Témata
Zdroj: Autodesk Generative Design

Generativní design: revoluce ve výrobě

První krok k široce dostupné automatizaci výroby, otevření se novým možnostem a šance posunout se mílovými kroky do budoucnosti. To je generativní design – rostoucí fenomén, díky němuž lidé spojují síly s umělou inteligencí, a mohou tak objevovat dosud nevídaná konstrukční řešení. Příběhy společností, které díky generativnímu navrhování dosáhly dílčích úspěchů ve svém oboru, denně přibývají. Zavádějí ho světové značky, ale i startupy či univerzity.

Scott Reese

Zaměřuje se na predikci a podporu potřeb průmyslových odvětví. Řídí vývoj cloud produktů zaměřených na výrobní, stavební a mediální a zábavní průmysl, mezi které patří Autodesk Fusion 360, Autodesk Netfabb, Autodesk Powermill a Autodesk Shotgun, stejně jako širší platforma Autodesk Forge. Scott získal bakalářský titulu v oboru informatiky a magisterský titul v oboru Business Administration na Indiana Wesleyan University.

Design konzole sedadla automobilu vzniklý generativním navržením. Je o 40 % lehčí a 20 % pevnější než konzole původní, smontovaná z osmi dílů. (Zdroj: General Motors)

Vývojáři a konstruktéři mohou díky generativnímu designu trávit mnohem méně času kreslením a zadáváním věcí do počítače. Na začátku procesu uživatel zformuluje cíle, omezení a další parametry – např. požadavky na hmotnost, bezpečnost, materiál, výrobní metodu a náklady. Pak do hry vstoupí moderní technologie – umělá inteligence a výpočetní možnosti cloudu – a začnou zkoumat tisíce možností a hledat nejlepší řešení. Komplexní zadání počítač vyřeší mnohem rychleji než člověk a porovná nesrovnatelně větší množství alternativ.

Generativní design již proměňuje automobilový průmysl, svět designu či výrobu tradičními způsoby. „Všichni průkopníci generativního designu mají jedno společné: touží změnit způsob, jakým dnes vyrábíme věci. A přitom i zlepšují život lidem kolem sebe. Přesně to nastupující generaci inženýrů i firem spojuje,“ říká ScottReese, senior viceprezident pro strojírenství, výrobu a cloud společnosti Autodesk.

Jak vytvořit tisíce konstrukčních variant jednoho dílu? Umožňuje to generativní design s využitím obrovského výpočetního výkonu. Je klíčem k budoucnosti atraktivního a úsporného designu automobilu.

Cesta k lehčím dílům a nižší spotřebě

Budoucnost s generativním designem si zvolila i automobilka General Motors. Pomocí dílů vytištěných na 3D tiskárnách chce zlepšovat výkon vozů a upravovat je zákazníkům na míru. „Generativní design nám umožňuje zkoumat různá konstrukční řešení dílů a součástí, které ve vozidlech používáme. Využívá přitom cloud a umělou inteligenci a spojuje mozek konstruktéra s možnostmi počítačů. Konstruktér ve spolupráci s počítačem přijde s řešením, které by jeden bez druhého nevymysleli,“ popisuje Kevin Quinn, ředitel pro aditivní design a výrobu.

Při tomto způsobu práce konstruktér zformuluje konstrukční cíle a další parametry, například výrobní metodu, rozpočet či materiál, a zadá je do softwaru pro generativní navrhování. Software zanalyzuje a vyhodnotí všechny myslitelné permutace a doporučí řešení, které se podle výpočtů jeví jako optimální. Generativní design a 3D tisk navíc s minimální investicí dovedou vyprodukovat nekonečné množství konstrukčních řešení.

Při nedávné spolupráci se společností Autodeskkonstruktéři zoptimalizovali konzoli sedadla, která upevňuje zámek bezpečnostního pásu k sedadlu a sedadlo k podlaze automobilu. Použili funkce pro generativní design v programu Autodesk Fusion 360. Typická konzole sedadla je hranatý díl smontovaný z osmi součástí, software vygeneroval přes 150 návrhů, které připomínaly spíš kovový objekt z vesmíru. Nově navržená konzole sestává z jediného nerezového dílu a je o 40 % lehčí a 20 % pevnější než konzole původní.V General Motors už pracují na optimalizaci dalších autodílů. Když se pomocí generativního designu a 3D tisku podaří snížit spotřebu o čtvrt litru na 100 km nebo prodloužit dojezd elektromobilu o 15 km na jedno nabití, získá společnost obrovskou konkurenční výhodu.

