesta relativamente semplice (spesso una richiesta di testo) e – senza alcun coinvolgimento diretto nel processo di generazione – si riceve un output completo che corrisponde alla richiesta, sia esso un pezzo di scrittura, un’immagine, una canzone o persino un video. Ma nel mondo del design e dell’ingegneria? Possiamo farlo? Per utenti SOLIDWORKS oppure CATIA, in realtà è una domanda in due parti:
- I designer possono fornire un input limitato e strutturato a un programma e ottenere un risultato geometrico completo? Sì, questo si chiama “design generativo”. Non è una novità e si presenta in molte forme.
- Si può fare con l’AI? Anche in questo caso la risposta è sì, ma questa tecnologia è molto nuova e sta raggiungendo solo ora la disponibilità pubblica in piccoli incrementi.
In questo articolo, le presenteremo tre forme di progettazione generativa – la progettazione basata sui nodi, l’ottimizzazione parametrica e l’ottimizzazione topologica – e le daremo un’anticipazione dell’AI generativa che arriverà in SOLIDWORKS nel prossimo futuro.
Progettazione basata su nodi/script
Una delle più recenti tecnologie di progettazione generativa adotta un approccio basato su diagrammi o nodi. Si tratta di un approccio simile alla modellazione parametrica 3D, ma invece di dover sviluppare formule complesse in un ambiente 3D, l’interfaccia è molto pulita e facile da navigare in 2D.
Le catene di nodi operativi e di dati creano un modello 3D completo. Una semplice modifica di un nodo può facilmente propagare un’enorme modifica nell’intero modello, il vantaggio principale di questo approccio di modellazione. Clicchi per guardare il nostro tutorial su come creare una scala con questo metodo.
Se ha visto dei progetti dall’aspetto moderno, probabilmente ha visto i vantaggi della progettazione basata sui nodi, nota anche come “visual scripting”, e non lo sapeva nemmeno. Alcuni esempi sono le texture del mouse di un computer, i cuscinetti auricolari delle cuffie, la griglia anteriore di quasi tutte le automobili, gli edifici architettonici o qualsiasi prodotto in cui i modelli devono essere controllati e sono tipicamente complessi.
Il vantaggio principale di un ambiente di modellazione basato sui nodi si ha quando si ha davvero bisogno di accelerare la modellazione o i flussi di lavoro di tipo batch. Produce grandi quantità di output complessi e può apportare modifiche su larga scala a un modello con un click relativamente ridotto. La modellazione basata su script è anche completamente non distruttiva e rapidamente replicabile – non consuma alcuna funzione e fornisce l’accesso ai valori delle entità in tutto il modello per aiutare a costruire modelli robusti e veloci.
Clicchi per guardare questo CATIA Design Talk – con dimostrazione – sulla progettazione basata sui nodi/visual scripting.
Dassault Systèmes offre per questo tipo di progettazione generativa: CATIA Visual Script Designer per la modellazione basata sui nodi sulla sua macchina locale, e 3D Pattern Shape Creator per la modellazione basata sui nodi in un’applicazione web completamente 3D, alimentata dal cloud. Entrambi i prodotti sono sul sito Piattaforma 3DEXPERIENCE e basati sul motore di modellazione CATIA, quindi può facilmente integrare i loro risultati con la sua soluzione principale SOLIDWORKS o CATIA, e poi costruire sopra questi modelli.
Ottimizzazione parametrica
In passato, i progettisti in genere progettavano un prodotto e poi eseguivano una simulazione sul modello per vedere se la parte o l’assemblaggio sarebbero stati in grado di sostenere il carico o i carichi richiesti. Se la simulazione prevedeva un fallimento, il progettista modificava il modello e rieseguiva la simulazione per verificare che la correzione fosse riuscita. Questo processo di riprogettazione e ripetizione del test può essere automatizzato e scalato in quello che viene chiamato “studio parametrico”. L’input dell’utente è un risultato di simulazione desiderato e quali parametri CAD possono essere modificati, e il ciclo di riprogettazione e verifica itera le modifiche parametriche finché la simulazione non ha successo.
Un esempio di studio di progettazione con SOLIDWORKS SimulationXpress.
Per eseguire questi studi sono necessari degli strumenti e interpretare i risultati. Dassault Systèmes offre diversi strumenti che coprono un’ampia gamma di sofisticazioni. Al livello più elementare, se ha seguito il corso SOLIDWORKS Essentials forse ricorda di aver usato SimulationXpress (integrato in SOLIDWORKS Standard), dove si eseguiva una simulazione parametrica con il volantino e si impostava una dimensione da modificare per raggiungere un determinato fattore di sicurezza.
Impostazione di uno studio di progettazione CFD in SOLIDWORKS Flow Simulation.
