Neues Tool des MIT für die Optimierung von CAD-Modellen
Mit einem CAD-Programm lassen zwar Gegenstände jeder Art entwerfen, schwieriger ist es jedoch, vorhandene Konstruktionen zu verbessern. Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben jetzt mit InstantCAD ein Plug-in entwickelt, mit dem Anwender vorhandene CAD-Modelle einfach bearbeiten und optimieren können.
Video: Wie sich mit InstantCAD vorhandene CAD-Modelle optimieren lassen.
Ein Forscherteam vom Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) des MIT und von der Columbia University haben in einem aktuellen Forschungsbericht das Tool InstantCAD vorgestellt, mit dem Konstrukteure in einem intuitiv gestalteten Workflow CAD-Modelle interaktiv bearbeiten und optimieren können. InstantCAD lässt sich als Plug-in in bestehende CAD-Programme einbinden, was auch die Bedienung des Tools erleichtern soll.
Bessere Produkte in kürzerer Zeit entwickeln
Ob ergonomische Schreibtische oder leistungsfähigere Autos, es gehe vor allem darum, bessere Produkte in kürzerer Zeit zu entwickeln, erklärt die Doktorandin und Autorin Adriana Schulz vom MIT CSAIL, die die Lösung jetzt auf der Siggraph 2017 in Los Angeles vorstellte. Mit InstantCAD könnten Automobilhersteller und auch andere Unternehmen komplexe Konstruktionen künftig innerhalb weniger Minuten anstatt von Stunden oder Tagen testen und optimieren. Das liegt daran, dass herkömmliche CAD-Programme meist parametrisch arbeiten. Daher können im Designprozess Eigenschaften wie Form und Größe auf Basis von unterschiedlichen Prioritäten verändert werden.
Wenn ein Konstrukteur zum Beispiel eine Windturbine entwickelt, muss er also einen Kompromiss zwischen dem verfügbaren Luftstrom und der sich daraus ergebenden Energieausbeute eingehen. Allerdings steht er dann vor der Herausforderung, das beste Design für die gewünschte Aufgabe der Konstruktion zu bestimmen, weil es viele unterschiedliche Änderungsoptionen gibt. Außerdem nimmt der Prozess viel Zeit in Anspruch, weil man durch die Änderung einer einzigen Eigenschaft auf das Regenerieren der Zeichnung warten muss. Erst dann kann eine Simulation durchgeführt werden und können die Ergebnisse beurteilt werden. Mit InstantCAD lassen sich Konstruktionen in Echtzeit verbessern und optimieren, was den Konstrukteuren tage- oder wochenlange Arbeiten ersparen könne, ist Schulz überzeugt.
Optimierung von Konstruktionen durch vorberechnete Daten
Nachdem ein Objekt in dem vorhandenen CAD-System erstellt wurde, wird es in die Cloud gesendet, wo eine Vielzahl von geometrischen Evaluierungen und Simulationen gleichzeitig ablaufen. Mit diesen vorberechneten Daten lassen sich die Konstruktionen auf zwei verschiedene Arten verbessern. Die Benutzerschnittstelle „Interactive Exploration“ zeigt auf, wie sich Design-Änderungen auf die Leistung auswirken, also beispielsweise wie die Form eines Flugzeugflügels die Luftdruckverteilung beeinflusst. Mit der Funktion „Automatic Optimization“ kann der Anwender dem System ein Design mit bestimmten Eigenschaften vorgeben, zum Beispiel eine Drohne, die so leicht wie möglich ist und zugleich eine gewünschte Last aufnehmen kann.
Warum sich Objekte generell nur mit hohem Aufwand optimieren lassen, liegt an der großen Anzahl möglicher Optionen im Design Space. Da sich mit der vorhandenen Rechenleistung nicht jeden einzelne dieser Optionen berechnen lässt, habe man eine Möglichkeit finden müssen, auf Grundlage einer kleinen Anzahl von Optionen zu interpolieren. Der wesentliche Beitrag von InstantCAD sei nun ein neuer Algorithmus, der diese Muster-Designpunkte verwendet und damit weitere abschätzen könne, erläutert Schulz.
InstantCAD eigne sich besonders für komplexe Konstruktionen wie Autos, Flugzeuge und Roboter, wo es darum gehe, die maximale Leistung aus dem Produkt herauszuholen, erklärt Wojciech Matusik, Co-Autor und Associate Professor vom MIT CSAIL. Somit könne nicht nur Zeit bei Designänderungen eingespart werden, sondern dadurch ließe sich auch die Qualität der Produkte verbessern. Dank der Integration von InstantCAD in vorhandene CAD-Programme sind die Forscher zuversichtlich, dass die Anwendung sofort in der Industrie eingesetzt werden kann. Zugleich wird die Nutzung auch für gelegentliche Anwender erleichtert. In einer Welt, in der 3D-Druck und industrielle Robotik die Fertigung zugänglicher mache, benötige man CAD-Systeme, die den Konstruktionsprozess vereinfachen würden, ist Schulz überzeugt.
Autor: Stefan Girschner
