Grundlagen: Generatives Design und Strukturoptimierung - Versionsgeschichte

Christoph Steinmann: /* Technologische Grundlagen */

2024-03-21T15:04:07Z

Technologische Grundlagen

← Nächstältere Version		Version vom 21. März 2024, 15:04 Uhr
Zeile 220:		Zeile 220:
	Level Set		Level Set

	Optimierung hinsichtlich SF		Optimierung hinsichtlich Masse, Grenze SF

	Auswahl erfolgreicher Iterationen		Auswahl erfolgreicher Iterationen

Christoph Steinmann: /* Zielstellung des generativen Design-Ansatzes */ ertser Inhalt

2024-03-21T15:03:29Z

Zielstellung des generativen Design-Ansatzes: ertser Inhalt

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 == Zielstellung des generativen Design-Ansatzes ==
-Vergleich Prozess
+[[Datei:Software FEM - Tutorial - Strukturoptimierung - GD - Marktzeit.gif|500px|mini|rechts|Quelle: Autodesk]]
-Vorteile
+[[Datei:Software FEM - Tutorial - Strukturoptimierung - GD - Workflow.gif|1000px|zentriert]]
-Fokus auf Ergebnisauswahl und Nacharbeit
+Herkömmlicher Entwurfsprozess eines Bauteils:
 == Technologische Grundlagen ==

Christoph Steinmann: /* Häufige Probleme im Workflow */ Notizen

2024-03-21T14:24:56Z

Häufige Probleme im Workflow: Notizen

← Nächstältere Version		Version vom 21. März 2024, 14:24 Uhr
Zeile 206:		Zeile 206:
	=== Varianten-Bewertung und -Auslese ===		=== Varianten-Bewertung und -Auslese ===
	=== Häufige Probleme im Workflow ===		=== Häufige Probleme im Workflow ===
			Sichehritsfaktor ist Grenzwert, kein Ziel

			getrennte Geometrie

			Kantige Ergebnisse

			wenige oder keine konvergenten Lösungen

Christoph Steinmann: /* Generatives Design */ kurzer Einführungstext

2024-03-21T14:22:53Z

Generatives Design: kurzer Einführungstext

← Nächstältere Version		Version vom 21. März 2024, 14:22 Uhr
Zeile 182:		Zeile 182:

	= Generatives Design =		= Generatives Design =
			Unter generativem Design versteht man das Erstellen von Bauteilmodellen mit Hilfe verschiedener Algorithmen, die schnell viele mögliche Lösungen generieren können. In den letzten Jahren haben ähnliche Ansätze durch den Einsatz von Modellen aus dem Bereich [https://en.wikipedia.org/wiki/Generative_artificial_intelligence generativen künstlicher Intelligenz] bei der Bild- und Textgenerierung beeindruckende Ergebnisse erzielt und stark an Popularität gewonnen. Solche Werkzeuge können als sogenannten Prompt oft schon wenige Zeilen Text nutzen udn damit mehr oder weniger sinnvolle Ausgaben erstellen. Die notwendigen menschlichen Vorgaben sind beim generativen Design noch etwas umfangreicher. Außerdem entstehen die anschließenden Entwürfe nicht nur durch den Einsatz von KI, sondern greifen zu großen Teilen noch auf klassische Methoden der FEM und Topologieoptimierung zurück.

			Der Begriff wurde unter anderem durch die Implementierung eines solchen Entwurfsansatzes in ''Autodesks'' CAD- und CAE-System ''Fusion'' geprägt. Teilnehmer der Lehrveranstaltung [https://ifte.de/lehre/Konstruktion/Uebersicht_sommer.html '''Grundlagen der Konstruktion'''] können diesen Entwurfsansatz im Rahmen eines interaktiven [https://ifte.de/lehre/Konstruktion/Ankuendigung_Workshop.pdf Workshops] ausprobieren.

	== Zielstellung des generativen Design-Ansatzes ==		== Zielstellung des generativen Design-Ansatzes ==
			Vergleich Prozess
			Vorteile
			Fokus auf Ergebnisauswahl und Nacharbeit

	== Technologische Grundlagen ==		== Technologische Grundlagen ==

Christoph Steinmann: /* Technologische Grundlagen */ Notizen

2024-03-21T14:05:23Z

Technologische Grundlagen: Notizen

← Nächstältere Version		Version vom 21. März 2024, 14:05 Uhr
Zeile 186:		Zeile 186:

	== Technologische Grundlagen ==		== Technologische Grundlagen ==
			Level Set

			Optimierung hinsichtlich SF

			Auswahl erfolgreicher Iterationen

			Anpassungen an Ergebnisgeometrie, keine Nachkonstruktion

	== Prozess-Schritte im generativen Design ==		== Prozess-Schritte im generativen Design ==

Christoph Steinmann: Kapitelstruktur zum GenDesign ergänzt

2024-03-21T12:54:36Z

Kapitelstruktur zum GenDesign ergänzt

← Nächstältere Version		Version vom 21. März 2024, 12:54 Uhr
Zeile 184:		Zeile 184:

