التصميم التوليدي (التصميم التوليدي) هو عملية تصميم تعتمد على الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي تقوم تلقائيًا بإنشاء منتجات بناءً على المتطلبات والقيود التي يحددها المستخدم. أو باختصار ، يصمم البرنامج جزءًا أو منتجًا بناءً على سمات المنتج وأهداف التصميم التي اقترحها المستخدم. تتميز الطباعة ثلاثية الأبعاد بمزايا كافية لتصنيع الأجزاء المصممة بشكل عام.
كلما زاد عدد المتغيرات التي يتم إدخالها في برامج التصميم التوليفية ، مثل الاستخدام المقصود وطريقة التصنيع والمواد المتاحة وما إلى ذلك ، كان تصميم الكمبيوتر أفضل. المنتجات المصممة باستخدام البرامج بشكل عام لها مظهر منحني وهيكل يشبه شكل فرع شجرة أو هيكل عظمي. تم تشبيه التصميم التوليدي بعملية التجربة والخطأ التطورية التي تمر بها الطبيعة للوصول إلى الهياكل المثلى ، وبمعدل أسرع بكثير. استخدام التصميم التوليدي له العديد من المزايا ، مثل توفير المواد مع ضمان القوة العالية.
على سبيل المثال ، القوس الموجود أدناه ، القوس الموجود على اليمين هو التصميم الأصلي. الدعامة الموجودة على اليسار هي الجزء الأمثل لتقليل استخدام المواد مع الحفاظ على نفس القوة والتوافق مع نفس الأبعاد. يمكن تشكيل السقالة النهائية بالحقن أو تشكيلها أو طباعتها ثلاثية الأبعاد. غالبًا ما تكون التصميمات التي يتم إنشاؤها بواسطة الذكاء الاصطناعي معقدة للغاية بحيث لا يمكن تصنيعها إلا من خلال طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد.
على الرغم من قوة التصميم التوليدي ، فإنه لن يحل محل المصممين أو المهندسين. برنامج التصميم التوليدي هو مجرد الأداة التي يستخدمونها لتسريع التصميم وتحسين الأجزاء. يمكن للذكاء الاصطناعي توليد مجموعة متنوعة من النتائج ، ومقارنة الاختلافات بين النتائج المختلفة ، والعثور على الحل الأمثل ، وهو أمر يصعب على المصممين القيام به في فترة زمنية قصيرة.
تتميز العديد من منتجات البرامج بقدرات التصميم التوليدية التي تستخدم الخوارزميات لترجمة متطلبات الأجزاء إلى هندسة وتصميم المنتج. ومع ذلك ، بدلاً من إنشاء العشرات أو المئات من الخيارات ، فإنها تعمل على تحسين الأجزاء الفردية (والتي تبدو مثل تصميم حدودي). المفهومان متشابهان ، لكن التصميم التوليفي غالبًا ما يرتبط بخيارات متعددة للتصميم بدلاً من التكرارات المتعددة.
برامج التصميم التوليدية
لطالما عالجت خوارزميات تحسين الشكل ، أو تحسين الهيكل ، إحدى المشكلات الهندسية الأساسية: كيفية صنع أجزاء قوية بما فيه الكفاية باستخدام أقل قدر ممكن من المواد. يذهب التصميم التوليدي للذكاء الاصطناعي اليوم إلى أبعد من ذلك ، حيث يقدم عددًا كبيرًا من الخيارات. الأهم من ذلك ، أن المهندسين لم يعودوا مقيدين بمستوى مهارتهم أو خبرتهم أو إبداعهم. في نهاية تحليل التصميم التوليدي ، يمتلك المهندسون مفهومًا يمكن استكشافه وصقله بشكل أكبر أو حل تصميم جاهز للتصنيع يلبي تمامًا جميع متطلبات المشروع للوزن والأحمال والمواد وما إلى ذلك.
