Generative Gestaltung - Grundlagen und Vorteile

Verfasst von: Cat McClintock
  • 2/18/2021
  • Lesestoff : 4 min
Metal parts created in generative design.

Generative Gestaltung oder auch Generatives Design verspricht, Produkte und deren Herstellung zu revolutionieren. Mit Hilfe von Cloud Computing und künstlicher Intelligenz erstellt die Technologie Designs, die Ingenieure nicht selbst entwerfen können. Wie genau? Hier sind die Grundlagen:

Was ist generative Gestaltung?

Was ist Generative Gestaltung? Generatives Design oder generative Gestaltung ist eine Technologie, bei der 3D-Modelle durch Computersoftware erstellt und optimiert werden. Ein Benutzer stellt Anforderungen an das Modell, wie z. B. Fertigungsprozesse, Lasten und Einschränkungen, und die Software bietet dann Entwürfe an, die diese Anforderungen erfüllen.

Generative design animation.


Das bedeutet nicht, dass der Designer aus dem Schneider ist, wenn es um die Entwicklung eines Produkts geht. Der Mensch in diesem Szenario muss immer noch über Gewichtsgrenzen, physikalische Einschränkungen, die Verfügbarkeit von Materialien und so weiter nachdenken. Je besser der Ingenieur diese verschiedenen Kriterien definiert, desto besser kann das System mögliche Lösungen finden.

Glücklicherweise kann die Software besonders Anfängern helfen, auch Einschränkungen zu erkunden. Sie könnten zum Beispiel ein Design für den 3D-Druck einrichten. Und dann wieder mit 3-Achsen-Fräsen versuchen. Entscheiden Sie dann, welche Ergebnisse am besten zu Ihrem Budget, Zeitplan usw. passen, und legen Sie dies als optimale Lösung für die Zukunft fest.

Welche Probleme löst die generative Gestaltung?

Generatives Design liefert Hunderte von innovativen Designoptionen in kurzer Zeit - vor allem, wenn die Software die Cloud für Rechenressourcen nutzt.

Es ist dann Sache des Anwenders, die Kompromisse zu bewerten. Auch wenn zwei Modelle die Spezifikationen erfüllen, könnte Option 1 beispielsweise leichter sein, während Option 2 etwas stärker ist. Beide funktionieren, aber es ist schön, wenn man die Wahl hat.

Der allgemeine Vorteil ist, dass generative Gestaltung innovative Produkte in Rekordzeit auf den Markt bringt. Obwohl nicht so offensichtlich, macht generatives Design auch einen signifikanten Unterschied für Unternehmen, die wollen:

  • Produktdifferenzierung. Seien wir ehrlich, die meisten Designs basieren auf Modellen, die schon einmal funktioniert haben. Wir machen inkrementelle Änderungen und hoffen, dass es für die Kunden attraktiv ist. Generatives Design ermöglicht es Ihnen, aus diesem Trott auszubrechen, indem Sie neue, leistungsstarke Teile und Produkte entwickeln, die die Anforderungen übertreffen. Außerdem lassen sie sich nicht einfach von der Konkurrenz kopieren.
  • Expertenergebnisse (auch von unerfahrenen Ingenieuren). Sind Sie besorgt über die Qualifikationslücke? Ein Maschinenbauingenieur auf Einstiegsniveau kann jetzt ein Teil mit generativem Design ohne umfangreiche Kenntnisse erstellen. (Und wenn das System Hunderte von geeigneten Lösungen zurückgibt? Künstliche Intelligenz, die in der generativen Designtechnologie enthalten ist, kann schnell helfen, unzählige Designoptionen zu filtern).
  • Optimierte Produktkosten. Generatives Design kann Geld sparen, indem es überkonstruierte Teile aussortiert. Dabei handelt es sich um Konstruktionen, die zwar zuverlässig sind, aber möglicherweise mehr Materialien oder komplexe Fertigungsmethoden als nötig verwenden.
  • Optimierte Zuverlässigkeit. Führen Sie Spannungsanalysen an den generativen Konstruktionsergebnissen durch, um die Qualität und Haltbarkeit der Konstruktionen zu validieren. Dadurch wird sichergestellt, dass Ihr Design in der realen Welt funktioniert. (Es spart auch Kosten in der Fertigung und im Service-Support.)

