Generatives Design ist ein iterativer Prozess, der Ingenieuren eine Möglichkeit bietet, Produkte so zu kreieren und zu optimieren, wie es mit traditionellen Methoden unmöglich ist. Es wird häufig missverstanden, fälschlicherweise mit generativer KI in einen Topf geworfen und angenommen, dass es die Rolle des Ingenieurs ersetzen könnte. In diesem Beitrag definieren wir klar, was generatives Design ist, was es für Sie tun kann und heben hervor, wie Tech Soft 3D generative Design-Workflows unterstützt.

Was ist Generatives Design?

Generatives Design beinhaltet das Umreißen klar definierter Kriterien oder Einschränkungen und die Verwendung von Software-Tools, um Ausgaben basierend auf diesen Parametern zu erstellen. Diese Art von Designprozess ist iterativ, wobei sowohl das Ergebnis als auch die Kriterien verfeinert werden, bis das Endprodukt zufriedenstellend ist.

Generatives Design wird in einer breiten Palette von Industrien genutzt, von Ingenieurwesen, Luftfahrt und Architektur bis hin zur Gestaltung von Konsumgütern und Stadtplanung. Entscheidend ist, dass der Begriff Generatives Design nicht auf einen Satz von Technologien oder einen einzelnen Prozess verweist, sondern auf einen breiten Designprozess, der durch seine iterative Natur, Einschränkungen und Abweichung von traditionelleren Designmethoden definiert ist.

Generatives Design vs. Künstliche Intelligenz

Es gibt viele verschiedene Arten von KI. Der derzeitige Boom in der Konversation über das Thema wird teilweise durch Entwicklungen in der generativen KI angeheizt. Wie der Name schon sagt, kann diese Art von künstlicher Intelligenz basierend auf Eingabeaufforderungen Bilder, Texte, Videos, Code und mehr basierend auf ihren großen Sprachmodellen erstellen. Dieser "kreative" Aspekt zusammen mit der gemeinsamen Verwendung des Wortes "generativ" hat zu viel Verwirrung über generative KI im Vergleich zum generativen Design geführt.

Um es ganz klar zu sagen: generatives Design ist keine Art von KI-basierter Technologie. Während es Orte im Workflow des generativen Designs gibt, an denen KI-Tools verwendet werden können, ist der Prozess selbst nicht von Natur aus KI-basiert, noch wird KI in Ingenieuranwendungen des generativen Designs weit verbreitet eingesetzt.

Ein weitaus nützlicherer Vergleich für Entwickler, Entscheidungsträger und Endbenutzer ist es, darüber zu diskutieren, wie sich generatives Design von traditionellem Ingenieurwesen unterscheidet.

Generatives Design vs. Traditionelles Design

Generatives Design sieht vor, dass Ingenieure viel mehr Zeit und Energie darauf verwenden als bei traditionellen Methoden, Einschränkungen festzulegen, bevor ein Design erstellt wird. Das Design wird mithilfe von Algorithmen erstellt, die von diesen Kriterien informiert werden und dann durch Simulationstools getestet und optimiert werden. Die verschiedenen Phasen dieses Prozesses werden wiederholt, bis die Ingenieure mit den Ergebnissen zufrieden sind. Die drei breiten Phasen des generativen Designprozesses sind:

1. Festlegung der Einschränkungen

2. Erforschung der Form

3. Simulation und Optimierung

Einschränkungsdefinition

In der Festlegung der Einschränkungen Phase beginnen Ingenieure damit, die funktionalen Anforderungen und Einschränkungen zu erstellen oder anzupassen; ein gewaltiger Aufwand wird in diesen Prozess investiert. Diese Phase stützt sich auch darauf, eine klare Definition der Ziele des Designs, der Daten, die zur Information der Algorithmen verwendet werden, und der besten zu verwendenden Algorithmen zu erstellen.

Einschränkungen können physische und funktionelle Bedürfnisse wie Thermodynamik, strukturelle Anforderungen und dann Materialien, Kosten, Verfügbarkeit von Ressourcen usw. umfassen. Zusätzlich werden Fertigungseinschränkungen berücksichtigt, wie z.B. die Grenzen einer CNC-Maschine oder wie der Kühlprozess beim Spritzgießen Verzerrungen verursachen kann.

Diese Anforderungen informieren den generativen Design-Algorithmus, bevor das Erstellen eines 3D-Modells erfolgt, anstatt traditioneller Simulation nach der Erstellung eines Modells.

