Design Génératif : Perspectives, Mythes et Plus
Le design génératif est un processus itératif qui offre aux ingénieurs un moyen de créer et d'optimiser des produits d'une manière impossible avec les méthodes traditionnelles. Il est également souvent mal compris, faussement associé à l'IA générative, et supposé remplacer le rôle de l'ingénieur. Dans cet article, nous définissons clairement ce qu'est le design génératif, ce qu'il peut faire pour vous, et mettons en avant comment Tech Soft 3D soutient les flux de travail de conception générative.
Qu'est-ce que le Design Génératif?
Le design génératif consiste à définir une série de critères ou de contraintes clairement définies, et à utiliser des outils logiciels pour créer des résultats basés sur ces paramètres. Ce type de processus de conception est itératif, avec une amélioration à la fois des critères et du résultat jusqu'à ce que le produit final soit satisfaisant.
Le design génératif est utilisé dans une large gamme d'industries, de l'ingénierie, l'aéronautique, et l'architecture à la conception de produits de consommation et la planification urbaine. Il est crucial de noter que le terme design génératif ne fait pas référence à un ensemble de technologies ou à un processus unique, mais à un processus de conception large défini par sa nature itérative, ses contraintes, et sa déviation des méthodes de conception plus traditionnelles.
Design Génératif vs Intelligence Artificielle
Il existe de nombreux types d'IA. L'actuelle explosion des conversations sur le sujet est en partie due aux développements de l'IA générative. Comme le suggère le nom, ce type d'intelligence artificielle peut, à partir de prompts, créer des images, textes, vidéos, code, et plus à partir de leurs grands modèles de langage. Cet aspect "créatif", ainsi que le partage du mot "génératif" a conduit à beaucoup de confusion sur l'IA générative par rapport au design génératif.
Pour être parfaitement clair: le design génératif n'est pas un type de technologie basée sur l'IA. Bien qu'il existe des endroits dans le flux de travail de conception générative où des outils d'IA peuvent être utilisés, le processus lui-même n'est pas fondamentalement basé sur l'IA, et l'IA n'est pas largement utilisée dans les applications d'ingénierie du design génératif.
Une comparaison bien plus utile pour les développeurs, décideurs, et utilisateurs finaux est de discuter comment le design génératif diffère de l'ingénierie traditionnelle.
Design Génératif vs Design Traditionnel
Le design génératif voit les ingénieurs passer bien plus de temps et d'énergie que les méthodes traditionnelles à définir des contraintes avant la création d'un design. Le design est créé à l'aide d'algorithmes informés par ces critères et est ensuite testé par le biais d'outils de simulation et optimisé. Les différentes étapes de ce processus sont répétées jusqu'à ce que les ingénieurs soient satisfaits des résultats. Les trois grandes étapes du processus de design génératif sont :
Définition des contraintes
Exploration de la forme
Simulation et optimisation
Définition des Contraintes
Dans la définition des contraintes , les ingénieurs commencent par créer ou ajuster les exigences fonctionnelles et les contraintes ; une énorme quantité d'effort est consacrée à ce processus. Cette étape repose également sur l'établissement d'une définition claire des objectifs de la conception, des données qui seront utilisées pour informer les algorithmes, et des meilleurs algorithmes à utiliser.
Les contraintes peuvent inclure des besoins physiques et fonctionnels tels que la dynamique thermique, les exigences structurelles, et ensuite les matériaux, les coûts, la disponibilité des ressources, etc. De plus, les contraintes de fabrication sont prises en compte, telles que les limitations d'une machine CNC ou la façon dont le processus de refroidissement dans le moulage par injection peut créer des déformations.
Ces exigences informent l'algorithme de conception générative avant la création d'un modèle 3D, au lieu d'une simulation traditionnelle après qu'un modèle soit créé.
