Ko algoritmi načrtujejo in oblikujejo izdelke

Moči umetne inteligence se niso mogla upreti niti orodja CAD. Oblikovalci in inženirji so po začetni previdnosti navdušeni.

Računalniško podprto načrtovanje (CAD) je vrsta programske opreme, ki jo uporabljajo inženirji in oblikovalci za izdelavo tehničnih risb 2D in 3D. Uporablja se lahko v navezi z drugimi programi, kot je programska oprema za računalniško podprto proizvodnjo (CAM), ki načrte, ustvarjene v CAD, pretvori v navodila stroju/-em za izdelavo izdelka/-ov. Programska oprema CAD se lahko uporablja tudi za različne naloge, povezane s projektiranjem, z arhitekturo in oblikovanjem. Računalnik oblikovalcem olajša raziskovanje konceptov in preizkušanje zamisli ter jim omogoča njihovo hitro spreminjanje/popravljanje. To omogoča hitrejše in učinkovitejše delovne procese. Ker vse poteka digitalno, ni (več) potrebe po fizičnih prototipih ali modelih.

Če inženirje ali oblikovalce vprašate, katera je najboljša programska oprema CAD, boste slišali vsaj deset različnih imen. Če vprašanje popravite v opis želenih lastnosti, bodo v ospredju želja preprosti uporabniški vmesniki in orodja, enostavna za uporabo, kar svet CAD naredi dostopnejši tudi tistim, ki tovrstno programsko opremo šele spoznavajo. Profesionalci bodo seveda zagovarjali/zahtevali prilagodljive možnosti za različne vrste projektov in enostaven uvoz ali izvoz datotek iz drugih programov. Mi pa smo pogledali, kateri trendi bodo v prihodnje narekovali razvoj programske opreme za računalniško podprto načrtovanje.

Načrtovanje na podlagi simulacij

Lani je znaten pospešek v svetu CAD dobilo t. i. simulacijsko vodeno načrtovanje (angl. Simulation Driven Design – SDD). Namesto da bi se tehnologija simulacij uporabljala šele (ali predvsem) na koncu postopka načrtovanja, je vse bolj prisotna težnja, da se oblikovalci in inženirji analiz in simulacij lotijo v zgodnejših postopkih načrtovanja, saj sta, vsaj v primeru kompleksnih izdelkov, iskanje in odprava napak takrat bistveno cenejša. Programska oprema za načrtovanje, ki premore tudi orodja za izvajanje simulacij, podjetjem omogoča ustvarjanje kakovostnejših zasnov in boljši nadzor stroškov z bolj informiranimi odločitvami, sprejetimi že na začetku procesa načrtovanja.

Podjetja lahko s t. i. digitalnim testiranjem med projektiranjem raziščejo veliko več mogočih modelov ob relativno nizkih stroških, kar poveča možnost za nastanek inovacij. Prav ta mamljiva kombinacija kakovostnejših, inovativnejših in stroškovno učinkovitejših modelov načrtovanja skupaj z uporabniku prijaznimi tehnologijami (in vmesniki), kakršna je simulacija v realnem času, pospešuje uvajanje simulacijsko vodenega načrtovanja v razvojna in oblikovalska okolja.

Zakaj šele zdaj? Ker so šele zdaj na voljo orodja, ki to omogočajo v zelo poenostavljeni obliki. V preteklosti so nepovezana orodja in procesi ovirali prizadevanja za uvedbo SDD. Vključevanje simulacijske tehnologije v orodja CAD, ki jih oblikovalci in inženirji že uporabljajo, naredi ta korak enostavnejši in logičen, hkrati pa ustvarja eno različico resnice v verigi načrtovanja, saj omogoča doslednost ob hkratnem preprečevanju nastanka napak. Načrtovanje je tako učinkovito in predvsem hitrejše, podjetja pa zato izboljšajo kakovost svojih izdelkov, povečajo hitrost uvajanja na trg in projektirajo z večjim zaupanjem v svoje delo. Nad simulacijsko tehnologijo so navdušeni tudi oblikovalci, saj lahko namesto z dragimi prototipi v digitalnem svetu ustvarijo in preizkusijo širši nabor oblikovalskih konceptov, kar povečuje verjetnost, da bodo dostavili bolj optimalne (beri: kupcem privlačne) izdelke.

Vključevanje prebojnih tehnologij v svetu oblike in tehnike

Nove tehnologije, kot sta generativno oblikovanje in aditivna proizvodnja (AM), spodbujajo inovacije na področju razvoja izdelkov. Z njihovo uporabo se močno razširi pojem mogočega v svetu oblikovanja in načrtovanja, zato številni oblikovalci in inženirji že eksperimentirajo in vključujejo te nove tehnologije.

Poglejmo primer industrijskega oblikovalca, ki vpreže umetno inteligenco oziroma orodje za generativno oblikovanje. Algoritmi generativnega oblikovanja niso obremenjeni s človeškimi predsodki. Oblikovalec (ali več njih) določi ključne parametre oblike in oblikovanja, algoritem pa najde vrsto (po njegovem mnenju) optimalnih rešitev. Pogosto celo takšnih, ki jih ne bi/ni našel noben oblikovalec iz mesa in krvi. Generativno oblikovanje lahko v nekaj urah ali dneh doseže tisto, za kar bi oblikovalci sicer potrebovali tedne ali mesece, če bi sploh imeli na voljo čas in proračun za preučitev toliko možnosti.

CAD iz oblaka

Kar zadeva prehod na računalništvo v oblaku in dostavljanje programske opreme kot storitve, področje CAD ni nobena izjema. Čeprav tovrstna programska oprema velja za eno najobsežnejših in najzahtevnejših, se pospešeno seli v oblak, saj k temu stremijo tudi ponudniki sami in motivacija je jasna – boljše upravljanje licenc jim zagotavlja večje prihodke.

Toda »CAD iz oblaka« ima še eno očitno prednost – sodelovanje med uporabniki. Z omogočanjem programske opreme za načrtovanje iz oblaka lahko več uporabnikov hkrati dela pri istem načrtu v skupnem okolju. To precej olajša tako razširitev skupine za sodelovanje na ljudi zunaj podjetja (zunanje strokovnjake, prodajalce, partnerje itd.) kot tudi nadzor nad intelektualno lastnino. Računalništvo v oblaku tudi olajša rabo tehnologij, kot je generativno načrtovanje, ki zahteva visokozmogljivo strojno opremo. Podjetja, ki že uporabljajo generativno tehnologijo na področju CAD, lahko v času, ki je običajno potreben za preučitev ene rešitve/izdelka, raziščejo na stotine možnosti.

Umetna inteligenca v orodjih CAD olajša delo tudi inženirjem – pogosto ga celo nadgradi. Podobno kot oblikovalci lahko tudi inženirji vključijo generativno razvite zasnove v svoje obstoječe načrte izdelkov. S tem se ustvari agilen proces, ki v celoti izkorišča prednosti parametričnega CAD. Pravzaprav nismo več daleč od točke, ko lahko rečemo, da je prav generativno načrtovanje gonilo številnih inovacij, saj algoritmi stvari vidijo drugače kot ljudje in to tudi spravijo v načrt.

Načrt pa mora seveda biti uresničljiv, če naj nastane izdelek. Poleg vgrajenih analiz in simulacij je zato vedno bolj pomembna tudi podpora za t. i. aditivno proizvodnjo, kot je 3D-tiskanje. Ta podjetjem omogoča razvoj edinstvenih modelov, ki jih ni mogoče izdelati s klasičnimi tehnologijami izdelave. V zadnjem desetletju so zaradi tega potenciala številna podjetja začela eksperimentirati z aditivno proizvodnjo in vključevati orodja za načrtovanje za aditivno proizvodnjo neposredno v svoj postopek načrtovanja. S tem ko 3D-tiskanje poleg plastike podpira tudi druge materiale, se možnosti za oblikovalce in inženirje le še širijo, orodja CAD pa pomagajo dosegati nove preboje v svetu načrtovanja in oblikovanja.

