Generative Design w służbie nowoczesnej inżynierii

Od zawsze inżynierowie poszukiwali narzędzi ułatwiających ich pracę. Narzędzia te miały sprawić, aby mogli się skupić bardziej na koncepcyjnej stronie swojej pracy, a mniej na żmudnych i powtarzalnych czynnościach. Proces ten trwa również teraz.

W ostatnich kilkudziesięciu latach to programy komputerowe wyznaczają kolejne granice nowoczesnego designu. To dzięki nim przedmioty codziennego użytku w naszych mieszkaniach mają ładny, anatomiczny kształt, samochody mają futurystyczne i jednocześnie opływowe linie. Każda branża zmienia się na skutek dostępu do coraz nowszych rozwiązań i algorytmów dostępnych wraz z kolejnymi wersjami używanego oprogramowania. Jest to długotrwały proces, który zmienił nasze postrzeganie otaczających nas urządzeń oraz wywarł duży wpływ na wszystkie największe branże takie jak przemysł, budownictwo i media.

Optymalizacja nie wystarcza

Do tej pory istniały już narzędzia mające za zadanie pomóc w opracowaniu optymalnego parametru. Nie były one jednak na tyle inteligentne, aby samemu ten kształt zaproponować. Od dawna znane są narzędzia pozwalające na wybór optymalnych wartości spełniających zadane kryteria. Proces ten nie był jednak nigdy twórczy. Ograniczał się jedynie do sprawdzenia wszystkich dostępnych kombinacji parametrów i wybór tego, który najlepiej spełnia zadane warunki. Konstruktor definiował listę wartości bądź zakres, w których te wartości parametrów miały się zmieścić, a oprogramowanie na zasadzie sprawdzenia wszystkich możliwych kombinacji starało się ustalić, która z nich będzie tą najbardziej optymalną. Takie narzędzia są już niewystarczające.

Najnowszą technologią, która trafiła do rąk konstruktorów dając im nowe możliwości jest niewątpliwie technologia Generative Design. Pozwala ona na automatyczne wygenerowanie ogromnej ilości wariantów na podstawie zadanych warunków brzegowych. Dzięki temu konstruktor nie musi samodzielnie przygotowywać modelu i modyfikować pojedynczych wartości parametrów w niewielkich – bezpiecznych – granicach obserwując, jak zmienia się charakterystyka produktu. Teraz, dzięki Generative Design model tworzony jest w całości przez komputer. Po zdefiniowaniu warunków brzegowych model tworzony jest od zera. Na podstawie nieskończonej ilości wyników spełniających zadane kryteria można oprzeć wygląd nowego przedmiotu lub zainspirować się w dalszej pracy.

Nieoczywisty projekt krzesła

Dobrym przykładem ilustrującym możliwości tej nowej technologii jest przypadek zastosowania jej podczas projektowania krzesła. Zadano kilka parametrów, które krzesło musiało spełniać: wysokość siedziska, liczbę nóg, szerokość całego mebla oraz maksymalne obciążenie, któremu zostanie poddane. Na tej podstawie algorytm stworzył kilkadziesiąt wariantów odpowiadających zadanym parametrom. Oczywiście wiele z nich było nieakceptowalnych lub najzwyczajniej brzydkich. Ważne jednak jest to, że kilka z nich nadawało się do produkcji. Co więcej, kształty zaproponowane przez komputer często wykraczały poza to, co mogłoby przyjść do głowy projektantowi podczas standardowego procesu projektowego.

Wykorzystanie nowego narzędzia pozwoliło konstruktorowi nie tylko przyspieszyć czas potrzebny na opracowanie nowego mebla, ale też pomogło zwiększyć jego kreatywność podpowiadając różne, często nieoczywiste kształty. Dzięki temu powstał mebel jedyny w swoim rodzaju. O nietypowym kształcie, bardziej przypominającym roślinę niż znany każdemu element wyposażenia wnętrza. Zastosowanie technologii Generative Design sprawiło, że otrzymano obiekt o niespotykanej dotąd formie.

