Diseño Generativo: Perspectivas, Mitos, y Más
El diseño generativo es un proceso iterativo que ofrece a los ingenieros una manera de crear y optimizar productos de una forma imposible con los métodos tradicionales. También se malinterpreta con frecuencia, se agrupa incorrectamente con la IA generativa y se asume que reemplaza el papel del ingeniero. En este artículo, definimos claramente qué es el diseño generativo, qué puede hacer por ti, y destacamos cómo Tech Soft 3D apoya los flujos de trabajo de diseño generativo.
¿Qué es el Diseño Generativo?
El diseño generativo implica delinear una serie de criterios claramente definidos, o restricciones, y utilizar herramientas de software para crear resultados basados en estos parámetros. Este tipo de proceso de diseño es iterativo, con tanto el resultado como los criterios siendo refinados hasta que el producto final es satisfactorio.
El diseño generativo se utiliza en una amplia variedad de industrias, desde ingeniería, aeroespacial y arquitectura hasta el diseño de productos de consumo y planificación urbana. Es fundamental entender que el término diseño generativo no se refiere a un conjunto de tecnologías o proceso único, sino a un amplio proceso de diseño definido por su naturaleza iterativa, restricciones y desviación de los métodos de diseño más tradicionales.
Diseño Generativo vs Inteligencia Artificial
Hay muchos tipos diferentes de IA. La explosión actual en la conversación sobre el tema es en parte impulsada por desarrollos en la IA generativa. Como sugiere el nombre, este tipo de inteligencia artificial puede, basándose en indicaciones, crear imágenes, textos, videos, código y más, basándose en sus modelos de lenguaje amplio. Este aspecto "creativo", junto con compartir la palabra "generativo" ha llevado a mucha confusión sobre la IA generativa frente al diseño generativo.
Para ser absolutamente claro: el diseño generativo no es un tipo de tecnología basada en IA. Aunque hay lugares en el flujo de trabajo de diseño generativo donde se pueden usar herramientas de IA, el proceso en sí no está inherentemente basado en IA, ni la IA se usa ampliamente en las aplicaciones de ingeniería del diseño generativo.
Una comparación mucho más útil para desarrolladores, tomadores de decisiones y usuarios finales es discutir cómo el diseño generativo es diferente del diseño de ingeniería tradicional.
Diseño Generativo vs. Diseño Tradicional
El diseño generativo implica que los ingenieros dediquen mucho más tiempo y energía que los métodos tradicionales a delinear restricciones antes de la creación de un diseño. El diseño se crea utilizando algoritmos que son informados por estos criterios y luego se prueban a través de herramientas de simulación y se optimizan. Las diferentes etapas de este proceso se repiten hasta que los ingenieros están satisfechos con los resultados. Las tres etapas amplias del proceso de diseño generativo son:
Definición de restricciones
Exploración de la forma
Simulación y optimización
Definición de Restricciones
En la definición de restricciones etapa, los ingenieros comienzan creando o ajustando los requisitos funcionales y las restricciones; se dedica una enorme cantidad de esfuerzo a este proceso. Esta etapa también se basa en establecer una definición clara de los objetivos del diseño, los datos que se utilizarán para informar a los algoritmos, y los mejores algoritmos para usar.
Las restricciones pueden incluir necesidades físicas y funcionales como dinámica térmica, requisitos estructurales, y luego materiales, costos, disponibilidad de recursos, etc. Además, se consideran restricciones de fabricación, como las limitaciones de una máquina CNC o cómo el proceso de enfriamiento en el moldeo por inyección puede crear deformaciones.
Estos requisitos informan al algoritmo de diseño generativo antes de la creación de un modelo 3D, en lugar de la simulación tradicional después de que se crea un modelo.
El proceso de reglas claramente definidas que informan el proceso de diseño es una piedra angular del diseño generativo
Exploración de la Forma
La siguiente fase del proceso es donde se crea un diseño del objeto, utilizando algoritmos informados por las restricciones establecidas en el último paso. Las dos tecnologías comunes utilizadas para esta etapa de algoritmos de diseño generativo se basan en optimización topológica y modelado paramétrico. Existen muchas otras técnicas para explorar la forma, pero la industria CAD finalmente solo puede utilizar aquellas que producen formas fabricables.
La mayoría de la tecnología de diseño generativo en el mercado hoy en día utiliza optimización topológica. No muy diferente de cómo el diseño manual tradicional en CAD a menudo comienza con una forma y se ve como se retira material, el proceso comienza con un cubo (u otra forma) y se retira material desde ahí.
Un modelador paramétrico tomaría un enfoque diferente. Este proceso comienza con un diseño paramétrico inicial. El diseño podría incluir un agujero con un radio de 5 cm. Explorar la forma implicaría que el algoritmo explore diferentes tamaños para ese agujero.
Simulación y Optimización
Los ingenieros usan una variedad de herramientas de simulación para evaluar el producto de los algoritmos en los pasos previos. Esto variará significativamente dependiendo de lo que estés creando.
El ingeniero utiliza herramientas de optimización y los parámetros que ha delineado para iterar en diferentes formas. Los ingenieros intentan llevar la pieza lo más cerca posible de su ideal y luego repiten los pasos anteriores para refinar según sea necesario. El algoritmo subyacente y las restricciones pueden cambiarse, con el ingeniero modificando el proceso para acercarse al resultado deseado.
La simulación juega un papel durante todo el proceso de diseño generativo. Con las restricciones clave delineadas y ajustadas repetidamente, el algoritmo simula muchos diseños y presenta algunos que pueden cumplir con los criterios de aceptación. El propio algoritmo también se ajusta. Al igual que en un flujo de trabajo tradicional, los resultados se utilizan para iterar y mejorar el resultado final.
