Generativní navrhování i bez 3D tisku

Strojírenská firma Claudius Peters nezavádí 3D tisk, přesto optimalizuje díly vlastních strojů, k čemuž využívá generativní navrhování. Funguje to skvěle, i když díly nadále vyrábí tradičními výrobními metodami.

Martin Peňáz, Autodesk

 

Generativní navrhování bylo neoficiálním tématem letošní konference Autodesk Accelerate v kanadském Torontu. Proč? Pomáhá produktovým vývojářům dosáhnout hned dvou cílů zároveň: umožní jim snížit hmotnost výrobku, a přitom zachovat nebo dokonce zvýšit jeho pevnost.

Návrhy, které vznikly při generativním navrhování. (Zdroj obrázku: Design News)

Generativní navrhování bývá často spojováno s 3D tiskem, aditivní výroba totiž dovede vyprodukovat tvary, které jsou za hranicemi možností tradičních výrobních metod. To, co vytisknete na 3D tiskárně, byste zkrátka nikdy nedovedli odlít ani vyrobit na CNC stroji. Německá firma Claudius Peters je ale důkazem, že generativní design může být skvělým výchozím bodem i pro ty, kdo chtějí těžit z možností moderního navrhování bez investic do 3D tisku.

 

Proměny strojírenství v digitálním věku

Ve firmě Claudius Peters se rozhodli změnit zažitý návrhový proces, aby zlepšili stroje, které vyrábí. Claudius Peters dodává pneumatické dopravníky, sila, chladiče slínku, šrotovníky a balicí systémy do cementáren, hliníkáren, sádráren a uhelných elektráren po celém světě. „Rádi naše výrobky odlehčujeme, zlevňujeme a zjednodušujeme,“ vysvětloval na konferenci Autodesk Accelerate Thomas Nagel, který je ve firmě Claudius Peters zodpovědný za zavádění digitálních technologií. „Chtěli jsme zkrátit dobu výroby, zvýšit obrat a podpořit spokojenost zákazníků. Abychom toho dosáhli, museli jsme se zlepšit hned v několika oblastech.“


Thomas Nagel věděl, že firma cílů nedosáhne, pokud nepřehodnotí stávající vývojářské a konstruktérské procesy a nepojme je více novátorsky. „Dlouho jsme pracovali odděleně – vývoj a konstrukce vůbec nekomunikovaly s výrobou,“ popisuje Nagel. „Pak nám ale došlo, že know-how, které jsme za ta léta praxe nasbírali, nás na budoucnost oboru nijak nepřipraví. Potřebovali jsme se naučit reagovat lépe, rychleji a pružněji.“

Optimální návrh, který vznikl díky generativnímu designu. (Zdroj obrázku: Design News)

Novátorský přístup díky agilní metodě Scrum

Zlepšit návrhový proces se firma rozhodla pomocí agilní metody Scrum. Ta je populární u softwarových vývojářů a funguje následovně: vývojáři utvoří týmy o 5–9 členech a v pravidelných iteracích, kterým se říká sprinty, se soustředí na vyřešení prioritních položek v rámci tzv. produktového backlogu. Prioritní položky mají různou podobu: může jít o funkce, scénáře používání nebo požadavky uživatelů. Každý sprint obvykle trvá 2–3 týdny. „Rozhodli jsme se Scrum vyzkoušet, protože jsme chtěli získat nový úhel pohledu. Ze Scrumu často vycházejí start-upy, které aplikují lean start-up přístup. My jsme potřebovali získat nové počítačové dovednosti a zjistit, jaké další kroky máme podniknout.“


Thomas Nagel dobře věděl, že pokud má změnit zavedené procesy, které firma používala desítky let, musí do firmy nalákat novou generaci. „Náš projektový tým funguje jako takový inkubátor a zahrnuje mladé vývojáře a konstruktéry, kteří jsou otevření změnám,“ popisuje. „Žárovka také nevznikla tím, že by vynálezci donekonečna vylepšovali svíčku. Potřebovali jsme úplně nový přístup a náhled na věc. Proto jsme vyzkoušeli generativní navrhování.“


Vývoj lepšího chladiče slínku

Prvním Scrum projektem bylo vylepšení dílu z chladiče, který firma vyrábí. „Chtěli jsme s minimálními náklady zlepšit naše chladiče slínku,“ vzpomíná Nagel. „Dosavadně používaný díl byl poměrně těžký a robustní, a my jsme chtěli snížit jeho hmotnost i náklady na výrobu.“

Výsledný díl vyrobený konvenční výrobní metodou, který vychází z návrhu softwaru
pro generativní navrhování. (Zdroj obrázku: Design News)

Při hledání nových, inovativních řešení se projektový tým rozhodl vyzkoušet moderní metody navrhování. „Chtěli jsme začít myslet jinak. Zkoumali jsme zatížení a další parametry a přibrali jsme do týmu vývojáře, konstruktéry i kolegy z IT. Nakonec jsme se rozhodli zkusit generativní design a výsledek nás překvapil,“ popisuje Nagel. „S takovým návrhem bychom nikdy sami nepřišli. Pečlivě jsme si ověřili, že zatížení i další parametry odpovídají zadaným podmínkám. Odpovídaly, a daný díl byl přitom o 40 % lehčí.“


Zpětné inženýrství na základě generativního designu

Jedním z požadavků na nově vyvinuté díly byla nízká cena jejich výroby. „Díl vyvinutý generativním navrhováním předpokládal, že se uchýlíme k 3D tisku, na to jsme ale neměli prostředky. Proto jsme ho vzali a přepracovali tak, aby šel vyrobit konvenční výrobní metodou,“ vysvětluje Nagel. „Zpětným inženýrstvím jsme navrhli nový díl a ukázalo se, že na jeho odlití bude potřeba více materiálu. I tak byl ale o 30 % lehčí než díl původní. Naši zákazníci byli nadšení.“
Po tak kladné zkušenosti s generativním designem se firma rozhodla ho do návrhového procesu zařadit natrvalo. Thomas Nagel si změnu pochvaluje: „Generativní navrhování dnes používáme jako generátor nových nápadů. Výsledky nás často překvapí. Protože nechceme používat 3D tisk, na základě vygenerovaného návrhu sestrojíme vylepšený díl a ten potom vyrábíme tradiční metodou. Možná ušetříme jen 30 % hmotnosti místo 40 %, ale i to je pro nás zásadní úspora.“