ジェネレーティブデザインについて知っておくべきこと

デジタルデザインの進歩

デジタル設計およびシミュレーションツールは、エンジニアや設計者の働き方を変えました。過去数十年にわたって、これらのツールは、計算能力がより安価になり、よりアクセスしやすくなるにつれて、より高速になり、機能が豊富になりました。 5 ～ 10 年前にスーパーコンピューターや高性能クラスターで実行されていた大規模な問題が、ラップトップで実行できるようになりました。

同時に、コンピュータサイエンティストは、機械学習や人工知能などのアルゴリズムと最適化スキームを構築しました。これにより、大規模なデータセットを処理し、数千から数百万の変数を伴う複雑な問題を解決できます。

エンジニアリングソフトウェア企業は、ジェネレーティブデザイン機能をベース CAD パッケージに組み込んだり、単純なアドオンとして提供したりすることが増えています。また、ジェネレーティブデザインとトポロジー最適化ツールがシミュレーションパッケージに組み込まれている場合もあります。

シミュレーションパッケージは通常、CAD アドオンよりも多くのトグルとコントロールを提供しますが、有限要素パッケージの実行に伴う一定レベルの専門知識も必要とします。これらのプログラムは大幅に改善されており、ユーザーはフィードバックを提供して、プログラムをより良く、より便利なものにしています。

ジェネレーティブデザインとは

多くのエンジニアはジェネレーティブデザインツールにアクセスできますが、ジェネレーティブデザインとは何か、またそれを何に使用するかを常に知っているわけではありません。ジェネレーティブデザインは、デザイン、シミュレーション、最適化という 3 つの異なる分野を組み合わせて、数千から数百万の自由度を考慮した超強力なパラメトリックシミュレーションを作成します。

実際には、デザイナーは空いている余白から始め、コンピューターは必要な場所にのみ素材を埋めるように働きます。コンピューターは、与えられた一連の入力に対して最適な (絶対的に最適な) モデルではなく、最適な (一連の非常に優れたソリューションの 1 つ) を定義します。

ジェネレーティブデザインは、最適化スキームが他のすべての可能なデザインと比較して特定のデザインの品質について確実性を提供できないため、絶対的に最適なソリューションを生み出すことはできません.

ジェネレーティブデザインのメリット

ジェネレーティブデザインは最適な結果を生み出さないかもしれませんが、新しい、より効率的な作業方法を提供します。このテクノロジが登場する前は、いくつかのパラメータを選択し、それらの変数全体で部品の性能をテストする実験計画法 (DOE) を作成する必要がありました。このアプローチは強力ですが、モデルを準備し、結果を抽出し、最適なソリューションについて結論を出すには多くの時間が必要です。

あるいは、一連の機能を最適化するために、既存の設計を少しずつ改善することもできます。これには時間がかからないかもしれませんが、最初の設計がすでに最適に近いという前提に依存しています。

ここでジェネレーティブデザインが活躍します。エンジニアにとって優れた設計候補が短時間で生成されます。この効率の向上を利用して、作業を高速化したり、設計空間を精査したり、従来のエンジニアリングの概念を超えたソリューションを検討したりできます。

非常に優れたジェネレーティブデザインのパーツを見ると、通常、論理的なデザイン要素を保持している抽象的な形状が印象的です。

ジェネレーティブデザインの制限

ジェネレーティブデザインでできないことを理解することが重要です。ジェネレーティブデザインがデザインエンジニアに取って代わることはありません。結果として得られる設計モデルは、最適化スキームと同じくらい優れているだけであり、改善はされていますが、完全ではありません.

たとえば、金属レーザー粉末層融合 (L-PBF) の場合を考えてみましょう。サポートが必要なため、大規模な部品の製造が困難になったり、非現実的になったりする可能性があります。

ほとんどのジェネレーティブデザインプログラムは、パーツの製造方法を考慮していません。そのため、エンジニアは、詳細なプロセスを必要とするサポートの必要性を削減または排除するより良いパーツを作成するために、積層造形 (DFAM) の原則を引き続き使用する必要があります。製造工程の理解。製品環境では、これらの考慮事項がパーツのコストと歩留まりに影響します。

ジェネレーティブデザインの意味

ジェネレーティブデザインの人気が高まっていることを考えると、未来はどのようなものになるのでしょうか?まず第一に、ジェネレーティブデザインツールを使用すると、設計エンジニアは 80% のソリューションにはるかに早く到達できます。将来的には、動的な衝撃や接触する部品など、より複雑なシステムをサポートするため、このテクノロジはエンジニアにとってさらに優れたものになるでしょう。

これらのメリットを享受するには、設計エンジニアはデジタル設計ツールを適切に使用するスキルを開発する必要があります。これらのタイプのツールがより利用可能になり、製品開発サイクルが促進されるにつれて、設計エンジニアと分析/シミュレーションエンジニアの間の境界線はあいまいになり続けるでしょう。

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