Generative Design in de productiesector biedt een nieuwe manier om gebouwde objecten te ontwerpen die tijd, kosten en middelen bespaart. 

Auteur: Drew Truney origineel gepubliceert op autodesk.com

• Generative design is een machine-learningtechnologie die meerdere oplossingen kan genereren op basis van invoerparameters. 

• Hoewel generative design beroemd is om zijn unieke, organische vormen, is de echte superkracht ervan het behoud van sterkte in een object terwijl het de benodigde materialen enorm vermindert. 

• Toepassingen zijn onder andere geavanceerde robotica, onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart, auto-onderdelen en lichtgewicht constructies, architecturale detaillering, producten op maat en verbeteringen op de vervangingsmarkt. 

Generative design is een technologie die snel talloze ontwerpen evalueert aan de hand van projectcriteria, vervolgens suboptimale ontwerpen weggooit en de beste naar voren haalt – wat het ontwerpproces versnelt. 

Het is een machine-learning technologie die de technische inputvereisten begrijpt en de beste ideeën voorstelt op basis van die parameters. Het systeem kan vele iteraties produceren die aan deze criteria voldoen door beperkingen voor massa, sterkte, flexibiliteit of andere prestatiekenmerken toe te passen op het generatieve ontwerpalgoritme.  

Generative design is vooral waardevol in ontwerp en productie om sneller en kosten effectiever te kunnen ontwerpen.

Zelf generative design gebruiken bij productie 

Methodes en apparatuur zoals gieten, spuitgieten, draaibanken en CNC-apparaten zijn verankerd in de productie. Tot op zekere hoogte heeft dit de ontwerpen voor de huidige gereedschappen en producten gestuurd vanwege de fysieke beperkingen die ze met zich meebrengen. 

Generative design geeft fabrikanten een ander hulpmiddel om het ontwerp van producten en onderdelen te verkennen. In combinatie met andere technologieën zoals additive manufacturing, meerassig verspanen en spuitgieten kan het ongekende mogelijkheden en mogelijkheden bieden.  

Met additive manufacturing kunt u snel prototypes maken van producten met behulp van testmaterialen en een ontwerp perfectioneren voordat u het omzet naar een live productieomgeving. 

Bij spuitgieten of gieten is het vinden van een balans tussen massa en sterkte meestal van het grootste belang bij het selecteren van de metalen en legeringen voor de uiteindelijke productieonderdelen en -structuren. 

Met goedkope ontwikkelingstechnieken zoals het 3D-printen van prototypes kan het herontwerpen van een enkel onderdeel of gereedschap in een productielijn een gevestigde workflow verbeteren. 

Generative design staat bekend om het nabootsen van organische en skeletachtige vormen, maar het is niet alleen voor de show. Deze natuurlijk geïnspireerde vormen onthullen de slimme ontwerpstrategie om de sterkte van een object te behouden en tegelijkertijd de benodigde materialen enorm te verminderen. En als je gegoten materialen zoals metalen op industriële schaal produceert, zijn de kostenbesparingen aanzienlijk. 

In combinatie met additieve technieken en traditionele productiemethoden kan generative design grotere en complexere objecten voorstellen dan voorheen mogelijk was. 

Bij traditionele productie worden vaak meerdere onderdelen samengevoegd, wat ten koste kan gaan van de sterkte. Generative design daarentegen optimaliseert structuren, gebruikt mogelijk minder materiaal en kan alternatieve materialen analyseren voor betere prestaties. 

Voordelen van generative design

Generative design is kosteneffectief, maar helpt je ook om beter te werken en biedt voordelen voor ontwerp en productie op manieren die voor de hand liggend of verrassend kunnen zijn. Het gebruik van generative design kan 

Kosten verlagen 

Neem een eenvoudig metalen of kunststof onderdeel. Generative design kan helpen om dat onderdeel te ontwerpen met minder materiaal tijdens het CNC-productie- of gietproces, terwijl de structurele integriteit en sterkte behouden blijven.  

In een wereld waar tijd geld is, kan het sneller prototypen van het beste ontwerp door het combineren van generative design en additive manufacturing nog meer kosten besparen. 

