Generative design

Mange bedrifter leter etter muligheter til å forbedre sitt design, redusere antall komponenter og optimaliserer ytelsen – alt dette samtidig med at man reduserer tiden man trenger for produksjon. Veldig ofte er det også behov for å redusere materialet men bibeholde egenskaper. 

Vi ser at dagens kunder i stadig større grad er opptatt av at produktene er godt tilpasset samtidig som de også er unike. Dette høres ut som en motsigelse, generativ design gjør det mulig.

Generativ design baserer seg på en rekke viktige teknologier som utvikles på dette feltet, med et spesielt fokus på organiske algoritmiske strukturer og såkalt gitter teknologi (lattice) som begge bruker Autodesk-teknologi. Nye produksjonsmetoder så som additiv manufacturing (mange kjenner det som 3D-printing) gjør dette mulig å produsere.

Vi kan tenke oss et eksempel der man har behov for nye, innovative metoder til å redusere vekt samtidig som man opprettholder styrken og forbedrer ytelsen. Det sier seg selv at dette bidrar til å gi konkurransefordeler i bransjer der produktutviklingen er sterkt konkurransepreget.

Introduksjon

Teknologi endrer hele tiden måten vi designer fremtidens produkter på. I løpet av det siste tiåret har raske fremskritt innen områder som additiv tilvirkning, kunstig intelligens-algoritmer, ubegrenset datakraft i skyen og generative designverktøy gjort det mulig for alle å lage tusenvis av designalternativer, og det på kortere tid enn den tradisjonelle utviklingslivssyklusen noensinne ville tillate.

Vi ser for oss nye produkter som er lettere, sterkere og mer effektive ved å utnytte metoden til å skape optimaliserte deler som også er tilpasset til sluttbrukerens spesifikke behov.

Etter hvert som verden utvikler seg og blir mer kompleks, vil også etterspørselen etter produktene vi designer og lager bli kompleksere. Det betyr i praksis at industriens produktutvikling møter nettopp paradokset som er referert til ovenfor. Standardisert tilnærming, raskere produksjonsprosesser og samtidig en bedre tilpassing til kundenes spesifikke behov. Generativ design vil spille en nøkkelrolle i å gjøre det mulig for designere å takle større problemer de ellers ikke kunne ha løst.

Hvorfor generativ design?

Den typiske designprosessen, ofte referert til som den tradisjonelle designprosessen, krever designerens kunnskap og ekspertise for å lage produkter som oppfyller sluttbrukerens behov. Dette er ofte en arbeidskrevende prosess, det krever at designere og ingeniører omhyggelig forstår ulike designprinsipper og produksjonsprosesser for å generere et endelig design som tilfredsstiller. Selv etter mange timer med design, analyse og prototyping, resulterer presset for å redusere utviklingssyklusen ofte i design som er langt fra er optimal.

Markedets krav om stadig bedre og mer komplekse produkter, med ekstremt høy ytelse er rett og slett for krevende for den tradisjonelle designprosessen, og det er her generativ design kan bidra til å skape fremtidens optimaliserte design.

Med fremveksten av teknologier som kunstig intelligens, algoritmer, machine learning og uendelig datakraft skaper designere og ingeniører design ved hjelp av parameterdrevet optimalisering.

Det er lett å forveksle generativ design med topologioptimalisering.

Topologioptimalisering er ikke noe nytt. Det har eksistert i minst 20 år og har vært tilgjengelig i alle vanlige CAD-verktøy. Det innebærer at starten på optimaliseringsprosessen er en CAD-modell, med prosjektparametre, belastninger og begrensninger blir det generert et konseptmodell (meshmodell) som ingeniøren kan evaluere. Med andre ord krever topologioptimalisering en menneskelig interaksjon. Generativ design tar prosessen et skritt videre og eliminerer behovet for den første menneskedesignede modellen, og tar på seg designerens rolle basert på det forhåndsdefinerte settet med begrensninger og bruker algoritmer for å utforske varianter av et design utover det som for tiden er mulig ved hjelp av den tradisjonelle designprosessen. Ved å etterligne en evolusjonær tilnærming utforsker programmet selv utforske tusenvis av designvarianter for å finne den beste løsningen.

Kort sagt - Generativ design er en tretrinnsprosess der:

1. Designere definerer prosjektets mål
2. Algoritmer produserer en rekke løsninger
3. Designere velger det beste resultatet

Med hver iterasjon testes strukturen og «læringen» (det er her machine learning kommer inn) fra hvert trinn resulterer i et nytt alternativ. Det vil si systemet selv driver evolusjon av design. Hvert trinn resulterer i en litt mere optimal løsning, innenfor parametrene som er definert innledningsvis.

Denne prosessen resulterer ofte i design som ellers ikke ville vært mulig å lage ved hjelp av den tradisjonelle designprosessen. Siden de endelige designforslag er utformet for å passe til et bestemt behov, er formen unik og ofte referert til som organisk.

Hvordan brukes generativ design av industrien?

Det er mange eksempler på generativ designteknologi som brukes på kommersielt tilgjengelige produkter. Generativ design kan løse helt nye utfordringer som tradisjonell engineering ikke kan imøtekomme. Men det er ikke bare i industrien at generativ design gir mening. Problemstillingen å utvikle et design basert på helt konkrete utfordringer er jo universell.  

Her er et eksempel fra byggeindustrien, fra Autodesk selv:

Autodesks kontorer i Toronto er et godt eksempel på generativ design i praksis.

Da Autodesk avduket sitt nye kontorbygg i 2017, var det de første AI-designede kontorene i den tilstanden. Kontorene strekker seg over tre etasjer med en total størrelse på 60.000 kvadratmeter.

Autodesk har et eget generativt designverktøy kalt Project Discovery. Til ingen overraskelse brukte selskapet kraften i dette verktøyet til å designe kontorlokalene.

Det er en kul historie bak det også. Designerne spurte 250 ansatte om hvordan de ønsket seg kontorene, innspillene inkluderte ting som avstanden mellom to bord, utsikt, dagslys og slikt.

Alle disse parametere ble matet inn i programvaren. Det ble generert over 10.000 løsninger, og designerne kunne etterpå vurdere hvilken løsning som var den beste.

Prosjektet var en blanding av menneskelig kunnskap og maskinlæring og eliminerer feil. Som å først bygge noe og senere oppdage alle feilene. Det sier seg selv at det er både lønnsomt og innovativt, fordi systemet selv finner løsninger vi aldri hadde tenkt på.

Kilde: https://archistar.ai/blog/4-examples-of-generative-design-in-action/

Oppsummering

Generativ design gir en helt ny tilnærming i utviklingen av neste generasjons produkter. Forventningen om at produktene skal yte bedre og veie mindre enn tidligere design er bare ett aspekt av dette. Et annet aspekt er at nye design tilbyr kunden særegenhet og samtidig optimal tilpasning, her kan nye designmetoder (som generativ design) utnyttes fullt ut.  

Nå er teknologien mer tilgjengelig enn noen gang før, dermed får designere rimelig tilgang til kraftig skydatabehandling og kunstige algoritmer som hjelper å skape tusenvis av designforslag på mye kortere tid enn det ville ta å bruke en mer tradisjonell tilnærming.

Kombinert med nye produksjonsmetoder, spesielt additiv tilvirkning, revolusjonerer denne teknologien fremtidens produktutvikling.