AI trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm

Trong thập kỷ qua, các ngành công nghiệp trên toàn thế giới đã được chuyển đổi bởi Trí tuệ nhân tạo (AI). Lĩnh vực này, kết hợp liền mạch sức mạnh tính toán với lý luận của con người, đã mang lại những thay đổi trong gần như mọi lĩnh vực. Các ngành công nghiệp tập trung vào việc tạo ra các thành phần cơ khí sáng tạo và phức tạp, chẳng hạn như các thành phần trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm, cũng không ngoại lệ đối với sự chuyển đổi này.

Việc tích hợp AI trong các lĩnh vực này đã dẫn đến những tiến bộ đáng kể, nâng cao độ chính xác, hiệu quả và khả năng của các kỹ sư và nhà thiết kế. Do đó, các quy trình phát triển và sản xuất đã trở nên tinh vi hơn, mở đường cho những cải tiến và cải tiến mới về chất lượng và hiệu suất sản phẩm.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét cách AI đang được sử dụng trong cả kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm, đồng thời thảo luận về các ứng dụng thực tế, lợi ích, thách thức và hơn thế nữa.

AI trong kỹ thuật cơ khí

Kỷ luật kỹ thuật cơ khí, tập trung vào thiết kế, phân tích, sản xuất và bảo trì các hệ thống cơ khí. Nó đóng một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm ô tô, hàng không vũ trụ, năng lượng, robot và các ngành công nghiệp sản xuất . Các kỹ sư cơ khí áp dụng các nguyên tắc từ vật lý và khoa học vật liệu để tạo ra các giải pháp từ các thành phần nhỏ như cảm biến và động cơ đến các hệ thống lớn như máy bay và máy móc công nghiệp. 

Tối ưu hóa thiết kế

Các công cụ tối ưu hóa thiết kế đóng một vai trò quan trọng trong kỹ thuật cơ khí. Đây là những ứng dụng phần mềm được hỗ trợ bởi AI được sử dụng để nâng cao hiệu quả và hiệu quả của các thiết kế và quy trình kỹ thuật. 

Các công cụ như vậy sử dụng phương pháp thiết kế tạo do AI điều khiển, trong đó các thuật toán AI tạo ra nhiều lựa chọn thay thế thiết kế dựa trên các thông số và ràng buộc được xác định, chẳng hạn như tính chất vật liệu, yêu cầu tải và các yếu tố môi trường. Cách tiếp cận này cho phép khám phá nhiều khả năng thiết kế, có tính đến các phương pháp và tiêu chí hiệu suất khác nhau. Kết quả là một tập hợp các giải pháp tối ưu, hiệu quả có thể nhanh chóng được đánh giá và tinh chỉnh để đáp ứng các mục tiêu kỹ thuật và thiết kế cụ thể.

Trong ngành công nghiệp ô tô, AI giúp tạo ra các bộ phận xe nhẹ hơn, mạnh mẽ hơn, cải thiện hiệu quả và an toàn nhiên liệu. Ví dụ, các thuật toán AI có thể xác định cách phân phối vật liệu hiệu quả trong một thành phần để tối đa hóa sức mạnh trong khi giảm thiểu trọng lượng. Quá trình này giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực, tăng tốc phát triển và đảm bảo sản xuất các sản phẩm chất lượng cao, hiệu suất cao.

‍

Phát hiện thiệt hại

Khi nói đến phát hiện thiệt hại, thị giác máy tính là một công cụ linh hoạt có thể giám sát một loạt các đối tượng, từ các cấu trúc xây dựng lớn như cầu và các tòa nhà đến các thành phần cơ khí nhỏ. Nó vượt trội trong việc xác định các dấu hiệu xuống cấp hoặc hư hỏng vật liệu, chẳng hạn như vết nứt và ăn mòn. Bằng cách phát hiện sớm những vấn đề này, thị giác máy tính như Ultralytics YOLOv8 có thể giúp đảm bảo sự an toàn và tuổi thọ của các cấu trúc và thành phần khác nhau, tăng cường bảo trì và độ tin cậy của chúng.

‍

AI trong thiết kế sản phẩm

Thiết kế sản phẩm là quá trình tạo ra và phát triển sản phẩm mới để đáp ứng nhu cầu của khách hàng và nhu cầu thị trường. Nó bao gồm toàn bộ vòng đời của một sản phẩm, từ khái niệm hóa và ý tưởng đến tạo mẫu, thử nghiệm và sản xuất cuối cùng. Thiết kế sản phẩm nhằm mục đích tạo ra các sản phẩm không chỉ có chức năng và thẩm mỹ mà còn hiệu quả để sản xuất và phù hợp với yêu cầu của người dùng. Chúng ta hãy xem AI có thể giúp đỡ như thế nào trong lĩnh vực này.