Bovendien, als je het combineert met de nieuwe generatie intelligentere, snellere en responsievere productierobots die vandaag de dag in gebruik zijn, biedt generative design ook potentiële besparingen tijdens de productiefase. Generative design heeft een vroege impact gehad op het optimaliseren van de eind effectoren van robots – een apparaat aan het einde van een robotarm dat in contact staat met de omgeving, zoals een frees of een verfpistool – zodat robotcellen een efficiëntere lading kunnen dragen. 

een persoon die een machine gebruikt om aan een onderdeel te werken voor een laptop 

Veel bestaande processen, zoals additive manufacturing, CNC frezen en gieten, werken beter wanneer generative design wordt geïntroduceerd.  

Prestaties verhogen 

Om het op een andere manier te bekijken: in plaats van alleen het overtollige te verwijderen, kan bestaand materiaal opnieuw worden geordend of samengevoegd tot een nieuwe vorm of kan er een ander materiaal worden gebruikt om hetzelfde object beter te laten presteren met behoud van de essentiële vorm of grootte. 

Beter en sneller innoveren 

Generative design vervangt geen menselijke ontwerpers, het helpt hen. Net als een hoogopgeleide stagiair zal het suggesties doen die ontwerpen langs nieuwe paden kunnen leiden, zodat er nieuwe manieren ontstaan om dingen te doen binnen het project. 

Onderdelen samenvoegen 

Met generative design kunt u meerdere componenten samenvoegen tot enkelvoudige onderdelen, waardoor de assemblagekosten dalen, de efficiëntie toeneemt en uw toeleveringsketen eenvoudiger wordt. 

Het milieu helpen 

Het combineren van generative design met additive manufacturing kan afval tijdens de productie verminderen, de energie-efficiëntie verbeteren door de werklast op productieapparaten te verminderen en resulteren in producten die beter presteren terwijl er minder (of duurzamere) materialen worden gebruikt. 

Duurzame productie is ingebouwd in het DNA van de generatieve ontwerptechnologie en bevordert concepten als groene productie en de circulaire economie. 

Hoe generative design in de echte wereld nu al wordt toegepast

Generative design transformeert verschillende productiesectoren, waarbij bedrijven het introduceren door middel van pilotprogramma’s of, in sommige gevallen, er hele bedrijfsmodellen omheen bouwen. 

Stoelframes lichter maken bij Toyota 

De auto-industrie vormt een perfecte storm van tegenstrijdige ontwerpuitdagingen. Auto’s moeten sterk maar licht zijn, stijf maar schokabsorberend en duurzaam ondanks het gebruik van vervuilende materialen. 

Omdat auto’s zo complex zijn en talloze bewegende onderdelen hebben, bieden ze een unieke kans om te profiteren van generative design

Je zou niet denken dat het ontwerp van een stoelframe aanzienlijk kan worden veranderd – ze moeten sterk genoeg zijn om een volwassen mens te ondersteunen. Stoelen zijn echter groter, zwaarder en complexer geworden naarmate nieuwere modellen elektronische bediening, verwarming en andere functies toevoegen. 

Toyota Japan besloot om generative design te gebruiken om het frame van de stoel dunner te maken en zo meer ruimte vrij te maken in het interieur. Het resultaat was zo positief dat het een routekaart bleek te zijn voor het bedrijf om ook andere onderdelen opnieuw te bekijken. 

Robotica 2.0 

Roboy, de tweede iteratie van een geavanceerd roboticaproject, is een humanoïde robot die is ontwikkeld als testobject voor een van ‘s werelds meest gehoopte toekomstige technologieën: robothelpers. 

Roboy 2.0 kan praten, handen schudden, muziek afspelen en fietsen. In 2019 verkocht hij zelfs ijs vanaf een straatkar in München. 

Bij het bouwen van humanoïde robots nemen ontwerpers meestal de systemen die menselijke bewegingen ondersteunen – pezen, gewrichten, spieren, enzovoort – en bootsen deze na met behulp van motoren, servo’s, actuatoren, batterijen en kabels. Voor Roboy werden sommige van deze onderdelen gemaakt met behulp van generative design, waarbij elementen werden gecombineerd en de benodigde materialen werden gereduceerd, waardoor het totale gewicht omlaag ging met behoud van beweeglijkheid. 

