فرآیندی که به دنبال بازخورد از متخصصان انسانی است، در بهینه سازی موثرتر از سیستم های خودکاری است که به تنهایی کار می کنند. -- ScienceDaily

اما چنین سیستم های خودکار «جعبه سیاه» اغلب در تولید طرح هایی که برای هدفشان کاملاً بهینه شده اند، مانند ارائه بیشترین استحکام متناسب با وزن یا به حداقل رساندن مقدار مواد مورد نیاز برای تحمل بار معین، کوتاهی می کنند. از طرف دیگر طراحی کاملاً دستی زمان بر و کار فشرده است.

اکنون، محققان MIT راهی برای دستیابی به برخی از بهترین های هر دوی این رویکردها یافته اند. آنها از یک سیستم طراحی خودکار استفاده کردند اما فرآیند را به صورت دوره ای متوقف کردند تا به مهندسان انسانی اجازه دهند تا کار در حال انجام را ارزیابی کنند و قبل از اینکه به رایانه اجازه دهند روند طراحی خود را از سر بگیرد، تغییرات یا تنظیماتی را انجام دهند. معرفی چند مورد از این تکرارها نتایجی را ایجاد کرد که عملکرد بهتری نسبت به آنچه توسط سیستم خودکار طراحی شده بود به تنهایی انجام داد و این فرآیند در مقایسه با رویکرد کاملاً دستی سریع تر تکمیل شد.

نتایج این هفته در مجله گزارش شده است بهینه سازی ساختاری و چند رشته ای، در مقاله ای توسط دانشجوی دکترای MIT دات ها و استادیار مهندسی عمران و محیط زیست جوزفین کارستنسن.

کارستنسن توضیح می دهد که رویکرد اساسی را می توان در طیف وسیعی از مقیاس ها و کاربردها برای طراحی همه چیز از دستگاه های زیست پزشکی گرفته تا مواد نانومقیاس و اعضای پشتیبانی ساختاری یک آسمان خراش به کار برد. در حال حاضر، سیستم های طراحی خودکار کاربردهای زیادی پیدا کرده اند. "اگر می توانیم چیزها را به روشی بهتر بسازیم، اگر می توانیم هر آنچه را که می خواهیم بسازیم، چرا بهترش نکنیم؟" او می پرسد.

هاا می گوید: «این راهی است برای استفاده از این که چگونه می توانیم چیزها را به روش های بسیار پیچیده تر از گذشته بسازیم. ، که در آن کاهش وزن با حفظ استحکام ساختاری یک نیاز کلیدی است.

او می گوید: «شما می توانید وزن زیادی را از قطعات خارج کنید و در این دو صنعت، همه چیز با وزن پیش می رود. در برخی موارد، مانند اجزای داخلی که قابل مشاهده نیستند، ظاهر مهم نیست، اما برای سایر ساختارها زیبایی شناسی نیز ممکن است مهم باشد. سیستم جدید بهینه سازی طرح ها برای خواص بصری و همچنین مکانیکی را ممکن می کند و در چنین تصمیماتی لمس انسان ضروری است.

به عنوان نمایشی از فرآیند خود در عمل، محققان تعدادی تیرهای باربر سازه ای را طراحی کردند که ممکن است در ساختمان یا پل استفاده شود. آنها در تکرارهای خود دیدند که طرح دارای ناحیه ای است که می تواند پیش از موعد از کار بیفتد، بنابراین آن ویژگی را انتخاب کردند و برنامه را ملزم به رسیدگی به آن کردند. سپس سیستم کامپیوتری طرح را بر این اساس اصلاح کرد و پایه برجسته شده را حذف کرد و برخی از پایه های دیگر را برای جبران آن تقویت کرد و منجر به طراحی نهایی بهبود یافته شد.

فرآیندی که آنها آن را بهینه سازی توپولوژی با اطلاعات انسانی می نامند، با تعیین مشخصات مورد نیاز آغاز می شود - برای مثال، یک تیر باید به این طول باشد، روی دو نقطه در انتهای خود پشتیبانی شود و باید این مقدار بار را تحمل کند. کارستنسن می گوید: «از آنجایی که ساختار را در صفحه رایانه در پاسخ به مشخصات اولیه می بینیم، ما طراحی را قطع می کنیم و از کاربر می خواهیم درباره آن قضاوت کند. کاربر می تواند انتخاب کند، بگوید: «من طرفدار نیستم». از این منطقه، من می خواهم این اندازه ویژگی مورد نیاز را افزایش یا کاهش دهید.\' و سپس الگوریتم ورودی کاربر را در نظر می گیرد."

در حالی که نتیجه به اندازه آنچه که ممکن است توسط یک الگوریتم طراحی کاملاً دقیق و در عین حال بسیار کندتر که فیزیک زیربنایی را در نظر می گیرد ایده آل نیست، او می گوید که می تواند بسیار بهتر از نتیجه تولید شده توسط یک سیستم طراحی خودکار سریع به تنهایی باشد. "شما چیزی به خوبی دریافت نمی کنید، اما لزوما هدف این نبود. چیزی که ما می توانیم نشان دهیم این است که به جای استفاده از چندین ساعت برای به دست آوردن چیزی، می توانیم از 10 دقیقه استفاده کنیم و چیزی بسیار بهتر از جایی که شروع کردیم به دست آوریم. "

این سیستم می تواند برای بهینه سازی طراحی بر اساس هر ویژگی دلخواه، نه فقط قدرت و وزن، استفاده شود. به عنوان مثال، می توان از آن برای به حداقل رساندن شکستگی یا کمانش یا کاهش تنش در مواد با نرم کردن گوشه ها استفاده کرد.

کارستنسن می گوید: "ما به دنبال جایگزینی راه حل هفت ساعته نیستیم. اگر تمام وقت و تمام منابع موجود در جهان را دارید، بدیهی است که می توانید این راه حل ها را اجرا کنید و بهترین راه حل را به شما ارائه می دهد." اما برای بسیاری از موقعیت ها، مانند طراحی قطعات جایگزین برای تجهیزات در یک منطقه جنگی یا یک منطقه امدادی بلایا با قدرت محاسباتی محدود، "آنگاه این نوع راه حل که مستقیماً نیازهای شما را برآورده می کند، غالب خواهد شد."

به طور مشابه، برای شرکت های کوچک تر که تجهیزات را در مشاغل اصلی «مادر و پاپ» تولید می کنند، چنین سیستم ساده شده ای ممکن است فقط بلیت باشد. کارستنسن می گوید سیستم جدیدی که آنها توسعه داده اند نه تنها برای اجرا بر روی رایانه های کوچک تر ساده و کارآمد است، بلکه به آموزش بسیار کمتری نیز برای ایجاد نتایج مفید نیاز دارد. او می گوید که یک نسخه دو بعدی اولیه از نرم افزار، مناسب برای طراحی تیرهای اصلی و قطعات ساختاری، به طور رایگان اکنون به صورت آنلاین در دسترس است، زیرا تیم به توسعه نسخه کامل سه بعدی ادامه می دهد.

"با ادغام "شهود" مهندسی (یا "قضاوت" مهندسی) در فرآیند بهینه سازی توپولوژی دقیق و در عین حال کارآمد محاسباتی، به مهندس انسانی امکان هدایت ایجاد پیکربندی های ساختاری بهینه به روشی که قبلاً در دسترس ما نبود، ارائه می شود. " او اضافه می کند. یافته های او این پتانسیل را دارد که روشی را که مهندسان با وظایف طراحی «روز به روز» انجام می دهند، تغییر دهد.»