Šiuolaikiniai gamybos įrankiai, tokie kaip 3D spausdintuvai, gali pagaminti tokias konstrukcines medžiagas, kokios būtų buvę sudėtingos arba neįmanomos naudojant įprastus įrankius. Tuo tarpu naujos generatyvaus projektavimo sistemos gali labai išnaudoti šį lankstumą kuriant naujoviškus naujo pastato, automobilio ar praktiškai bet kurio kito įrenginio dalių dizainus.
Tačiau tokios „juodosios dėžės“ automatizuotos sistemos dažnai nesugeba sukurti projektų, kurie būtų visiškai optimizuoti pagal paskirtį, pavyzdžiui, užtikrina didžiausią stiprumą proporcingai svoriui arba sumažina medžiagos, reikalingos tam tikrai apkrovai, kiekį. Kita vertus, visiškai rankinis projektavimas užima daug laiko ir reikalauja daug darbo.
Dabar MIT mokslininkai rado būdą, kaip pasiekti geriausių abiejų šių metodų. Jie naudojo automatizuotą projektavimo sistemą, bet periodiškai sustabdė procesą, kad žmonių inžinieriai galėtų įvertinti vykdomą darbą ir atlikti pakeitimus arba koregavimus prieš leisdami kompiuteriui atnaujinti projektavimo procesą. Įvedus keletą iš šių iteracijų, rezultatai buvo geresni nei tie, kuriuos sukūrė vien automatizuota sistema, ir procesas buvo baigtas greičiau, palyginti su visiškai rankiniu būdu.
Rezultatai paskelbti šią savaitę žurnale Struktūrinis ir daugiadisciplinis optimizavimasMIT doktoranto Dat Ha ir civilinės ir aplinkos inžinerijos docentės Josephine Carstensen straipsnyje.
Carstensenas paaiškina, kad pagrindinis metodas gali būti taikomas įvairioms svarstyklėms ir pritaikymams kuriant viską nuo biomedicinos prietaisų iki nanomastelio medžiagų iki dangoraižio konstrukcinių atraminių elementų. Jau dabar automatizuotos projektavimo sistemos rado daugybę pritaikymų. „Jei galime padaryti viską geriau, jei galime padaryti viską, ko norime, kodėl gi nepadarius to geriau? ji klausia.
„Tai būdas pasinaudoti tuo, kaip galime padaryti dalykus daug sudėtingesniais būdais, nei galėjome praeityje”, – sako Ha ir priduria, kad per pastarąjį dešimtmetį automatinės projektavimo sistemos jau buvo plačiai naudojamos automobilių ir kosmoso pramonėje. , kur pagrindinis poreikis yra sumažinti svorį išlaikant konstrukcijos tvirtumą.
„Galite atimti daug svorio iš komponentų, o šiose dviejose pramonės šakose viskas priklauso nuo svorio“, – sako jis. Kai kuriais atvejais, pavyzdžiui, nematomi vidiniai komponentai, išvaizda neturi reikšmės, tačiau kitoms struktūroms estetika taip pat gali būti svarbi. Naujoji sistema leidžia optimizuoti dizainą pagal vizualines ir mechanines savybes, o priimant tokius sprendimus būtinas žmogaus prisilietimas.
Norėdami parodyti savo procesą, mokslininkai sukūrė daugybę konstrukcinių laikančiųjų sijų, kurios gali būti naudojamos pastate ar tilte. Iteracijos metu jie pamatė, kad dizainas turi sritį, kuri gali sugesti anksčiau laiko, todėl pasirinko šią funkciją ir reikalavo, kad programa ją išspręstų. Tada kompiuterinė sistema atitinkamai peržiūrėjo dizainą, pašalindama paryškintą statramstį ir sustiprindama kai kuriuos kitus statramsčius, kad būtų kompensuota, o tai pagerino galutinį dizainą.
