Projektowanie generatywne przekształca sposób, w jaki myślimy o konstruowaniu i wytwarzaniu pojazdów. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych algorytmów i dużej mocy obliczeniowej współczesnych komputerów, producenci z branży motoryzacyjnej są w stanie proponować coraz bardziej kreatywne, efektywne i innowacyjne rozwiązania materiałowe czy konstrukcyjne.
Czym jest i na czym polega projektowanie generatywne?
Projektowanie generatywne wykorzystuje algorytmy komputerowe do tworzenia szeregu różnych rozwiązań projektowych na podstawie określonych parametrów i uwarunkowań. W przeciwieństwie do tradycyjnych procesów projektowania i produkcji samochodów, które zazwyczaj polegają na ręcznym tworzeniu jednej koncepcji, projektowanie generatywne pozwala na automatyczne definiowanie nawet setek wariantów i scenariuszy, które są następnie oceniane i optymalizowane na podstawie ściśle określonych kryteriów. Podejście to jest dziś stosowane w różnych dziedzinach, takich jak architektura, inżynieria i design użytkowy. Pozwala ono na prześledzenie bardzo szerokiego zakresu opcji projektowych, często zbyt złożonych, aby je przetworzyć w tradycyjny, manualny sposób. Do kluczowych aspektów projektowania generatywnego można zaliczyć:
- automatyzację i efektywność – algorytmy szybko analizują wszystkie dostępne możliwości projektowe, co pozwala na oszczędność czasu i zasobów,
- optymalizację – możliwość oceny wielu wariantów pod kątem różnych parametrów, takich jak koszt, wytrzymałość, waga, czy estetyka,
- innowacyjność – generowanie unikatowych rozwiązań, których konceptualizacja i realizacja byłaby niemożliwa przy wykorzystaniu tradycyjnych metod,
- personalizację – dostosowanie projektów do indywidualnych potrzeb użytkowników lub specyficznych wymagań funkcjonalnych.
Wciąż rosnąca moc obliczeniowa nowoczesnych komputerów pozwala na przetworzenie ogromnej liczby permutacji projektowych, która znacznie przewyższa możliwości mózgu ludzkiego. W takim procesie powstaje optymalny projekt, który bierze pod uwagę wiele złożonych zmiennych, tworząc symulacje wiernie naśladujące zależności zachodzące w naturze, społeczeństwie i najbliższym otoczeniu człowieka.
Korzyści z implementacji projektowania generatywnego
Projektowanie generatywne jest dziś szczególnie przydatne w branży motoryzacyjnej, na którą są nakładane coraz większe obostrzenia normatywne i techniczne związane z ochroną środowiska, efektywnością energetyczną i bezpieczeństwem. Dostosowanie metod produkcji, projektów pojazdów i strategii biznesowych do zmieniającego się krajobrazu motoryzacyjnego jest coraz bardziej skomplikowane i wymaga nieustannej innowacji. Metody projektowania generatywnego i tzw. optymalizacji topologicznej przyczyniają się do tworzenia innowacyjnych, lekkich oraz wytrzymałych komponentów. Mają one na celu poprawę efektywność paliwowej samochodu, a także zmniejszanie emisji CO2 – nie tylko na etapie eksploatacji, lecz także produkcji i utylizacji pojazdu. Ponadto, umożliwiają one szybką adaptację do trendów i oczekiwań rynkowych, które w ostatnim czasie ulegają coraz częstszym zmianom. Dzięki optymalizacji polegającej na eliminacji zbędnych elementów można ograniczyć koszty, skrócić czas rozwoju produktu i testować innowacyjne koncepcje bez dodatkowych nakładów. Projektowanie generatywne to dla wielu firm odpowiedź na wciąż aktualne pytanie, – jak zwiększyć efektywność w branży automotive?
