Mi tenne a Csillagok háborúja AI

Bár a jók oldalán van a helyük, Drew Burkhalter, a Simcenter mérnöke és kollégái mindig is értékelték a Csillagok háborújában a Sötét oldal mérnökeinek termelékenységét.

A Csillagok háborújában a Birodalom mérnökei talán nem voltak eléggé kreatívak, de hihetetlen mennyiségű fegyvert fejlesztettek, elég, ha csak a TIE vadászgépekre, AT-AT-kre és csillagrombolókra gondolnunk – nem is beszélve arról, hogy egy emberöltő alatt képesek voltak két holdméretű Halálcsillagot megtervezni és megépíteni.

Burkhalter azonban a Simcenter mérnökeként megvizsgálta, mi lett volna, ha tömegtermelés helyett a minőségre figyeltek volna? Az miként befolyásolta volna a Birodalom harcát? Ha hozzáférhett volna a Simcenter Hyperworks szimulációs és tervezőplatformhoz, lehetőségei szinte végtelenek lettek volna.

A Siemens Simcenter a Siemens ipari szimulációs, fizikai tesztelési és adatanalitikai szoftverportfóliója, amely a termékfejlesztést támogatja a korai tervezéstől a működő rendszerekig. A prediktív mérnöki analitika (Predictive Engineering Analytics) platformjaként és a zárt láncú digitális iker (Closed-Loop Digital Twin) gerinceként a virtuális modelleket szorosan összekapcsolja a valós tesztadatokkal. A Siemens a Simcentert generatív és fizikaalapú AI-jal felvértezett platformként definiálja, amely gépi tanulási és helyettesítő modellek segítségével a korábbi szimulációs adatokból tanulva akár ezerszeresére gyorsítja fel a bonyolult mérnöki számításokat.

A Simcenter a piac legerősebb és legsokoldalúbb nyílt tervezési és szimulációs platformja. Ha a Birodalom hozzáférhetett volna a Simcenteren belül elérhető eszközökhöz – beleértve a Simcenter Hypermesh-t, az elő- és utófeldolgozási megoldások vezető eszközét –,

a jobb járműtervezés és a szerkezeti optimalizálás megváltoztathatta volna a háború kimenetelét?

A Simcenter mérnökei ezért a szimuláció és a mesterséges intelligencia eszközeit használva visszafejtették az AT-ST-t, hogy bemutassák, hogyan lehetett volna a topológia optimalizálásával (vagyis annak számítógépes meghatározásával, hogy egy alkatrészben pontosan hol van szükség anyagra és hol nem) és az ütközés szimulációjával 15%-os tömegcsökkentést elérni, miközben drámaian javítják a pilóta biztonságát – azaz pontosan ugyanazt a munkafolyamatot alkalmazzák, amit ma is használnak az autóipari és repülőgépipari mérnökök.

Az AT-ST tervezésének szimulációja

Vegyük például a VI. epizód híres endori csatáját esettanulmányként, hogyan alakulhattak volna másképp a dolgok a Birodalom számára. Ebben a csatában a lázadók és a szövetséges ewokok kudarcra voltak ítélve. Az All-Terrain Scout Transport (AT-ST), a birodalmi lépegető rettentő jármű volt, amely hatalmas károkat tudott okozni. De nem volt legyőzhetetlen. Az ewokok az okosságukat használták fel, hogy primitív fegyvereikkel, nevezetesen farönkökkel semmisítsék meg ezeket a tömegpusztító járműveket.

A Simcenter Mérnöki és Tanácsadó Szolgáltatások csoportja ezt a projektet ugyanúgy kezelte, mint a számos ügyféloptimalizálási projektet, amelyeket végrehajtottak: a Simcenter szimulációs és adatelemző szoftverét használták. Szimulációban újraalkották az AT-ST-t és az említett farönköket, majd a Simcenter Radioss-t, saját explicit dinamikai megoldóprogramjukat (a nagy sebességű ütközések szimulálására szolgáló szoftverüket) használták az AT-ST pusztulásának szimulálására.

A Simcenter Radiosst nagy sebességű ütközések és nagy deformációjú forgatókönyvek szimulációjára tervezték. Gyakran használják autóbaleset-szimulációkban, ideális megoldás az AT-ST ewok csapdával való összecsapásának tesztelésére. Ahogyan egy autó alváza eltorzul a súlyos terhelésektől egy közlekedési baleset során, úgy deformálódik egy AT-ST is, amikor két hatalmas, lengő fatörzs között összepréselődik.

