Nowoczesny przemysł [część 2]. Wszystko zaczyna się od projektowania, czyli jak będzie wyglądać przyszłość rozwoju produktów

Wszystko zaczyna się od wizji, a następnie przechodzi do procesu projektowania, który stanowi nieodłączną część tworzenia przedmiotów, które towarzyszą nam na co dzień.

W dzisiejszych czasach, dzięki algorytmom generatywnym, projektanci są w stanie znacznie przyspieszyć i usprawnić proces generowania różnorodnych rozwiązań. Algorytmy te umożliwiają tworzenie, analizowanie i optymalizację projektów w sposób, który jest trudny do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnych metod projektowania. Poprzez uwzględnianie wielu zmiennych, kryteriów i ograniczeń, algorytmy generatywne pozwalają na szybkie eksplorowanie różnych scenariuszy. Inteligentne algorytmy nie tylko przyczyniają się do stworzenia lepszych produktów, ale także mają potencjał zrewolucjonizować proces opracowywania produktów.

Nowoczesny przemysł intensywnie korzysta z zaawansowanych technologii, a jedną z nich jest projektowanie generatywne. Korzystanie z zaawansowanych algorytmów uczenia maszynowego i sieci neuronowych stanowi kierunek, w którym będziemy podążać, aby automatycznie generować nowe rozwiązania w różnych dziedzinach przemysłu.

Nie ma co do tego wątpliwości, że projektowanie generatywne to gorący temat, który przyciąga uwagę wielu profesjonalistów. Jest to jedna z najnowocześniejszych technologii, która naprawdę wskazuje przyszłość wykorzystania komputerów, mocy obliczeniowej i inżynierii. Polega zasadniczo na tym, że komputer zaprojektuje coś za Ciebie – wystarczy, że inżynier wprowadzi parametry w oprogramowaniu i po jakimś czasie zobaczymy wygenerowany projekt. Takie projekty wyglądają bardzo organicznie. Wyglądają jak coś, co stworzyła natura i nie jest to przypadek.

Algorytmy generatywne obecnie stanowią niezwykle wszechstronne narzędzie, które wykracza poza dziedzinę konstrukcyjno-projektową. Ich zastosowanie rozciąga się na wiele obszarów inżynierii, obejmując optymalizację przepływu płynów, projektowanie elektryczne, optykę, a nawet akustykę. Architekci i urbaniści wykorzystują techniki generatywne do optymalizacji układów budynków oraz przestrzeni miejskich, umożliwiając efektywne uwzględnienie różnorodnych kryteriów projektowych.

Te same algorytmy znajdują również zastosowanie w rozwiązywaniu skomplikowanych problemów optymalizacyjnych, które wykraczają poza tradycyjne ramy projektowania produktów. Dzięki zdolności do generowania różnorodnych rozwiązań i uwzględniania wielu kryteriów jednocześnie, algorytmy generatywne stają się doskonałym narzędziem w dzisiejszym inżynieryjnym środowisku.

Przyszłość rozwoju produktów

Większość zadań związanych z rozwojem produktu to złożone problemy optymalizacyjne. Zespoły projektowe podchodzą do nich iteracyjnie, udoskonalając początkowe najlepsze pomysły w toku analizy inżynieryjnej. Jednak każda taka iteracja wymaga czasu i pieniędzy, a zespoły mogą przeprowadzić tylko kilka iteracji w ramach harmonogramu rozwoju. Ponieważ zespoły rzadko mają okazję eksplorować alternatywne rozwiązania, które znacznie odbiegają od ich założeń bazowych, zbyt często ostateczny projekt jest nieoptymalny.

Dzisiejsza zaawansowana technologia oferuje szybkie cyfrowe symulacje i analizy. Algorytmy posiadają zdolność automatycznego dostosowywania geometrii części pomiędzy kolejnymi symulacjami, eliminując konieczność ręcznych poprawek. To oznacza, że projektanci mogą dynamicznie eksperymentować z różnymi kształtami i konfiguracjami, osiągając optymalne rezultaty w znacznie krótszym czasie niż przy tradycyjnych metodach projektowania.

