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


ابزارهای ساخت مدرن مانند چاپگرهای سه بعدی می توانند مواد ساختاری را به اشکالی بسازند که با استفاده از ابزارهای معمولی دشوار یا غیرممکن بود. در همین حال، سیستم‌های طراحی مولد جدید می‌توانند از این انعطاف‌پذیری برای ایجاد طرح‌های نوآورانه برای بخش‌هایی از یک ساختمان جدید، خودرو یا تقریباً هر وسیله دیگری استفاده کنند.

اما چنین سیستم‌های خودکار «جعبه سیاه» اغلب در تولید طرح‌هایی که برای هدفشان کاملاً بهینه شده‌اند، مانند ارائه بیشترین استحکام متناسب با وزن یا به حداقل رساندن مقدار مواد مورد نیاز برای تحمل بار معین، کوتاهی می‌کنند. از طرف دیگر طراحی کاملاً دستی زمان‌بر 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 سریع‌تر 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 می‌دهد که رویکرد اساسی را می‌توان در طیف وسیعی از مقیاس‌ها و کاربردها برای طراحی همه چیز از دستگاه‌های زیست پزشکی گرفته تا مواد نانومقیاس و اعضای پشتیبانی ساختاری یک آسمان‌خراش 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 می‌گوید: «این راهی است برای استفاده از این که چگونه می‌توانیم چیزها را به روش‌های بسیار پیچیده‌تر از گذشته بسازیم. ، که در آن کاهش وزن با حفظ استحکام ساختاری یک نیاز کلیدی است.

او می‌گوید: «شما می‌توانید وزن زیادی را از قطعات خارج کنید و در این دو صنعت، همه چیز با وزن پیش می‌رود. 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 سازه‌ای 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 بهینه‌سازی توپولوژی با اطلاعات انسانی می‌نامند، با تعیین مشخصات مورد نیاز آغاز می‌شود – 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 می‌گوید: «از آنجایی که ساختار را در صفحه رایانه در پاسخ به مشخصات اولیه می‌بینیم، ما طراحی را قطع می‌کنیم و از کاربر می‌خواهیم درباره آن قضاوت کند. کاربر می‌تواند انتخاب کند، بگوید: «من طرفدار نیستم». از این منطقه، من می‌خواهم 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 می‌گیرد ایده‌آل نیست، او می‌گوید که می‌تواند 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 می‌گوید: “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 موقعیت‌ها، مانند طراحی قطعات جایگزین برای تجهیزات در یک منطقه جنگی یا یک منطقه امدادی بلایا با قدرت محاسباتی محدود، “آنگاه این نوع راه‌حل که مستقیماً نیازهای شما را برآورده می‌کند، غالب خواهد شد.”

به طور مشابه، برای شرکت‌های کوچک‌تر که تجهیزات را در مشاغل اصلی «مادر و پاپ» تولید می‌کنند، چنین سیستم ساده‌شده‌ای ممکن است فقط بلیت باشد. کارستنسن می‌گوید سیستم جدیدی که آنها توسعه داده‌اند نه تنها برای اجرا بر روی رایانه‌های کوچک‌تر ساده و کارآمد است، بلکه به آموزش بسیار کمتری نیز برای ایجاد نتایج مفید نیاز دارد. او می‌گوید که یک نسخه دو بعدی اولیه از نرم‌افزار، مناسب برای طراحی تیرهای اصلی و قطعات ساختاری، به‌طور رایگان اکنون به صورت آنلاین در دسترس است، زیرا تیم به توسعه نسخه کامل سه بعدی ادامه می‌دهد.

“با ادغام “شهود” مهندسی (یا “قضاوت” مهندسی) در فرآیند بهینه‌سازی توپولوژی دقیق و در عین حال کارآمد محاسباتی، به مهندس انسانی امکان هدایت ایجاد پیکربندی‌های ساختاری بهینه به روشی که قبلاً در دسترس ما نبود، ارائه می‌شود. ” او اضافه می کند. یافته‌های او این پتانسیل را دارد که روشی را که مهندسان با وظایف طراحی «روز به روز» انجام می‌دهند، تغییر دهد.»



منبع

Matthew Newman

Matthew Newman Matthew has over 15 years of experience in database management and software development, with a strong focus on full-stack web applications. He specializes in Django and Vue.js with expertise deploying to both server and serverless environments on AWS. He also works with relational databases and large datasets
[ Back To Top ]