Le processus de règles clairement définies qui guident le processus de conception est un pilier du design génératif
Exploration de la Forme
L'étape suivante du processus est où un design de l'objet est créé, en utilisant des algorithmes informés par les contraintes établies à l'étape précédente. Les deux technologies courantes utilisées pour cette étape des algorithmes de conception générative sont basées sur l'optimisation topologique et la modélisation paramétrique. De nombreuses autres techniques pour explorer la forme existent, mais l'industrie du CAD ne peut finalement utiliser que celles qui produisent des formes manufacturables.
La plupart des technologies de design génératif sur le marché aujourd'hui utilisent l'optimisation topologique. Pas très différent de la façon dont un design CAD manuel traditionnel commence souvent par une forme et voit de la matière retirée, le processus commence avec un cube (ou une autre forme) et le matériau est retiré de là.
Un modélisateur paramétrique adopterait une approche différente. Ce processus commence par un design paramétrique initial. Le design pourrait inclure un trou avec un rayon de 5 cm. Explorer la forme impliquerait que l'algorithme examine différentes tailles pour ce trou.
Simulation et Optimisation
Les ingénieurs utilisent une variété d'outils de simulation pour évaluer le produit des algorithmes des étapes précédentes. Cela variera considérablement en fonction de ce que vous créez.
L'ingénieur utilise des outils d'optimisation et les paramètres qu'ils ont définis pour itérer sur différentes formes. Les ingénieurs essaient de rapprocher la pièce de leur idéal autant que possible et répètent ensuite les étapes précédentes pour affiner au besoin. L'algorithme sous-jacent et les contraintes peuvent être modifiés, et l'ingénieur ajuste le processus pour se rapprocher du résultat souhaité.
La simulation joue un rôle tout au long du processus de design génératif. Avec les contraintes clés définies et ajustées à plusieurs reprises, l'algorithme simule de nombreux designs et en présente certains qui peuvent répondre aux critères d'acceptation. L'algorithme lui-même est également ajusté. Tout comme dans un flux de travail traditionnel, les résultats sont utilisés pour itérer et améliorer le résultat final.
Souvent, le produit final nécessite encore du travail dans un logiciel CAD traditionnel, un outil de lissage de la maille, ou un autre processus pour rendre un design généré plus manufacturable.
Pourquoi Utiliser le Design Génératif?
Le processus de design génératif est significativement différent des processus de design traditionnels et offre divers avantages aux ingénieurs. Le design traditionnel nécessite que différents designs soient créés et testés. Une intervention humaine est requise tout au long du processus. Parvenir à la solution optimale s'appuie sur le raffinement du modèle, guidé par la simulation, le test et l'expérience. Chaque itération prend du temps et de l'argent, et les équipes ne peuvent souvent gérer qu'une poignée d'itérations dans le temps/budget disponible.
Le design génératif permet aux équipes d'itérer potentiellement des milliers de fois, en testant chacune sous une plus grande variété de conditions et de contraintes. Comme vous pouvez le voir dans l'exemple ci-dessus, les résultats peuvent être différents de ceux que créerait un designer humain. Cela permet aux ingénieurs de tester beaucoup plus d'idées que ce qui est humainement possible, arrivant ainsi à des designs plus optimaux qui pourraient être manqués dans des flux de travail plus traditionnels. Le design génératif, de par cette efficacité, peut faire économiser un temps et un argent considérables aux organisations lorsqu'il est bien utilisé.
Le Design Génératif "Remplace-t-il les Ingénieurs"?
Non. Les ingénieurs restent essentiels à chaque étape du processus de design, qu'il soit traditionnel ou génératif.
La création des exigences, des contraintes et des règles contextuelles pour le modèle de simulation est l'une des parties les plus complexes du nouveau processus de design. Les ingénieurs doivent soigneusement réduire le problème à ses éléments et contraintes de base, une tâche extrêmement difficile.
Les ingénieurs sont essentiels pour modifier, ou encadrer, le modèle de simulation et juger du résultat. Après que le modèle ait créé un design et l'ait évalué à travers son processus, les ingénieurs doivent examiner les résultats et déterminer ce qui doit être modifié.
Malgré son utilité, le processus de design génératif est extrêmement limité dans sa capacité à créer des pièces plus compliquées. Bien que notre technologie de simulation et de construction de contraintes soit puissante, ces outils ne sont pas des représentations parfaites.
