Сьогодні поговоримо про Shape Optimization та Generative Design. А також про те чи завжди потрібна оця оптимізація, хоч у вигляді генеративного дизайну, хоч у вигляді чогось простішого.
Також визначимо, що таке генеративний дизайн в теорії та в розумінні Автодеска і чому є певні розбіжності між цими поняттями.
Також порівняємо генеративный дизайн та топологічну оптимізацію, поговоримо про переваги того, що автодеск називає генеративним дизайном та, якщо встигнемо, подивимось класичні маркетингові картинки. Вони демонструють, як генеративний дизайн допомагає у вирішенні різних задач.
Текст базується на основі відео:
На порталі Autodesk стаття буде опублікована по частинах:
- Визначення терміну “Генеративний Дизайн” (GD=Generative Design)
- Поівняння результату “ручної” оптимізації та “топологічної”
- Порівняння GD та TO (Topology Optimization)
- Переваги GD
- Приклади користувачів
Повний текст публікації єдиним шматком можна прочитати тут.
То ж, почнемо:
Визначення терміну “Генеративний Дизайн”
Частково прикладом корисності GD є вироб General Motors, продемонстрований якраз на початку публікації – тобто декілька деталей-збірка з, наскільки я пам’ятаю, 30 одиниць, більшість з яких виготовляється штампуванням, а сам виріб – збиранням.
Всі ці деталі були замінені на одну, яка може бути виготовлена або методом 3D друку або ливарним виробництвом. Це не тільки призвело до економії маси, але і значно спростило технологічну задачу зі збирання цих об’єктів.
Що стосується переваг, які надають топологічна оптимізація та генеративний дизайн – їх дуже багато і давайте про них трошки поговоримо.
Коли ми займаємось проектуванням, в нас є три різних варіанти поведінки.
Ми можемо робити тільки абсолютний мінімум з того, що є необхідним і, по суті, це оформлювати 3D креслення чи 2D креслення та віддавати їх на виробництво. А там далі хай вони розбираються. Для цього нам достатньо AutoCAD, а може, навіть і звичайного Paint. І в принципі AutoCAD перших версій, який ще вміщався лише на дискети, був достатнім для того, щоб вирішувати подібні задачі. Звісно, на поточний момент AutoCAD є значно більш потужним. Тому це не спроба образити продукт компанії Autodesk. Але мова про те, що слово “AutoCAD” дуже часто асоціюється з кресленнями. І відповідно, якщо ми мінімізуємось на кресленнях або навіть на якихось простеньких 3D-моделях, то це мінімум. Абсолютний мінімум, того що потрібно.
Якщо ми рухаємось трошки вперед, якщо ми дивимось на потреби сьогодення і те, як відбувається процес проектування у багатьох компаніях, то треба розуміти: креслення – це вже те, що всі давно прийшли. Треба робити 3D моделі, треба тестувати, як вони складаються один з одним, треба виконувати певні розрахунки з працездатності ось всіх цих елементів конструкції. Але це виклики, які пропонує сьогодення. Це ми можемо відповісти на запити, які були вчора. Можливо, сьогодні, але не “сьогодні підвечір”, як то кажуть. І не “сьогодні” – в сенсі на завтра. І якщо ми говоримо про те, що нам потрібно прискорювати процес розробки, якщо ми говоримо, про те, що нам треба робити деталі більш екологічними, більш міцними і багато інших питань, то треба використовувати не тільки ті можливості, які вже використовують всі.
Важливо також використовувати можливості, які поки що дають конкурентну перевагу, а завтра вже стануть інструментами, якими користуються всі. Тобто треба передбачувати потреби, треба робити Design of experiments або Design Exploration. Треба виконувати проектні дослідження і автоматизацію цих проектних досліджень, зокрема з урахуванням потреб виробництва.
Ось на цей запит реагує Generative Design як такий.
Проте, коли ми говоримо про Generative Design, треба розуміти, що є купа різних додаткових термінів, на основі яких відбувається така собі певна “інсинуація”. На їх основі роблять такі дуже цікаві перетини і підміни понять з рекламними маркетинговими матеріалами.
Ці рекламні матеріали дуже круто все розповідають, але не завжди зрозуміло, про що йдеться.
Generative Design часто пов’язують з такими термінами, як Topology Optimization, Shape Optimization, Bionic Design topology (тобто розробка таких форм, які схожі до природні)
Topology та Shape – це “оптимізація форми”. Topology – це, в принципі, математичний термін, який описує форму, в тому числі є parametric optimization (параметрична оптимізація), процедурна оптимізація… та багато іншого.
Різні компанії, залежно від того, який продукт вони роблять, пов’язують Generative Design з ось цими напрямами. І, в принципі, ці всі терміни дуже сильно пов’язані з глобальним терміном Generative Design. Також цей термін дуже активно пов’язаний з адитивними технологіями та технологіями 3D друку, оскільки зазвичай форми, які генеруються, особливо якщо ми говоримо про generative design у машинобудуванні – їх дуже складно виготовити якимось іншим чином.
Хоча є варіанти і про це ми теж поговоримо.