Startup pomáhá postiženým

Další ukázkou využití generativního navrhování je oblast zdravotnictví.Indický startup Social Hardware si klade za cíl pomáhat postiženým lidem z venkova, kteří při práci v zemědělství nebo stavebnictví bohužel přišli o končetinu. Jak říká spoluzakladatel firmy AbhitKumar, na trhu s protézami jev Indii obrovská rezerva a cílem společnosti je tento fakt eliminovat.

V plánu bylo vytvořit přídavné zařízení, které se vejde mezi bionickou ruku a lůžko – adaptér, do kterého půjde připevnit různé nástroje, například kladívko, zednickou lžíci nebo jiné nářadí,“ vysvětluje druhý spoluzakladatel firmy Cameron Norris. Na pomoc si vzali generativní design. Do programu Fusion 360 zadali údaje o rozměrech běžně vyráběných lůžek a v pěti fázích se jim postupně povedlo odlehčit zápěstní adaptér Avocado a zrychlit celý vývoj. „Kdybychom se k těmto výsledkům chtěli dobrat tradiční cestou, strávili bychom tím celé měsíce,“ pochvaluje si Kumar.

Díky generativnímu designu jsme vytvořili lehké a prodyšné lůžko s unikátním vzhledem. Soustředíme se sice zejména na nízkopříjmové skupiny, přesto ale chceme dát klientům pocit, že nosí špičkovou moderní protézu,“ popisuje Norris. Firma nyní hodlá prototyp přetavit v koncový produkt nachystaný pro sériovou výrobu.

Sto euro za desítky variant

Navrhnoutdíl za podpory této technologie není vůbec složité ani nedostupné. Stačí zadat základní parametry výrobku ve Fussion 360 a vše odeslat ke zpracování do cloudu, který disponuje velkým výpočetním výkonem. Za několik hodin konstruktér obdrží výsledek optimalizace návrhu. Většinou se jedná o několik desítek variant, z kterých je možno vybírat. Cena za cloudový výpočet se v průměru pohybuje kolem 100 euro.

Chcete vědět, jak nastavit první jednoduchou generativní studii designu ve Fusion 360? Zde je malý příklad s diskusemi o výsledcích a jejich významu.
Související články
MM Podcast: Každé vítězství má svůj příběh

Olga Girstlová byla v 90. letech nepřehlédnutelnou součástí vznikajícího podnikatelského prostředí tehdejšího Československa. Společně se svým otcem a manželem založili v květnu 1990 společnost GiTy. Vsadili na komoditu s obrovským potenciálem technologického růstu. Po 15 letech manželé Girstlovi však dospěli k rozhodnutí společnost prodat a dále se věnovat jiným komoditám, jako například ekologickému stavitelství. 

CIMT 2021 plně prezenční

Zatímco je celý svět paralyzovaný restrikcemi proti šíření koronaviru covid-19, v Pekingu byl dnes zahájený veletrh obráběcích a tvářecích strojů China International Machine Tool Show CIMT 2021 v plné prezenční formě a téměř shodného rozsahu, jako ročníky předešlé. Ve stejný den a po celý týden, jako Hannover Messe Digital Edition – průmyslový veletrh v plně digitální platformě.

Hannover Messe 2021

Inovace, vytváření sítí a sdílení zkušeností ve věku průmyslové transformace – to jsou klíčová motta, která představují letošní ročník digitálního Hannover Messe, na kterém více než 1 800 vystavovatelů představí svá řešení pro výrobu a energetické systémy budoucnosti. Od umělé inteligence po robotiku, od ochrany klimatu po vodík. Nejdůležitější světový průmyslový veletrh plní svoji roli jako inovační a síťová platforma a vytváří uprostřed koronové pandemie globální platformu pro výměnu zkušeností v době průmyslové transformace.

Související články
MM Podcast: Glosa - God Save the Queen

V naivní představě ekonomického perpetuum mobile zaměstnáváme v poměru k reálné ekonomice nejvyšší počet lidí ve státní a veřejné správě v rámci nejrozvinutějších zemí OECD. Rakovinotvorný rozbujelý a nevýkonný úřednický aparát, vědomě bojkotující vznik e-státu, dokonale paralyzuje správu věcí veřejných. A jeho solidarita s aktuálně zdecimovaným privátním sektorem? Home office na 100 % mzdy, její valorizace, statisícové odměny na MF za ušetřené miliardy (…). 

Související články
V hlavní roli strojař

Fakulta strojní VŠB-TUO se pro letošní rok v rámci náborové kampaně vrací k úspěšné sérii V hlavní roli strojař. Kampaň komunikuje myšlenku, že strojaři jsou hvězdy hrající hlavní roli v moderním světě. Jejím cílem je zlepšit vnímání oboru strojírenství, posílit brand fakulty, a samozřejmě také nalákat uchazeče ke studiu strojařiny.