A szimulációhoz minden farönkhöz 5651 kilogramm tömeget és 18 méter/másodperc (kb. 65 km/h) sebességet rendeltek. Ez nagyjából azt jelenti, mintha ezek a törzsek egy sebesen haladó mentőautónak felelnének meg.

Egy reprezentatív alap ütközési szimulációval és a Simcenter optimalizáló és generatív tervezőeszközeivel gyorsan fejlesztettek új terveket az AT-ST-hez. Erőfeszítéseiket a jármű fejrésze ütközési szilárdságának és biztonságának elemzésére összpontosították, amely a hatalmas fatörzsek ütését viselte. A Simcenter Optistruct optimalizáló eszközei megmutatták, hogyan manipulálhatják hatékonyan a szerkezetet a jármű teljesítményének maximalizálása érdekében.

A teljesítménycéloknak megfelelő tervezéssel (jelen esetben egy ewok-farönktámadás elviselésével) minimális tömegű, maximális merevségű, optimális tervek hozhatók létre, hogy még a legádázabb csatát is túléljék.

Kezdeti eredmények, amelyek megváltoztathatták volna a Csillagok háborúja csata menetét

A topológiaoptimalizálás eredményei betekintést nyújtottak abba, hogy hol van szükség anyagra, és hol nincs. Ezek az eredmények jelentősen javították az AT-ST fejének hatékonyságát, biztonságát és teljesítményét. A szabad alakoptimalizálás (olyan módszer, amely a meglévő szerkezet felületén erősítő bordákat, mintázatokat keres) révén látták, hogy a topográfiai jellemzők hol javíthatják tovább a gép merevségét, ami jelentős tömegnövekedés nélkül segíthet megerősíteni a szerkezetet. Ezeket a jellemzőket figyelembe vették az új, optimalizált terv értelmezésekor.

További szimuláció és optimalizálás

Ezek a kezdeti optimalizálási tanulmányok tervezési iránymutatást adtak a szerkezet és a megerősítő elemek elhelyezésére. Az ütközésállóság és a biztonság értékelésének megkezdéséhez létrehozták az optimalizálási eredmények alacsony pontosságú értelmezését, és visszahozták a Simcenter Radioss szimulációba. Ez a technika összehasonlítható a Simcenter koncepciófejlesztési „C123” folyamatával, amelyet széles körben használnak az autóipari karosszéria-architektúrában.

Az alacsony pontosságú AT-ST modellben egyszerűsített, rúdszerű (1D) elemeket és durva héjhálót (vagyis egy nagyvonalúan felosztott felületi hálót) használtak. Először több próbafuttatást végeztek, minden alkalommal más 1D-s gerendakapcsolat-elrendezéssel, hogy javítsák az ütközési teljesítményt. Amikor elégedettek voltak az alapszerkezettel, a Simcenter Hyperstudy szoftverrel finomhangolták a részleteket: azt vizsgálták, milyen vastagok legyenek a burkolópanelek, és milyen keresztmetszetűek a belső, gerendaszerű merevítőelemek, hogy a szerkezet a lehető legjobban teljesítsen.

A Simcenter Hyperstudy egy multidiszciplináris tervezési tanulmánykészítő szoftver, amely hatékonyan és intelligensen feltárja bármely rendszermodell tervezési terét. A felhasználók útmutatást kapnak az adattrendek megértéséhez, kompromisszumos tanulmányok elvégzéséhez, valamint a tervezési teljesítmény és megbízhatóság optimalizálásához, figyelembe véve a multifizikai korlátokat.

Az alacsony pontosságú modellből nyert ismeretekkel sokkal nagyobb pontosságú értelmezést hoztak létre, és lefuttatták a végső Simcenter Hyperstudy anyagvastagság-optimalizálási tanulmányt.

A birodalmi katonák testi védelme

Ezúttal korlátozni szerették volna az AT-ST két belső ülésének deformációját. Ezenkívül, ha megnézzük a filmben látható jelenetet, egy nagy robbanást láthatunk, amint az AT-ST feje összetörik. Azt feltételezték, hogy a központi MS-4 ikerágyúk összetörése okozhatta a robbanást. A robbanás megelőzése kritikus fontosságú az AT-ST-t vezető birodalmi katonák biztonsága szempontjából, ezért egy korlátozást adtak hozzá, hogy minimalizálják a központi ikerágyúk károsodását.

A nagyobb pontosságú modellel a szimuláció futási ideje megnőtt, de a Simcenter nagy teljesítményű számítástechnikai (HPC) klaszteréhez való hozzáféréssel egy éjszaka alatt lefuttathatták ezt a Simcenter Hyperstudy tanulmányt.