Redukcja kosztów produkcji dzięki efektywniejszemu wykorzystaniu materiałów
Projektowanie generatywne jest nie tylko innowacyjnym podejściem do tworzenia złożonych projektów, ale również skutecznym narzędziem wykorzystywanym przez producentów z branży automotive w celu redukcji kosztów na etapie analizy Design for Manufacturing. Z pomocą algorytmów, które biorą pod uwagę różne czynniki, takie jak wytrzymałość, waga, koszt materiałów i całych procesów produkcyjnych, można uzyskać optymalne projekty, w których dostępne zasoby są wykorzystywane w efektywny sposób. W zasadzie każdy element pojazdu, od najmniejszej śruby poprzez siedzenia aż po elementy karoserii, ma potencjał np. do optymalizacji topologicznej polegającej m.in. na redukcji materiału. Algorytmy projektowania generatywnego mogą przeszukiwać miliony możliwości konstrukcyjnych, aby znaleźć te, które oferują najlepszy stosunek wydajności do kosztów. Na przykład, w celu redukcji kosztów elementów z tworzyw sztucznych mogą zasugerować zastosowanie innego materiału lub zmianę kształtu części, aby zredukować jej wagę bez utraty wytrzymałości. Może to prowadzić do znacznych oszczędności, zarówno pod względem kosztów materiałów, jak i energii potrzebnej do produkcji seryjnej i transportu. Dzięki temu, firmy motoryzacyjne mogą stać się bardziej konkurencyjne i zrównoważone, co jest kluczowe w dynamicznym świecie motoryzacji.
Dowiedz się więcej:Przykłady, rodzaje i zastosowanie produkcji seryjnej
Skrócenie czasu potrzebnego na rozwój nowych produktów
Tradycyjny proces projektowy wymagał czasu na przeglądanie tysiąca stron w poszukiwaniu inspiracji i danych dotyczących dotychczas użytkowanych komponentów. Ręczne tworzenie i poprawianie modeli 3D zazwyczaj trwało miesiącami i było obostrzone napiętymi terminami, co wpływało na ograniczenie swobody twórczej i pogorszenie jakości projektu, który na koniec często wymagał jeszcze poprawek. Dziś szybkie przekształcenie szkiców 2D w złożone modele 3D z pomocą AI pozwala na zwiększenie produktywności i uzyskanie lepszych wyników w obszarze produkcji i projektowania z podejściem design thinking. Dzięki automatycznemu tworzeniu wielu iteracji projektowych w krótkim czasie, projektowanie generatywne pozwala na znaczne skrócenie czasu potrzebnego na rozwój nowych produktów. Oznacza to, że firmy motoryzacyjne mogą dziś szybciej wprowadzać na rynek nowe modele pojazdów (redukcja Time To Market) i sprawniej reagować na zmienne potrzeby i oczekiwania klientów. Pierwszym etapem procesu jest zdefiniowanie kryteriów projektowych, takich jak wymagania dotyczące wytrzymałości mechanicznej, wagi, kosztów produkcji i cech związanych z designem. Następnie algorytmy generatywne przeszukują przestrzeń projektową, oceniając różne rozwiązania. Pozwala to na szybkie identyfikowanie tych rozwiązań, które spełniają określone wymagania. Dodatkowo, dzięki możliwości przeprowadzania wirtualnych testów wytrzymałości i symulacji, możliwe jest szybkie wykrywanie i eliminowanie potencjalnych problemów. Daje to większą pewność, że finalny produkt będzie efektywny, bezpieczny i spełni wszelkie kryteria normatywne. W razie potrzeby projektanci mogą szybko wprowadzić zmiany w istniejących modelach, dostosowując je do zmieniających się wymagań rynkowych lub regulacyjnych.
Czytaj więcej: Czym jest Time To Market i jak zmniejszyć wartość tego parametru w branży automotive?
