Инженеры во всем мире экспериментируют с искусственным интеллектом для проектирования зданий и машин, учат роботов работать с 3D-печатью и дополняют функциями IoT свои продукты. Разработчики технологий проектирования также не стоят на месте, предлагая системы автоматизированного проектирования с недоступными ранее технологиями. По следам недавно прошедшего Autodesk University Russia мы подготовили обзор технологий и проектов, которые, по мнению экспертов, определят то, как будут создаваться окружающие нас объекты — от домов до персонального транспорта.
Autodesk: 5 технологий будущего для строительства и промышленности

Генеративный дизайн

Популярность генеративного дизайна среди промышленных компаний растет с каждым днем. Эта технология использует инструменты искусственного интеллекта для генерации десятков тысяч вариантов конечного проекта на основе заданных ограничений, а иногда и конкретного способа производства. Ее используют как для создания сложных промышленных изделий, так и для задач, например, оптимального плана этажа здания или же расстановки выставочных стендов.

Немецкий конструктор Филипп Мангер (Philipp Manger) с помощью генеративного дизайна и инструментов Autodesk Fusion 360 и Netfabb создал подвеску скейтборда. Схожие технологии использовала компания Boeing при создании некоторых элементов самолета Boeing 787 Dreamliner. Задача была значительно сократить вес деталей, при этом сохранив все параметры прочности. Начиная со следующего года, компания начнет поставлять Boeing 787 Dreamliner с титановыми деталями, которые распечатаны на 3D-принтерах. За счет снижения веса это позволит сэкономить около 3 млн долларов на каждом самолете, а также сократить выбросы углеводорода в атмосферу.

Машинное обучение для роботов

Еще одна популярная технология — машинное обучение, благодаря которому система может развиваться, подстраиваться под ситуацию и в результате предлагать верное решение. Например, Autodesk использует его для обучения своего робота Эша, главная задача которого — освоить 3D-печать металлом. В процессе работы он самостоятельно корректирует свои действия и постоянно повышает качество изделий. Эш взаимодействует с окружающим миром через два «глаза», которыми являются встроенные видеокамеры. Обучение робота происходит с помощью системы виртуальной реальности — используя очки, можно взаимодействовать с его пространством. Это не только развивает его навыки, но и делает среду более безопасной — ведь часто работа с роботами связана с большим количеством ограничений, включая технику безопасности.

3D-печать промышленных изделий

Аддитивное производство сегодня в том или ином виде присутствует в большинстве отраслей — авиационной, автомобильной, транспортной, космической и др. Постепенно оно приходит и в российскую промышленность — например, с ее помощью создают прототипы дизайна интерьера и экстерьера на Тверском вагоностроительном заводе. По словам ИТ-директора предприятия Александра Северова, использование 3D-печати позволяет увеличить номенклатуру одновременно прорабатываемых элементов, сократить затраты на подготовку производства, а также снизить время на принятие решений по выбору элементов.

3D-печати нашлось применение и в судостроительной отрасли. Голландская лаборатория RAMLAB использует ее для изготовления новых корабельных винтов. Раньше, если с винтом корабля что-то случалось, приходилось тратить месяцы на изготовление, ожидание и доставку нового. Это вело к убыткам для судостроительного предприятия. Сегодня компания использует технологии Autodesk для 3D-печати, производит все на месте и может устанавливать новый винт сразу после возвращения корабля в порт.

Интернет вещей и дроны на стройплощадке

В Autodesk отмечают, что системы для сбора, контроля и анализа данных могут существенно повлиять на эволюцию строительства. Так, датчики позволяют мониторить строительный объект в режиме реального времени и передавать данные о его состоянии инженерам, ответственным за его управление. В 2007 году в штате Миннесота обрушился мост св. Антония. На его месте был построен новый, «умный» мост с фотокаталитическим бетоном, преобразующим вредные примеси в полезные вещества при солнечном свете. На нем также установлено более 350 датчиков, измеряющие уровень коррозии, нагрузки, вибрации, обледенения (в мост встроены специальные опрыскиватели с антифризом, которые автоматически включаются при его возникновении).

Дроны, в свою очередь, позволяют одновременно повысить качество строительного объекта и снизить затраты на него. Один из способов их использования заключается в сборе данных, которые затем добавляются в интеллектуальную информационную модель. Благодаря этому любые ошибки, несоответствия с проектом, отставания от графика и т. п. становятся очень быстро заметны заказчику и могут быть вовремя исправлены. Например, беспилотники применялись при работе над проектом модернизации самой старой и большой дамбы в Норвегии. Используя данные, полученные с помощью дронов, компания смогла сопоставить старые конструкции с новыми, сравнивать строящийся объект с информационной моделью и отслеживать ход реализации проекта.

Искусственный интеллект в архитектуре и строительстве

По словам Джеффа Ларрика, руководителя направления BIM 360 в Autodesk, уже сейчас многие предприятия используют мобильные устройства и облачные технологии взаимодействия для координации процесса строительства. Технологии искусственного интеллекта позволяют распознавать образы и на основе анализа собранных дронами или камерами данных указывают на места или действия, которые не соответствуют установленным правилам безопасности. Кроме того, с помощью ИИ оценивают риски проекта и на основе ранее накопленных данных строят предиктивные модели, указывающие, на какие процессы нужно обратить особое внимание.

Генеративный дизайн тоже постепенно приходит в строительную отрасль. Autodesk использовал эту технологию при проектировании своего офиса в Торонто. Исходя из заданных параметров и ограничений программа всего за несколько дней предложила и протестировала 10 000 вариантов планировки офиса — такая скорость была бы невозможна для архитекторов и инженеров. Была вычислена оптимальная планировка пространства с расположением рабочих мест каждого из сотрудников, переговорных комнат и других общих зон с учетом всех возможных факторов — от количества дневного света в различных частях офиса и вида из окна до визуальных раздражителей (количество других людей в поле зрения с рабочего места), уровнем шума и предпочтений по взаимодействию между отделами (департаменты часто взаимодействующие между собой можно расположить рядом, при этом учтя все остальные факторы). После того, как искусственный интеллект предложил все возможные варианты, был выбран тот, который максимально соответствовал ключевым целям проекта. В данном случае это вариант, способствующий наиболее эффективной работе.

Системы проектирования будущего

Говоря о средствах проектирования, отвечающих вызовам нового времени, вице-президент Autodesk Каллан Карпентер (Callan Carpenter) рассказал, как могла бы выглядеть система проектирования будущего с искусственным интеллектом. Используя голосовое управление, он попросил ее разработать дизайн пространства с учетом заданных критериев. Следуя командам, система загрузила проект здания и перешла в режим планирования пространства. Получив основные параметры и проанализировав предпочтения предполагаемых заказчиков по ним, она сгенерировала множество вариантов дизайна. После этого были выделены 10 опций, максимально соответствующие основным критериям проекта. Для итогового варианта система создала 3D-модель и двухмерные чертежи для предоставления заказчику и подрядчикам. В Autodesk уверены: скоро САПР будет не инструментом, а полноправным партнером на всем этапе жизненного цикла как в строительстве зданий, так и в производстве изделий. Она будет играть главную роль в разработке и оптимизации проекта, выборе наилучшего варианта проектных решений, а также способствовать повышению качества благодаря функции советника в реальном времени. И у российских компаний имеются все предпосылки для того, чтобы принять и использовать возможности технологических тенденций в полной мере.