Az AT-ST fejének végső kialakítása 15%-kal csökkentette a tömeget

Végül a végső kialakítás lehetővé tette, hogy a két ülés minimális torzulással megőrizze alakját a rönk becsapódása miatt – természetesen ez az AT-ST két birodalmi pilótájának is segített volna megőrizni az épségét! A teljes szerkezet jobban ellenállt az ütközésnek, csökkentette az MS-4 ikerágyúk által elnyelt feszültséget, amelyek feltehetően a hatalmas robbanást okozták a becsapódás során. A középső ágyúk minimális kritikus sérülést szenvedtek, ezáltal potenciálisan megőrizték funkcionalitásukat.

Végül, ami talán a leglenyűgözőbb, a továbbfejlesztett AT-ST fejének össztömege több mint 178 kilogrammal (15%) csökkent az eredeti AT-ST fejkialakításhoz képest. A könnyebb fejszerkezet a jármű súlypontját is lejjebb helyezte, a gép fürgébbé vált, így jobban tudott manőverezni Endor sűrű erdei tájain.

Az új dizájn tesztelése

Az optimalizált AT-ST-fejterv teszteléséhez létrehoztak egy Simcenter Hyperstudy kísérlettervet, ahol megváltoztatták a becsapódási helyeket, hogy lássák, mennyire állja a szerkezet a próbát. További 200 becsapódási helyet szimuláltak, ismét a Simcenter HPC klaszterét kihasználva. A legtöbb becsapódási helyen az ülések és az MS-4 ikerágyúk jól bírták a sérüléseket, és megfeleltek a biztonsági követelményeiknek.

Néhány helyen az ülések és a sugárágyúk épek maradtak, de a felső fejszerkezet továbbra is olyan károsodást szenvedett, amely valószínűleg sérüléseket okozott volna a pilótáknak. Ez jól illusztrálta, hogy módosítaniuk kellett az ülések feletti régió tervezési kritériumainak meghatározását.

AI vs. a Birodalom – majdnem 166-szor gyorsabb eredmények

Végül, a becsapódási helyszínről létrehozott összes szimulációs adat felhasználásával a Simcenter PhysicsAI segítségével létrehoztak egy prediktív modellt. A 200 becsapódási helyszín szimulációból 180-at használtak fel a mesterséges intelligencia modell betanításához, és 20 szimulációt tartottak meg a predikció teszteléséhez. Kíváncsiak voltak, hogyan kezeli a Simcenter PhysicsAI a modell geometriai komplexitását és az eredményekben megjelenő nagy deformációkat.

Összességében lenyűgözte a mérnököket az előrejelző modell teljesítménye. Nemcsak nagyszerű munkát végzett a baleseti események globális viselkedésének előrejelzésében, hanem eredményeit 26 másodperc alatt is képes volt megadni, míg a hagyományos, elemenkénti számítást végző („végeselemes”) szimulációnak ugyanehhez 72 percre volt szüksége – így majdnem 166-szor gyorsabb volt.

Következtetés: lehetett volna-e a Simcenter a Galaktikus Birodalom kulcsa az Endoron?

Mi lett volna, ha a Birodalom a Simcenter szoftvermegoldásait felhasználva javíthatta volna AT-ST-inek szerkezetét és biztonságát? Megnyerhették volna az endori csatát?

Sok tényező játszik szerepet az endori csata vizsgálatakor. Figyelembe kell venni mindkét oldalon a katonák számát, a csatatér terepviszonyait, a két fél taktikai stratégiáit és még sok minden mást. De egy dolog biztos: a Birodalmi Erők katonáinak, akik az AT-ST-t vezették, sokkal nagyobb esélyük lett volna a túlélésre, ha a lépegetőiket mesterséges intelligencia által vezérelt szerkezeti optimalizálással tervezték volna, ami kevesebb áldozatot és erősebb harci gépeket eredményezett volna.

Ki tudja, talán az ewokok és más lázadók érdeklődnek a Simcenter mérnöki és tanácsadói szolgáltatásai, valamint a Simcenter Hyperworks szoftvere iránt, hogy felkészülhessenek, mire a Birodalom legközelebb visszavág. De minden Csillagok háborúja kedvelő örülhet, hogy a Birodalom nem a Simcenter megoldásait használta, hiszen bár szeretik a nagyszerű mérnöki munkát, még jobban szeretik a galaktikus békét és szabadságot. Ami többet ér minden roncs birodalmi AT-ST-nél.