Mito sfatato: l'ottimizzazione della topologia non è vera e propria progettazione generativa

  • 5/21/2019
  • Tempo di lettura : 5 min
Topology optimization is not generative design

Se utilizzate software CAD per attività di progettazione o sviluppo prodotto, avete probabilmente familiarità con l'ottimizzazione della topologia, un modo per ottimizzare una forma al fine di trovare soluzioni per vari obiettivi funzionali.

L'ottimizzazione della topologia elimina materiale operando in uno spazio di progettazione 3D per ottenere il progetto più efficiente. Il metodo non prende in considerazione fattori estetici, approcci tradizionali o qualsiasi altro vincolo di cui normalmente si tiene conto in fase di progettazione. Produce invece una singola forma ottimale di una parte o di un sistema limitati solo dallo spazio di progettazione disponibile.

L'ottimizzazione della topologia non è però un concetto nuovo. Da anni gli ingegneri utilizzano questo metodo per ottenere una distribuzione ottimale del materiale in un modello 3D e raggiungere i propri obiettivi, come ridurre la massa, evitare una modalità di risonanza o ridurre al minimo la sollecitazione o la deformazione termica.

Come fanno allora le aziende leader nel settore del design industriale a progettare prodotti in modo più rapido e intelligente nel 2020? Stanno prendendo in considerazione una nuova tecnologia che si basa sull'ottimizzazione della topologia per progettare i prodotti del futuro.

Entrate nel mondo della progettazione generativa.

Laprogettazione generativa è un metodo per creare in modo autonomo progetti ottimali a partire da un insieme di requisiti per la progettazione dei sistemi. Con la progettazione generativa, gli ingegneri progettisti possono specificare in modo interattivo i requisiti e gli obiettivi funzionali del loro progetto, compresi i materiali e i processi di fabbricazione preferiti, e il motore generativo realizzerà automaticamente un progetto pronto per la produzione. In sostanza, è possibile interagire con la tecnologia per creare progetti di qualità superiore e prodotti innovativi con maggiore rapidità.

Ottimizzazione della topologia e progettazione generativa sono diventati termini in voga negli ambienti di progettazione e produzione, ma è diffuso un equivoco comune secondo cui si tratterebbe di sinonimi. Il frequente uso dei due termini in modo intercambiabile può creare confusione e ambiguità.

Analizziamo più in dettaglio le differenze tra l'ottimizzazione della topologia e la progettazione generativa.

L'ottimizzazione della topologia è una tecnologia di base

Dagli anni '90 del secolo scorso, quando ha iniziato a diffondersi, l'ottimizzazione della topologia viene impiegata per ottenere una distribuzione ottimale dei materiali in un progetto rispettando determinate condizioni d'uso funzionali. Si tratta di un algoritmo che riduce il materiale di un oggetto esistente, consentendone comunque il funzionamento secondo le finalità di progettazione originali. È sempre stato uno strumento utilizzato dagli analisti delle sollecitazioni nei team di progettazione e non dai progettisti.

La progettazione generativa, un concetto molto più recente, estende i limiti di ciò che è possibile fare utilizzando le tecnologie, inclusa l'ottimizzazione della topologia. Consente quindi al progettista di fare uso di tecnologie come l'ottimizzazione della topologia. Con la progettazione generativa, vengono specificati i requisiti di un ipotetico progetto e il software calcola tutte le possibilità di progettazione che soddisfano i requisiti specificati.

In parole povere: l'ottimizzazione della topologia converge su un'unica soluzione basata solo su obiettivi funzionali, vincoli e carichi, trovando una soluzione alla volta. La progettazione generativa elabora simultaneamente più soluzioni per convergere sul migliore insieme possibile di soluzioni basate sia su requisiti funzionali che non ingegneristici.

In questo senso, l'ottimizzazione della topologia è una tecnologia fondamentale su cui è basata la progettazione generativa. Poiché gli ingegneri progettisti trasferiscono sempre più la progettazione e lo sviluppo prodotto nel regno della computazione, l'ottimizzazione della topologia offre alla progettazione generativa un "trampolino di lancio" per creare direttamente il miglior progetto possibile. È un componente fondamentale per la progettazione generativa.

La progettazione generativa aiuta a progettare con il CAD di nuova generazione

Lo sviluppo di un ecosistema sempre più digitale richiede investimenti in tecnologie innovative per produrre risultati aziendali essenziali per il successo. Tale programma comprende eccellenza nella progettazione, efficienza dei processi di fabbricazione e innovazione di prodotti e servizi, fattori che PTC considera i tre pilastri della trasformazione digitale.

Per la progettazione e l'ingegnerizzazione, l'impatto della progettazione generativa è enorme in quanto migliora la percentuale di successo del prodotto, il time-to-market e il tempo necessario per ottenere ricavi, rispondendo sin dall'inizio e in modo accurato alle esigenze del cliente relative al prodotto.

In sostanza, la progettazione generativa sta ridefinendo la nuova generazione del design di prodotto.

Per PTC, questo risultato è ottenuto, in larga parte, grazie al componente di intelligenza artificiale della propria soluzione di progettazione generativa. L'intelligenza artificiale semplifica il processo di progettazione generativa sviluppando e, sostanzialmente, ampliando le capacità di progettazione umane e razionali, ad esempio:

  • fornendo feedback prezioso a un progettista nella fase iniziale di progettazione
  • permettendo agli ingegneri progettisti, a qualsiasi livello, di arrivare a soluzioni migliori in tempi più rapidi, incrementando la produttività
  • producendo progetti ottimizzati per l'efficienza e l'idoneità alla fabbricazione in un modo difficilmente realizzabile da un progettista umano.

L'obiettivo finale è la progettazione umana migliorata con la progettazione generativa guidata dall'intelligenza artificiale, che consente agli ingegneri di arrivare a soluzioni altamente differenziate, prima irraggiungibili.

Considerazioni finali

Sebbene l'ottimizzazione della topologia e la progettazione generativa abbiano lo stesso obiettivo, cioè creare il migliore progetto possibile, dato un insieme specifico di requisiti, le due tecnologie hanno differenze evidenti.

La progettazione generativa si avvale dell'ottimizzazione della topologia come base per arrivare a soluzioni più intelligenti, veloci e innovative. In sintesi: supera i limiti di quanto è oggi possibile per produrre progetti ad alte prestazioni pronti per la produzione.

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Informazioni sull'autore

Jesse Coors-Blankenship

Jesse Coors-Blankenship is the Senior Vice President of Technology at PTC. Former CEO of Frustum, Jesse pioneered generative design technology, utilizing artificial intelligence and new mathematical representations of geometry to make generative design functional. At PTC, he leads the effort to bring Frustum’s pioneering work in generative design to market in the CREO CAD platform. Together Frustum and PTC will transform how products are designed for a higher complexity future.

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La progettazione generativa si basa sulle fondamenta dell'ottimizzazione della topologia per realizzare progetti ottimali. Scoprite ulteriori informazioni sulle differenze tra le due tecnologie.