طراحی مولد چیست؟ تعریف و راهنما

طراحی مولد چیست؟

طراحی مولد یک تکنیک طراحی به کمک کامپیوتر و دسته نرم افزاری است که از هوش مصنوعی برای بهینه سازی فرآیند طراحی استفاده می کند. مهندسان می‌توانند از نرم‌افزار طراحی مولد برای تکرار سریع بسیاری از گزینه‌های طراحی و انتخاب بهترین آنها بر اساس مجموعه‌ای از معیارها استفاده کنند.

این تکنیک – که گاهی به عنوان فرآیند اکتشاف طراحی از آن یاد می شود – در بسیاری از زمینه ها از جمله معماری، هوا فضا و ساخت و ساز استفاده می شود. این به مهندسان در این زمینه ها کمک می کند تا ایده های بیشتری تولید کنند، ایده ها را سریعتر تولید کنند و محصولات را سریعتر به بازار عرضه کنند.

اگرچه این اصطلاح بیشتر برای مهندسی و طراحی به کمک رایانه (CAD) به کار می رود، طراحی مولد می تواند برای آثار هنری نیز به کار رود. ابزارهایی مانند Dall-E، Midjourney و Stable Diffusion، هنر واقع گرایانه را از طریق پیام های متنی ساده طراحی می کنند. طراحی مولد تنها یکی از انواع هوش مصنوعی مولد است.

طراحی مولد چگونه کار می کند؟

طراحی سنتی با مدلی بر اساس دانش قبلی مهندس آغاز می شود. طراحی مولد نیازی به دانش قبلی ندارد. طراح یا مهندس به سادگی باید مشکل را بر اساس پارامترها تعریف کند و نرم افزار راه حل هایی را ایجاد می کند. طراحی مولد در سه مرحله اصلی انجام می شود:

1. خلاصه سازی. مهندسان یا طراحان پارامترهای ورودی مانند الزامات مکانی، الزامات مواد، محدودیت‌های هزینه و الزامات عملکرد را وارد می‌کنند. آنها همچنین اهداف کلی طراحی را وارد می کنند.
2. ایده پردازی. این نرم افزار چندین راه حل برای مشکل ایجاد می کند و هدف آن رسیدن به اهداف طراح با توجه به پارامترهای مشخص شده است.
3. ارزیابی. طراح یا مهندس راه حل های تولید شده را ارزیابی می کند و بهترین مناسب را برای مشکل انتخاب می کند.

طراحی مولد می تواند روشی را که طبیعت سیستم ها و ساختارها را طراحی می کند تقلید کند. این مفهوم به عنوان بیومیمیکری شناخته می شود.

نرم افزار طراحی مولد از یادگیری ماشین در ارتباط با ورودی کاربر برای بهبود تکرارهای قبلی استفاده می کند. همچنین از داده های ارائه شده توسط رایانش ابری برای اطلاع رسانی طرح های خود استفاده می کند.

تفاوت بین بهینه سازی توپولوژی و طراحی مولد چیست؟

اصطلاح طراحی مولد اغلب به جای بهینه سازی توپولوژی استفاده می شود. با این حال، این دو مفهوم متفاوت هستند.

بهینه سازی توپولوژی یک تکنیک قدیمی است که از یک مدل CAD طراحی شده توسط انسان برای تولید یک مدل بهینه شده برای مهندس استفاده می کند. مهندس بارها و محدودیت‌های خاصی را ارائه می‌کند و نرم‌افزار با بهینه‌سازی چیدمان مواد با توجه به بارها و محدودیت‌ها، مدلی را تولید می‌کند.

طراحی مولد برای شروع نیازی به طراحی تولید شده توسط انسان ندارد. مهندس فقط باید مجموعه ای از محدودیت ها را به نرم افزار بدهد و نرم افزار طراحی مولد طرح های ممکن زیادی را ارائه خواهد کرد. مولفه ایده پردازی طراحی را خودکار می کند.

موارد و برنامه های کاربردی طراحی مولد

مهندسان می توانند از نرم افزار طراحی مولد برای انجام کارهای زیر استفاده کنند:

• طراحی قطعات جدید ایجاد کنید.
• قطعات کارآمدتر ایجاد کنید.
• قطعات را سریعتر بسازید.
• ساخت قطعات با هزینه کمتر

طراحی مولد موارد استفاده متنوعی در صنایع دارد. برخی از نمونه ها شامل موارد زیر است:

• تولید. در تولید، می توان از طراحی مولد برای یافتن راه های جدیدی برای کاهش وزن قطعات استفاده کرد. همچنین می توان از آن در کنار چاپ سه بعدی و تولید افزودنی استفاده کرد – یعنی نام صنعتی چاپ سه بعدی.
• خودرو. در صنعت خودرو، از طراحی مولد می توان برای کشف هندسه ها و فرم های جدید برای قطعات خودرو استفاده کرد.
• هوافضا. طراحی مولد می تواند برای ایجاد طرح های جدید هواپیما با اهداف بهبود اثرات زیست محیطی، ایمنی و کاهش وزن استفاده شود.
• معماری. طراحی مولد می تواند برای ایجاد ساختمان های پایدارتر و انعطاف پذیرتر و همچنین طرح های ویژگی های مدنی استفاده شود.
• کالاهای مصرفی. محصولات مصرفی روزمره مانند تجهیزات ورزشی را می توان برای بهبود عملکرد و کاهش هزینه طراحی و تولید کرد.

در اینجا چند نمونه از برنامه های کاربردی نرم افزار طراحی مولد آورده شده است:

• Creo توسط PTC.
• Fusion 360 توسط Autodesk.
• MSC Apex Generative Design توسط نرم افزار Hexagon.
• NTopology.
• NX توسط زیمنس.