التصميم التوليدي هو أداة إبداعية ، ومثل العديد من العمليات الأخرى المدعومة بالكمبيوتر ، فإنه يحتاج إلى إنسان لقيادته. لذلك ، يرتبط النجاح بجودة البيانات التي يدخلها المستخدم. هنا يمكننا استعارة مفهوم GIGO من علوم الكمبيوتر ("إدخال القمامة ، إخراج القمامة") ، ستؤدي بيانات الإدخال الخاطئة إلى نتائج خاطئة. بينما تسمح أدوات التصميم التوليدية لأي شخص تقريبًا بإتقان التصميمات المعقدة ، لا تقلل من شأن المهارة المطلوبة لتحديد الشروط الأولية للجزء المطلوب بشكل صحيح. بشكل عام ، تتضمن المعلومات اللازمة لبرنامج التصميم التوليفي لحل مشكلة ما:
● القيود المادية على مساحة التصميم ، بما في ذلك كل واجهة للجزء الجديد في التجميع الأكبر (مثل فتحات التركيب) والمساحة التي لا يمكن أن يشغلها الجزء الجديد. غالبًا ما يستخدم التصميم التوليدي لإعادة تصميم الأجزاء لتشغل مساحة أقل.
● الشروط الحدودية للقوى والأحمال ، بما في ذلك المناطق التي تحتاج إلى تقوية أو تبسيط لتحمل ضغط الحركة أو التشغيل.
● المعايير أو تحديد الهدف ، مثل تقليل كتلة أو تكلفة جزء ما ، وتحديد عامل الأمان المطلوب للمشروع.
● إمكانية تحقيق عملية التصنيع ، هذه هي ميزة تصنيع الطباعة ثلاثية الأبعاد. تتميز الطباعة ثلاثية الأبعاد نفسها بمرونة عالية للغاية ، وهي مناسبة جدًا لتصنيع أجزاء التصميم التوليدي.
● مواد التصنيع. إذا تم اختيار أكثر من مادة واحدة ، فسيتم توفير حلول تصميم مختلفة لكل مادة لتلبية متطلبات المشروع.
ما هي فوائد التصميم التوليدي؟
الآن بعد أن فهمنا ماهية التصميم التوليدي في الواقع وما يمكن أن يفعله ، دعنا نحدد الفوائد العملية لتطبيق هذه الأدوات في التصنيع الجزئي:
● الإبداع. يزيل التصميم التوليدي جميع القيود الإبداعية المرتبطة بعمليات التصميم التقليدية ، مما يخلق أفضل الأشكال والأشكال غير التقليدية التي لا يمكن تصورها من قبل البشر.
● موازنة الأولويات. يمكنه استكشاف الحلول بناءً على جوانب الأداء وقدرات التصنيع المتاحة بالفعل في موقع معين.
● تقليل التحليل. تعمل محاكاة الاختبار والحساب المضمنة على تقليل أي تحليل إضافي مكلف للهندسة بمساعدة الكمبيوتر (CAE).
● تقليل عبء العمل. إنه يحرر المحترفين من مهام التجربة والخطأ المملة ويزيد الإنتاجية من خلال توفير مئات حلول التصميم الممكنة.
● تقليل الخطأ البشري. من خلال أتمتة جزء كبير من عملية التصميم ، يتم تقليل مخاطر إدخال خطأ بشري في التصميم.
● تقليل التكاليف. وفر المال من خلال تقديم تصميمات عالية الأداء مع استخدام أقل للمواد ، وتقليل وقت التطوير والوقت اللازم للتسويق.
● مدمجة جزئيًا. خاصة عند استخدام عمليات التصنيع المضافة ، يمكن للمهندسين استكشاف الفرص لدمج الأجزاء واستبدال التجميعات الكاملة بجزء واحد. يمكن أن يكون لذلك تأثير اقتصادي إيجابي على سلاسل التوريد وبرامج الصيانة.
الخوارزميات والجماليات: مستقبل التصميم التوليدي
نظرًا لأن إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي أصبحا أكثر انتشارًا في حياتنا اليومية ، فقد يصبح التصميم التوليفي هو القاعدة في تصميم المنتج. توفر هذه التقنية تصميمات لن يكون لها تأثير إيجابي على الصناعة فحسب ، بل أيضًا على البيئة لأن هناك حاجة إلى موارد أقل لإنتاج المنتجات اليومية. في الوقت الحالي ، يعد تطوير البرامج التوليدية سريعًا أيضًا ، بما في ذلك Fusion 360 و Creo Generative Design Extension و Ansys Discovery و nTopology و Dassault Systèmes CATIA Generative Design Engineering ، إلخ. يمكنك استخدام هذه البرامج مع عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء أجزاء التصميم التوليدية الخاصة بك.