Chytrá kombinace systémů

Vývoj obráběcích technologií v minulém století nabral na obrátkách. Dnes jsme tuto technologii dotáhli téměř k dokonalosti – jsme schopni vyrobit předměty libovolných tvarů v přesnostech na tisíciny milimetru. Dalo by se říct, že pro zlepšení zde už příliš prostoru nezbývá, přesto nás přední výrobci obráběcích strojů a nástrojů pravidelně přesvědčují o opaku. Progresivní a inovativní přístup společnosti Ceratizit je toho jen dalším důkazem. Nedávno na trh uvedla přesnou vyvrtávací hlavu Komflex z produktové řady Komet, která umožňuje automatickou korekci průměru v případě vyvrtávání přesných otvorů. Jak to nástroj dokáže, upřesňuje v následujícím rozhovoru technický ředitel společnosti Ceratizit Česká republika Ing. Jan Gryč.

MSV ve znamení materiálů i technologií

Všichni, kdo máme něco společného se strojírenstvím, pevně věříme, že se v letošním roce opět otevřou brány brněnského výstaviště pro Mekku strojařů z celého světa – Mezinárodní strojírenský veletrh. Na MSV se letos, mimo lidi z dalších oborů, setkají i výrobci plastů a též špičkových zařízení pro plastikářskou výrobu. Na naše otázky odpovídají Pavel Tuláček, jednatel společnosti Gorilla Machines, a David Svoboda, jednatel Sumitomo (SHI) Demag Plastics Machinery Česko.

Aditivně s nadzvukovou rychlostí

Společnost Hermle je známá především pro svá přesná pětiosá obráběcí centra a nadstandardní servis. Už málokdo ví, že vyvinula také stroj pro aditivní výrobu kovových dílů. Přestože je i tato technologie založena na postupném vrstvení kovového prášku na součást, nedochází zde ke spékání prášku laserovým paprskem, ale kovový prášek je tryskou doslova nastřelován na díl nadzvukovou rychlostí. Na detaily jsme se zeptali technického zástupce společnosti Hermle Pavla Němečka.

Názorové fórum odborníků

Respondenty jsme požádali o jejich názor na podobu budoucích technologií. Současná situace přinesla mnoho omezení, mezi jinými postihla také dodavatelské řetězce, znemožnila včasné dodávky do výrobních podniků a přinesla vyšší nároky na bezpečnost zaměstnanců. Jaké nové technologie podle vás mají v současné situaci největší potenciál se prosadit?

Svařování mědi pomocí vláknového laseru

Rychlý rozvoj v oblasti elektromobility vede ke zvýšení poptávky po svařování mědi. To, co ji činí pro danou aplikaci ideální (tj. vysoká elektrická a tepelná vodivost), ji zároveň činí obtížně svařitelnou konvenčními vláknovými lasery. Díky vyšší efektivitě, zhruba dvojnásobné, někteří výrobci zkoušejí používat zelené pevnolátkové lasery. Výsledkem je stabilnější a méně citlivý proces, než jaký byl možný u standardních vláknových laserů.

Procesně stabilní zpracování recyklátů

Do roku 2025 si Evropská unie klade za cíl ročně více než zdvojnásobit používání recyklátů při výrobě plastových výrobků [1, 2]. K dosažení tohoto cíle jsou kromě závazku firem působících na trhu a vyšší kapacity při zpracování plastového odpadu zapotřebí především nové technologie zpracování. Recykláty je nutné používat v daleko větší míře a v ještě vyšších poměrech. S novými procesy vstřikování na jedné straně a inteligentní podporou na straně druhé sleduje výrobce vstřikovacích strojů Engel různé a často velmi slibné přístupy. Výroba boxů a kontejnerů ukazuje na velký potenciál.

Uplatnění kovového 3D tisku

Společnost Misan z Lysé nad Labem se aditivními technologiemi kovových dílů zabývá a tato zařízení v České republice distribuuje už osm let. Dalo by se říct, že je jedním z průkopníků s těmito technologiemi na českém trhu. Z toho pochopitelně vyplývají také její bohaté zkušenosti s touto relativně mladou výrobní disciplínou. Na otázky, kde tyto technologie nacházejí uplatnění a v jakých oblastech mohou vyniknout, jsme se ptali aplikačního inženýra pro kovové aditivní technologie Jana Hudce.

Aditivní výroba velkých dílů

Porto patří k největší průmyslové oblasti Portugalska. Od roku 1956 zde sídlí přední světový výrobce strojů technologie tváření – společnost Adira.

Fórum výrobních průmyslníků

Jaké zásadní problémy vám současná doba přináší do chodu firmy, jak se je snažíte řešit a s jakým výsledkem?

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit