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设计师改变了飞机的制造方式

2021-08-18 来源:辽宁机械信息网

设计师改变了飞机的制造方式

通过梦想激进的新结构,设计师正在帮助飞机变得更轻,更强,更高效。然而,这些创新背后的思想不是人。

它看起来更像是鸡胴体而不是无人机中国机械网okmao.com。Wishbone-thin struts将骨架支架固定在一起,这种支架看起来太脆弱而无法飞行。

但不要被愚弄。它可能看起来不一样,但这种设计是成千上万替代品中最强的设计之一。我们知道,因为人工智能已经梦想并测试了它们中的每一个。

使用大量计算能力自动召唤激进的新设计 - 一种称为生成设计的过程 - 正在彻底改变人类设计师的工作方式,让我们构建我们以前无法想象的东西。

该技术已经在设计日常工业部件,从汽车和摩托车底盘中的安全带支架到客机的客舱隔板。这些计算机生成的设计不仅比人工制作的解决方案更强大,更轻巧,而且它们很奇怪 - 首先没有人想到的设计。

波士顿Autodesk公司的Lilli Smith说:“计算机真的让你大吃一惊。”这家软件设计公司拥有多项生成设计,包括不寻常的无人机底盘。

计算机不是等待灵感来点击。在选择作物的选择之前,生成一系列设计约束 - 例如使其轻量级,强大且低成本 - 生成设计软件识别并评估数百或数千个符合要求的候选者。

人类从创作者转变为策展人

通过遍历一套详尽的选项,计算机通常可以找到人类错过的选项。设计人员可以简单地从少数人中选择软件预测将比其他人更好地完成工作。人类从创作者转变为策展人。

基本的想法很简单:这就是我想要的,告诉我最好的。但是,推出它所需的软件和基于云的计算能力仅在最近几年才出现。对于其最初的一个创造性设计项目之一,2015年,Autodesk Research与美国多媒体工作室Bandito Bros合作,该工作室因其古怪的特技而闻名,并要求AI设计一款汽车。

该团队用数百个传感器连接了一辆定制的越野车,并在莫哈韦沙漠周围进行了比赛。这让他们可以捕获大量关于极端驾驶对车辆不同部分施加的压力的数据。然后,他们将其提供给生成设计系统,并指示生成可以处理此问题的内容。由此产生的设计,被称为Hack Rod,展示了未来:更少的材料和外星人的力量。

旧金山Autodesk研究中心的艾琳·布拉德纳说,生成设计看起来很奇怪,好像它们是自然过程的结果而非制造过程。“该算法将对结构进行微调,以便不需要添加任何不需要的材料,”她说。“有些人将其与侵蚀联系起来。”

这种消除过程不仅适用于结构中的材料量,而且适用于制造它所需的部件数量。“这可能意味着更少的供应商,更快的装配和更少的失败点,”布拉德纳说。

有利于有机结构的问题在于它们很难用传统机器制造。增材制造 - 或3D打印 - 可用于制作大多数形状,但并非所有行业都使用它。为了解决这个问题,您可以指示设计软件生成某些设备可以生成的东西。

“设计师可以指定她想要使用特定直径的切割工具在三轴铣床上制造零件,并且该算法将只生产可由该铣刀生产的零件,”Bradner说。

制造限制成为软件所采用的另一个设计约束。“设计师每天都面临着无数的选择,他们没有时间或精力来充分探索,”她说。“如果我能用铝或钢制成它的样子呢?如果我可以通过3D打印或铣削加工,我可以考虑哪些替代方案?“

生成设计仍然是一项新技术,有许多项目一次性实验,如Hack Rod和无人机。但总部位于科罗拉多州的Autodesk和Frustum等公司正开始通过与一系列主要制造商的合作来吸收技术主流。“我们正在与航空航天公司做很多工作,”Frustum首席执行官杰西布兰肯尼普说。

在为飞机设计部件时,轻微减轻重量会产生很大的不同

在为飞机设计部件时,轻微减轻重量会产生很大的不同。Blankenship说他的公司的软件已被用于设计更轻的部件,如热交换器和隔音板。Frustum也拥有国防工业的客户,但他们对自己的设计一直保持缄默。“我只是知道他们买的软件,”他说。

Autodesk也一直在帮助飞机减肥。空中客车A320现在在客舱之间设有轻型隔板,由Autodesk Research与总部位于纽约的软件公司The Living共同开发的AI设计。分区的骨架设计使杆在奇数角度处纵横交错。

其他人也一直在关注AI改善飞机设计的能力。德国航空航天中心(DLR)的研究人员一直在调查其在帮助将战斗机调整到特定任务中的作用。荷兰代尔夫特大学的航空航天工程师也在开发一种生产概念飞机设计的工具。

空中客车新的客舱隔板重量减轻30公斤(Credit:Airbus)

空中客车公司估计,新的客舱隔断设计每年可节省高达465,000公吨的二氧化碳排放量(Credit:Airbus)