Pour les pièces et assemblages plus grands et plus complexes, les simulations multiphysiques et les tests ne fournissent pas des résultats entièrement précis. En conséquence, les ingénieurs doivent utiliser le design génératif avec prudence, sur des pièces individuelles ou des petits assemblages, avant d'utiliser leur propre expérience et d'autres outils. Plus un composant est détaillé ou les charges auxquelles il sera soumis sont importantes, plus le rôle de l'ingénieur est complexe.
Comment Tech Soft 3D Soutient-il le Design Génératif?
Le design génératif change la façon dont les ingénieurs travaillent dans une large gamme d'industries. Cela introduit de nouveaux défis et opportunités pour les développeurs. Nos SDK offrent des moyens uniques de résoudre les problèmes, stimuler l'innovation, et tirer le meilleur parti du design génératif et d'autres processus créatifs. Quel que soit le logiciel d'ingénierie que vous créez, les kits d'outils de Tech Soft 3D peuvent vous offrir un avantage concurrentiel tout en vous faisant gagner du temps et de l'argent dans le processus de développement.
Nous pouvons répondre à vos besoins d'importation de données CAD avec HOOPS Exchange pour un accès direct à plus de 30 formats de fichiers CAD différents, tandis que HOOPS Access offre un accès API à tout autant de formats de fichiers CAE, y compris les résultats de simulation et les mailles prétraitées. Ces kits d'outils vous permettent d'accéder à un riche 3D dans votre application et fournissent une création facile de ensembles d'apprentissage pour entraîner un modèle d'IA ou, en tant que prompt, un point de départ pour un algorithme génératif.
Les algorithmes génératifs ont besoin d'outils pour à la fois définir et résoudre des modèles de simulation. HOOPS Solve est un ensemble d'outils pour développeurs qui accélèrent le développement et la mise en œuvre d'algorithmes avec un ensemble diversifié d'outils d'algèbre linéaire et de matrice ainsi que des solveurs linéaires et d'eigen interactifs. Une autre façon par laquelle Tech Soft 3D soutient l'évolution de la conception assistée par ordinateur et de la fabrication est à travers nos puissants kits d'outils de visualisation.
Les algorithmes de design génératif peuvent produire de nombreux designs variés qui doivent être examinés par une personne réelle. Un cadre graphique fiable et puissant pour visualiser et naviguer parmi ces informations est crucial. Nos kits d'outils permettent aux développeurs de créer des interfaces 3D intelligentes et interactives au sein de leurs applications. Plus de la moitié des systèmes CAD et CAM actuels sont alimentés par Siemens Parasolid, le noyau de modélisation solide le plus avancé au monde. Tech Soft 3D est le seul revendeur de Parasolid, et nous avons des intégrations directes avec de nombreux de nos kits d'outils existants, ce qui permet un développement d'application rapide. La modélisation solide est importante pour la création et le raffinement de modèles BREP et paramétriques.
HOOPS Visualize soutient ceux qui construisent des applications pour ordinateurs de bureau et mobiles. Il existe également une version web qui prend en charge les développeurs construisant des applications web 3D. Pour ceux qui travaillent avec des données CAE, HOOPS Envision offre le package complet d'importation, d'analyse, de visualisation, de reporting et d'automatisation des données CAE.
Alternativement, si votre modèle de données est basé sur des polygones ou si vous construisez un logiciel de fabrication additive (impression 3D), nous sommes le seul revendeur de Machineworks Polygonica, le kit d'outils de modélisation polygonale et de maillage leader du marché. Comme avec Parasolid, nous avons des intégrations directes avec de nombreux de nos SDK existants.
Comme mentionné, le design génératif est toujours à ses débuts. Avec les améliorations de la technologie, de la simulation et de l'analyse à du matériel plus puissant et à l'intelligence artificielle, le design génératif ne fera que croître dans sa capacité à révolutionner les processus de conception.
Tech Soft 3D est ravi de soutenir ces changements et continuera à développer ses capacités dans ces technologies révolutionnaires.
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