Тема: Штучний інтелект (ШІ) та САПР: складові та алгоритми моделювання

Тема: Штучний інтелект (ШІ) та САПР: складові та алгоритми моделювання

Мета:

• Ознайомитися зі складовими систем ШІ у контексті САПР;

• Розглянути алгоритми, які застосовуються для моделювання;

• Навчитися розрізняти, де використовується ШІ в проєктуванні;

• Виконати практичні завдання для закріплення матеріалу.

Теоретичний блок (коротко)

1. Складові ШІ в САПР:

• Бази знань – містять правила, приклади, технічні норми.

• Системи машинного навчання – розпізнають шаблони та оптимізують моделі.

• Експертні системи – допомагають приймати рішення (наприклад, вибір матеріалу).

• Модулі оптимізації – знаходять найкращий варіант конструкції за заданими параметрами.

2. Алгоритми моделювання в САПР із ШІ:

• Генетичні алгоритми – автоматично шукають оптимальні конструктивні рішення.

• Нейронні мережі – прогнозують поведінку моделей (наприклад, навантаження на конструкцію).

• Евристичні алгоритми – використовують наближені рішення (економлять час).

• Алгоритми розпізнавання образів – інтерпретують креслення чи 3D-скани.

Практичні завдання (Техно-диктант)

Завдання 1. (Вступне)

Питання: Що таке ШІ у контексті САПР?

Завдання 2. (Розпізнавання прикладів застосування)

Завдання: Встановіть відповідність між прикладом і алгоритмом ШІ:

1. Програма автоматично підбирає найміцніший матеріал для деталі → …

2. Система прогнозує, як поведеться міст при землетрусі → …

3. Програма створює 100 різних варіантів форми деталі і залишає найкращі → …

Відповідь:
1 → Експертна система
2 → Нейронна мережа
3 → Генетичний алгоритм

Зробіть це у вигляді таблички та введіть у вікні відповіді

Завдання 3. (Моделювання з оптимізацією)

Завдання: Виконайте у Fusion 360 чи SolidWorks:

• Створіть просту деталь (наприклад, балку 200×20×20 мм).

• Запустіть Simulation/Generative Design.

• Задайте навантаження (наприклад, сила 500 Н посередині).

• Запустіть оптимізацію.

Що робити крок за кроком:

1. Створити 3D-модель балки.

2. Перейти у модуль Simulation або Generative Design.

3. Вказати матеріал (наприклад, сталь).

4. Задати фіксовані опори на кінцях.

5. Накласти силу на центр балки.

6. Запустити розрахунок.

Очікуваний результат: програма покаже, як балка деформується та які варіанти форми з кращим розподілом матеріалу можна застосувати.
скріни результату вставте у вікно вводу

Як перейти в модуль Simulation або Generative Design у Fusion 360

1. Запустіть Fusion 360 → відкрийте або створіть свою модель балки (наприклад, 200×20×20 мм).

2. У верхньому меню зліва (поруч із Design) знайдіть випадаючий список робочих середовищ.

   • За замовчуванням відкривається Design (створення моделей).

   • Оберіть Simulation → для перевірки міцності.

   • Або Generative Design → для автоматичної оптимізації форми.

🔹 Як вказати матеріал (наприклад, сталь)

1. У Simulation натисніть Assign Material (піктограма із кубиком).

2. У вікні відкриється бібліотека матеріалів.

3. Оберіть Steel → Mild Steel (або іншу сталь).

4. Натисніть Apply, щоб застосувати матеріал до вашої балки.

🔹 Як задати фіксовані опори на кінцях

1. На панелі інструментів знайдіть Constraints → Structural Constraints.

2. Клацніть на торці балки (лівий і правий кінець).

3. У діалоговому вікні оберіть Fixed (повністю зафіксований кінець).

   • Це означає, що балка «прикріплена» і не може рухатися в цих місцях.

🔹 Як накласти силу на центр балки

1. У меню оберіть Loads → Force.

2. Клацніть на верхній поверхні балки в центрі.

3. Вкажіть величину сили (наприклад, 500 N) і напрям (вниз).

   • Зазвичай напрям задається синім вектором – його можна повернути у потрібну сторону.

🔹 Як запустити розрахунок

1. Натисніть кнопку Solve (праворуч угорі).

2. Fusion 360 може попросити обрати:

   • Cloud Solve (обчислення в хмарі, швидше, але потребує інтернету).

   • Local Solve (на вашому комп’ютері).

3. Після розрахунку програма покаже:

   • кольорову схему напружень (де червоне = найбільші навантаження);

   • деформацію балки;

   • результат міцності (чи витримує балка).

👉 У SolidWorks кроки схожі:

• Перейти у вкладку Simulation;

• Вибрати Apply Material;

• Додати Fixtures (опори);

• Додати External Loads (сили/момент);

• Запустити Run.

Завдання 4. (ШІ та розпізнавання образів)

Завдання: Уявіть, що у вас є відсканований кресленик на папері. Опишіть, як ШІ вбудований у САПР допомагає з ним працювати.

Приклад пояснення:

• Алгоритм розпізнавання образів переводить лінії в векторний формат.

• Система класифікує об’єкти (коло, відрізок, текст).

• Автоматично створюється цифрова CAD-модель.

Завдання 5. (Міні-проєкт)

Завдання:
Уявіть, що ви проєктуєте легкий дрон. Потрібно зменшити масу корпусу, але залишити міцність. Опишіть, як ШІ у САПР допоможе:

Приклад відповіді:

• Алгоритм оптимізації згенерує 50 варіантів корпусу з різним розташуванням ребер жорсткості.

• Нейронна мережа проаналізує, який варіант витримає навантаження.

• Програма вибере оптимальний баланс "вага/міцність".

Контрольні питання

1. Які основні складові ШІ у САПР?

2. Чим відрізняється нейронна мережа від експертної системи?

3. Де застосовуються генетичні алгоритми у проєктуванні?

4. Як ШІ допомагає в аналізі відсканованих креслень?

5. Які переваги використання ШІ у САПР?

Домашнє завдання:
Завантажте FreeCAD (безкоштовний аналог CAD). Створіть будь-яку просту 3D-деталь і пошукайте в інтернеті приклади плагінів або модулів з ШІ для оптимізації. Зробіть короткий опис, які задачі вони можуть вирішувати.