Pro budoucí pohodlné interiéry automobilů využívá Toyota generativní navrhování (GD) k vytvoření bezpečného, lehkého, krásného a udržitelného rámu automobilové sedačky.
Generativní design pomohl Toyotě vytvořit tenčí rám sedačky, který uvolňuje více místa pro nohy.
- Toyota přepracovává konstrukci rámů sedadel pro budoucnost, čímž zvyšuje bezpečnost, pohodlí a udržitelnost.
- Výsledkem použití generativního designu jsou tvary, které by lidští konstruktéři nevymysleli, ale které zároveň vyhovují konstrukčním parametrům, jako jsou rozměry a hmotnost.
- Nástroje založené na umělé inteligenci uvádějí tyto koncepty do života a vytvářejí jednoduché, krásné výrobky, které se snadno používají a mají funkce, které zákazníci chtějí.
Umění vyvážit design, bezpečnost a pohodlí automobilů je složité - zejména pokud jde o zvětšení prostoru na omezené ploše. Toyota reaguje na poptávku trhu po uvolnění většího prostoru v kabině vytvořením tenčích a lehčích sedadel.
"Současný rám sedadel je sice navržen tak, aby splňoval požadavky na pevnost s důvěryhodnou vyrobitelností, ale je obtížné jej udělat tenčí," říká Shinsuke Omori, projektový manažer v oddělení designu interiéru divize Vision Design společnosti Toyota Motor Corporation. "Lonstruktéři obvykle nepracují na samotném rámu sedadla, ale spíše k němu přidávají materiály, a to je omezení."
Omoriho tým designérů však může zkoumat ideální tvary a vlastnosti sedadel, aniž by se staral o současný tvar rámů showroomových vozů. "Tentokrát jsme chtěli navrhnout nový rám, který může mít dopad a v blízké budoucnosti se také připojit k užitkovým vozům, i když jde stále o pokročilý vývoj," říká Omori. "Pokud si konstruktéři myslí, že to není proveditelné, je to jen projekt pro pokročilý vývoj. Takže jsme potřebovali, aby vše bylo do určité míry proveditelné."
Rám sedadla budoucnosti
Na sedačky v rychle jedoucích vozidlech je kladeno mnoho požadavků; na prvním místě seznamu je zajištění bezpečnosti a pohodlí cestujících. Snížení hmotnosti a udržitelnost také činí tento úkol složitějším. "Nyní se zaměřujeme na rovnováhu mezi pohodlím, udržitelností, snížením hmotnosti a designem," říká Omori.
Generativní navrhování, technologie založená na umělé inteligenci (AI), která je k dispozici v softwaru Autodesk Fusion 360, se pro toto vyvažování dobře hodí. "Když jsem si uvědomil, že se generativní design používá v zavěšeních závodních vozů, přišlo mi to zajímavé," říká Omori. "Situace, kdy dokáže vymyslet tvary, které by lidské konstruktéry nikdy nenapadly, a přitom jsou splněny požadavky, takže auta jsou lehká a pevná. Napadlo mě, že bychom mohli vytvořit starobylé a přitom moderní řešení tím, že bychom vyvážili strukturu, kterou by konstruktéři nenakreslili, s pevným pozadím, které splňuje všechny potřebné požadavky."
Navrhování nového rámu sedadel začalo vývojem koncepce, která měla zajistit více prostoru v kabině. Obvyklý rám sedadla obdélníkového tvaru má plochou strukturu, ale konstruktéři vyzkoušeli myšlenku optimalizace rámu přenesením jeho základní struktury do středu. Pro cestující na zadních sedadlech je kvůli tlustému sedáku připomínajícímu stěnu před nimi prostor menší, proto se tým pokusil zvětšit vyloučenou plochu, aby zajistil širší prostor před jejich nohama.
Bezpečnost automobilových sedadel je zásadní, a proto musí mít rám sedadla vysokou pevnost a tuhost. V případě nárazu se cestující pohybují velkou silou, bezpečnostní pásy jsou vytahovány a na určité oblasti působí silné síly z různých směrů. V některých případech mohou osoby na zadních sedadlech narazit do předních sedadel.
