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 nhờ 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 hầu hết mọi lĩnh vực. Các ngành công nghiệp tập trung vào việc tạo ra các thành phần cơ khí phức tạp và sáng tạo, chẳng hạn như trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm, cũng không ngoại lệ đối với sự chuyển đổi này.

Việc tích hợp AI vào các lĩnh vực này đã dẫn đến những tiến bộ đáng kể, nâng cao độ chính xác, hiệu quả và khả năng của cả 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 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, v.v.

AI trong kỹ thuật cơ khí

Ngành kỹ thuật cơ khí tập trung vào thiết kế, phân tích, sản xuất và bảo trì các hệ thống cơ khí. Nó đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm ô tô, hàng không vũ trụ , năng lượng , robot và các ngành sản xuất . Các kỹ sư cơ khí áp dụng các nguyên lý 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 vai trò quan trọng trong kỹ thuật cơ khí. Đây là các ứng dụng phần mềm hỗ trợ AI được sử dụng để cải thiện hiệu quả và hiệu suất của các thiết kế và quy trình kỹ thuật. 

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

Trong ngành công nghiệp ô tô, AI giúp tạo ra các thành phần xe nhẹ hơn, mạnh hơn, cải thiện hiệu suất nhiên liệu và an toàn. Ví dụ, 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 tiết kiệm thời gian và tài nguyên, đẩy nhanh quá trình phát triển và đảm bảo sản xuất các sản phẩm chất lượng cao, hiệu suất cao.

‍

Phát hiện hư hỏng

Khi nói đến phát hiện hư hỏng, thị giác máy tính là một công cụ đa năng có thể giám sát nhiều loại vật thể, từ các công trình xây dựng lớn như cầu và tòa nhà đến các thành phần cơ khí nhỏ. Nó rất xuất sắc trong việc xác định các dấu hiệu xuống cấp hoặc hư hỏng của vật liệu, chẳng hạn như vết nứt và ăn mòn. Bằng cách phát hiện sớm các vấn đề này, thị giác máy tính như Ultralytics YOLOv8 có thể giúp đảm bảo an toàn và tuổi thọ của nhiều công trình và thành phần khác nhau, nâng cao khả năng 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 các 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. Hãy cùng xem AI có thể giúp ích như thế nào trong lĩnh vực này.

Tăng cường sự sáng tạo

Sử dụng các công cụ AI như ChatGPT và các mô hình tương tự có thể tăng cường đáng kể khả năng sáng tạo của nhà thiết kế, mở ra những con đường mới để khám phá và đổi mới. Các công cụ AI này có thể cung cấp cho nhà thiết kế những ý tưởng, gợi ý và lời nhắc sáng tạo, giúp họ thoát khỏi các khuôn mẫu tư duy thông thường và thử nghiệm các khái niệm mới mẻ, độc đáo.

‍

Bằng cách tận dụng kho kiến thức khổng lồ của AI và khả năng tạo ra nhiều góc nhìn khác nhau, các nhà thiết kế có thể vượt qua ranh giới sáng tạo của mình và phát triển các sản phẩm thực sự độc đáo và sáng tạo.

Tạo mẫu và thử nghiệm

Cho dù là sản phẩm vật lý hay kỹ thuật số, AI đều ảnh hưởng đáng kể đến quá trình 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 về thiết kế kiến trúc và kỹ thuật, các công cụ mô phỏng hỗ trợ AI tiến xa hơn một bước. Các công cụ này tạo ra các nguyên mẫu ảo và tiến hành thử nghiệm, giúp giảm đáng kể thời gian và chi phí liên quan đến việc tạo nguyên mẫu vật lý truyền thống.

Trong môi trường này, AI có thể dự đoán hiệu suất và hành vi của sản phẩm trong nhiều điều kiện khác nhau, cho phép các nhà thiết kế đưa ra quyết định và sửa đổi sáng suốt ngay từ đầu quá trình thiết kế. Ví dụ, các mô hình AI có thể tính đến các đặc điểm 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 ứng suất.