І дуже часто це пов’язано з HPC (high-performance computing), тобто з комп’ютерами високої потужності, великими обчислювальними можливостями та з хмарними рішеннями. Така потреба базується на тому, що це дуже місткі, ресурсоємні задачі, які потребують великої кількості ітерацій і напрямків, і, відповідно, на локальному комп’ютері це вирішувати дуже проблемно.
Тому або hpc з кластерами, або хмарні обчислення. Але це стосується “заліза”, на якому воно працює. Коли треба пояснити, яким чином працюють алгоритми з ось цією кількістю даних… то зазвичай використовують посилання на те, що є штучний інтелект, є нейронні мережі глибокого навчання або якісь інструменти роботи з великими масивами даних.
Тобто Generative Design – це ось все це (всі слова слайда, які описані вище).
І, в принципі, навіть не дуже сильно обманюють ті компанії, які говорять про те, як працює все це.
Втім, тут є певні моменти.
Бо, як кажуть деякі люди, коли ми говоримо про штучний інтелект, то треба розуміти, що це просто ми купу разів виконуємо в програмуванні команду “if then else”. Ну, і цикли… хоча це не зовсім правда
Все ж таки, певні підстави, щоб так сказати, є.
Тому треба все ж таки пояснити, чим є Generative Design.
У нас в Україні під словом “Дизайн” мається на увазі щось таке “красивеньке”, щось таке, що прикольно та стильно виглядає, і все інше.
Але, насправді, з англійської мови, звідки це пішло, мається на увазі не “дизайн” в нашому розумінні – тобто суто зовнішній (і якийсь прикольний) “вигляд”.
Натомість Design – це процес розробки та процес проектування, i Generate – це створювати, але Generation – це покоління.
І от Generative Design – це ітераційний процес розробки чогось, заснований на поколіннях, де ми поступово створюємо об’єкти, наближаємось до того, що ми хочемо побачити.
Generative Design в принципі може бути не пов’язаний з машинобудуванням, він використовується і в веб-технологіях, і в графічному дизайні, і будь-де.
Питання в тому, що є певний алгоритми, є певна кількість випадкових речей, і ми – генерація від генерації, ітерація до ітерації – розробляємо певну кількість результатів. Далі вказуємо, які результати нас цікавлять, і розвиваємо саме їх. І далі, до того моменту, поки не отримуємо щось таке, що нас влаштовує.
Тобто ми: генеруємо -> оцінюємо -> генеруємо -> оцінюємо ->…
і так в циклі.
Generative Design за класичним визначенням не пов’язаний з комп’ютером, не пов’язаний з високими технологіями. Це те, що в принципі можна виконати вручну на папері. Але, звісно, на папері це буде досить довго. Тому комп’ютерні програми, які використовують підходи Generative Design`у – вони є дуже ефективними. І якщо ми говоримо про машинобудування, то через те, що фізичні закони однакові, але їх реалізація для різних об’єктів, які працюють по-різному – вона трошки відрізняється.
Через все Generative Design дуже часто пов’язують з генерацією або геометрії як такої, або геометрії на основі задач фізики. Для розрахунку задач фізики використовується метод скінченних елементів та методи тої чи іншої оптимізації форми об’єкту.
В машинобудування термін Generative Design активно впроваджувала компанія Autodesk із своїми інструментами. Для того, щоб пояснити, чим відрізняються (від конкурентів) ті інструменти, ті технології, які розробила саме компанія Autodesk, вона взяла за основу термін, який в машинобудуванні значно менше використовувався, ніж, наприклад, у комп’ютерній графіці чи в веб-дизайні.
Вона підійшла до цього, бо компанія Autodesk є багатопрофільною і мультимедіа задачі – це один з напрямів, вона дуже добре знає цю сторону дизайну. Відповідно, вони розробили інструменти, які мають певні ознаки ось цього самого “дженеративного дизайну” і назвали так свої інструменти.
У мене є більш детальна публікація про те як відрізняється Generative Design в описі компанії Autodesk від того, що він з себе представляє (на мою думку).
Тут треба відразу сказати, що, коли компанія Autodesk розповідає про Generative Design, і коли потім розповідають про Generative Design компанії, які афільовані, так чи інакше, з компанією Autodesk, це трошки різні процеси.
Компанія Autodesk про Generative Design розповідає досить коректно і досить тактично, а от деякі компанії, що продають цей софт, або компанії, які використовують цей софт, іноді дозволяють собі значно більше вольностей. І через це ось публікації, про які я казав, вони є не стільки критикою компанії Autodesk, скільки критикою тієї думки, того образу, який утворився у терміна Generative Design. І це, з моєї особистої точки зору, є дуже важливим. Бо коли ти від технології очікуєш те що, вона не може дати – це, все ж таки, не дуже добре.
Таким чином нам треба визначитися з тим чи може бути така оптимізація чи генератичний дизайн бути корисними, і це буде зроблено в наступній публікації: "Поівняння результату “ручної” оптимізації та “топологічної”".
Щоб залишити тут коментар, ви маєте зареєструватися. Якщо ви вже зареєструвалися, увійдіть у систему. Якщо ви не зареєструвалися, зареєструйтесь і увійдіть у систему.