Per avere un po’ più di potenza, è possibile utilizzare SOLIDWORKS Simulation Professional che include più strumenti per l’ottimizzazione e il Gestore dei casi di carico che facilita l’esecuzione di più casi di carico, l’aggiunta di combinazioni di casi e il monitoraggio degli obiettivi. SOLIDWORKS flow simulation include anche un sistema facile da usare, studio di progettazione parametrica di base per la CFD. Per quanto riguarda l’elettromagnetismo, CST Studio Suite (un’offerta di simulazione elettromagnetica) offre un processo di ottimizzazione parametrica utilizzando il suo collegamento CAD SOLIDWORKS.
Uno studio di progettazione di 30 alternative, utilizzando le funzionalità di ottimizzazione fornite con la soluzione Soluzione FEA STRUTTURALE 3DEXPERIENCE.
Quando si aggiorna da SOLIDWORKS Simulation a 3DEXPERIENCE STRUCTURAL per la FEA meccanica, gli studi di ottimizzazione diventano ancora migliori. Non solo si ottiene la più robusta soluzione Abaqus, si ottiene altresì capacità di calcolo nel cloud in modo da poter eseguire molto rapidamente grandi quantità di variazioni di progetto. Inoltre, dispone di nuovi strumenti di revisione dello studio, sufficientemente potenti per gestire la maggiore scala delle variabili di progetto e dei risultati della simulazione.
Valutazione di diverse alternative progettuali testate rispetto a diversi criteri di prestazione utilizzando Strumenti di post-elaborazione 3DEXPERIENCE.
Il livello più alto è rappresentato da SIMULIA Isight e da 3DExperience Ottimizzazione multidisciplinare (la cui funzionalità principale si basa su Isight). Isight è un quadro di creazione di processi altamente aperti per ottimizzare in modo esaustivo i progetti di prodotti, utilizzando l’ampia gamma di metodi di ottimizzazione numerica e di tecniche di progettazione di esperimenti (DOE) inclusi. Isight può incorporare molti altri strumenti in questi processi di ottimizzazione, tra cui software CAD/CAE commerciali, programmi sviluppati internamente e fogli di calcolo Excel.
Combinando 3DExperience Lattice Designer con con gli strumenti di ottimizzazione di 3DEXPERIENCE STRUCTURAL, non solo si possono automatizzare enormi quantità di lavoro di progettazione e simulazione, ma si può ottenere una progettazione migliore.
L’ottimizzazione multidisciplinare offre le funzionalità di Isight (compresa l’integrazione di terze parti) sulla piattaforma 3DEXPERIENCE e in un’interfaccia 3D più moderna. La versione 3DEXPERIENCE rende inoltre più accessibile agli altri la grande quantità di dati di ottimizzazione e fornisce strumenti di modellazione dei processi. Quando si testano migliaia di alternative di progettazione con questi strumenti, non c’è alcun limite.
Ottimizzazione della topologia
Quando i vincoli di progettazione e i requisiti di carico si accumulano, la “progettazione eccessiva” può diventare rapidamente l’unica soluzione pratica per un progettista umano. Queste parti in sovrappeso aumentano i costi e introducono problemi strutturali propri. Da questo punto di partenza, il tipico processo di modellazione e simulazione per migliorare il progetto è molto noioso e incrementale. Ecco perché disponiamo di strumenti per l’ottimizzazione della topologia.
L’ottimizzazione topologica è una tecnica che utilizza la simulazione di scenari di carico rispetto ai requisiti di progettazione, produzione e prestazioni, per creare un progetto dal nulla che tenga conto di tutto in una volta sola, con una massa aggiuntiva minima. Si forniscono i requisiti di progettazione (compreso un blocco solido di volume di progettazione all’interno del quale lavorare), si impostano le simulazioni necessarie e lo strumento di ottimizzazione topologica condurrà simulazioni e iterazioni di riprogettazione fino a raggiungere l’obiettivo. Si tratta di un percorso altamente automatizzato per ottenere un progetto più leggero, più forte e più efficiente. Come per l’ottimizzazione parametrica, ci sono livelli di strumenti di ottimizzazione topologica disponibili dall’interno di SOLIDWORKS, passando per il desktop SIMULIA, fino ad arrivare al software di ottimizzazione topologica.
L’ottimizzazione topologica di SOLIDWORKS limita il materiale ai punti in cui è necessaria la rigidità.
SOLIDWORKS Simulation Professional è l’inizio dell’offerta di ottimizzazione della topologia lavorando su parti singole e con analisi statiche e di frequenza lineari. Si indica uno spazio di progettazione, si impostano i vincoli di produzione e i casi di carico FEA, e poi un obiettivo – minimizzare la massa, massimizzare il rapporto rigidità-peso o minimizzare lo spostamento massimo. Lo spazio di progettazione viene ridotto fino a raggiungere l’obiettivo nel modo più efficiente possibile. Può riportare la forma finale al CAD 3D per una modellazione adeguata.
Il team di simulazione di GoEngineer ha utilizzato Tosca per ottimizzare simultaneamente due progetti di parti in un assemblaggio, migliorando le prestazioni e riducendo il peso.
