Generatives Design: Ein schnellerer Entwurfsansatz

Verfasst von: Dave Martin
  • 5/30/2022
  • Lesezeit : 4 min
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Angenommen, Sie sind für die Fertigung von Stückgütern verantwortlich, etwa in einem Unternehmen, das für die Herstellung seiner Produkte mehrere Wochen Vorbereitungszeit braucht. Oder Sie leiten ein produzierendes Unternehmen, das neuen Kundenanforderungen oder Wettbewerbern gegenübersteht. Ihnen ist bewusst, dass Innovation in Ihrer Strategie eine wesentliche Rolle spielt.

Doch was können Sie konkret tun, damit sich entscheidende Neuerungen in die Tat umsetzen lassen?

Nutzen Sie künstliche Intelligenz (KI) und Software für generatives Design in Ihrem Produktkonstruktionsprozess – und zwar nicht nur als Tool, sondern auch als Ansatz. 

Ihre Produktentwicklung erstellt ein „Studienmodell“, in dem unter Berücksichtigung von Parametern wie Designeinschränkungen, Belastungen, Materialien und Fertigungsmethoden die „Aufgabe“ definiert wird, die es zu lösen gilt. Anschließend analysiert die Software die Aufgabenstellung in zahllosen Iterationen und gibt eine Reihe optimaler Lösungen zurück, aus denen das Entwicklungsteam jene auswählt, die verfeinert werden sollen. Halten Sie sich das noch einmal vor Augen: Jedes dieser Ergebnisse erfüllt Ihre Anforderungen. Denn dank der unzähligen Durchläufe bieten sich Ihrem Team Lösungen, die es in der verfügbaren Zeit nicht hätte entwerfen können – und auf die es möglicherweise niemals gekommen wäre.

Stuhl als Beispiel für generatives Design

Entwurf für die Halterung eines Bürostuhls vor (links) und nach der Anwendung von generativem Design (Mitte).  Das rechte Objekt im Bild zeigt die vorgesehene Position des Bauteils am Stuhl.

Aus strategischer Sicht kann dies zu besseren, qualitativ hochwertigen Entwürfen führen, die bei effizientem Materialeinsatz schneller auf den Markt kommen und sich positiv auf die Herstellungskosten (COGS) auswirken.

Cummins, der weltweit führende Hersteller von Diesel- und Erdgasmotoren, Stromgeneratoren und verwandten Produkten, nutzte die generative Methode, um den Materialverbrauch für Elemente um 10-15 % zu reduzieren. Dies half dem Unternehmen, sowohl die Kosten- als auch Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

Generatives Design bringt aber noch mehr. Der Zweck der Software ist es, schnellere Iterationen zu ermöglichen – schneller und neutraler, als dies über menschliche Abläufe möglich wäre.

Warum ist generatives Design in Creo besonders zuverlässig?

Es ist kein Geheimnis, dass das generative Design und die eng damit zusammenhängenden Topologieoptimierungstools bereits seit mehreren Versionen in Creo verfügbar sind. Vier Aspekte sorgen dafür, dass ein Workflow mit dem generativen Design zuverlässiger als traditionelle CAD-Workflows sein kann.

Sie integrieren die Anforderungen in den Entwurf. Alle Produkte beginnen mit Anforderungen. Diese Anforderungen können durch Systementwicklungsmodelle gesteuert werden, die mit den Produktanforderungen verknüpft sind und in PLM verwaltet werden. Dies ist in Creo möglich. Oder Sie können Anforderungen nutzen, die Sie im Laufe vorheriger Entwurfsarbeiten selbst validiert haben. Wichtig ist: Beim generativen Design ist die Anwendung von Anforderungen auf Ihr Modell Teil Ihrer Studie. Jede Lösung aus der Studie erfüllt diese Anforderungen.

Die Fertigungsmethode prägt das Design.Normalerweise erstellen Sie den Entwurf eines Bauteils, überprüfen diesen mithilfe von Simulations- und Analysetools und überarbeiten Ihr Design anschließend wahrscheinlich nochmals, bevor Sie es an die Verfahrenstechnik übergeben. Nach mehreren Feedback-Runden wird der Entwurf schließlich fertiggestellt.