这不仅仅是因为轻便而受益的飞机。Autodesk与美国汽车制造商通用汽车公司合作,创造了一个比前一版本轻40%,强度高20%的安全带支架。在今年11月举行的年度贸易展上,Autodesk还展示了AI设计的梅赛德斯 - 奔驰一级方程式赛车悬架系统和宝马摩托车车架。

甚至美国国家航空航天局也在其中。汽车和自行车零件旁边是美国宇航局正在开发用于执行木星和土星卫星任务的着陆器。Autodesk为着陆器支腿设计的生成设计比以前的人造设计轻了35%。

对于加州大学圣地亚哥分校的认知科学家David Kirsh和伦敦大学学院巴特利特建筑学院的访问研究员来说,生成设计让我们可以外包一种动手解决问题的方法。

Kirsh对人类思维如何嵌入我们的物理环境感兴趣。想象一下,你正在拼凑一个拼图游戏。您可以尝试将所有部分组合在一起,使用我们可能称之为思维的眼睛。或者你可以建立它。对于任何具有超过一小部分的拼图,用我们的手而不是我们的头来解决问题要容易得多。“认知是大脑,身体和世界之间相互作用的产物,”他说。

许多问题根本无法在我们的脑海中解决,这就是为什么设计通常涉及原型设计以了解各个部分如何组合在一起并作为一个整体工作。这是另一个例子。如果你有一个钉子需要放入一个紧密的孔中,你就不要研究钉子和孔子并计算它是如何进入的。“诀窍实际上是将它放在一边然后摇晃它, “基什说。“心中没有对应的笑声。”

尝试数以千种不同的方式来满足一系列设计约束 - 就像孔中钉子的不同位置一样 - 是一种虚拟摇晃的形式

但是生成设计可能是下一个最好的选择。尝试数以千种不同的方式来满足一系列设计约束 - 就像孔中钉子的不同位置一样 - 是一种虚拟摇晃的形式。

事实上,一些设计问题很像谜题。当Autodesk Research想在多伦多设立一个新办公室时,他们再次与The Living合作设计布局。大多数办公室坚持标准的平面图,中间或边缘的会议室和桌子组合在一起。

为多伦多办事处设计的设计是不同的。与Hack Rod一样,设计师尽可能多地收集数据,这次是关于人们的工作偏好 - 自然光线多少,社交互动多少,工作时间等等。他们还指出哪些群体需要与其他群体接近。

为软件提供这些约束为办公室的办公桌,会议室和社交空间提供了数百种可能的布局。设计师从人工智能最少推荐的那些中挑选出的那一组中,有一小组桌子,其间穿插着公共区域,团队以最大化互动的方式排列。

总部位于荷兰的建筑公司Van Wijnen正在为整个社区做同样的事情。该公司已经改变了整个建筑流程,以充分利用其生成设计工具。

它的房屋现在由预制构件制成,这意味着制定它们的最佳方式是沿着街道建造和安排成为另一个难题。

为了设计其社区,Van Wijnen为其软件提供了大量限制,要求所有公寓应至少拥有3,000平方米的占地面积和至少一个停车位,以满足所有屋顶安装的太阳能电池板的需求阳光和街道上有各种不同的房屋设计。

目前,安排这些预先设计的大型拼图块可以尽可能地推动软件。从头开始设计整个房屋将涉及更多变量 - 和规则 - 而不是为车辆设计新零件。但最终我们可能会让计算机提出新的架构设计。史密斯说,有可能教他们设计一座具有着名瑞士 - 法国建筑师勒柯布西耶风格的建筑。或者摩天大楼的承重结构可以像汽车底盘一样设计,这可以让我们建造比我们自己更高的建筑物。

在设计中使用AI肯定有胃口。根据Blankenship的说法,New Balance和Adidas等运动服装公司已经开始将生成设计作为制作个性化培训师的一种方式,为客户提供各种鞋类款式和功能。添加3D打印 - 您可以在现场制作非正统的形状 - 您可以在网站上生成您的定制设计,并在街上的鞋店制作。

这改变了产品设计师与其客户之间的关系。用莫里斯·孔蒂(Maurice Conti)的话来说,他曾在Autodesk帮助开创了生成设计,之后转到巴塞罗那的实验性科技公司Alpha:不是让人们想买你的东西,而是邀请他们制作他们想买的东西。

当然,该技术存在局限性。“这不是魔术,”基尔什说。有些事情对计算机来说会更难。例如,我们许多最着名的物品或建筑物为我们提供了特殊的体验或让我们感受到某种方式。但是很难将其纳入代码中。“我们可能无法确定造成这种感觉的原因,”Kirsh说。

很明显,设计师拥有强大的新工具,最好的设计将来自人与机器之间的来回。布拉德纳说:“计算机将做计算机擅长的事情,人们会做人们擅长的事情。”

“这是一个以新方式思考的迷人机会,”史密斯说。“人们认为它会剥夺他们的工作,但这会让他们变得更好。”Blankenship对此表示赞同。“我们当然可以进入一个未来,许多设计工作都是完全自动化的,”他说。但你仍然希望人们签署它。这有什么好处吗?它比上一个好吗?这是我们想要的吗?

这些只是人类可以回答的问题。“否则我们在做什么呢?没有人的机器没有任何意义,“他说。

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