	== Zielstellung des generativen Design-Ansatzes ==		== Zielstellung des generativen Design-Ansatzes ==

			== Technologische Grundlagen ==

	== Prozess-Schritte im generativen Design ==		== Prozess-Schritte im generativen Design ==
	=== Definition der Anforderungen ===		=== Definition der Anforderungen ===
			Studie mit RB, Materialien, Fertigung
	=== Varianten-Generierung ===		=== Varianten-Generierung ===
	=== Varianten-Bewertung und -Auslese ===		=== Varianten-Bewertung und -Auslese ===
	=== ~~Fertigung~~ ===		=== Häufige Probleme im Workflow ===

WikiSysop am 15. April 2019 um 15:23 Uhr

2019-04-15T15:23:21Z

Änderungen zeigen

WikiSysop am 15. April 2019 um 15:14 Uhr

2019-04-15T15:14:41Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. April 2019, 15:14 Uhr
Zeile 5:		Zeile 5:

	== Strukturoptimierung ==		== Strukturoptimierung ==

	=== Begriffswelt ===		=== Begriffswelt ===

	Umgangssprachlich werden die für die Produkt-Optimierung relevanten Begriffe nicht immer ganz "sauber" verwendet. Dies kann dann dann durchaus zu Missverständnissen in der fachlichen Kommunikation führen. Deshalb soll im Folgenden eine Einordnung der wesentlichen Begriffe in Hinblick auf die Optimierung mechanischer Strukturen vorgenommen werden:<br>		Umgangssprachlich werden die für die Produkt-Optimierung relevanten Begriffe nicht immer ganz "sauber" verwendet. Dies kann dann dann durchaus zu Missverständnissen in der fachlichen Kommunikation führen. Deshalb soll im Folgenden eine Einordnung der wesentlichen Begriffe in Hinblick auf die Optimierung mechanischer Strukturen vorgenommen werden:<br>

Zeile 20:		Zeile 22:
	# Abmessung (Dimensionierung)		# Abmessung (Dimensionierung)
	# Material		# Material

	==== Topologie ====		==== Topologie ====
	[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Strukturoptimierung_-_Begriffsdefinition_Topologie_Tasse-Torus.gif\|right]]		[[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Strukturoptimierung_-_Begriffsdefinition_Topologie_Tasse-Torus.gif\|right]]
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	==== Einsatz im Konstruktionsprozess ====		==== Einsatz im Konstruktionsprozess ====

	Innerhalb des Konstruktionsprozesses werden die einzelnen Aspekte einer Bauteil-Struktur nacheinander in der folgenden Reihenfolge jeweils einer Optimierung unterzogen (''Bild aus Arion-Theoriehandbuch''):		Innerhalb des Konstruktionsprozesses werden die einzelnen Aspekte einer Bauteil-Struktur nacheinander in der folgenden Reihenfolge jeweils einer Optimierung unterzogen (''Bild aus Arion-Theoriehandbuch''):
	# Topologie		# Topologie
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	* Die vorgelagerte Topologie- und Formoptimierung mit einem weit höheren Einfluss auf die Produktkosten überlässt man heute meist noch der Kreativität und dem Erfahrungswissen der Entwicklungsingenieure.		* Die vorgelagerte Topologie- und Formoptimierung mit einem weit höheren Einfluss auf die Produktkosten überlässt man heute meist noch der Kreativität und dem Erfahrungswissen der Entwicklungsingenieure.
	Die Optimierung der einzelnen Struktur-Aspekte verfolgt unterschiedliche Ziele. Diese sollen im Folgenden kurz erläutert werden:		Die Optimierung der einzelnen Struktur-Aspekte verfolgt unterschiedliche Ziele. Diese sollen im Folgenden kurz erläutert werden:

	===== Topologie-Optimierung =====		===== Topologie-Optimierung =====

	Ziel der Topologie-Optimierung ist immer die Erfüllung der Anforderungen an ein Bauteil mit möglichst geringem Einsatz von Material:		Ziel der Topologie-Optimierung ist immer die Erfüllung der Anforderungen an ein Bauteil mit möglichst geringem Einsatz von Material:
	* Häufig wird dafür z.B. eine maximale Steifigkeit bei niedrigem Volumen angestrebt. Dies ermöglicht effizienteren Materialeinsatz und verbessert die Bewegungsdynamik durch geringere Masse.		* Häufig wird dafür z.B. eine maximale Steifigkeit bei niedrigem Volumen angestrebt. Dies ermöglicht effizienteren Materialeinsatz und verbessert die Bewegungsdynamik durch geringere Masse.
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	===== Parameter-Optimierung =====		===== Parameter-Optimierung =====