Der Einsatz des generativen Designs spart Zeit, weil die Fertigungskriterien Teil Ihrer Studie sind. Auf diese Weise können Sie sicherstellen, dass Sie den Entwurf optimal vorbereiten, bevor Sie das wertvolle Fachwissen Ihrer Kollegen hinzuziehen.

Hierzu gehören:

  • Eine Konstruktionsrichtung für Bauteile, die mit 3D-Druckern hergestellten werden.
  • Eine Trennlinie für Bauteile, die im Guss- oder Spritzgussverfahren gefertigt werden.
  • Eine lineare Extrusion für Elemente, die extrudiert oder bearbeitet werden sollen

Im Handumdrehen lassen sich mehrere Konzepte erstellen. Überlegen Sie einmal, wie sich die erste Konstruktionsphase in Ihrem Unternehmen gestaltet. Sie haben vielleicht eine Handvoll Entwürfe. Wie die meisten Profis setzen Sie wahrscheinlich auf das Konzept, das Ihrer Erfahrung nach am ehesten funktioniert. Beim generativen Design ermöglicht die Software wesentlich schnellere Iterationen, als dies über menschliche Abläufe möglich wäre – und bleibt dabei völlig neutral. So können Sie Ihr fachliches Urteilsvermögen ganz auf die Entwicklung der Aufgabenstellung selbst ausrichten.

Sie können das entstehende Modell in der Creo-Entwurfsumgebung modifizieren. Das durch das generative Design erstellte Modell erzeugt eine B-Rep-Geometrie (Berandungsdarstellung). Sie bearbeiten es in Creo wie jedes andere Ihrer Modelle.

Workflow beim generativen Design

In wenigen Minuten ist eine Aufgabenstellung eingerichtet. Der weitere Prozess läuft im Prinzip wie folgt ab:

  1. Definieren Sie Lastfälle. Diese stellen die Betriebsumgebungen dar, die Ihr Modell bewältigen muss.
  2. Konstruktionsziele definieren: Dies kann beispielsweise ein angestrebter Sicherheitsfaktor sein, oder eine Mindestgrundfrequenz.
  3. Randbedingungen hinzufügen: Hierzu gehören Fertigungseinschränkungen, aber auch geometrische Nebenbedingungen wie Symmetrie und Faktoren, die dünnere oder dickere Schichten erzeugen und Gewebe verfeinern.
  4. Wählen Sie Materialien aus. Creo unterstützt derzeit bis zu 10 Materialien pro Entwurfskriterium. Eine Studie kann viele Entwurfskriterien enthalten.
  5. Führen Sie die Optimierung auf dem Desktop aus, bevor Sie eine Reihe von Studien in die Cloud übertragen. Wenden Sie die Studieneinstellungen an, um den Zeit- und Ressourcenverbrauch zu regulieren.
  6. Optimierung ausführen:
  7. Ergebnisse ansehen:
  8. Die Entwürfe auswählen, die Sie in Creo weiter bearbeiten möchten.

Kann generatives Design Ihnen helfen?

Keine Software kann Innovationen garantieren. Aber generatives Design ist ein bewährter Ansatz, der Ihnen helfen kann, bessere Produkte schneller und kostengünstiger auf den Markt zu bringen. Wenn Sie herausfinden möchten, was möglich ist, besuchen Sie noch heute die Seite zum generativen Design.

Innovation durch generatives Design

Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie mithilfe von generativem Design in kürzerer Zeit optimale Entwürfe erstellen können.

Tags:
  • CAD
  • Generatives Design
  • Additive Fertigung

Der Autor

Dave Martin Dave Martin ist ein ehemaliger Creo-, Windchill- und Mathcad-Dozent und -Berater. Nachdem er PTC verlassen hatte, war er der Creo-Spezialist für Amazon; und ein Maschinenbauingenieur, Creo-Administrator und Windchill-Administrator für Amazon Prime Air. Er hat einen Abschluss in Maschinenbau vom MIT und arbeitet derzeit als Avionikingenieur für Blue Origin.