Esthetiek en technologie in meubelontwerp 

De baanbrekende Franse industrieel en architectonisch ontwerper Philippe Starck werkte samen met Autodesk en de Italiaanse fabrikant van huishoudelijke apparatuur en meubels Kartell om een in het oog springende stoel, A.I genaamd, te creëren met behulp van kunstmatige intelligentie en generative design. 

Starck schetste de esthetische parameters; software-experts stelden beperkingen vast die voldeden aan de vereisten van Kartell voor het spuitgietproductieproces; en het generatieve ontwerpalgoritme voerde een reeks ontwerpen uit die Starck en het team vervolgens verfijnden om dichter bij zijn visie te komen. 

Catastrofale sportblessures voorkomen  

Om letsel aan de ruggengraat te voorkomen, creëerden ingenieurs en ontwerpers bij de Oostenrijkse fabrikant van veiligheidsuitrusting voor sporters. Edera Safety met behulp van generative design een speciale brace die met het lichaam meebeweegt in snelle sportomgevingen met veel impact.  

Het proces werd bemoeilijkt door het feit dat de variabelen in de beweging van het menselijk lichaam te talrijk zijn en het werkingsgebied te complex – en soms tegenstrijdig. Totdat een testmodel in de praktijk werd getest, was het onmogelijk om te weten met hoeveel kracht, rotatie of verstoring ze te maken hadden.  

Alleen door het gedrag en de parameters van prototypes van de brace terug te koppelen naar generatieve ontwerpalgoritmen kwam Edera tot het perfecte product. 

Een motorlegende beter maken 

Er is een kleine groep motorliefhebbers die experimenteert met modellen van enkele van de meest iconische merken ter wereld en de prestaties ervan verbetert. Maar wat ze nodig hebben is meestal zo aangepast en bedient zo’n kleine markt dat die merken – met hun wereldwijde en zeer rigide assemblagelijnproductieprocessen – onmogelijk aan iedereen tegemoet kunnen komen. 

Neem nu de Canadese winkel MJK Performance, een fabrikant van aangepaste motorfietsonderdelen die een kleine maar trouwe klantenkring bedient die zich toelegt op aftermarket Harley-Davidson modificaties. 

Het creëren van vervangende onderdelen om de prestaties te verbeteren was een grotere uitdaging dan het MJK-team had verwacht, totdat ze generative design met hen lieten samenwerken. 

Nadat ze het systeem de vereisten hadden gegeven die een reeks opties opleverden, duurde het minder dan een half uur om de digitale modellen aan te passen aan de kenmerkende esthetiek van Harley-Davidson. 

De toekomst van productie 

Generative design wordt steeds wijdverspreider en succesvoller door een stapsgewijze aanpak. 

Onderzoek naar machinaal leren en trainingsmethoden bevorderen de software. Early adopters testen de resultaten in echte toepassingen en produceren gegevens van onschatbare waarde uit systemen zoals het Industrial Internet of Things (IIoT) die weer worden teruggekoppeld naar het onderzoek om de kracht van de technologie verder uit te breiden. 

Het is een voorbeeld van hoe automatisering nieuwe disciplines en vaardigheden oplevert voor een nieuwe klasse banen, in plaats van het productiepersoneel te vervangen. 

Naast het verbeteren van generative design versnelt de technologie Industrie 4.0, waarbij ontwerpers en ingenieurs meer dan ooit zullen interageren met software. 

Het zal ook de materiaalwetenschap bevorderen. Een voorbeeld: vloeistofdynamica is notoir moeilijk om rekenkundig te modelleren. Toch voeden onderzoekslaboratoria gegevens met generatieve ontwerpalgoritmen die het gedrag van vloeistoffen beter kunnen simuleren, waardoor ingenieurs en ontwerpers betere onderdelen kunnen maken die werken in vloeibare of gasvormige omgevingen. 

Een van de belangrijkste gevolgen van generative design is dat de productie milieuvriendelijker wordt voor de planeet. Uit een studie over de auto-, luchtvaart- en sportartikelenindustrie bleek dat generative design de materiaalmassa met de helft verminderde. 

Generative design zal ook de drempel verlagen voor kleine ambachtelijke fabrikanten en innovatie aanmoedigen, waardoor de kunst en wetenschap van het produceren voor de industrie als geheel wordt verhoogd en de manier waarop dingen worden gemaakt wordt verbeterd. 

Het orginele Autodesk artikel kan je hier lezen.