	Auf [https://de.wikipedia.org/wiki/Geometrische_Modellierung ''Geometrie-Modellierung''] basierende CAD-Bauteilstrukturen werden selbst bei Verwendung von Freiformflächen immer durch eine bestimmte Anzahl von Parametern beschrieben. Die Veränderung dieser Parameter-Werte führt zu einer definierten Veränderung der Bauteil-Struktur:		Auf [https://de.wikipedia.org/wiki/Geometrische_Modellierung ''Geometrie-Modellierung''] basierende CAD-Bauteilstrukturen werden selbst bei Verwendung von Freiformflächen immer durch eine bestimmte Anzahl von Parametern beschrieben. Die Veränderung dieser Parameter-Werte führt zu einer definierten Veränderung der Bauteil-Struktur:
	* Die Parameter eines CAD-Modells können sich auf unterschiedliche Aspekte der Bauteil-Struktur beziehen, woraus sich unterschiedliche Bezeichnungen für die Art der Parameter-Optimierung ergeben:		* Die Parameter eines CAD-Modells können sich auf unterschiedliche Aspekte der Bauteil-Struktur beziehen, woraus sich unterschiedliche Bezeichnungen für die Art der Parameter-Optimierung ergeben:
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	===== Parameterfreie Optimierung =====		===== Parameterfreie Optimierung =====

	Existiert die aktuelle Bauteil-Struktur nur als FEM-Modell in Form eines 3D-Netzes, so werden die Topologie und Form des Bauteils durch die "stetige" Verteilung von Struktur-bestimmenden Parametern festgelegt, z.B.:		Existiert die aktuelle Bauteil-Struktur nur als FEM-Modell in Form eines 3D-Netzes, so werden die Topologie und Form des Bauteils durch die "stetige" Verteilung von Struktur-bestimmenden Parametern festgelegt, z.B.:
	* lokaler E-Modul repräsentiert "Material" (bei normalem Wert) oder "Loch" (bei kleinem Wert)		* lokaler E-Modul repräsentiert "Material" (bei normalem Wert) oder "Loch" (bei kleinem Wert)
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	===== Mathematische Verfahren =====		===== Mathematische Verfahren =====

	Bei den mathematischen Verfahren werden die Design-Variablen aufgrund einer mathematisch hergeleiteten Gesetzmäßigkeit verändert, was dann zum Optimum führt:		Bei den mathematischen Verfahren werden die Design-Variablen aufgrund einer mathematisch hergeleiteten Gesetzmäßigkeit verändert, was dann zum Optimum führt:
	* Grundlage ist die Bewertung der aktuell erreichten Lösungsgüte und oft auch die Berücksichtigung der bisherigen Lösungsschritte.		* Grundlage ist die Bewertung der aktuell erreichten Lösungsgüte und oft auch die Berücksichtigung der bisherigen Lösungsschritte.
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	===== Empirische Verfahren =====		===== Empirische Verfahren =====

	Bei empirischen Verfahren werden die Design-Variablen auf der Basis einer Vorschrift iterativ verändert, die auf der Vermutung der Optimalität basieren und in der Regel mit wenig Rechenaufwand gute Ergebnisse liefern:		Bei empirischen Verfahren werden die Design-Variablen auf der Basis einer Vorschrift iterativ verändert, die auf der Vermutung der Optimalität basieren und in der Regel mit wenig Rechenaufwand gute Ergebnisse liefern:
	* Ein typisches Beispiel sind die Konsequenzen aus der [https://de.wikipedia.org/wiki/Biologische_Wachstumsregel ''biologischen Wachstumsregel'']:		* Ein typisches Beispiel sind die Konsequenzen aus der [https://de.wikipedia.org/wiki/Biologische_Wachstumsregel ''biologischen Wachstumsregel'']:
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	** Da hierbei auch der zweite Teil der Wachstumsregel wirkt, können auch Löcher innerhalb des Bauteils entstehen. Man kann dieses Verfahren deshalb zur Topologie-Optimierung verwenden.		** Da hierbei auch der zweite Teil der Wachstumsregel wirkt, können auch Löcher innerhalb des Bauteils entstehen. Man kann dieses Verfahren deshalb zur Topologie-Optimierung verwenden.

	== Zielstellung des generativen Design-Ansatzes ==		== Generatives Design ==

			=== Zielstellung des generativen Design-Ansatzes ===

	== ~~Generatives Design (~~Prozess-Schritte) ==		=== Prozess-Schritte im generativen Design ===
	=== Definition der Anforderungen ===		==== Definition der Anforderungen ====
	=== Varianten-Generierung ===		==== Varianten-Generierung ====
	=== Varianten-Bewertung und -Auslese ===		==== Varianten-Bewertung und -Auslese ====
	=== Fertigung ===		==== Fertigung ====

WikiSysop am 15. April 2019 um 15:00 Uhr

2019-04-15T15:00:15Z

Änderungen zeigen

WikiSysop am 15. April 2019 um 14:56 Uhr

2019-04-15T14:56:57Z

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 == Strukturoptimierung ==
 === Begriffswelt ===
 === Klassifizierung der Optimierungsverfahren ===