Il livello successivo è SIMULIA Tosca Optimization Suite, che, come Isight, è inclusa nella licenza Abaqus desktop. Tosca è molto aperta e facile da usare, ma meglio integrata con il lato della simulazione che con quello della progettazione. Può sfruttare più codici FEA (anche di terze parti), anche nello stesso compito di ottimizzazione. Ciò significa che i progetti possono essere ottimizzati sulla base di una combinazione di tutti i tipi di analisi, comprese le sofisticate analisi non lineari multiparte, la dinamica esplicita, la fatica, ecc.
L’ottimizzazione della topologia è non solo per la stampa 3D. Bastano i vincoli di produzione appropriati.
Tosca consente anche di ottimizzare gli assiemi (rispetto alle singole parti) e offre obiettivi di ottimizzazione aggiuntivi rispetto alla massa e alla rigidità. In Tosca sono disponibili anche forme specializzate di ottimizzazione della topologia, come l’ottimizzazione della forma e delle perline.
Ottimizzazione della topologia con la configurazione guidata sulla Piattaforma 3DEXPERIENCE.
Il DESIGN GENERATIVO 3DEXPERIENCE offre l’ottimizzazione basata su Tosca sulla linea di soluzioni Piattaforma 3DEXPERIENCE con un’interfaccia utente moderna e con l’integrazione diretta del CAD. L’altro vantaggio unico e importante di questa soluzione è la capacità di calcolo nel cloud, che può comprimere di molto i tempi di calcolo. Questa soluzione è disponibile in pacchetti “buono-migliore-migliore” per diversi profili di utenti e con vari livelli di funzionalità per quanto riguarda le capacità di analisi e ottimizzazione.
Se i suoi progetti includono la fluidica, Tosca Fluid Optimization and 3DEXPERIENCE GENERATIVE DESIGN può creare per lei anche progetti ottimizzati per il flusso. Queste soluzioni funzionano più o meno come le versioni strutturali, solo con un codice CFD come 3DEXPERIENCE Fluids. Genereranno forme di canale che riducono al minimo le perdite di pressione e preservano la portata massica.
Un accenno al futuro AI del design
L’AI viene integrata in ogni aspetto della nostra vita, tra cui il Face ID dell’iPhone, i social media e i feed di notizie, il controllo grammaticale delle e-mail, le ricerche su Google, il voice-to-text, la protezione dalle frodi bancarie e il salvataggio di vite umane con l’analisi di immagini mediche per individuare il cancro.
Un’anticipazione dell’interfaccia AI generativa di Magic SOLIDWORKS per CAD.
Dassault Systèmes lavora da oltre dieci anni alla generazione di modelli (e alla simulazione) automatizzati con l’intelligenza artificiale. 3DEXPERIENCE World 2024, abbiamo avuto modo di vedere un’incredibile interfaccia text-and-sketch di Magic SOLIDWORKS in quanto generava automaticamente modelli 3D sulla base di un semplice schizzo di un manubrio di bicicletta e di alcuni criteri di progettazione. L’AI ha creato più modelli b-rep, ha permesso all’utente di scegliere qualcosa che assomigliasse molto alle sue intenzioni e poi l’ha posizionato nella posizione corretta sull’assemblaggio completo della bicicletta. Successivamente, l’assistente di progettazione AI ha utilizzato la simulazione per perfezionare il progetto, per assicurarsi che fosse il più leggero e il più resistente.
Il team SOLIDWORKS sta anche lavorando per far sì che l’intelligenza artificiale svolga compiti difficili o noiosi, come l’aggiunta automatica di centinaia di dadi, bulloni e rondelle ai modelli, la creazione automatica di immagini e schizzi e la creazione di un’immagine. creazione automatica di disegni. A 3DEXPERIENCE World 2024, SOLIDWORKS ha anche mostrato la capacità di addestrare la generazione CAD AI basata su un set di dati di una singola classe di prodotti, in questo caso, mobili che considerano il loro “primo strumento di modellazione generativa in produzione”.
Conclusione
Il termine “progettazione generativa” comprende molti prodotti e processi a cui il cliente SOLIDWORKS può accedere, dalla progettazione basata sui nodi all’ottimizzazione parametrica e topologica, fino all’AI generativa. Alcuni di questi strumenti esistono da anni e sono piuttosto robusti, mentre altri sono nuovi o ancora in fase di sviluppo. Ciò che hanno in comune è che tutti hanno il potenziale di svolgere un’enorme quantità di lavoro di progettazione con un input relativamente basso da parte dell’utente.
Questi strumenti non sostituiranno il CAD 3D di base, ma nelle mani giuste possono avere un impatto moltiplicativo sull’efficienza e sulla qualità, soprattutto quando si sale di livello. In genere, sono al massimo della loro potenza con la potenza di calcolo in cloud del Piattaforma 3DEXPERIENCE, che diventerà sempre più vera con il continuo progresso dell’IA.