Un'introduzione al design generativo

Che cosa è il Design Generativo ? Se ne sente parlare molto oggi.

Di seguito un estratto tradotto in italiano di un articolo di Cadalys.com (disponibile solo agli iscritti alla newsletter).

Come professionista CAD, hai utilizzato il software per creare molti progetti, ma cosa succede se il software stesso potesse sostenere parte del lavoro di progettazione? 

Immagina: inserisci i criteri generali per il tuo design, una sedia a quattro gambe con seduta e schienale. 

La sedia deve essere in grado di sostenere un carico di 300 libbre, ma non può pesare più di 15 libbre. 

Il tuo reparto vendite ti dice che questa sedia si può vendere al dettaglio per $ 150, quindi pensi che il tuo budget per i materiali e la produzione sia di $ 50. 

Il marketing la vorrebbe in legno di noce. E il tuo capo vuole che 25 alternative di design vengano esaminate entro venerdì. 

Se ti affidassi a strumenti e metodi tradizionali, sarebbe un grosso problema, ma una classe emergente di software può aiutarti a fare il lavoro con la tecnologia di progettazione generativa.

Definizione del design generativo

Cominciamo dall'inizio: cos'è il design generativo? È una categoria di tecnologie che suggerisce opzioni di progettazione o ottimizza una progettazione esistente per soddisfare i criteri definiti dall'utente. 

La più nota di queste tecnologie è l'ottimizzazione della topologia, che utilizza la fisica per trovare la forma più appropriata per un oggetto, date le specifiche del materiale, i carichi, il peso e altre condizioni.

La progettazione generativa include anche la creazione di modelli CAD parametrici basati su regole, che automatizza la progettazione di forme complesse ma ripetitive (e può anche includere aspetti non geometrici, come il targeting dei costi e l'ottimizzazione della produzione).

La maggior parte dei progettisti è abituata a creare prima un modello CAD, quindi a sottoporlo a una simulazione appena prima della produzione, per prevedere le prestazioni del prodotto finale. Il design generativo inverte questa sequenza, usando la simulazione durante le prime fasi concettuali per identificare alternative che soddisfino i criteri di progettazione. Il designer umano seleziona quindi l'alternativa esteticamente più piacevole o altrimenti desiderabile e completa il processo di progettazione.

Perché farlo ? Perché è più facile per gli esseri umani apportare lievi modifiche al progetto all'inizio del processo piuttosto che a quelle successive, e perché si possono elaborare solo così tante alternative contemporaneamente.

I computer non sono orientati verso alcun concetto o design e possono creare centinaia o migliaia di idee nel tempo che impieghiamo per crearne uno. Consentire al progettista di scegliere solo tra alternative che soddisfano i parametri operativi, piuttosto che considerare opzioni che potrebbero non soddisfare questi criteri, impedisce di perdere tempo con opzioni non vitali e potenzialmente aumenta l'innovazione. 

In poche ore, il progettista può esaminare molte alternative, selezionarne una e infine creare il modello CAD dettagliato necessario per la produzione e altre fasi a valle.

Il design generativo ha molti vantaggi pratici oltre al risparmio di tempo e all'innovazione. I produttori possono ottimizzare i progetti per utilizzare meno materiale e pesare di meno, risparmiando denaro su materiali e trasporti.

Possono sostituire materiali costosi e soddisfare comunque i criteri di progettazione. Se necessario, possono spostarsi tra i processi di produzione sottrattiva additiva e tradizionale, facilitando lo sviluppo di prodotti personalizzati e di breve durata insieme alla produzione tradizionale. 

Tipi di strumenti software

Esistono due grandi categorie di strumenti di progettazione generativa: 

strumenti specialistici o stand-alone e strumenti in-CAD, che sono incorporati nelle soluzioni CAD. 

Molti degli strumenti in-CAD soddisfano in modo specifico le esigenze di progettazione della produzione additiva (spesso indicata con il termine stampa 3D). Questo tipo di produzione consente la creazione di forme che non possono essere fresate o formate utilizzando metodi tradizionali ed è particolarmente adatta a reticoli, vuoti interni e altre strutture che riducono il peso. 

Ma il design generativo non si limita allo sviluppo del prodotto; ci sono anche strumenti focalizzati su AEC. 

Ogni sviluppatore di software ha adottato il proprio approccio alla progettazione generativa e le soluzioni si stanno evolvendo rapidamente.

Ottimizzazione della topologia

La tecnologia più nota nell’ambito della progettazione generativa è l'ottimizzazione della topologia, che utilizza l'analisi agli elementi finiti (FEA) per ottimizzare il layout del materiale all'interno di uno spazio di progettazione. 

Un tipico processo di ottimizzazione della topologia inizia definendo la forma di una parte da ottimizzare. (Se fa parte di un assieme, il progettista può anche definire cosa non ottimizzare.)

Successivamente, il progettista imposta i carichi, i vincoli e gli obiettivi per l'ottimizzazione. Infine, definisce come e dove verrà eseguita l'ottimizzazione. Questo passaggio varia a seconda del software utilizzato e potrebbe includere l'algoritmo da utilizzare e se i calcoli verranno eseguiti su una workstation locale, nel cloud o altrove. 

Il risultato saranno una o più opzioni di progettazione che soddisfano i criteri. Oggi è probabile che i risultati siano forme costituite da elementi mesh, oltre a rappresentazioni visive delle forze fisiche sui componenti.

Da questi, il designer identifica un'unica, migliore opzione.

Cosa succede dopo dipende dal caso d'uso. Per un oggetto destinato alla produzione additiva, un progettista potrebbe aggiungere filetti, incidere i numeri di parte ed eseguire gli altri passaggi finali necessari per supportare la stampa 3D prima di eseguire un'ultima simulazione per garantire che le manipolazioni non abbiano influito sulla vitalità della parte.

Se la parte è destinata alla produzione tradizionale o ad altri processi a valle che richiedono l'aggiunta di solidi o superfici, esistono due alternative: utilizzare l'output di ottimizzazione come modello e modellare solidi / superfici sulla mesh oppure utilizzare software specializzato per automatizzare questa attività. La parte o l'assemblaggio finale dovrebbe essere nuovamente sottoposto a simulazione prima di passare alla produzione.

Le apparenze contano

Gli algoritmi di ottimizzazione della topologia possono essere basati su molti principi diversi; quello che ci è più familiare si basa sulla ricerca sui modelli di crescita ossea. L'osso risponde agli stimoli esterni solo crescendo secondo necessità - il corpo non aggiunge materiale in eccesso. Le strutture simili all'osso e altre visivamente insolite sono spesso belle, in un certo senso - e, grazie all'ottimizzazione, sappiamo che sono funzionali - ma sono sicuramente diverse dai design tradizionali.

Molti progetti creati tramite l'ottimizzazione della topologia non soddisfano l'estetica del design accettata e devono essere modificati per attirare la sensibilità degli acquirenti, specialmente nel caso di beni di consumo.

Un designer potrebbe utilizzare la struttura creata dallo strumento di ottimizzazione della topologia come punto di partenza e modificare quella geometria o sovrapporla con solidi dall'aspetto più tradizionale per creare e ottenere risultati più convenzionali.

Un esempio recente e significativo è quello realizzato da Autodesk con Volkswagen per ottimizzare alcuni componenti dei classico pulmino VW anni 60.

Ecco l'articolo completo di foto e video:

https://adsknews.autodesk.com/news/autodesk-volkswagen-generative-design-electric-showcase-vehicle