مزایای طراحی مولد چیست؟

مزایای طراحی مولد شامل موارد زیر است:

• اکتشاف همزمان ابزارهای طراحی مولد می توانند بسیاری از تکرارهای طراحی – گاهی صدها هزار – را به طور همزمان کاوش کنند.
• سفارشی سازی انبوه. ابزارهای طراحی مولد – در ارتباط با تکنیک های صنعت 4.0 مانند تولید افزودنی – سفارشی سازی انبوه کارآمد محصولات و قطعات را از طریق افزایش کارایی امکان پذیر می کند. آزمودن یک طراحی جدید یا اصلاح مشخصات آسان تر است.
• جدول زمانی طراحی سریعتر طراحی مولد برخی از فعالیت‌های ساده و زمان‌بر مرتبط با ایده‌پردازی و طراحی را خودکار می‌کند. مهندسان و طراحان می توانند بیشتر بر بهبود مستمر تمرکز کنند و مشکلات را به طور خاص تر تعریف کنند.
• گزینه های طراحی بیشتر ابزارهای طراحی مولد چندین گزینه مدل را برای مهندسان ایجاد می کنند.
• منحنی یادگیری کم عمق طراحی مولد به طراحان سطح مبتدی مزیتی می دهد و آنها را قادر می سازد چیزی را ایجاد کنند که از ابتدا کار می کند. با دانش قبلی CAD، یادگیری طراحی مولد نسبتا آسان است.

محدودیت های طراحی مولد چیست؟

محدودیت های طراحی مولد شامل موارد زیر است:

• جانبداری. الگوریتم‌های هوش مصنوعی ممکن است کار بهتری برای پنهان کردن سوگیری انجام دهند و تشخیص آن را سخت‌تر کنند.
• کیفیت. نرم افزار طراحی مولد می تواند تعداد زیادی گزینه طراحی ایجاد کند. این امر می تواند تعیین اینکه کدام طرح های تولید شده با کیفیت هستند و کدام نه، دشوارتر می کند. نرم افزار ذاتاً تفاوت را نمی داند.
• پارادوکس انتخاب اگر مشکل به خوبی تعریف نشده باشد، پارادوکس انتخاب می تواند تصمیم گیری در مورد طراحی مناسب را دشوارتر کند. انتخاب های بیشتر می تواند تمرکز را از آنچه برای حل یک مشکل مهم است منحرف کند. در طراحی مولد، بسیاری از طرح ها با معیارهای اصلی تعیین شده توسط مهندس مطابقت دارند.
• هدایت نرم افزار. هنوز هم طراح باید پارامترها و محدودیت های صحیحی را برای نرم افزار فراهم کند تا نسل های آن ارزشمند باشند.

نمونه هایی از طراحی مولد

برخی از مسائل مثال نظری که طراحی مولد می‌تواند برای آنها اعمال شود شامل موارد زیر است:

• طراحی یک استادیوم به گونه‌ای که افراد زیادی را در خود جای دهد و همه دید خوبی از رویداد داشته باشند.
• طراحی کانتر برای به حداقل رساندن میزان ضایعات در تولید.
• طراحی ساختمان پایدارتر و مقاوم تر.
• کاهش وزن براکت موتور هواپیما.
• قابل حمل تر کردن ویلچر برقی

مقداری نمونه پروژه های دنیای واقعی که از طراحی مولد استفاده می کنند شامل موارد زیر است:

• فرودگر ماه. ناسا از نرم افزار طراحی مولد Autodesk برای ایجاد یک فرودگر بر ماه استفاده کرد. کاوشگر نسبت به کاوشگرهای سنتی سبکتر است.
• صندلی کم مصرف فیلیپ استارک با استفاده از طراحی مولد صندلی تولیدی را طراحی کرد. هدف او ایجاد صندلی ای بود که تا حد امکان از مواد کمتری استفاده کند. نتیجه اولین صندلی طراحی شده توسط هوش مصنوعی بود.
• ماشین پیاده روی. گروه موتور هیوندای با استفاده از طراحی مولد هیوندای Elevate را طراحی کرد، مفهومی برای خودرویی که می تواند راه برود و همچنین رانندگی کند.
• کفش کم مصرف New Balance از طراحی مولد برای ایجاد یک شبکه داخلی زیره کفش با طراحی ارگانیک تر استفاده کرد.
• طراحی ساختمان جدید. معماران زاها حدید از طراحی مولد برای ایجاد مرکز حیدر علی اف استفاده کردند. این ساختمان شبیه یک فرم سیال است که از توپوگرافی طبیعی منظره بیرون می آید.

آینده طراحی مولد چیست؟

فروشندگان طراحی مولد به تلاش خود برای ارائه نرم افزاری ادامه خواهند داد که به مهندسان در تعقیب طرح های جدید و بهبود یافته محصول و اجزای سازنده کمک کند. در حال حاضر، نرم افزار طراحی مولد یکی از ابزارهای موجود در زرادخانه مهندسان است. با گذشت زمان، فناوری به پیشرفت خود ادامه خواهد داد و فرصت‌های جدیدی ایجاد می‌کند و موانع جدیدی را کشف می‌کند. استفاده از طراحی مولد برای ایجاد اشیایی که کارآمدتر، مقرون به صرفه تر و از نظر زیبایی شناختی دلپذیرتر هستند، ادامه خواهد یافت.

طراحی مولد تنها یکی از کاربردهای هوش مصنوعی در تولید است. راه های دیگری را که هوش مصنوعی می تواند فرآیندهای تولید را ساده کرده و کارایی را افزایش دهد، بیاموزید.