Dzięki wykorzystaniu technik sztucznej inteligencji, nowoczesne systemy projektowania generatywnego mają zdolność do eksplorowania znacznie szerszego zakresu możliwych rozwiązań.W przypadku niektórych typów problemów inżynieryjnych algorytmy generatywne już teraz przewyższają ludzkie zespoły inżynieryjne. Dzięki zdolności uwzględniania wielu zmiennych jednocześnie, są w stanie generować rozwiązania, które mogą być trudne do odkrycia przy użyciu tradycyjnych procesów projektowych.

Ponadto, algorytmy generatywne często mają zdolność do tworzenia nieintuicyjnych, innowacyjnych rozwiązań, wykraczających poza konwencjonalne podejście. To otwiera nowe perspektywy projektowe i umożliwia eksplorację alternatywnych koncepcji, które mogą przynieść istotne korzyści w zakresie efektywności, wydajności oraz zrównoważonego rozwoju. W ten sposób algorytmy generatywne stają się niezastąpionym narzędziem w procesie inżynieryjnym, wspomagającym i uzupełniającym ludzką kreatywność oraz umiejętności projektowe.

Obecnie, najczęstszym zastosowaniem algorytmów projektowania generatywnego jest optymalizacja strukturalna. Te algorytmy są wykorzystywane do stworzenia części o wystarczającej wytrzymałości, sztywności i odporności na zmęczenie, przy minimalnym zużyciu materiału. Dzięki takiemu podejściu, projektanci mogą zoptymalizować geometrię i strukturę elementów, redukując zużycie materiałów, a jednocześnie spełniając wszystkie wymagania dotyczące wytrzymałości i funkcjonalności.

Takie zastosowania są powszechne wszędzie tam, gdzie istotna jest waga, na przykład przy projektowaniu wewnętrznych części konstrukcyjnych narzędzi ręcznych (w celu poprawy ergonomii), sprzętu sportowego (w celu zwiększenia wydajności), pojazdów i samolotów (w celu zmniejszenia zużycia paliwa lub zwiększenia ładowności), lub dowolnego produktu, dla którego masa stanowi istotny czynnik kosztowy.

To podejście ma duże znaczenie w kontekście zrównoważonego rozwoju, przyczyniając się do redukcji zużycia surowców i wpływu na środowisko.

Algorytmy generatywne mają znaczący wpływ na różne branże, od motoryzacji, lotnictwa po produkcję sprzętu sportowego. W tych dziedzinach potrafią obniżyć koszty części o 6 do 20%, zredukować wagę elementów o 10 do 50%, oraz skrócić czas ich opracowywania o 30 do 50%

Jednym z przykładów zastosowania tej technologii w branży lotniczej jest wdrożenie w firmie Airbus. Dzięki wykorzystaniu projektowania generatywnego, firma stworzyła nową wersję ścianki podziałowej kabiny samolotu. Nowa konstrukcja okazała się nie tylko lżejsza, ale także bardziej wytrzymała niż dotychczasowa.

Początkowe, wyższe nakłady finansowe na produkcję nie stanowiły problemu, ponieważ szybko okazało się, że zwrot może nastąpić w bardzo krótkim czasie. Po dokładnych obliczeniach stwierdzono, że redukcja masy jednej konkretnej części przekłada się na istotne obniżenie zużycia paliwa lotniczego, co przyczyniło się do efektywności ekonomicznej projektu.

Jedną z najważniejszych zalet projektowania generatywnego w przemyśle motoryzacyjnym jest jego zdolność do optymalizacji elementów pod kątem redukcji masy. W przypadku tej branży projektowanie lekkich komponentów samochodowych przy użyciu tej technologii w połączeniu z produkcją przyrostową może dać niesamowity efekt. Podczas opracowywania nowych pojazdów rosnące wymagania klientów w zakresie komfortu i wysokie standardy zapewnienia bezpieczeństwa często skutkują wzrostem masy poszczególnych elementów samochodu. Aby móc sprostać tym wyzwaniom jak a co za tym idzie wyższemu zużyciu paliwa, w procesie rozwoju produktu konieczne jest wdrażanie złożonych i małych lekkich konstrukcji. Generatywne opracowanie komponentów jest w tym przypadku jak dobry lek.

