Generatives Design: Eine neue Art des Gestaltens

Verfasst von: Dave Martin
  • 9/13/2022
  • Lesezeit : 3 min
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Generatives Design ist ein automatisiertes Verfahren zur Erstellung von CAD-Geometrien für Teile- und Baugruppenmodelle mithilfe von maschinellem Lernen. Anstatt die Form mit Hilfe von merkmalsbasierten oder direkten Modellierungsmethoden zu definieren, gibt der Benutzer den Konstruktionsraum (wie eine Hülle, einschließlich der zu erhaltenden oder auszuschließenden Bereiche), die Betriebsumgebungsbedingungen, die Materialien und die Fertigungseinschränkungen an. Ein Algorithmus berechnet dann eine oder mehrere potenzielle Lösungen. Der Benutzer kann dann die Ergebnisse filtern, um eine optimale Wahl zu treffen. Das generative Design ist schneller und in vielerlei Hinsicht zuverlässiger als herkömmliche iterative, vom Menschen gesteuerte Methoden.

Was macht generatives Design besser?

Generatives Design und eng verwandte Topologie-Optimierungswerkzeuge sind in Creo bereits seit mehreren Versionen verfügbar. Betrachten wir vier Aspekte, die das generative Design anders und besser machen als traditionelle CAD-Workflows.

Sie bauen Anforderungen in das Design ein. Alle Produkte beginnen mit Anforderungen. Die Anforderungen der obersten Ebene werden in Teilsystemanforderungen zerlegt, die dann in Komponentenanforderungen destilliert werden. Auch wenn wir die strukturellen Anforderungen für ein Teil oder eine Unterbaugruppe kennen, wurden diese Anforderungen in der Vergangenheit erst nach Fertigstellung des Entwurfs validiert. Beim generativen Entwurf wird der Entwurf durch Anwendung von Lastfällen auf das Modell erstellt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Lösung von Anfang an die Kriterien erfüllt.

Die Herstellungsmethode bestimmt das Design. Bei typischen Arbeitsabläufen werden Teile entworfen, mit Hilfe von Simulations- und Analysewerkzeugen validiert und dann an einen Verfahrenstechniker weitergegeben, der prüft, ob das Teil mit subtraktiver oder additiver Fertigung hergestellt werden kann. Beim generativen Design fügen wir der Optimierungsstudie Fertigungskriterien hinzu. Dazu gehören:

  • Eine Bauanleitung für Teile, die in 3D gedruckt werden sollen
  • 2D oder 3D Trennebene für Spritzgussteile
  • Lineares Strangpressen für Teile, die gefräst werden sollen

Dadurch wird sichergestellt, dass die Lösung mit dem geeigneten Verfahren hergestellt werden kann.

Sie entwickeln schnell mehrere Konzepte. Die Produktentwicklung steht immer unter dem Zwang des Zeitplans. Produkte können nie schnell genug auf den Markt kommen. In der Regel wird in der ersten Entwurfsphase eine Handvoll potenzieller Konzepte erstellt. Mit Hilfe des Machine Learning können mehrere Konzepte in weniger Zeit erstellt werden, als ein Mensch für ein einziges Konzept benötigt.

Das resultierende Modell kann vom Benutzer verändert werden. Das durch generatives Design erstellte Teilemodell führt zu einer B-rep-Geometrie (Boundary Representation). Es handelt sich dabei um die gleiche Art von Geometrie, die im Workflow der subdivisionalen Modellierung für die Oberflächengestaltung erzeugt wird. Diese Geometrie kann mit standardmäßigen parametrischen Features oder direkten Modellierungswerkzeugen wie der Flexible Modeling Extension modifiziert werden.

Der generative Design-Workflow

Eine Studie zur Optimierung eines Modells mit generativem Design kann in wenigen Minuten erstellt werden. Der allgemeine Ablauf ist wie folgt:

  1. Richten Sie Ihren Entwurfsbereich ein. Dabei handelt es sich um Ihre Ausgangsgeometrie, d. h. einen Körper, der die Volumengrenze für Ihr Modell darstellt. Sie können auch Körper verwenden, um Volumina anzugeben, die während der Studie erhalten bleiben müssen, und Volumina, für die keine Geometrie zulässig ist.
  2. Definieren Sie Ihre Lastfälle. Diese stellen die Betriebsumgebungen dar, die Ihr Modell überstehen muss. Es ist einfach, Ihre Beschränkungen und Lasten zu definieren.
  3. Geben Sie Ihre Entwurfsziele an. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Zielmasse oder einen Volumenanteil des ursprünglichen Entwurfsbereichs.
  4. Fügen Sie Ihre Randbedingungen hinzu. Dazu gehören die oben aufgeführten Fertigungsbeschränkungen sowie Geometriebeschränkungen wie Symmetrie und Faktoren zur Erzeugung dünnerer oder dickerer Bereiche und zur Reduzierung von Stegen.
  5. Materialien auswählen. Creo erlaubt derzeit bis zu 10 Materialien in einer Studie.
  6. Wenden Sie die Studieneinstellungen an, um den Zeit- und Ressourcenaufwand zu kontrollieren.
  7. Führen Sie die Optimierung durch.
  8. Sehen Sie sich die Ergebnisse an.
  9. Wählen Sie das gewünschte Design und erstellen Sie die Modellgeometrie. Sie können das Endergebnis auch für den 3D-Druck formatieren.

Die Geschwindigkeit dieses Prozesses ist ein entscheidender Faktor für Unternehmen, die an der Spitze stehen.

Kann generatives Design Ihnen helfen?

Generatives Design ist ein bewährtes Konzept, das Ihnen helfen kann, leichtere Teile in kürzerer Zeit zu entwickeln, damit Sie Ihre Produkte schneller auf den Markt bringen können. Erfahren Sie hier mehr über das Potenzial des generativen Designs für Ihre Produktentwicklungsteams.

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Tags:
  • CAD
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  • Generatives Design

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.