Thúc đẩy sự sáng tạo

Sử dụng các công cụ AI như ChatGPT Và các mô hình tương tự có thể nâng cao đáng kể sự sáng tạo của các nhà thiết kế, mở ra những con đường mới để khám phá và đổi mới. Những công cụ AI này có thể cung cấp cho các nhà thiết kế ý tưởng, đề xuất và lời nhắc sáng tạo, giúp họ thoát khỏi các kiểu suy nghĩ thông thường và thử nghiệm các khái niệm mới, độc đáo.

‍

Bằng cách tận dụng nền tảng kiến thức rộng lớn của AI và khả năng tạo ra các quan điểm đa dạng, các nhà thiết kế có thể vượt qua ranh giới sáng tạo của họ và phát triển các sản phẩm thực sự độc đáo và sáng tạo.

Tạo mẫu và thử nghiệm

Cho dù đó là sản phẩm vật lý hay kỹ thuật số, AI ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển sản phẩm. Không giống như các công cụ tạo mô hình như AutoCAD, được thiết kế để tạo ra các biểu diễn chính xác của các thiết kế kiến trúc và kỹ thuật, các công cụ mô phỏng được hỗ trợ bởi AI tiến thêm một bước nữa. Những công cụ này tạo ra các nguyên mẫu ảo và tiến hành các thử nghiệm, giảm đáng kể thời gian và chi phí liên quan đến tạo mẫu vật lý truyền thống.

Trong môi trường này, AI có thể dự đoán hiệu suất và hành vi của sản phẩm trong các điều kiện khác nhau, cho phép các nhà thiết kế đưa ra quyết định và sửa đổi sáng suốt sớm trong quá trình thiết kế. Ví dụ, các mô hình AI có thể tính đến các đặc tính vật lý của vật liệu, chẳng hạn như độ đàn hồi, mật độ và độ dẫn nhiệt, để mô phỏng cách sản phẩm sẽ hoạt động dưới áp lực.

Một ví dụ thực tế là SimScale. Một nền tảng mô phỏng trực tuyến, sử dụng AI để thực hiện động lực học chất lỏng tính toán (CFD) và phân tích phần tử hữu hạn (FEA). SimScale cho phép người dùng thử nghiệm các nguyên mẫu ảo trong một loạt các điều kiện, tối ưu hóa thiết kế trước khi tạo mẫu vật lý.

‍

Thử nghiệm sản phẩm có thể là thách thức và tốn kém, nhưng AI có thể đơn giản hóa quy trình. Các nhà thiết kế sử dụng AI để mô phỏng hành vi của người dùng để kiểm tra khả năng sử dụng sớm, cho phép họ đánh giá trải nghiệm người dùng, xác định chính xác các vấn đề về khả năng sử dụng và xác định các cải tiến mà không cần người tham gia. Ví dụ: các công cụ kiểm tra được hỗ trợ bởi AI như Applitools có thể tự động tạo và thực hiện các trường hợp kiểm thử, đánh giá các khía cạnh khác nhau của giao diện và chức năng người dùng. Những công cụ này có thể mô phỏng các nhấp chuột, vuốt và các hành động khác của người dùng để xác định các vấn đề tiềm ẩn về khả năng sử dụng.

‍

Lợi ích của AI trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm

Thời gian đưa ra thị trường nhanh hơn

Bằng cách tăng cường sự phối hợp và hiệu quả giữa các giai đoạn thiết kế và sản xuất, AI hợp lý hóa các quy trình, giảm sự chậm trễ và đẩy nhanh tiến độ sản xuất, rút ngắn đáng kể thời gian đưa ra thị trường.

Tiết kiệm chi phí

Tích hợp AI trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm giúp cắt giảm đáng kể chi phí bằng cách tối ưu hóa quy trình thiết kế, giảm nhu cầu về nguyên mẫu vật lý và đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng cao, giảm khả năng thu hồi tốn kém.

Cải thiện chất lượng sản phẩm

Ngoài việc đảm bảo chất lượng thành phần bằng cách phát hiện các bộ phận bị hư hỏng, AI cũng có thể được sử dụng để nâng cao chất lượng sản phẩm tổng thể bằng cách cho phép kiểm soát chính xác các quy trình sản xuất và cung cấp giám sát và điều chỉnh theo thời gian thực. Điều này dẫn đến ít lỗi hơn, chất lượng nhất quán và độ tin cậy cao hơn, cuối cùng dẫn đến sự hài lòng của khách hàng lớn hơn và ít vấn đề hậu kỳ hơn.

Những thách thức của AI trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm

Chi phí và cường độ tài nguyên

Triển khai AI trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm đòi hỏi nhu cầu chi phí và tài nguyên đáng kể. Mặc dù về lâu dài, một công ty sẽ thấy chi phí sản xuất thấp hơn, khoản đầu tư ban đầu sẽ bao gồm các chi phí như thiết lập cơ sở hạ tầng AI, phần cứng tiên tiến, phần mềm chuyên dụng và thuê hoặc đào tạo nhân viên lành nghề. 