Druk 3D otworzył nowe możliwości

Częstym pytaniem i wątpliwością jest koszt wdrożenia tego typu technologii oraz fizyczne możliwości produkcji otrzymanych kształtów. Do tej pory produkcja zaawansowanych, dowolnych kształtów była niemożliwa z użyciem tradycyjnych metod. Dopiero technologia druku 3D z metodą SLS (Selektywne Spiekanie Laserowe) pozwala tworzyć elementy metalowe w dowolnych, nawet najbardziej nieregularnych kształtach. Wraz z rozwojem druku 3D kształt elementu przestaje być jakimkolwiek problemem. Obecnie największą przeszkodą może okazać się koszt takiego rozwiązania. Oczywistym jest, że cena elementu otrzymanego w technologii druku 3D będzie większa, niż wieloseryjna produkcja metodami tradycyjnymi. Czasami jednak korzyści wynikające z produkcji części wykorzystując Generative Design w dłuższej perspektywie czasu przewyższają początkowe wyższe koszty. Przykładem takiego wykorzystania tej technologii jest wdrożenie w firmie Airbus. Z wykorzystaniem Generative Design, utworzyła nową wersję ścianki podziałowej kabiny, samolotu. Nowa konstrukcja okazała się nie tylko lżejsza, ale i wytrzymalsza od tej, która do tej pory była wykorzystywana Początkowe, wyższe koszty produkcji nie były problemem, ponieważ bardzo szybko koszty się zwróciły po obliczeniu o ile mniej paliwa lotniczego jest zużywane dzięki obniżeniu masy jednej tylko części. Szybko okazało się, że są branże, w których za pomocą tradycyjnych metod projektowych dawno już zbliżono się do optymalnych rozwiązań, a gdzie obniżenie masy o każdy kilogram daje zyski rzędu milionów dolarów i w których osiągnięcie dalszych oszczędności możliwe jest jedynie z użyciem najnowszym metod i możliwości. Branża lotnicza jest tego idealnym przykładem.

Wykorzystanie Generative Design nie musi mieć miejsca jedynie w przemyśle. Nowe technologie zawsze z czasem znajdują zastosowanie w nieoczywistych obszarach. Przykładem takim może być produkcja biżuterii. Skoro można spiekać metalowy proszek, to nic nie stoi na przeszkodzie, aby tym metalem było złoto lub srebro. Dzięki temu można tworzyć zupełnie nowe wzory biżuterii, w kształtach, które nigdy wcześniej nie miały prawa powstać. Jest to tylko jeden przykład niebanalnego wykorzystania nowej technologii.

Kolejnym przykładem zastosowania nowej technologii jest firma Under Armour, która wykorzystała strukturę materiału poddanego działaniu algorytmów jako element designu, a nie jedynie jako sposób na optymalizację wyglądu swojego produktu. Trzeba przyznać, że nowy model ich butów dzięki zastosowaniu Generative Design wygląda bardzo futurystycznie. Można tylko się zastanawiać jakie jeszcze zastosowanie dla tej technologii zostanie opracowane w przyszłości.

Przeplatające się technologie

Często dowiadując się o nowej technologii pojawia się pytanie o zasadność jej istnienia i wykorzystania. Najczęściej jednak okazuje się, że wiele z tych nowych rozwiązań przeplata się między sobą doprowadzając do rewolucyjnych zmian w naszym życiu. Szanse, które przed nami się otwierają są często niezauważalne na pierwszy rzut oka.

Ewolucja tych rozwiązań oraz prędkość, z jaką jedno jest zastępowane przez kolejne robi ogromne wrażenie. Technologie, które jeszcze kilka lat temu mogliśmy oglądać tylko w filmach i o których czytaliśmy w powieściach science-fiction teraz wkraczają do życia codziennego. Jednego można być pewnym: ten, kto nie będzie starał się sprostać pędzącym i stale zmieniającym się wymaganiom rynku i nie będzie wdrażał nowej technologii prędzej czy później będzie musiał pogodzić się z przegraną w walce z konkurencją.

Źródło grafik: Autodesk