Generativní design v GENERAL MOTORS: Na cestě k lehčím autům s nižší spotřebou

Generativní design je nesmírně mocným nástrojem, a to hned ze dvou důvodů: I komplexní zadání počítač vyřeší mnohem rychleji než člověk a porovná nesrovnatelně větší množství alternativ. Vývojáři a konstruktéři mohou díky generativnímu designu trávit mnohem méně času kreslením a zadáváním věcí do počítače. Tím si mohou uvolnit ruce k řešení problémů, které jim skutečně leží na srdci. Na začátku celého procesu uživatel zformuluje cíle, omezení a další parametry – například požadavky na hmotnost, bezpečnost, materiál, výrobní metodu a náklady. Pak do hry vstoupí moderní technologie – umělá inteligence a výpočetní možnosti cloudu – a začnou zkoumat tisíce možností a hledat nejlepší řešení.

Jak to funguje ve světě aut? V roce 2015 například firma Local Motors představila elektrický roadster Strati. Svézt se v něm můžou dva pasažéři, vyrobit ho trvá pouhých 44 hodin a ze tří čtvrtin sestává z dílů vytištěných na 3D tiskárně. V roce 2016 následovala firma Divergent Microfactories se svým sporťákem Blade, který pod kapotou ukrývá 700 koní. V roce 2018 pak italský start-up XEV oznámil, že plánuje výrobu malého elektromobilu L SEV. Ten má být prvním vozidlem vytištěným na 3D tiskárně, které bude možné vyrábět sériově.

3D tisk aut ale není jen doménou experimentátorů a start-upů. Tradiční výrobci možná nechrlí trháky, o kterých čteme na prvních stránkách novin, investují ale do postupného zlepšování a hmatatelných výsledků. Příkladem takového přístupu je automobilka General Motors, která chce pomocí dílů vytištěných na 3D tiskárně zlepšovat výkon vozů a upravovat je zákazníkům na míru.

„Průměrný vůz sestává ze 30 000 dílů,“ odhaduje Kevin Quinn, který je v General Motors ředitelem pro aditivní design a výrobu. Říká: „Neplánujeme jich tisknout všech 30 000. Jsme realisté. Zaměřujeme se na výrobní příležitosti, které mohou potenciálně přinést obchodní hodnotu nám i zákazníkům. Neptáme se, co můžeme udělat, ale co bychom udělat měli.“

Spojení člověka a umělé inteligence

Kdyby byla aditivní výroba pomyslnými dveřmi k budoucnosti automobilového průmyslu, odemykaly by se tyto dveře generativním designem. „Generativní design nám umožňuje zkoumat různá konstrukční řešení dílů a součástí, které ve vozidlech používáme. Využívá při tom cloud a umělou inteligenci a spojuje mozek konstruktéra s možnostmi počítačů. Konstruktér ve spolupráci s počítačem přijde s řešením, které by jeden bez druhého nevymysleli,“ popisuje Kevin Quinn.

Při tomto způsobu práce konstruktér zformuluje konstrukční cíle a další parametry, jako například výrobní metodu, rozpočet či materiál, a zadá je do softwaru pro generativní navrhování. Software posléze pomocí algoritmů zanalyzuje a vyhodnotí všechny myslitelné permutace a doporučí řešení, které se podle výpočtů jeví jako optimální. „Spolu s aditivní výrobou může být generativní design pro naše odvětví zcela přelomový,“ říká Quinn a dodává, že automobilky se odjakživa potýkají s omezeními tradiční výroby – limitují je například možnosti frézování a vstřikovacích forem. Konvenční výrobní metody si totiž poradí jen s velmi jednoduchou geometrií.

Tradiční výroba je navíc nákladná a nepružná, takže je jakékoliv experimentování neúměrně drahé. Generativní design a 3D tisk naopak s minimální finanční investicí dovedou vygenerovat nekonečné množství konstrukčních řešení. Jediný program spolu s jednou 3D tiskárnou umí vyprodukovat bezpočet dílů a forem – včetně organických tvarů a vnitřní struktury, kterou klasickými metodami nevyrobíte.