Một điều cần lưu ý là các thuật toán AI, đặc biệt là các thuật toán sử dụng học sâu, đòi hỏi sức mạnh tính toán đáng kể. Nhu cầu về điện toán hiệu năng cao này có thể làm tăng chi phí hoạt động và đòi hỏi đầu tư liên tục vào tài nguyên tính toán và bảo trì, khiến nó trở thành một nỗ lực sử dụng nhiều tài nguyên.

Thiếu dữ liệu chất lượng

Các hệ thống AI như thuật toán học máy và công nghệ thị giác máy tính, đòi hỏi một lượng lớn dữ liệu chất lượng cao để hoạt động hiệu quả, điều này đặt ra một thách thức đáng kể trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm. Có được dữ liệu đầy đủ và chính xác có thể khó khăn do tính chất đa dạng và chuyên biệt của các lĩnh vực này. Để đạt được hiệu quả này, việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn và định dạng khác nhau vào các bộ dữ liệu gắn kết để phân tích AI là một quá trình phức tạp và tốn thời gian. Thách thức tích hợp này có thể trở nên khó khăn hơn do nhu cầu đảm bảo tính nhất quán, chính xác và khả năng tương thích dữ liệu trên các nền tảng và hệ thống khác nhau.

Nguy cơ mất việc làm

Với việc AI trở nên hiện diện nhiều hơn trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm, nó có thể dẫn đến những lo ngại ngày càng tăng về sự dịch chuyển công việc. Tự động hóa do AI điều khiển và các thuật toán tiên tiến có thể thực hiện các nhiệm vụ truyền thống do con người thực hiện và có thể dẫn đến việc AI đảm nhận các vai trò này. Tuy nhiên, trong khi AI có thể nâng cao hiệu quả và năng suất, nó cũng thách thức lực lượng lao động thích nghi và phát triển. Giải quyết thách thức này liên quan đến việc dạy nhân viên các kỹ năng mới và cập nhật các kỹ năng hiện tại của họ để làm việc cùng với các công nghệ AI và tập trung vào các vai trò đòi hỏi sự sáng tạo và tư duy phê phán của con người.

Xu hướng và đổi mới trong tương lai

Những tiến bộ trong AI có tiềm năng biến đổi kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm bằng cách cung cấp các đề xuất thiết kế sáng tạo và sáng tạo hơn thông qua các mô hình thiết kế tổng quát nâng cao. Những mô hình này có thể cung cấp phản hồi theo thời gian thực và cho phép cộng tác trơn tru giữa các nhà thiết kế con người và AI, dẫn đến các giải pháp tối ưu hóa và mới lạ. Khi công nghệ AI luôn phát triển, các mô hình thị giác máy tính được cải tiến sẽ có thể tăng cường đáng kể khả năng phát hiện thiệt hại, xác định ngay cả những khiếm khuyết nhỏ nhất trong thời gian thực và cho phép các hệ thống kiểm tra hoàn toàn tự động, từ đó đảm bảo kiểm soát chất lượng nhất quán.

Khi chi phí triển khai AI tiếp tục giảm, với chi phí đào tạo AI giảm khoảng 10 lần mỗi năm, các công nghệ này đang trở nên dễ tiếp cận hơn và giá cả phải chăng cho các doanh nghiệp thuộc mọi quy mô. Việc giảm chi phí này sẽ dẫn đến việc áp dụng rộng rãi hơn, cải thiện hiệu quả và chi phí sản xuất thấp hơn. Ngoài ra, Vision AI sẽ tăng cường khả năng tùy chỉnh và cá nhân hóa, cho phép các nhà sản xuất sản xuất các sản phẩm phù hợp ở quy mô lớn.

Bài học rút ra

AI đang tạo ra làn sóng trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm, nâng cao hiệu quả, sáng tạo và độ chính xác. Nó giúp tinh chỉnh các thiết kế, dự đoán các yêu cầu bảo trì, tăng cường kiểm soát chất lượng và tăng tốc độ tạo mẫu, về cơ bản giúp ích cho các lĩnh vực này.

Tuy nhiên, việc tích hợp AI cũng đặt ra những thách thức như chi phí triển khai cao, cường độ tài nguyên và hạn chế chất lượng dữ liệu. Bất chấp những rào cản này, tương lai của AI trong kỹ thuật và thiết kế rất hứa hẹn, với những đổi mới liên tục mở đường cho các sản phẩm tinh vi và hiệu suất cao hơn. 

Tại Ultralytics, chúng tôi vẫn đi đầu trong cuộc cách mạng này, cam kết phát triển các giải pháp AI tiên tiến thúc đẩy tiến bộ và đổi mới. Tham gia cộng đồng của chúng tôi và tìm hiểu về cách chúng tôi có thể chuyển đổi các ngành công nghiệp như xe tự lái, chăm sóc sức khỏe và sản xuất! 🚀