Manufacturing methods compared with generative design.

Bild: Ein für 3-Achsen-Fräsen, Gießen und additive Fertigung generiertes Teil.

Produkte und Unternehmen, die bereits generative Gestaltung einsetzen

Ingenieure beginnen bereits, generative Design-Software zu nutzen, um neue Designoptionen zu erforschen. Hier ist, was sie herausgefunden haben:

Die in der obigen Animation gezeigte Neukonstruktion der GE-Halterung war 75 % leichter als die ursprüngliche Konstruktion und wurde mithilfe der generativen Konstruktion so optimiert, dass sie innerhalb der Materialfließspannung blieb.

Bei Jacobs Engineering findet Jesse Craft, Sr. Design Engineer & Innovation Project Manager: "Als Ingenieur mag ich rechte Winkel, flache Oberflächen und runde Abmessungen, und generatives Design sagt, dass das vielleicht nicht die beste Lösung ist. Wenn ich also der bestmögliche Ingenieur in meinem Job sein will, schaue ich auf generatives Design, um diese Art von Lösungen zu finden."

Generative Gestaltung in Aktion

Wie sieht es aus, wenn ein generatives Design ins Spiel kommt? Sehen Sie im folgenden Video, wie eine Studie aufgebaut und ein Bauteil optimiert werden könnte.

Wie unterscheidet sich die Topologie-Optimierung vom generativer Gestaltung?

Es ist hilfreich, den Unterschied zwischen generativem Design und Topologieoptimierung zu verstehen, da die beiden Begriffe oft austauschbar verwendet werden. Aus Sicht von PTC konvergiert die Topologieoptimierung auf eine einzige Lösung, die nur auf funktionalen Zielen, Einschränkungen und Lasten basiert. Beim generativen Design werden mehrere Lösungen gleichzeitig entwickelt, um auf der Grundlage von funktionalen und nicht-technischen Anforderungen auf die bestmögliche Lösungsmenge zu konvergieren. Erfahren Sie mehr.

Was bedeutet generative Gestaltung für die Ingenieure von heute?

Wir haben erwähnt, dass Ingenieure auf Einstiegsebene einen professionellen Schub erhalten, da sie schnell damit beginnen können, erfolgreiche generative Modelle zu erstellen. Für Ingenieure auf jeder Ebene sollte generatives Design ihre Rolle auf die Kuratierung von Parametern und Testbedingungen verlagern, schreibt Jesse Coors-Blankenship in einem aktuellen Artikel in Machine Design. "Befreit vom mühsamen Ausprobieren und Verfeinern ihrer Entwürfe können sich Ingenieure darauf konzentrieren, was ihr Entwurf leisten muss, und nicht darauf, wie der Entwurf realisiert wird."

Der Weg nach Vorne mit generativer Gestaltung

Wir hoffen, dass dies einige Ihrer Fragen über generatives Design und die scheinbar fremdartigen Modelle, die es erzeugt, beantwortet hat. Kurz gesagt, es ist einfach eine neue, aber leistungsstarke Technologie, die Unternehmen hilft, ihre besten Designs in kürzerer Zeit zu liefern.

Weitere Informationen oder Kontakt zu einem Experten finden Sie auf der PTC-Webseite für generatives Design.

 

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Tags:
  • Retail and Consumer Products
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Der Autor

Cat McClintock

Cat McClintock edits the Creo and Mathcad blogs for PTC.  She has been a writer and editor for 15+ years,  working for CAD, PDM, ERP, and CRM software companies. Prior to that, she edited science journals for an academic publisher and aligned optical assemblies for a medical device manufacturer. She holds degrees in Technical Journalism, Classics, and Electro-Optics. She loves talking to PTC customers and learning about the interesting work they're doing and the innovative ways they use the software.