Der Prozess der klar definierten Regeln, die den Designprozess informieren, ist ein Eckpfeiler des generativen Designs

Erforschung der Form

Ein parametrischer Modellierer würde einen anderen Ansatz wählen. Dieser Prozess beginnt mit einem anfänglichen parametrischen Design. Das Design könnte ein Loch mit einem Radius von 5 cm beinhalten. Die Erforschung der Form würde beinhalten, dass der Algorithmus verschiedene Größen für dieses Loch untersucht.

Simulation und Optimierung

Ingenieure verwenden eine Vielzahl von Simulationstools, um das Produkt der Algorithmen in den vorherigen Schritten zu bewerten. Dies wird sich erheblich unterscheiden, abhängig davon, was Sie erstellen.

Der Ingenieur verwendet Optimierungstools und die von ihnen definierten Parameter, um auf verschiedene Formen zu iterieren. Ingenieure versuchen, das Teil so nah wie möglich an ihr Ideal heranzuführen und dann die vorherigen Schritte zu wiederholen, um bei Bedarf Verbesserungen vorzunehmen. Der zugrunde liegende Algorithmus und die Einschränkungen können geändert werden, wobei der Ingenieur den Prozess anpasst, um dem gewünschten Ergebnis näher zu kommen.

Simulation spielt eine Rolle im gesamten generativen Designprozess. Mit den wichtigsten definierten und wiederholt angepassten Einschränkungen simuliert der Algorithmus viele Designs und präsentiert einige, die möglicherweise die Akzeptanzkriterien erfüllen. Der Algorithmus selbst wird auch angepasst. Genau wie in einem traditionellen Workflow werden die Ergebnisse genutzt, um iterativ vorzugehen und das Endergebnis zu verbessern.

Oft benötigt das Endprodukt noch Arbeit in traditioneller CAD-Software, einem Maschenglättungs-Tool oder einem anderen Prozess, um ein generiertes Design herstellbarer zu machen.

Warum Generatives Design verwenden?

Der Prozess des generativen Designs unterscheidet sich erheblich von traditionellen Designprozessen und bietet Ingenieuren eine Vielzahl von Vorteilen. Traditionelles Design erfordert die Erstellung und das Testen verschiedener Designs. Menschlicher Input ist während des gesamten Prozesses erforderlich. Das Erreichen der optimalen Lösung beruht auf der Verbesserung des Modells, geleitet durch Simulation, Tests und Erfahrung. Jede Iteration kostet Zeit und Geld, und Teams können oft nur eine Handvoll Iterationen in der verfügbaren Zeit/Budget verwalten.

Generatives Design ermöglicht es Teams, potenziell tausende Malezu iterieren und jeden unter einer größeren Vielfalt von Bedingungen und Einschränkungen zu testen. Wie Sie im obigen Beispiel sehen können, können die Ergebnisse unähnlich zu etwas sein, das ein menschlicher Designer erstellen würde. Dies ermöglicht es Ingenieuren, weit mehr Ideen zu testen, als es menschlich möglich wäre, wodurch optimalere Designs entstehen, die möglicherweise in traditionelleren Workflows übersehen werden. Generatives Design kann daher bei richtiger Anwendung Organisationen erheblich Zeit und Geld sparen.

Ersetzt Generatives Design "Ingenieure"?

Nein. Ingenieure bleiben in jeder Phase des Designprozesses, ob traditionell oder generativ, unverzichtbar.

Die Erstellung von Anforderungen, Einschränkungen und kontextuellen Regeln für das Simulationsmodell ist einer der komplexesten Teile des neuen Designprozesses. Ingenieure müssen das Problem sorgfältig auf seine Kernelemente und Einschränkungen reduzieren, eine äußerst schwierige Aufgabe.

Ingenieure sind entscheidend für die Modifikation oder Anleitung des Simulationsmodells und die Bewertung des Outputs. Nachdem das Modell ein Design erstellt und es durch seinen Prozess bewertet hat, müssen Ingenieure die Ergebnisse prüfen und entscheiden, was geändert werden muss.

Trotz seiner Nützlichkeit ist der generative Designprozess extrem begrenzt in seiner Fähigkeit, kompliziertere Teile zu erstellen. Während unsere Simulations- und Einschränkungsaufbauten stark sind, sind diese Werkzeuge keine perfekten Repräsentationen.