Na výstupním tvaru generativního návrhu (vlevo) byly provedeny různé změny, aby vznikl konečný návrh (vpravo).Nalezení zlatého středu pro design
Po zadání těchto požadavků je výstup generativního designu "často zpočátku zcela nečekaný," říká Omori. "Ale my jsme ho posunuli dál a postupně jsme ho mírně upravovali. Byly případy, kdy proporce a vyváženost nevypadaly ve výstupu na první pohled krásně, takže jsme se záměrně snažili posunout design určitým směrem tím, že jsme provedli drobné úpravy vyloučených oblastí."
"Vždy existuje kompromis mezi tím, co chce designér udělat, a tím, co generativní design vytváří," pokračuje. "Například manipulace s poměrem nebo vyvážením povede k problémům s dynamikou nebo ke zvýšení hmotnosti." Dokončení návrhu trvalo tři až čtyři měsíce a Omori při výpočtech úzce spolupracoval se Satoshim Yanagisawou ze společnosti Triple Bottom Line.
"Je zábavné vidět různé vzory tvarů, které designéry nenapadnou," říká Omori. "Nikdy mě to nepřestane fascinovat. Je překvapivé a zajímavé sledovat, jak malé rozdíly mohou vyústit ve zcela odlišné tvary, a to je podle mě jedna z výhod generativního designu." K výrobě lehkých výrobků je však zapotřebí také znalost souvisejících oblastí a materiálů. Se všemi těmito vstupními daty je možné snížit hmotnost konkrétního dílu. Tým nyní spolupracuje s interními konstruktéry na vývoji nového návrhu s využitím generativního designu.
Omori říká, že tým navrhuje rám sedadla s ohledem na možnost jeho instalace do sériového vozidla. Vytvoření tohoto rámu sedadla vyžaduje 3D tisk, což zvyšuje náklady. Vzhledem k tomu, že současné rámy sedadel jsou vyráběny efektivně pomocí zavedených výrobních metod, potřebují další studii způsobů, jak vyrábět rám pomocí výroby lisováním a zároveň začlenit koncepty generativního designu. "Jelikož jsme díky tomuto projektu získali mnoho poznatků, myslím, že existují možnosti, jak to uskutečnit," říká.
U umělé inteligence je klíčová koncepce
Podle Omoriho se u budoucích automobilů může změnit hodnotová nabídka výroby lisováním v hromadné výrobě. "Dnešní sedadla jsou vyráběna s myšlenkou co největšího společného jmenovatele, aby se přizpůsobila různým tělesným rozměrům, a je obtížné vyrobit něco optimálního a pohodlného pro všechny lidi," říká.
Díky tomuto typu nové konstrukce by mohlo být možné zachovat stejnou páteř sedadla pro různé velikosti a zbytek pak vyrobit tak, aby se přizpůsobil postavě uživatele, například pomocí 3D tiskárny. Současné sedačky jsou vyrobeny ze zcela odlišných materiálů, jako jsou kovové rámy, uretan a kůže, ale Omori říká, že by bylo možné vyzvat monomateriály pomocí generativního designu.
Tento druh designu by bylo snazší realizovat, pokud by se nejprve použil pro omezený účel, říká: "Pokud jej například omezíme na mobilitu při nízkých rychlostech, můžeme snížit požadavky. Pokud existuje speciální prostředí, kde je rychlost automaticky řízena, myslím, že bychom s tím mohli začít jako s prvním krokem a postupně to rozšířit na běžná vozidla."
Toyota aktivně experimentuje s nástroji založenými na umělé inteligenci, včetně generativního designu, pro svou konstrukční řadu. "Máme zde velkou volnost," říká Omori. "V rámci jednoho oddělení děláme design a plánování věcí, které nemají s automobily nic společného. Je důležité, abychom byli stimulováni jinými odděleními a podobně. Tyto nástroje v budoucnu změní naše zaměření a základní koncepce se stane důležitější. Nástroje budou stále výkonnější, ale my se musíme více zaměřit na to, jakou formu chceme vytvořit - a jaký záměr, význam a funkce se za touto formou skrývají - abychom se odlišili."
"Je důležité vytvářet jednoduché, krásné a přímočaré produkty, které se snadno používají a mají funkce, které zákazníci chtějí," pokračuje. "Za tímto účelem je podle mého názoru zásadní nejprve se rozhodnout, co chcete dělat, a ujasnit si směr a koncepci, kterou se chcete jako Toyota Design ubírat, a ne se nechat používat nástrojem. Pokud nástroj odpovídá této koncepci, využiji vše, co je k dispozici, abych vytvořil co nejlepší produkt."
Autor článku: Yasuo Matsunaka