A menudo, el producto final aún necesita trabajo en software CAD tradicional, una herramienta de suavizado de malla u otro proceso para hacer que un diseño generado sea más fabricable.
¿Por qué Usar Diseño Generativo?
El proceso de diseño generativo es significativamente diferente de los procesos de diseño tradicionales y ofrece una variedad de beneficios a los ingenieros. El diseño tradicional requiere que se creen y prueben diferentes diseños. La intervención humana es necesaria durante todo el proceso. Llegar a la solución óptima depende de refinar el modelo, guiado por la simulación, pruebas y experiencia. Cada iteración lleva tiempo y dinero, y los equipos a menudo solo pueden gestionar un puñado de iteraciones en el tiempo/presupuesto disponible.
El diseño generativo permite a los equipos iterar potencialmente miles de veces, probando cada una bajo una variedad más amplia de condiciones y restricciones. Como puedes ver en el ejemplo anterior, los resultados pueden ser diferente de algo que verías crear a un diseñador humano. Esto permite a los ingenieros probar muchas más ideas de lo humanamente posible, llegando así a diseños más óptimos que pueden no ser vistos en flujos de trabajo más tradicionales. El diseño generativo, como resultado de esta eficiencia, puede ahorrar a las organizaciones tiempo y dinero significativos cuando se utiliza adecuadamente.
¿El Diseño Generativo "Reemplaza a los Ingenieros"?
No. Los ingenieros siguen siendo esenciales en cada etapa del proceso de diseño, ya sea tradicional o generativo.
La creación de requisitos, restricciones y reglas contextuales para el modelo de simulación es una de las partes más complejas del nuevo proceso de diseño. Los ingenieros deben destilar cuidadosamente el problema en sus elementos y restricciones fundamentales, una tarea extremadamente difícil.
Los ingenieros son críticos para modificar, o entrenar, el modelo de simulación y juzgar el resultado. Después de que el modelo crea un diseño y lo evalúa a través de su proceso, los ingenieros deben examinar los resultados y determinar qué necesita cambiar.
A pesar de su utilidad, el proceso de diseño generativo es extremadamente limitado en su capacidad para crear partes más complicadas. Aunque nuestra tecnología de simulación y construcción de restricciones es poderosa, estas herramientas no son representaciones perfectas.
Para piezas y ensamblajes más grandes y complejos, las simulaciones multiphysics y las pruebas producen resultados lejos de ser completamente precisos. Como resultado, los ingenieros deben usar cuidadosamente el diseño generativo en piezas individuales o ensamblajes pequeños, antes de usar su propia experiencia y otras herramientas. Cuanto más detallado sea un componente o las cargas a las que estará sujeto, más desafiante es el papel del ingeniero.
¿Cómo Apoya Tech Soft 3D el Diseño Generativo?
El diseño generativo está cambiando la forma en que los ingenieros trabajan en una amplia gama de industrias. Esto introduce nuevos desafíos y oportunidades para los desarrolladores. Nuestros SDKs brindan formas únicas de abordar puntos problemáticos, impulsar la innovación y aprovechar al máximo el diseño generativo y otros procesos creativos. No importa qué software de ingeniería estés creando, los kits de herramientas de Tech Soft 3D pueden ofrecerte una ventaja competitiva mientras ahorras tiempo y dinero en el proceso de desarrollo.
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Los algoritmos generativos necesitan herramientas para definir y resolver modelos de simulación. HOOPS Solve es un conjunto de herramientas para desarrolladores que aceleran el desarrollo e implementación de algoritmos con un diverso conjunto de herramientas de álgebra lineal y matrices, y solucionadores lineales e interactivos de eigen. Otra forma en que Tech Soft 3D está apoyando la evolución del diseño y la fabricación asistidos por computadora es a través de nuestros potentes kits de herramientas de visualización.
Los algoritmos de diseño generativo pueden generar muchos diseños variados que necesitan ser revisados por una persona real. Un marco gráfico confiable y potente para visualizar y navegar por esta información es crucial. Nuestros kits de herramientas empoderan a los desarrolladores para crear interfaces 3D inteligentes e interactivas dentro de sus aplicaciones. Más de la mitad de los sistemas CAD y CAM de hoy están impulsados por Siemens Parasolid, el núcleo de modelado sólido líder mundial. Tech Soft 3D es el único revendedor de Parasolid, y tenemos integraciones directas con muchos de nuestros kits de herramientas existentes, lo que permite un desarrollo de aplicaciones rápido. El modelado sólido es importante para la creación y refinamiento de modelos BREP y paramétricos.
HOOPS Visualize apoya a aquellos que crean aplicaciones para escritorio y móviles. También tiene una versión web que apoya a los desarrolladores que crean aplicaciones web 3D. Para aquellos que trabajan con datos CAE, HOOPS Envision ofrece el paquete completo de importación, análisis, visualización, informes y automatización de datos CAE.
Alternativamente, si tu modelo de datos está basado en polígonos o estás desarrollando software para fabricación aditiva (impresión 3D), somos el revendedor exclusivo de Machineworks Polygonica, el kit de herramientas de modelado en malla y polígono líder en el mercado. Al igual que con Parasolid, tenemos integraciones directas con muchos de nuestros SDKs existentes.
Como se mencionó, el diseño generativo todavía está en sus etapas formativas. Con las mejoras en la tecnología, desde la simulación y el análisis hasta hardware más potente e inteligencia artificial, el diseño generativo solo crecerá en su capacidad para revolucionar los procesos de diseño.
Tech Soft 3D está entusiasmado por apoyar estos cambios y seguirá desarrollando sus capacidades en estas tecnologías revolucionarias.
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