Technologia ta może również zrewolucjonizować sposób wytwarzania komponentów samochodowych. Optymalizując wykorzystanie materiałów i minimalizując odpady, projektowanie generatywne może prowadzić do znacznych oszczędności w procesie produkcyjnym. Dodatkowo, projektowanie generatywne jest wysoce kompatybilne z zaawansowanymi technologiami wytwarzania, takimi jak wytwarzanie przyrostowe (druk 3D), co pozwala na wytwarzanie skomplikowanych geometrii, które byłyby trudne lub niemożliwe do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnych metod wytwarzania. Połączenie projektowania generatywnego i wytwarzania przyrostowego umożliwia producentom samochodów wytwarzanie lekkich komponentów o wysokiej wydajności wydajniej i taniej niż kiedykolwiek wcześniej.

Rola projektowania generatywnego w kompleksowym rozwoju produktu

Techniki projektowania generatywnego udowodniły już, że mogą znacznie zwiększyć wydajność w rzeczywistych zastosowaniach. Ich pełny potencjał nie zostanie jednak osiągnięty, dopóki firmy nie zastosują tych koncepcji na dużą skalę, czyniąc je integralną częścią procesów rozwoju produktu.

Zakup odpowiedniego oprogramowania to tylko część rozwiązania. Inżynierowie muszą wiedzieć, jak skutecznie korzystać z nowych narzędzi, w pełni rozumiejąc zarówno ich możliwości, jak i ograniczenia. Metody projektowania generatywnego mogą generować kreatywne, nieintuicyjne rozwiązania, jednak inżynierowie wciąż muszą weryfikować wyniki poprzez testy lub analizy, upewniając się, że projekt może zostać zrealizowany zgodnie z zamierzonym procesem. Ta interakcja człowiek-maszyna będzie nadal ewoluować, w miarę jak algorytmy będą stawać się coraz inteligentniejsze.

Pytanie, które każdy inżynier powinien sobie dziś zadać, który zna już tą technologię, jest takie: Czy to początek końca inżynierii jako procesu twórczego kierowanego przez człowieka?

Projektowanie generatywne nie ma na celu zastępowania projektantów, ale raczej zwiększanie ich możliwości. Natomiast patrząc w przyszłość 20-30 lat do przodu – hipotetycznie może być to koniec pracy inżyniera-konstruktora jako człowieka. Program oparty na AI mógłby zastąpić całkowicie pracę inżynieryjną projektanta i może być to ostateczny cel tej technologii. Narazie jednak jesteśmy w tej kwestii daleko. Jest wiele rzeczy, które składają się na inżynierię poza opracowywaniem kształtu takie jak np. dobór materiałów czy używanie ich zgodnie z danymi przepisami.

Z pewnością jest to na razie narzędzie, które możemy posiadać w swoim zestawie narzędzi i które pomoże nam w tworzeniu i opracowywaniu nowych części. Konstruktorzy nadal odgrywają kluczową rolę w interpretacji wygenerowanych wyników i w uwzględnianiu swojej kreatywności i wiedzy branżowej w ostatecznym projekcie.

Wyzwania z przyjęciem nowej technologii

Dla liderów rozwoju produktów technologia projektowania generatywnego sprawia, że proces projektowania jest łatwiejszy i wygodniejszy. Istnieje jednak sporo wyzwań związanych z przyjęciem tej nowej technologii.