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

‍

Kiểm thử sản phẩm có thể là một 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 của người dùng, xác định các vấn đề về khả năng sử dụng và xác định các cải tiến mà không cần sự tham gia của con người. Ví dụ, các công cụ kiểm tra hỗ trợ AI như Applitools có thể tự động tạo và thực hiện các trường hợp kiểm tra , đánh giá các khía cạnh khác nhau của giao diện người dùng và chức năng. Các công cụ này có thể mô phỏng các lần nhấp, 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 quy trình, giảm sự chậm trễ và đẩy nhanh tiến độ sản xuất, rút ngắn đáng kể thời gian đưa sản phẩm ra thị trường.

Tiết kiệm chi phí

Việc tích hợp AI vào 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 tiêu chuẩn chất lượng cao, giảm khả năng thu hồi sản phẩm tốn kém.

Chất lượng sản phẩm được cải thiện

Ngoài việc đảm bảo chất lượng linh kiện bằng cách phát hiện các bộ phận bị 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 sản xuất hơn.

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

Chi phí và cường độ tài nguyên

Việc triển khai AI trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm đòi hỏi chi phí và nguồn lực đáng kể. Mặc dù về lâu dài, một công ty sẽ thấy chi phí sản xuất thấp hơn, nhưng 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 tuyển dụng hoặc đào tạo nhân viên có tay 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 suất cao này có thể làm tăng chi phí vận hành và đòi hỏi phải đầu tư liên tục vào tài nguyên tính toán và bảo trì, khiến nó trở thành một nỗ lực tốn 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 lượng lớn dữ liệu chất lượng cao để hoạt động hiệu quả, đây là một thách thức đáng kể trong kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm. Việc thu thập đủ dữ liệu chính xác có thể khó khăn do bản chất đa dạng và chuyên biệt của các lĩnh vực này. Do đó, việc tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn và định dạng khác nhau thành các tập 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, độ chính xác và khả năng tương thích của dữ liệu trên các nền tảng và hệ thống khác nhau.

Nguy cơ mất việc làm

Với việc AI ngày càng 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 việc thay thế việc làm. Tự động hóa do AI thúc đẩy và các thuật toán tiên tiến có thể thực hiện các nhiệm vụ mà con người thường thực hiện và có thể dẫn đến việc AI tiếp quản 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 phải thích nghi và phát triển. Giải quyết thách thức này bao gồm việc dạy cho 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 phản biện 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 đổi mới hơn thông qua các mô hình thiết kế tạo sinh nâng cao. Các 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, tạo ra các giải pháp tối ưu và mới lạ. Vì công nghệ AI luôn phát triển, các mô hình thị giác máy tính được cải tiến sẽ có thể cải thiện đáng kể khả năng phát hiện hư hỏng, xác định ngay cả những khiếm khuyết nhỏ nhất theo thời gian thực và cho phép các hệ thống kiểm tra hoàn toàn tự động, do 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 và giá cả phải chăng hơn đối với các doanh nghiệp ở mọi quy mô. Việc giảm chi phí này sẽ dẫn đến việc áp dụng rộng rãi hơn, cải thiện hiệu quả và giảm chi phí sản xuất. Ngoài ra, Vision AI sẽ tăng cường tùy chỉnh và cá nhân hóa, cho phép các nhà sản xuất sản xuất các sản phẩm được thiết kế riêng ở quy mô lớn.

Món ăn mang đi

AI đang tạo nên làn sóng trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí và thiết kế sản phẩm, cải thiện hiệu quả, tính sáng tạo và độ chính xác. Nó giúp tinh chỉnh thiết kế, dự đoán các yêu cầu bảo trì, tăng cường kiểm soát chất lượng và đẩy nhanh quá trình 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 về chất lượng dữ liệu. Bất chấp những rào cản này, tương lai của AI trong kỹ thuật và thiết kế vẫn đầy 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 luôn đi đầu trong cuộc cách mạng này, cam kết phát triển các giải pháp AI tiên tiến, thúc đẩy sự tiến bộ và đổi mới. Hãy tham gia cộng đồng của chúng tôi và tìm hiểu cách chúng tôi có thể chuyển đổi các ngành công nghiệp như xe tự lái , chăm sóc sức khỏe và sản xuất ! 🚀