Design generativo: cos’è e come influenza l’evoluzione della progettazione

Il design generativo è un processo di esplorazione del design. Il software tiene conto delle varie permutazioni che si possono prendere in considerazione, generando rapidamente alternative di progettazione e individuando gli elementi utili a tale scopo.

Design generativo: come funziona

Il design generativo è un processo basato su computer e intelligenza artificiale, in cui le soluzioni di progettazione vengono create automaticamente in base a esigenze e vincoli predefiniti dall’utente. Il software, dunque, crea un progetto, tenendo in considerazione tutte le possibili soluzioni al fine di realizzarlo.

Più variabili si inseriscono nel software di progettazione generativa, come l’uso previsto, il metodo di produzione, il materiale disponibile e le istruzioni per trovare il peso più leggero o la forma più resistente, migliori saranno i risultati generati dal computer.

Questi risultati potrebbero essere migliaia di possibili progetti da considerare. E, cosa interessante, molto spesso sembrano di natura organica, con curve e rami che ricordano la forma di un albero o la microstruttura dell’osso. Il design generativo è stato paragonato ai processi evolutivi – per tentativi ed errori – che la natura attraversa per ottenere strutture ottimali, solo molto, molto più velocemente.

Sostituisce il lavoro umano?

Il design generativo non sostituisce il progettista o l’ingegnere. È uno strumento che utilizzano gli stessi per accelerare l’analisi del progetto e l’ottimizzazione delle parti. L’intelligenza artificiale può generare risultati così numerosi e vari che sarebbe difficile, se non impossibile, per un progettista umano crearli in un ragionevole lasso di tempo.

C’è ancora un dibattito acceso, nell’industria manifatturiera, su cosa sia realmente il design generativo. Molti prodotti software vantano funzionalità di progettazione generativa che utilizzano algoritmi per trasformare i requisiti delle parti in geometria e design del prodotto.

Tuttavia, non generano dozzine o centinaia di opzioni, piuttosto perfezionano una singola parte, cosa che fa venire in mente il design parametrico. I due concetti sono simili, ma il design generativo è comunemente associato a più opzioni per un progetto piuttosto che a più iterazioni.

Al termine di un’analisi di progettazione generativa, agli ingegneri vengono presentati concetti da esplorare e perfezionare ulteriormente o soluzioni di progettazione pronte per la produzione che soddisfano pienamente tutti i requisiti del progetto in termini di peso, carico, materiali e altro ancora.

Come funziona?

Il design generativo è uno strumento di creazione e, come molti altri processi assistiti da computer, richiede un essere umano per guidarlo. Pertanto, il successo è legato alla qualità dei dati immessi dall’utente.

Anche se gli strumenti di progettazione generativa mettono a disposizione di chiunque una progettazione sofisticata, non bisogna sottovalutare le competenze necessarie per definire correttamente le condizioni iniziali della parte richiesta. In generale, le informazioni richieste dal software di progettazione generativa per risolvere il problema sono:

• I vincoli fisici dello spazio di progettazione, che includono ogni interfaccia della nuova parte in un assieme più grande (come i fori di montaggio) e gli spazi che la nuova parte non può occupare. Il design generativo viene spesso utilizzato per riprogettare le parti in modo da occupare spazi più piccoli;
• Tutte le forze e i carichi coinvolti, comprese le regioni che devono essere rinforzate o semplificate per sostenere le sollecitazioni del movimento o dell’operazione;
• I criteri o gli obiettivi finali perseguiti dagli algoritmi, come la riduzione al minimo della massa o del costo della parte e la definizione dei fattori di sicurezza richiesti dal progetto;
• Il processo di fabbricazione utilizzato. È qui che emergono davvero le libertà di progettazione della stampa 3D;
• Il/i materiale/i considerato/i per la fabbricazione: nel caso in cui sia presente più di un materiale considerato, per ciascuno di essi verranno fornite diverse soluzioni progettuali per soddisfare i requisiti del progetto;

Con tutti questi input iniziali (ci sono molte più opzioni), lo strumento di progettazione generativa può compiere la sua magia. Di solito, inizia con un progetto generico non ottimizzato e ne analizza la distribuzione delle sollecitazioni. Il software avvia – quindi – il suo processo di creazione: aggiunta di materiale nelle aree ad alto stress, riduzione del materiale nelle aree a basso stress e ricontrollo della distribuzione complessiva dello stress. Continua a ripetere questi passaggi finché non vengono soddisfatti i criteri predefiniti.

I vantaggi

Si riscontrano, dunque, migliori prestazioni, riduzione dei costi e consolidamento delle parti, ma non solo. Il design generativo fa affidamento anche su:

• Creatività fuori dagli schemi. Il design generativo rimuove tutti i limiti della creatività associati ai processi di progettazione tradizionali, creando forme ottimali non convenzionali e forme altrimenti inconcepibili per gli esseri umani;
• Priorità equilibrate: consente l’esplorazione di soluzioni basate su aspetti prestazionali e capacità di produzione già disponibili in un determinato sito;
• Analisi ridotta. I test integrati e la simulazione computazionale riducono qualsiasi ulteriore costosa analisi CAE (Virtual Computer-Aided Engineering);
• Carico di lavoro ridotto. Libera i professionisti da noiose attività ripetitive per tentativi ed errori e aumenta la produttività, offrendo centinaia di valide soluzioni di progettazione;
• Errore umano ridotto. Automatizzando gran parte del processo di progettazione, si riducono i rischi di introdurre errori umani nella progettazione;
• Costi ridotti. Fornendo progetti ad alte prestazioni con un minore utilizzo di materiale e riducendo i tempi di sviluppo e il time-to-market del prodotto, si risparmia denaro;

Infine, soprattutto quando si utilizzano processi di produzione additiva, gli ingegneri possono esplorare le opportunità per consolidare le parti e sostituire interi assiemi con una singola parte. Ciò si traduce in impatti economici positivi, sia sulle catene di approvvigionamento che sui programmi di manutenzione.

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