Ekonomický přínos generativního designu je mnohem jasnější, když vezmeme v potaz problematiku elektromobilů. Automobilky se k nim staví neobyčejně optimisticky – jen v General Motors chtějí do roku 2023 na trh uvést alespoň 20 modelů poháněných elektřinou nebo palivovými články. Problém ale tkví v tom, že je výroba těchto vozů drahá. Generativní design by mohl pomoci s jejich odlehčením a zkrácením dodavatelského řetězce – a tím přispět k řešení zapeklité situace. Jak odhaduje Kevin Quinn, elektrifikace a autonomní vozidla změní automobilový průmysl k nepoznání. „Pokud nechceme zůstat pozadu, musíme v těchto vysoce technických oblastech zaujmout vedení. Jsme přesvědčení, že díky 3D tisku a generativnímu designu budeme lídrem, který na trh uvádí inovace,“ dodává.

Při nedávné spolupráci se společností Autodesk konstruktéři z General Motors zoptimalizovali konzoli sedadla – standardní autodíl, který upevňuje zámek bezpečnostního pásu k sedadlu a sedadlo k podlaze. Použili při tom funkce pro generativní design v programu Autodesk Fusion 360. Typická konzole sedadla je hranatý díl smontovaný z 8 součástí, software ale vygeneroval přes 150 návrhů, které připomínaly spíš kovový objekt odněkud z vesmíru. Nově navržená konzole sestává z jediného nerezového dílu místo osmi, a je o 40 % lehčí a 20 % pevnější než konzole původní.

„Ke konsolidaci osmi dílů do jednoho máme dva důvody,“ vysvětluje Quinn. „Jedním je samozřejmě optimalizace hmotnosti. Ruku v ruce s konsolidací jde ale i snížení nákladů na celý dodavatelský řetězec – nepotřebujeme totiž množství různých dílů od různých výrobců, které se pak ještě musí spojovat dohromady.“

Zákazníkům na míru

Když takto pozměníte stovky nebo i tisíce dílů, je nasnadě, že budou vozidla levnější, lehčí a budou mít nižší spotřebu. „Teď už zbývá jen najít další specifické případy, u kterých má použití generativního designu a aditivní výroby smysl,“ plánuje Quinn – a v General Motors už pracují na optimalizaci dalších autodílů. Vysvětluje, že když se pomocí generativního designu a 3D tisku podaří snížit spotřebu o čtvrt litru na 100 km nebo prodloužit dojezd elektromobilu o 15 km na jedno nabití, získá společnost obrovskou konkurenční výhodu.

Lepší výkon je ale jenom začátek. V budoucnu v General Motors plánují 3D tisk využívat k levné a efektivní výrobě náhradních dílů u autorizovaných prodejců a k úpravám vozidel podle přání zákazníka. „Když dnes chceme vozidlo upravit zákazníkovi na míru, stojí nás to spoustu peněz – nestandardní úpravy si totiž žádají i výrobu příslušných nástrojů. Návratnost investice je pak nulová a často se zkrátka rozhodneme, že úpravy na míru dělat nebudeme,“ vystihuje problém Quinn.

Quinn dodává, že by si díky aditivní výrobě mohli zákazníci například objednat výbavu na míru nebo si nechat auto ozdobit vlastním jménem či logem sportovního týmu. „Nabídnout něco, co naše konkurence neumí, nám pomůže se vůči ní vymezit,“ přemýšlí. Právě v tom podle Quinna spočívá největší přínos špičkových technologií: nejde o to, aby automobilka vzbudila rozruch, ale aby zákazníkům poskytla něco navíc. „Generativní design a aditivní výroba mě baví, protože nám umožní dodávat zákazníkům řešení, která by jinak byla nemyslitelná.“

Chcete se o nejvhodnějších softwarech pro generativní design dozvědět víc? Kontaktujte odborníka společnosti Autodesk ZDE.

Zdroj a foto: Autodesk