Für größere und komplexere Teile und Baugruppen liefern Multiphysik-Simulationen und Tests weit von vollständig akkuraten Ergebnissen entfernt. Daher müssen Ingenieure generatives Design vorsichtig bei Einzelteilen oder kleinen Baugruppen verwenden, bevor sie ihre eigene Erfahrung und andere Werkzeuge nutzen. Je detaillierter ein Bauteil oder die Lasten, denen es ausgesetzt wird, desto herausfordernder ist die Rolle des Ingenieurs.

Wie unterstützt Tech Soft 3D Generatives Design?

Generatives Design verändert die Arbeitsweise von Ingenieuren in einer Vielzahl von Industrien. Dies stellt Entwickler vor neue Herausforderungen und Chancen. Unsere SDKs bieten einzigartige Möglichkeiten, Schmerzpunkte anzugehen, Innovation voranzutreiben und das Beste aus generativem Design und anderen kreativen Prozessen herauszuholen. Ganz gleich, welche Ingenieursoftware Sie erstellen, Tech Soft 3D Toolkits können Ihnen einen Wettbewerbsvorteil bieten und gleichzeitig Zeit und Geld im Entwicklungsprozess sparen.

Wir können Ihre CAD-Datenimportbedürfnisse mit HOOPS Exchange für den direkten Zugriff auf über 30 verschiedene CAD-Dateiformate unterstützen, während HOOPS Access API-Zugriff auf ebenso viele CAE-Dateiformate bietet, einschließlich Simulationsergebnissen und vorverarbeiteten Meshes. Diese Toolkits ermöglichen den Zugriff auf reichhaltige 3D-Daten innerhalb Ihrer Anwendung und bieten eine einfache Erstellung von Lernsets zur Schulung eines KI-Modells oder, als Eingabeaufforderung, einen Ausgangspunkt für einen generativen Algorithmus.

Generative Algorithmen benötigen Werkzeuge zum Definieren und Lösen von Simulationsmodellen. HOOPS Solve ist ein Satz von Entwicklerwerkzeugen, die die Entwicklung und Implementierung von Algorithmen mit einer Vielzahl von Linearalgebra- und Matrizenwerkzeugen sowie interaktiven linearen und Eigen-Lösern starten. Eine weitere Möglichkeit, wie Tech Soft 3D die Evolution des computergestützten Designs und der Fertigung unterstützt, ist durch unsere leistungsstarken Visualisierungstoolkits.

Generative Designalgorithmen können viele verschiedene Designs ausgeben, die von einer tatsächlichen Person überprüft werden müssen. Ein zuverlässiges und leistungsstarkes Grafikframework zum Visualisieren und Navigieren dieser Informationen ist entscheidend. Unsere Toolkits ermöglichen es Entwicklern, intelligente, interaktive 3D-Interfaces innerhalb ihrer Anwendungen zu erstellen. Über die Hälfte der heutigen CAD- und CAM-Systeme werden von Siemens Parasolid, dem weltweit führenden Kern für die Volumenmodellierung, angetrieben. Tech Soft 3D ist der einzige Wiederverkäufer von Parasolid und wir haben direkte Integrationen mit vielen unserer bestehenden Toolkits, was eine schnelle Anwendungsentwicklung ermöglicht. Die Volumenmodellierung ist wichtig für BREP und die Erstellung und Verfeinerung parametrischer Modelle.

HOOPS Visualize unterstützt diejenigen, die für Desktop- und Mobile-Anwendungen entwickeln. Es hat auch eine Webversion, die Entwickler beim Erstellen von 3D-Webanwendungen unterstützt. Für diejenigen, die mit CAE-Daten arbeiten, bietet HOOPS Envision das Komplettpaket an CAE-Datenimport, Analyse, Visualisierung, Berichterstattung und Automatisierung.

Alternativ, wenn Ihr Datenmodell auf Polygonen basiert oder Sie additive Fertigungssoftware (3D-Druck) entwickeln, sind wir der exklusive Wiederverkäufer von Machineworks Polygonica, dem marktführenden Toolkit für polygonale und Mehsmodellierung. Wie bei Parasolid haben wir direkte Integrationen mit vielen unserer bestehenden SDKs.

Wie erwähnt, befindet sich das generative Design noch in seinen Anfängen. Mit Verbesserungen in der Technologie, von Simulation und Analyse bis hin zu leistungsstärkeren Hardware und künstlicher Intelligenz, wird das generative Design seine Kapazität, Designprozesse zu revolutionieren, weiter ausbauen.

Tech Soft 3D freut sich, diese Veränderungen zu unterstützen und wird seine Fähigkeiten in diesen bahnbrechenden Technologien weiterentwickeln.

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