Design Generativo: Insights, Mitos e Mais
O design generativo é um processo iterativo que oferece aos engenheiros uma maneira de criar e otimizar produtos de uma maneira impossível com métodos tradicionais. Ele também é frequentemente mal compreendido, incorretamente colocado no mesmo grupo da IA generativa, e assumido como um substituto para o papel do engenheiro. Neste artigo, definimos claramente o que é o design generativo, o que ele pode fazer por você, e destacamos como a Tech Soft 3D apoia fluxos de trabalho de design generativo.
O que é Design Generativo?
O design generativo envolve delinear uma série de critérios claramente definidos, ou restrições, e usar ferramentas de software para criar resultados baseados nesses parâmetros. Esse tipo de processo de design é iterativo, com tanto o resultado quanto os critérios sendo refinados até que o produto final seja satisfatório.
O design generativo é usado em uma ampla gama de indústrias, desde engenharia, aeroespacial e arquitetura até o design de produtos de consumo e planejamento urbano. É importante notar que o termo design generativo não se refere a um conjunto de tecnologias ou processo único, mas a um amplo processo de design definido por sua natureza iterativa, restrições e desvio de métodos de design mais tradicionais.
Design Generativo vs Inteligência Artificial
Existem muitos tipos diferentes de IA. A atual explosão na conversa sobre o tópico é em parte alimentada por desenvolvimentos na IA generativa. Como o nome sugere, esse tipo de inteligência artificial pode, com base em comandos, criar imagens, textos, vídeos, código, e mais, com base em seus grandes modelos de linguagem. Esse aspecto "criativo", juntamente com o compartilhamento da palavra "generativo", levou a muita confusão entre IA generativa e design generativo.
Para ser extremamente claro: design generativo não é um tipo de tecnologia baseada em IA. Embora existam lugares no fluxo de trabalho de design generativo onde ferramentas de IA possam ser usadas, o processo em si não é inerentemente baseado em IA, nem a IA é amplamente usada em aplicações de engenharia de design generativo.
Uma comparação muito mais útil para desenvolvedores, tomadores de decisão e usuários finais é discutir como o design generativo é diferente da engenharia tradicional.
Design Generativo vs. Design Tradicional
O design generativo vê engenheiros gastarem muito mais tempo e energia do que métodos tradicionais na definição de restrições antes da criação de um design. O design é criado usando algoritmos informados por esses critérios e então testados através de ferramentas de simulação e otimizados. As diferentes etapas desse processo são repetidas até que os engenheiros estejam satisfeitos com os resultados. As três grandes etapas do processo de design generativo são:
Definindo as restrições
Explorando a forma
Simulação e otimização
Definição das Restrições
Na etapa de definição das restrições , os engenheiros começam criando ou ajustando os requisitos funcionais e restrições; uma enorme quantidade de esforço é investida nesse processo. Esta etapa também depende do estabelecimento de uma definição clara dos objetivos do design, dos dados que serão usados para informar os algoritmos e dos melhores algoritmos a serem utilizados.
As restrições podem incluir necessidades físicas e funcionais como dinâmica térmica, requisitos estruturais, e então materiais, custos, disponibilidade de recursos, etc. Adicionalmente, são consideradas restrições de fabricação, como as limitações de uma máquina CNC ou como o processo de resfriamento na moldagem por injeção pode criar deformações.
Esses requisitos informam o algoritmo de design generativo antes da criação de um modelo 3D, ao invés de simulação tradicional após um modelo ser criado.
O processo de regras claramente definidas que informam o processo de design é um pilar do design generativo
Explorando a Forma
A próxima fase do processo é onde um design do objeto é criado, usando algoritmos informados pelas restrições estabelecidas na última etapa. As duas tecnologias comuns usadas para esta etapa dos algoritmos de design generativo são baseadas em otimização topológica e modelagem paramétrica. Muitas outras técnicas para explorar a forma existem, mas a indústria de CAD pode utilizar, em última análise, apenas aquelas que produzem formas fabricáveis.
A maioria da tecnologia de design generativo no mercado hoje utiliza otimização topológica. Não muito diferente de como o design CAD manual tradicional muitas vezes começa com uma forma e vê o material sendo removido, o processo começa com um cubo (ou outra forma) e o material é removido a partir daí.
Um modelador paramétrico adotaria uma abordagem diferente. Este processo começa com um design paramétrico inicial. O projeto pode incluir um furo com um raio de 5 cm. Explorar a forma envolveria o algoritmo explorando diferentes tamanhos para esse furo.
Simulação e Otimização
Os engenheiros usam uma variedade de ferramentas de simulação para avaliar o produto dos algoritmos nas etapas anteriores. Isso variará significativamente dependendo do que você está criando.
O engenheiro usa ferramentas de otimização e os parâmetros que eles delinearam para iterar em diferentes formas. Os engenheiros tentam aproximar a peça o máximo possível de seu ideal e, em seguida, repetem as etapas anteriores para refinar conforme necessário. O algoritmo subjacente e as restrições podem ser alterados, com o engenheiro modificando o processo para se aproximar do resultado desejado.
A simulação desempenha um papel ao longo do processo de design generativo. Com as restrições chave delineadas e ajustadas repetidamente, o algoritmo simula muitos designs e apresenta alguns que podem se encaixar nos critérios de aceitação. O próprio algoritmo também é ajustado. Assim como em um fluxo de trabalho tradicional, os resultados são usados para iterar e melhorar o resultado final.
Frequentemente, o produto final ainda precisa de trabalho em software CAD tradicional, uma ferramenta de suavização de malha ou outro processo para tornar um design gerado mais fabricável.
Por que Usar Design Generativo?