Wielowariantowe testowanie bez dodatkowych kosztów
Projektowanie z pomocą technologii generatywnych umożliwia testowanie wielu zróżnicowanych wariantów danego elementu bez dodatkowych kosztów prototypowania i związanych z nim nakładami materiałowymi. Dzięki temu działy badań i rozwoju mogą swobodnie przeprowadzać szeroko zakrojone analizy i bardzo złożone testy nowych komponentów. Nie tylko pozwala to uniknąć błędów i szybciej uzyskać potrzebne certyfikacje, lecz nawet może prowadzić do nowych, niespotykanych dotąd rozwiązań technologicznych, materiałowych czy wzorniczych. Producenci samochodów mogą testować np. różne warianty ram wzmacniających, zderzaków czy elementów silnika pod kątem różnych parametrów, takich jak wytrzymałość mechaniczna, żywotność, funkcjonalność lub wydajność jeszcze zanim zostaną one rzeczywiście wyprodukowane. Przy użyciu zaawansowanych technik wizualizacji i szczegółowej symulacji oraz druku 3D inżynierowie mogą eksperymentować z różnymi rozwiązaniami i wybrać te, które oferują najlepsze rezultaty. Według danych podawanych przez pracownię McKinsey procesy B&R firm motoryzacyjnych uległy poprawie o 10-20% właśnie dzięki projektowaniu generatywnemu. Sztuczna inteligencja jest uważana za największego sprzymierzeńca w obszarze wsparcia rozwoju produktu zwłaszcza w firmach producentów oryginalnego wyposażenia (OEM), gdyż pomaga im budować strategię biznesową opartą na innowacjach.
Przykłady zastosowań projektowania generatywnego w branży automotive
Projektowanie generatywne jest dziś wykorzystywane przez wiele firm z branży motoryzacyjnej. Niektórym z nich służy ono do tworzenia lżejszych i bardziej wydajnych części, a innym – w tworzeniu karoserii o bardziej aerodynamicznych kształtach, co wpływa na zwiększenie prędkości, zasięgów i zmniejszenie energochłonności. Na przykład amerykański producent elektrycznych motocykli, firma Lightning Motorcycles, używa sztucznych algorytmów do optymalizacji komponentów mechanicznych, takich jak m.in. wahacze. Natomiast koncern General Motors wykorzystuje projektowanie generatywne oparte o sztuczną inteligencję i chmurę obliczeniową do badania różnych rozwiązań projektowych w obszarze części i komponentów pojazdów. Według niektórych szacunków projektowanie generatywne pozwala obniżyć koszty produkcji elementów od około 6 do 20%, zredukować ich wagę od 10 do 50% oraz skrócić czas ich opracowywania od 30 do 50%. Idealnym materiałem dla branży motoryzacyjnej, który może pomóc osiągnąć takie rezultaty, jest ultralekkie i niezwykle wytrzymałe tworzywo EPP (spieniony polipropylen), które z powodzeniem zastępuje tradycyjne, cięższe materiały stosowane m.in. w obszarach bezpieczeństwa pasywnego, wyposażenia wnętrza czy nawet ochrony baterii samochodowych i zbiorników paliwa.
Przyszłość projektowania generatywnego w branży automotive
Projektowanie generatywne AI już dziś jest nieodłącznym elementem Przemysłu 4.0, a dzięki ciągłemu rozwojowi technologii, możemy spodziewać się, że będzie odgrywać coraz większą rolę w branży automotive. Niewykluczone, że w przyszłości wszystkie nowe pojazdy będą projektowane tylko z użyciem technologii generatywnych. Przewiduje się jednak, że sztuczne algorytmy nie zastąpią ludzkich projektantów jeszcze przynajmniej przez kolejnych 20-30 lat, a będą dla nich jedynie efektywnym wsparciem. Całkowite przejście na projektowanie generatywne wymaga nie tylko dalszego rozwoju tej technologii do stopnia pozwalającego jej np. na samodzielną ocenę walorów estetycznych czy rozumienie aspektów kulturowych, lecz także społecznej akceptacji. Jednym z najważniejszych obszarów, na który projektowanie generatywne może mieć znaczący wpływ, jest rozwój pojazdów elektrycznych i autonomicznych. To jedna z fundamentalnych technologii, która umożliwi przejście od technologii silników spalinowych (ICE) do pojazdów elektrycznych (EV). Dzięki możliwości optymalizacji kształtu i wagi komponentów, można stopniowo zwiększać zasięgi i efektywność pojazdów elektrycznych, co jest kluczowe dla ich dalszego rozpowszechniania.