Procesas, kurį jie vadina žmogaus informuotu topologijos optimizavimu, prasideda nustatant reikiamas specifikacijas – pavyzdžiui, pluoštas turi būti tokio ilgio, jo galuose paremtas dviem taškais ir turi išlaikyti tokią didelę apkrovą. „Kadangi matome, kaip struktūra vystosi kompiuterio ekrane, reaguodama į pradines specifikacijas“, – sako Carstensenas, – „pertraukiame dizainą ir prašome vartotojo įvertinti tai. Naudotojas gali pasirinkti, tarkime, „Aš nesu šio regiono gerbėjas. Norėčiau, kad padidintumėte arba sumažintumėte šį funkcijos dydžio reikalavimą“. Ir tada algoritmas atsižvelgia į vartotojo įvestį.
Nors rezultatas nėra toks idealus, koks gali būti pasiektas naudojant visiškai griežtą, tačiau žymiai lėtesnį projektavimo algoritmą, kuriame atsižvelgiama į pagrindinę fiziką, ji teigia, kad tai gali būti daug geresnis nei rezultatas, kurį sukuria vien greita automatizuota projektavimo sistema. „Jūs negaunate to, kas yra taip gerai, bet tai nebūtinai buvo tikslas. Galime parodyti, kad užuot sunaudoję kelias valandas, kad ką nors gautume, galime panaudoti 10 minučių ir gauti ką nors daug geresnio, nei pradėjome.
Sistema gali būti naudojama siekiant optimizuoti dizainą pagal bet kokias norimas savybes, ne tik stiprumą ir svorį. Pavyzdžiui, jis gali būti naudojamas siekiant sumažinti lūžimą ar sulinkimą arba sumažinti medžiagos įtempimą suminkštinant kampus.
Carstensenas sako: „Mes nesiekiame pakeisti septynių valandų sprendimo. Jei turite visą laiką ir visus išteklius pasaulyje, akivaizdu, kad galite juos naudoti ir tai suteiks jums geriausią sprendimą. Tačiau daugelyje situacijų, pavyzdžiui, kuriant atsargines dalis įrangai karo zonoje arba pagalbos nelaimės zonoje, kurioje yra ribota skaičiavimo galia, „toks sprendimas, kuris būtų tiesiogiai patenkintas jūsų poreikius, būtų vyraujantis“.
Panašiai mažesnėms įmonėms, gaminančioms įrangą iš esmės „mama ir pop“ versle, tokia supaprastinta sistema gali būti tik bilietas. Carstensen sako, kad jų sukurta nauja sistema yra ne tik paprasta ir efektyvi, kad ji būtų naudojama mažesniuose kompiuteriuose, bet ir reikalauja daug mažiau mokymų, kad būtų gauti naudingi rezultatai. Pagrindinė dvimatė programinės įrangos versija, tinkama projektuoti pagrindines sijas ir konstrukcines dalis, dabar yra laisvai prieinama internete, sako ji, komandai toliau kuriant pilną 3D versiją.
„Galimas prof. Carstenseno tyrimų ir įrankių pritaikymas yra gana nepaprastas“, – sako Christianas Málaga-Chuquitaype, Londono imperatoriškojo koledžo civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorius, kuris nebuvo susijęs su šiuo darbu. „Šiuo darbu jos grupė atveria kelią tikrai sinergiškai žmogaus ir mašinos projektavimo sąveikai.
„Inžinerinę „intuiciją“ (arba inžinerinį „sprendimą“) integruojant į griežtą, tačiau skaičiavimo požiūriu veiksmingą topologijos optimizavimo procesą, žmogaus inžinieriui suteikiama galimybė vadovauti kuriant optimalias struktūrines konfigūracijas taip, kaip anksčiau mums nebuvo prieinama. “ – priduria jis. „Jos išvados gali pakeisti būdą, kaip inžinieriai sprendžia „kasdienes“ projektavimo užduotis.