O processo de design generativo é significativamente diferente dos processos de design tradicionais e oferece uma variedade de benefícios para os engenheiros. O design tradicional requer que diferentes designs sejam criados e testados. O input humano é necessário ao longo de todo o processo. Chegar à solução ideal depende do refinamento do modelo, guiado por simulação, teste e experiência. Cada iteração leva tempo e dinheiro, e as equipes podem muitas vezes gerenciar apenas algumas iterações no tempo/orçamento disponível.
O design generativo permite que as equipes potencialmente iterem milhares de vezes, testando cada uma sob uma maior variedade de condições e restrições. Como você pode ver no exemplo acima, os resultados podem ser diferentes de algo que você veria um designer humano criar. Isso permite que os engenheiros testem muito mais ideias do que humanamente possível, chegando assim a designs mais ótimos que podem ser perdidos em fluxos de trabalho mais tradicionais. O design generativo, como resultado dessa eficiência, pode economizar tempo e dinheiro significativos para as organizações quando bem usado.
O Design Generativo "Substitui Engenheiros"?
Não. Os engenheiros continuam essenciais em cada estágio do processo de design, seja ele tradicional ou generativo.
A criação de requisitos, restrições e regras contextuais para o modelo de simulação é uma das partes mais complexas do novo processo de design. Os engenheiros devem cuidadosamente destilar o problema em seus elementos e restrições centrais, uma tarefa extremamente difícil.
Os engenheiros são fundamentais para modificar ou guiar o modelo de simulação e julgar os resultados. Após o modelo criar um design e avaliá-lo através de seu processo, os engenheiros devem examinar os resultados e determinar o que precisa ser alterado.
Apesar de sua utilidade, o processo de design generativo é extremamente limitado em sua capacidade de criar peças mais complexas. Embora nossa tecnologia de simulação e construção de restrições seja poderosa, essas ferramentas não são representações perfeitas.
Para peças e montagens maiores e mais complexas, simulações de multiphysics e testes resultam longe de serem totalmente precisos. Como resultado, os engenheiros devem usar o design generativo com cuidado, em peças individuais ou pequenas montagens, antes de usar sua própria experiência e outras ferramentas. Quanto mais detalhado for um componente ou as cargas a que será submetido, mais desafiador será o papel do engenheiro.
Como a Tech Soft 3D Apoia o Design Generativo?
O design generativo está mudando a maneira como os engenheiros trabalham em uma ampla gama de indústrias. Isso introduz novos desafios e oportunidades para desenvolvedores. Nossos SDKs fornecem maneiras únicas de abordar pontos de dor, impulsionar a inovação e obter o máximo do design generativo e outros processos criativos. Não importa qual software de engenharia você esteja criando, os kits de ferramentas da Tech Soft 3D podem oferecer uma vantagem competitiva enquanto economizam tempo e dinheiro no processo de desenvolvimento.
Podemos atender suas necessidades de importação de dados CAD com HOOPS Exchange para acesso direto a mais de 30 diferentes formatos de arquivo CAD, enquanto HOOPS Access fornece acesso à API para igual número de formatos de arquivo CAE, incluindo resultados de simulação e malhas pré-processadas. Esses kits de ferramentas permitem que você acesse ricos dados 3D dentro de sua aplicação e fornecem fácil criação de conjuntos de aprendizado para treinar um modelo de IA ou, como um prompt, um ponto de partida para um algoritmo generativo.
Os algoritmos generativos precisam de ferramentas para definir e resolver modelos de simulação. HOOPS Solve é um conjunto de ferramentas de desenvolvedor que iniciam o desenvolvimento e implementação de algoritmos com um conjunto diversificado de ferramentas de álgebra linear e matriz e solvers lineares e de autovalores interativos. Outra maneira que a Tech Soft 3D está apoiando a evolução do design auxiliado por computador e manufatura é através de nossos poderosos kits de ferramentas de visualização.
Os algoritmos de design generativo podem gerar muitos designs variados que precisam ser revisados por uma pessoa real. Um framework gráfico confiável e poderoso para visualizar e navegar por essas informações é crucial. Nossos kits de ferramentas capacitam os desenvolvedores a criar interfaces 3D inteligentes e interativas dentro de suas aplicações. Mais da metade dos sistemas CAD e CAM de hoje são alimentados por Siemens Parasolid, o kernel de modelagem sólida líder mundial. A Tech Soft 3D é o único revendedor do Parasolid, e temos integrações diretas com muitos de nossos kits de ferramentas existentes, o que permite um rápido desenvolvimento de aplicações. A modelagem sólida é importante para a criação e refinamento de modelos BREP e paramétricos.
HOOPS Visualize apoia aqueles que desenvolvem para aplicações de desktop e móveis. Ele também possui uma versão web que apoia desenvolvedores que constroem aplicações web 3D. Para aqueles que trabalham com dados de CAE, HOOPS Envision oferece o pacote completo de importação, análise, visualização, relatórios e automação de dados de CAE.
Alternativamente, se o seu modelo de dados for baseado em polígonos ou você estiver construindo software de manufatura aditiva (impressão 3D), somos o revendedor exclusivo da Machineworks Polygonica, o kit de ferramentas de modelagem poligonal e de malha líder de mercado. Assim como com o Parasolid, temos integrações diretas com muitos de nossos SDKs existentes.
Como mencionado, o design generativo ainda está em suas fases iniciais. Com melhorias na tecnologia, desde simulação e análise até hardware mais potente e inteligência artificial, o design generativo só vai aumentar sua capacidade de revolucionar processos de design.
A Tech Soft 3D está animada para apoiar essas mudanças e continuará a desenvolver suas capacidades nessas tecnologias inovadoras.
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