Integracija pomembnejša od zmogljivosti posameznega orodja

Ponudniki orodij CAD si zato prizadevajo čim bolje integrirati te rešitve v svoja orodja, uporabniki, torej oblikovalci in inženirji, pa želijo videti, da so ta orodja čim bolj povezana z njihovimi delovnimi procesi in drugo opremo, saj to pomaga dosegati želeni natančnost in kakovost. Dobra zasnova izdelka je namreč le tista, ki se ne glede na izvor geometrije ali predvideno tehniko izdelave uresniči in dokaže tudi v praksi.

Danes žal večina podjetij v procesu načrtovanja še vedno uporablja več nepovezanih orodij, kar je tudi posledica njihovega hitrega in stopničastega razvoja. V svetu CAD je težko dobiti eno orodje, ki bo ustrezalo vsem – oblikovalcem in inženirjem –, zato jih podjetja uporabljajo več. A to ni le draga praksa, temveč tudi zmanjšuje agilnost, fleksibilnost in učinkovitost, obenem pa prinaša številne možnosti za nastanek napak. Nekatera podjetja zato že prehajajo na nov model poslovanja, kjer upravljanje proizvodnih izdelkov poteka kar iz sistema CAD. Ta odpravlja točkovne rešitve za elemente, kot so poti orodij za strojno obdelavo. Z vodenjem postopka izdelave iz orodja CAD podjetja odstranijo ozka grla, težave »v prevodu«, ohranijo asociativne povezave in se znebijo nepotrebnih prenosov podatkov. S tem se skrajša čas, potreben za pripravo delov za strojno obdelavo v tovarni, hkrati pa odpravijo možnosti za napake. Ostane le še en izziv: zaposlene naučiti, da se bo po novem delalo drugače.

Hiter razvoj poglablja luknje v znanju

Potreba po izdelavi visokokakovostnih 3D-modelov, ki jih je mogoče neposredno izdelati na strojih, sili podjetja v krepitev naložb na področju modeliranja. A strojno in programsko opremo je relativno enostavno kupiti ali najeti (kot storitev iz oblaka), zatakne se drugje. Pri kadrih. Hiter razvoj na področju CAD hkrati pomeni, da morajo tudi oblikovalci in inženirji držati korak z novostmi, kar je malo verjetno, posebej v manjših in zato bolj obremenjenih ekipah. Tudi zaposlovanje novih kadrov na področju CAD je zahtevno in drago, saj strokovnjakov ni v izobilju, tisti, ki vendarle so na voljo, pa znajo svoje znanje in zvestobo drago zaračunati. Kaj torej ostane podjetjem? Predvsem vlaganje v usposabljanje obstoječega kadra in vzgajanje lastnih oblikovalcev ter inženirjev. To namreč podjetjem pomaga zadržati kadre, saj bi projektanti, ki želijo izboljšati svojo plačo, pogosto zamenjali službo, če bi s tem pridobili dostop do usposabljanja in certifikatov.

Z vzpostavitvijo in uporabo najboljših praks v ekipah z učinkovitim usposabljanjem postaneta učinkovitejša tudi ponovna uporaba modelov in sodelovanje. Oblikovalci s ponovno uporabo obstoječih modelov – ali le njihovih delov – prihranijo čas in energijo. Toda če so modelirne prakse, uporabljene za izdelavo teh modelov, pomanjkljive ali nerazumljive naslednjemu oblikovalcu, je njihova ponovna uporaba bistveno manj vredna, še več, lahko postane celo problematična in vodi v nastanek napak. Podobno velja za inženirje.

Ugotovimo lahko, da je programska oprema za načrtovanje iz leta v leto bolj »vsemogočna« in tudi kompleksna. A če naj podjetja iz nje iztisnejo vse, kar nudi, morajo tudi pridobiti zaposlene, ki bodo znali z njo delati. Smešno, a resnično: za domišljijo in inovacije bo vsaj delno poskrbela že umetna inteligenca.