V čem vám pomůže generativní navrhování

Nejen aditivní výroba, ale také klasická průmyslová odvětví – výrobci průmyslových strojů, firmy z těžkého strojírenství nebo výrobci high-tech zařízení – už přínosy generativního navrhování objevují.

Společnosti, které zavedly generativní navrhování mezi prvními, už vědí, že optimalizuje náklady již ve fázi vzniku návrhu. A už si vyzkoušely, že díky digitalizaci procesů a propojení konstrukce s výrobou mění svůj byznys k nepoznání.

Pro vedení firem tato technologie nabízí příležitost k získání konkurenční výhody prostřednictvím snadno dosažitelné a rychlé inovace stávajících výrobků. Ty mohou získat zcela nové parametry jen tím, že jsou plně optimalizovány. Optimalizace zde hraje klíčovou roli. Otevírá zcela nové možnosti, které jsou nesrovnatelné s tradičními konstrukčními postupy. Optimalizovaný výrobek pak má lepší parametry, jako jsou pevnost, hmotnost, energetická náročnost, ekologičnost. To má dopad nejen na výrobní náklady, ale i na ty provozní, které jsou důležité pro zákazníky.

Projdou-li optimalizací díly, které společnosti dlouhodobě vyrábějí, ale nepodrobují je optimalizaci, pak zpravidla přinesou velké překvapení. U takových výrobků dosahuje úspora materiálu 60 i více procent.

Generativní navrhování dokáže totiž vygenerovat a vyhodnotit obrovské množství variant konstrukčních řešení v krátkém čase, a díky tomu mohou vývojáři a konstruktéři trávit mnohem méně času zdlouhavými výpočty, simulacemi a hledáním optimálních variant řešení. Generativní návrh pak nahradí tradičně užívaný přístup konstruktéra, kdy při návrhu nového dílu vychází z již dříve navržených dílů nebo využívá vrozenou intuici kombinovanou s dostupnými softwarovými nástroji. Konstruktér tedy naváže na výstup optimalizace, a svoje dovednosti a zkušenosti využije na dokončení modelu. Ověří požadavky na tvar, design, montáž a výrobní technologii, a případně model upraví nebo vymodeluje například pro užití skladově dostupného materiálu nebo polotovarů.

Optimalizace generativním návrhem probíhá za podpory masivního výpočetního výkonu. Aby se uskutečnila co nejrychleji a nezablokovala práci na pracovních počítačích, probíhá v cloudu. Vstupní branou k zadání optimalizace je Autodesk Fusion 360, který je součástí sady aplikací pro strojírenství nebo snadno dostupný jako samostatný software. V jeho rozhraní se uživatel propojí s cloudem, zformuluje cíle, omezení a další parametry – zatěžující síly, jejich směr, napojovací body, materiál, požadovanou bezpečnost, prostupy a montážní požadavky, výrobní metodu a další. Pak zadání odešle a do hry vstoupí moderní technologie a výpočetní možnosti cloudu – a začnou zkoumat tisíce možností a hledat nejlepší řešení.

Výpočty trvají jen od několika desítek minut až po několik hodin a následně nabídnou desítky možných variant, které výpočet stanovil jako vhodné. Konstruktér nyní získá unikátní pohled na všechna dostupná řešení splňující zadaná kritéria. Prohlédne si je a vybere jednu variantu, která nejlépe odpovídá jeho požadavkům a potřebám na další zpracování. Následně provede kontrolu, zda návrh splnil jeho požadavky nebo potřebuje domodelovat detaily a úpravy. V případě užití jiných výrobních technologií, než jsou 2,5–5osé obrábění, výpaly a odlévání, je potřeba generativní návrh přemodelovat pro požadovanou technologii, která je výrobě dostupná. Výsledek je vždy překvapivý, někdy i ohromující, jak to potvrzují mnozí uživatelé.

Generativní návrh můžete vyzkoušet okamžitě. Nejsou nutná speciální školení. Budete potřebovat jen konstruktéra a Autodesk Fusion 360. Autodesk Fusion 360 je součástí sady aplikací Autodesk Product Design & Manufacturing Collection, kterou možná již máte, nebo jej můžete pořídit samostatně (roční předplatné –11 300 Kč bez DPH). Takto můžete již provést zadání generativního návrhu do cloudu a následně získat přehled všech optimalizovaných variant.

Ke stažení vybrané varianty do počítače budete však potřebovat 100 cloudových kreditů, což je cena za optimalizaci v cloudu. Mnozí uživatelé Autodesk softwaru získali 100 cloudových kreditů s prvním předplatným, a ty mohou nyní použít. Obecně lze 100 cloudových bodů pořídit za 3 110 Kč bez DPH.

Generativní design se stává klíčovým pomocníkem v mnoha odvětvích. Začněme třeba v globálním automobilovém průmyslu, který se snaží aklimatizovat na zpřísňující se požadavky emisních limitů, ale také přizpůsobovat se dynamickému technologickému rozvoji. Automobilky hledají cesty ke zvýšení ekologičnosti konvenčních motorů i k odlehčení vozidel.

Například společnost Denso použila generativní navrhování pro vylepšení elektronické řídicí jednotky k malým dieselovým motorům používaným ve stavebních a zemědělských strojích. Cílem bylo jednotku odlehčit a zlepšit její tepelné vlastnosti. Díky této technologii se vývojářům podařilo dosáhnout vylepšení v krátkém čase a zároveň odhalit další cesty pro další inovaci.