• znajomość technologii: skuteczne korzystanie z narzędzi generatywnych wymaga od inżynierów zrozumienia zarówno technologii, jak i algorytmów. Konieczne jest odpowiednie szkolenie i rozwój umiejętności w zespole.
• integracja z istniejącym oprogramowaniem: implementacja systemu projektowania generatywnego może wymagać integracji z istniejącym oprogramowaniem i narzędziami używanymi przez firmę. Zapewnienie płynnej współpracy między różnymi systemami jest kluczowe.
• kontrola procesu projektowego: wprowadzenie generatywnego projektowania może stanowić wyzwanie dla tradycyjnych procesów projektowych. Konieczne jest dostosowanie procedur, aby skutecznie uwzględniać generatywne podejścia.
• weryfikacja i walidacja: mimo, że algorytmy generatywne są potężnym narzędziem, konieczne jest przeprowadzanie weryfikacji i walidacji wyników, aby upewnić się, że spełniają one określone kryteria jakościowe i funkcjonalne.
• zrozumienie ograniczeń technologii: inżynierowie muszą być świadomi ograniczeń algorytmów generatywnych. Obejmuje to zarówno techniczne ograniczenia, jak i kwestie etyczne, takie jak odpowiedzialność za wyniki generowane przez sztuczną inteligencję.
• akceptacja kulturowa i organizacyjna: wprowadzenie nowej technologii może spotkać się z oporem ze strony pracowników i kierownictwa. Ważne jest, aby zarząd firmy zrozumiał korzyści i skutecznie zarządzał procesem akceptacji kulturowej i organizacyjnej.
• koszty i zwrot z inwestycji: wdrożenie generatywnego projektowania może wiązać się z kosztami, zarówno związanymi z zakupem odpowiednich narzędzi, jak i z procesem szkolenia pracowników. Firmy muszą starannie ocenić koszty i korzyści, aby uzyskać satysfakcjonujący zwrot z inwestycji.
• bezpieczeństwo danych: wykorzystywanie algorytmów generatywnych często wymaga przetwarzania dużych ilości danych. Zapewnienie bezpieczeństwa danych i zgodności z przepisami dotyczącymi prywatności jest kluczowe.

Wdrożenie projektowania generatywnego to proces, który wymaga starannej analizy, planowania i dostosowania organizacyjnego. W nadchodzących latach algorytmy generatywne będą nadal ewoluować, stając się potężniejsze, szerzej stosowane i łatwiejsze w użyciu. Gdy dostępna będzie jeszcze większa moc obliczeniowa, możliwe będzie rozszerzenie tego podejścia poza poziom projektowania części, aby umożliwić optymalizację pracy zespołów, a ostatecznie kompleksowego podejścia do tworzenia produktów.

Kilka wiodących firm wychodzi już z projektowania generatywnego poza fazę pilotażową i stosuje je w swoich organizacjach. Musimy być świadomi, że wymaga to inwestycji w narzędzia, edukację i zmiany kulturowe.

Podsumowanie

Obecnie technologia projektowania generatywnego jest wciąż w powijakach i badane są różne typy modeli obliczeniowych o zupełnie odmiennych celach.

Oczekiwania są ogromne idące w kierunku myślenia, że sztuczna inteligencja zapewni niegdyś niewyobrażalne możliwości, szczególnie w zakresie eksploracji pomysłów. Zastosowanie projektowania generatywnego wciąż się rozwija, a postęp w sztucznej inteligencji i modelach obliczeniowych stale zwiększa jego możliwości.

Biorąc pod uwagę agresywne tempo rozwoju tej technologii, jest całkiem możliwe, że w nadchodzących latach sztuczna inteligencja będzie w stanie w ciągu kilku sekund projektować komponenty o poziomie złożoności i efektywności znacznie przekraczającym ludzkie możliwości, a co za tym idzie, na nowo zdefiniuje rolę inżynierów i projektantów w świecie projektowania, prowadząc do bardziej innowacyjnych i zoptymalizowanych produktów w różnych dziedzinach.

Dziękujemy, że przeczytałaś/eś nasz artykuł do końca. Obserwuj nas także w Wiadomościach Google.

Jeśli spodobał Ci się artykuł i uważasz, że prezentowane przez nas treści są ciekawe i wartościowe – udostępnij dalej swojej społeczności. Dziękujemy.