Computer-Aided-Design

Generatív és parametrikus tervezés

Generatív és parametrikus tervezés a gépészetben

     Az 1995-ös évektől, a 3D szoftverek megjelenése forradalmasította a tervezői munkát. A 3D szoftverek elterjedésével, a tervezői ötletességet, pontosságot a geometriai kényszerek, és paraméterek határozták meg. Napjainkban azonban újabb szemléletváltás előtt állunk. A mesterséges intelligencia, és a felhőalapú tervezési technika elterjedésével, a tervezőprogramok már nem csak rögzítik a tervező ötleteit, hanem aktívan részt vesznek azok kidolgozásában.

     A parametrikus tervezés: A kontroll és a szabályok művészete. 

     A tervezők többsége számára a parametrikus tervezés „hazai pálya”. A módszer lényege, hogy a 3D-s modellt változók (paraméterek), geometriai kényszerek, és matematikai összefüggések láncolata határozza meg.

        A parametrikus tervezés, a tervező által meghatározott szabályokra épül.  

         Ha megváltoztatjuk egy furat átmérőjét, vagy egy lemez vastagságát, a modell, a beépített logikai kapcsolatok révén automatikusan frissül, lekövetve a módosításokat. Ez a módszer hatékony, ha a tervezés során gyakori változtatásokra van szükség, vagy több változatot kell gyorsan előállítani. Emiatt kiválóan alkalmas alkatrészcsaládok (csavarok, tengelyek, szabványos profilok) létrehozására. Ezek a modellek stabilak és könnyen módosíthatóak. Meg kell említeni, hogy a parametrikus modellek karbantartása, (főleg nagy összeállításoknál) is időigényes.         

        A parametrikus tervezés korlátja, hogy a szoftver csak azt képes modellezni, amit a tervező előre „kitalált”. Ha a tervező elfogult egy gyártási eljárás (pl. forgácsolás, hegesztés) irányába, a dizájn követni fogja ezt a „biztonságos” keretet.

        A generatív tervezés: Amikor a szoftver válik alkotóvá.

        A generatív tervezés szakít a hagyományos „rajzolási” logikával. A tervező itt nem formákat rajzol, hanem feltételeket, és célokat határoz meg:

       - Rögzítési pontokat, és terheléseket. 

        - A kizárt zónákat (pl. ahová nem kerülhet anyag).

        - Felhasználandó anyagokat (pl. AlMgSi1, titán, vag WNr1.0038 acél)

         - A gyártás technológiáját (pl. öntés, 3D nyomtatás, CNC megmunkálás)

        A szoftver, (pl. Autodesk Fusion, vagy Ansys Discovery)  a kapott feltételek, célok alapján, a mesterséges intelligencia (MI) és genetikus algoritmusok segítségével, több száz, lehetséges variációt hoz létre. Ezeket topológiai optimalizációnak és végeselem analízisnek veti alá. A végeredmény gyakran megdöbbentő. Csontszerű organikus, bionikus formák jönnek létre.  

         Topológiai optimalizáció: A szoftver,matematikai és fizikai algoritmusok segítségével, ott hagyja meg az anyagot ahol terhelés éri a szerkezetet, és kivágja a felesleges részeket.

          Végeselem analízis (FEA): A létrehozott formákat véges számú egyszerű elemekre bontjuk, majd ezeken, numerikus módszerekkel kiszámítjuk a feszültségeket, alakváltozásokat, hőmérséklet eloszlást, vagy más fizikai mennyiségeket.

         Radikális tömegcsökkenés, gyakran 30- 50% súlycsökkenés érhető el, a szerkezeti integritás megőrzése mellett. Olyan geometriákat hoz létre, amelyek tökéletesen elosztják a feszültséget.

           Hátrányként jelentkezik, hogy a generált formák sokszor olyan sokrétű, összetett formákat hoznak létre, hogy hagyományos eljárásokkal (marás, esztergálás, stb.) legyárthatatlanok, emiatt szinte megkövetelik az additív (3D nyomtatás) gyártástechnológia alkalmazását. Ma már azonban léteznek hibrid optimalizációk, amelyek kifejezetten CNC-n gyártható geometriákat hoznak létre. 

              Összegzés:   

           A két tervezési módszer, nem helyettesíti, hanem kiegészíti egymást. A generatív tervezés megmutatja a lehetőségeket, a parametrikus pedig gyártásra és módosításra alkalmassá tesz őket. A tervező feladata, hogy a két módszert megfelelően kombinálva hozza létre a legjobb műszaki megoldást. A generatív tervezésnél a tervező szerepe felértékelődik, hiszen ha a peremfeltételeket hiányosan, rosszul adja meg a szoftvernek, a mesterséges intelligencia (MI) olyan formát fog generálni, amely nem lesz megfelelő. Az MI nem helyettesíti a tervezői intuíciót, és felelőséget.