AI活用で進化するジェネレーティブデザイン：設計者のための新手法

ジェネレーティブ デザインとは?

ジェネレーティブデザインは、コンピュータソフトウェアによって3D モデルを作成して最適化するテクノロジーです。
プロセスは、トポロジー最適化やシミュレーションを含む多数のテクノロジーに依存しています。
これらのテクノロジーはすべて連動していますが、それを制御するのはこれまでどおりエンジニアです。
ユーザーはインタラクティブなプロセスを使用して、製造プロセスや荷重および拘束条件といったモデルの要件を設定します。
その後、ソフトウェアが、これらの要件を満たす一連の設計の代替案を自動的に生成します。

次に例を示します。
ミリング、鋳造、付加製造によって部品を製造する企業があるとします。
設計している部品にはどのようなプロセスと材料が最適でしょうか。ジェネレーティブデザインを使用すれば、各種材料と製造方法で考えられる組み合わせを表示して、最適なソリューションを見つけることができます。最終的には、ユーザーが要件を最も満たす候補を選択し、そこからさらに微調整します。

ただし、これで設計者の責任がなくなるわけではありません。
ジェネレーティブデザインはエンジニアに代わるものではなく、設計プロセスを補足するものであるからです。
重量の制限値、物理的な制約、材料の可用性など、考えなければならないことはまだたくさんあります。
エンジニアによるこれらの各種基準の定義が適切であればあるほど、可能なソリューションを発見するシステムの能力が高まり、より優れた革新的な製品の開発に役立ちます。

また、特に初心者にとってありがたいことに、ソフトウェアが拘束条件の検討を支援します。
たとえば、3D プリント用の設計を設定した後で、3 軸ミリングでもう一度試みることができます。そこから、予算や日程などに最も適した結果を導き出し、それを最適解として次のステップに進められます。

Creo では、さらに Generative Topology Optimization (GTO) とGenerative Design Extension (GDX) も活用できます。
これらの AI 駆動型ジェネレーティブデザインツールを併用することで、革新的で差別化された製品を開発し、市場投入までの時間を短縮し、全体的な製品コストを削減できます。これのツールについては後半で詳しく説明します。

ジェネレーティブデザインが解決する課題

ジェネレーティブデザインでは、特にソフトウェアがコンピューティングリソースにクラウドを利用している場合、何百もの革新的な設計オプションが短時間で生成されます。
モデルのトレードオフを評価するのはユーザーです。
たとえば、2 つのモデルが仕様を満たしていて、モデルを比較すると、オプション 1 は少し軽く、オプション 2 は強度がわずかに高くなっています。どちらのオプションも機能しますが、選択肢があることは助かります。

ジェネレーティブデザインの全体的なメリットは、革新的な製品を記録的な短時間で市場に投入できることです。
また、ジェネレーティブデザインは、すぐには実感できませんが、次のことを実現したいと考えている企業に大きな変化をもたらします。

製品の差別化。

実際のところ、ほとんどの設計は、以前機能していたモデルに基づいています。
これに徐々に変更を加え、お客様にとって魅力的になることを期待します。ジェネレーティブデザインを使用すると、要件を超える高性能の新しい部品や製品を作成できるため、そのような習慣から抜け出すことができます。その上、これらの部品や製品は、競合他社には簡単には真似できません。

完璧な結果（経験の浅いエンジニアでも可能）。

スキルギャップについて懸念がありますか？新入社員の機械エンジニアが、幅広い知識なしに、ジェネレーティブデザインを使用して部品を作成できるようになりました（システムが数百もの適切なソリューションを返してきたとしたらどうでしょうか？ジェネレーティブデザインテクノロジーを使用すると、無数の設計オプションを高速にフィルタリングできます）。

信頼性の最適化。

ジェネレーティブデザインの結果に対して応力解析を実行し、設計の品質と耐久性を検証します。
この検証により、設計が実際に機能することを保証できます(また、製造とサービスサポートのコストも削減できます)。

レガシー設計の改良。

古い製品は機能するかもしれません。しかし、最適化されているでしょうか。
エンジニアは、前に生成されたものから設計を更新することが一般的です。
しかし、ジェネレーティブデザインを使用すると、レガシー設計で部品の強度を飛躍的に改善し、全体的な重量と材料の使用量を削減する方法が見つかるかもしれません。

より高速で信頼性の高い設計ア プローチ

製品設計から生産に移行するまでに数か月のリードタイムを必要とする大手製造メーカーを想像してください。
そのような企業は、顧客からの新しい要求や競合会社に太刀打ちできません。革新性を戦略の要としない限り、すべては終わります。

そのとき、あなたはどうしますか?

ひとつのアイデアとして、製品設計プロセスに人工知能 (AI) を持ち込む方法があります。
ジェネレーティブデザインは単なるツールではありません。強力な製品開発アプローチでもあります。
初めに、製品設計者が「スタディ」を構築します。つまり、設計者が解決する必要がある問題を定義し、設計拘束、荷重、材料、製造方法を選択し、これらの要件をソフトウェアに入力します。すると、ソフトウェアはその問題を検討し、無数のイテレーションを実行して、製品チームに最適な一式のソリューションを返します。

チームが自力では生成できない大量のスタディ結果が得られます。
その中には、チームには考えつかなかった独創的な設計代替案も含まれています。さらに印象的であるのは、これらすべての設計が依然として要件を満たしているということです。
戦略的な観点に立つと、ジェネレーティブデザインは高品質の設計を生成できるだけでなく、材料の使用量を抑えた軽量の部品を製造でき、売上原価 (COGS) に良い影響を与えることができます。

PTC Creo のジェネレーティブデザインを信頼できる理由は？

ジェネレーティブデザインおよびこれと関連性の高いトポロジー最適化ツールがかなり前から利用できるようになっていることは周知の事実です。
しかし、ジェネレーティブデザインを使用するワークフローが従来の CAD ワークフローより信頼性を高める可能性があります。その理由を以下に示します。

設計に要件が組み込まれている。

製品はすべて要件から始まります。これらの要件を、製品の要件と結び付けられたシステムエンジニアリングモデルから導き出し、PLM で管理することができます。以前の設計作業中に自分自身で検証した要件を使用することもできます。
重要であるのは、ジェネレーティブデザインを使用すれば、モデルへの要件の適用が、スタディの設定の一部になっているということです。繰り返しになりますが、スタディから返されるすべてのソリューションはこれらの要件を満たします。

製造方法が設計を伝える。

通常、設計者は部品を設計し、シミュレーションと解析ツールを使用して検証して、さらに微調整してから初めて部品をプロセスエンジニアに渡します。その後複数回のフィードバック作業を経て設計が完了します。

ジェネレーティブデザインを使用すると、製造基準がスタディに追加されるため、時間を節約できます。これで、同僚の専門知識に頼る前に、設計で最適なスタートを切ることができます。

これらの基準には以下が含まれます。

複数のコンセプトを高速生成。

初期設計段階の処理方法まで戻って考えてみましょう。
いくつかのコンセプトを思いつくかもしれません。しかし、ほとんどの専門家は、経験で実証済みの方法に戻った方がよさそうだと考えて、そこから繰り返します。ジェネレーティブデザインでは、ソフトウェアは人間よりはるかに高速に繰り返しを実行し、以前の製品設計に対するバイアスはありません。

最終的なモデルは Creo 設計環境で変更可能。

ジェネレーティブデザインが作成する部品モデルは、B-Rep（境界表現）ジオメトリを生成します。
つまり、他のモデルと同じように Creo で作業できるということです。