Pokroku dosáhly při výrobě s pomocí generativního navrhování také další světové značky, například General Motors. Nebo v leteckém průmyslu legendární francouzský Airbus, který touto technologií například optimalizoval bionickou přepážku do kabin svých letadel – a dosáhl tím zajímavé úspory v hmotnosti dílu. Představte si, že každý ušetřený kilogram na přepážce letadla se může stát kilogramem nákladu, za který letecká společnost získává zaplaceno po celou dobu provozu letadla.

Stále častěji také nacházejí zalíbení v této technologii i malé startupové společnosti napříč obory, pro které jsou výkon a kvalita výrobku na prvním místě.

Největší dopad však bude mít generativní navrhování v tradičních výrobních oborech, jako je strojírenství. To potvrzuje společnost Claudius Peters ze sousedního Německa, která vyrábí těžké stroje pro zpracování sypkých materiálů. Generativní navrhování se pro ni stalo zcela průlomovým, umožnilo totiž úplně jinak přistupovat k navrhování i optimalizaci. Při zavádění inovací byla pro Claudius Peters klíčová spolupráce s technologickými partnery, jako je Autodesk. Software a generativní návrh pracovníkům této společnosti pomohl nalézt nejlepší konstrukční řešení podle zadaných kritérií a cílů, a velmi rychle vygeneroval desítky možností, ze kterých bylo možné následně vybírat.

Firemní tým nejprve při workshopu experimentoval s několika generickými součástkami a poté se rozhodl zkusit zoptimalizovat díl, který patří do chladiče slínku – jednoho ze základních strojů, které firma dodává do cementáren. „S radostí jsem pozoroval, jak všichni konstruktéři obestoupili počítačovou obrazovku a sledovali, jak software pro generativní design vytváří optimalizovaný a pevný díl v podstatě na základě ničeho – stačilo jen pár zadaných kritérií. Software provede všechny iterace, které jsou potřeba k nalezení nejlepšího řešení,“ řekl konstruktér firmy Maxmilian Lerch. Již první výsledky tým překvapily – ukázalo se, jak velmi odlišně může díl vypadat oproti dílu navrženému klasickou metodou. Dalším překvapením byla úspora hmotnosti o 40% při zachování tuhosti a ostatních parametrů.

Generativní navrhování se stalo průlomovým také ve společnosti Matsuura, výrobci CNC obráběcích strojů, která ho využívá pro návrh upínacích přípravků pro speciální obrobky. Její konstruktéři často řeší velmi specifické požadavky zákazníků. Nová technologie jim kompletně změnila pohled na možnosti řešení a rychlost dodávek.

Dalším příkladem je společnost MJK Performance, která se zaměřuje na výrobu designových dílů pro kultovní motocykly. Z pohledu jejích zaměstnanců byl generativní návrh dlouho něčím, co generuje organické tvary, ale jejich vizuální styl nekorespondoval s technologickým designem, který společnost nabízí. Vše se změnilo ve chvíli, kdy generativní navrhování vyzkoušeli s konfigurací na tříosé obrábění. Prvním dílem byly brýle pro vidlici na motocykly Harley-Davidson. Tento díl je tradičně robustní a jeho odlehčení je logickým požadavkem. Výsledek všechny překvapil. Optimalizace dílu proběhla za 20 minut. Dokončení modelu už pak bylo rychlé. Podíl generativního návrhu v tomto případě reprezentoval 80–90 %. Celý návrhový proces se zkrátil o jeden až dva dny a výsledný díl byl mnohem lehčí.

V České republice již několik výrobních společností začalo s generativním navrhováním pracovat. Je tedy jen otázkou krátké doby, kdy se začnou na trhu objevovat jejich výrobky, které nás překvapí svými unikátními parametry i vzhledem. Jestliže chcete být napřed před konkurencí a inovovat, teď je ten pravý čas vyzkoušet tuto technologii a získat náskok.

Příkladů, kdy se firmám napříč kontinenty i průmyslovými odvětvími podařilo s pomocí generativního designu dosáhnout pokroku, vyšší konkurenceschopnosti i časové a finanční úspory, dramaticky přibývá. Generativní navrhování osvobozuje konstruktéry od klasických postupů hledání nejlepší varianty návrhu a umožňuje jim využít neomezeného výpočetního výkonu cloudu pro rychlé nalezení všech dostupných variant a výběru té nejlepší. Ať už je cílem odlehčení, konsolidace několika dílů, lepší chování produktu, nebo udržitelnost, software pro generativní navrhování konstruktérům pomůže kýženého výsledku dosáhnout. A v neposlední řadě jim otevře dveře do úspěšné budoucnosti.

Budoucnost výroby tkví v novém přístupu konstrukčního procesu. Na základě vstupních požadavků na produkt a jeho výrobu systém generuje desítky možných konstrukčních řešení. K optimalizaci nákladů dochází již ve fázi vzniku návrhu. Při generativním navrhování se od začátku bere v potaz vyrobitelnost daného řešení. Výrazně se tím zrychlí uvedení výrobku na trh. Seznamte se s nástroji, které od základu mění výrobní možnosti.

Firma Claudius Peters vyrábí těžkou strojírenskou techniku a generativní design jí při výrobě chladičů slínku pro cementárny šetří 25 % materiálu. Podrobnosti naleznete zde.

Společnost Matsuura byla za pomoci technologie generativního navrhování v aplikaci Fusion 360 schopna vyrobit stovky lehkých a optimalizovaných variant přípravku. Podrobnosti naleznete zde.

Kanadská firma MJK Performance se specializací na náhradní díly pro kultovní motocykly značky Harley-Davidson dokázala perfektně skloubit tradici s nástroji budoucnosti. A jejich zákazníci si to nemůžou vynachválit. Podrobnosti naleznete zde.