CAD-software wordt slimmer en geavanceerder

Ontwikkelaars zetten vol in op integratie AI in ontwerpsoftware, maar compatibiliteit blijft knelpunt

Voor maakbedrijven is CAD-software een onmisbaar gereedschap om tot het product te komen dat de klant bestelt. 3D tekenen staat aan de vooravond van een aantal grote veranderingen, die je nog het beste kunt samenvatten met digitalisering en automatisering. Dat biedt nieuwe kansen, maar er blijven ook knelpunten, met name als het gaat om compatibiliteit.

Artificiële Intelligentie

Bij alle aanbieders van Computer-Aided-Design (CAD) software is er tegenwoordig één thema dat centraal staat: Artificiële Intelligentie. De doorbraak van ChatGPT, Copilot en andere AI-modellen heeft ook bij de ontwikkelaars van CAD-software voor een innovatie-impuls gezorgd. Generative design, waarbij algoritmes zelf een optimaal ontwerp genereren aan de hand van een raamwerk dat de engineer opstelt, bestaat al langer. Dit is vooral een oplossing voor productontwikkelaars. Zij kunnen veel sneller en gemakkelijker verschillende designopties testen.

Virtual en Augmented Reality worden alsmaar vaker gekoppeld aan CAD-software. Hiermee ontstaat een nieuwe dimensie in het visualiseren van 3D CAD-modellen voor uiteenlopende doelen. Niet alleen om ze te beoordelen vanuit functionaliteit, maar bijvoorbeeld ook om te gebruiken in verkoopgesprekken of het plannen van onderhoud. Dassault Systèmes heeft recent de samenwerking met Apple aangekondigd om de Apple Vision Pro te integreren in het 3DExperience platform.

Design for manufacturing

Waar het dikwijls mis gaat, is de vertaalslag naar maakbaarheid, terwijl dit uit kostenoogpunt cruciaal is. Als vuistregel gebruikt men vaak dat 80% van de productiekosten van een onderdeel bepaald worden in de ontwerpfase. Daarom is de kennis van fabricagetechnieken met hun specifieke voor- en nadelen én ontwerpregels nog steeds essentieel: design for manufacturing. In de praktijk ontbreekt het vaak aan deze kennis.

Kennis van fabricagetechnieken verdwijnt, maar hier ziet men kansen voor Artificiële Intelligentie

Dit heeft onder andere te maken met de decennia geleden ingezette trend om productie uit te besteden. Daarmee is de kennis van het maken verdwenen bij grote OEM's. Daarnaast is er de ontwikkeling van productietechnieken zelf. Deze zijn geavanceerder, complexer en steeds vaker gaat het om nichetechnologie. Kennis hiervan bijhouden, met alle specifieke ontwerpregels, is bijna ondoenlijk voor engineers.

De komende jaren dreigt er door de vergrijzing nog meer kennis weg te stromen uit de bedrijven. Precies hier ziet men kansen voor Artificiële Intelligentie, als aanvulling op de CAD-software.

Steeds meer simulatie

Integreert men bijvoorbeeld kostprijsmodellen in de CAD-software, dan ziet de engineer al tijdens het ontwerpen wat de impact van zijn keuze is op de kostprijs van het proces. De doorbraak van AI en de komst van digital twins zal op dit vlak de nodige veranderingen teweegbrengen. Het wordt hierdoor gemakkelijker om met echte data uit de productie te rekenen, waardoor de uitkomsten veel dichter bij de waarheid zullen liggen.

Er ontstaan ook heel nieuwe mogelijkheden om kennis uit databronnen te gebruiken in de CAD-software. Zo kan een engineer AI vragen om zijn ontwerp te toetsen op bepaalde normeringen die voor het product gelden. Of op kostenoptimalisaties, met behoud van functionaliteit. De softwarebedrijven trekken dit ook door naar de productie (CADCAM), bijvoorbeeld om AI vanuit het CAD-model de optimale freesbanen te laten berekenen.

Een engineer kan AI vragen om zijn ontwerp te toetsen op bepaalde normeringen die voor het product gelden

Er zijn tegenwoordig zelfs startups die het programmeren aan de hand van een CAD-model volledig automatiseren. En dat niet alleen voor 2,5D-bewerkingen, wat meerdere machinebouwers ook al doen, maar ook voor complexe 5-assige bewerkingen. Ze optimaliseren dan in één keer ook de standtijd van de gereedschappen, om kosten te besparen en de betrouwbaarheid van het productieproces naar een hoger niveau te tillen. De kennis zal dan ook steeds meer uit databases komen, ontsloten met AI.

Een andere trend waar de CAD-ontwikkelaars op inzetten, is het intuïtiever maken van hun software. Daarmee verlagen ze de drempel om er mee te werken. AI zal dit versnellen, omdat men straks commando’s voor complexe taken in gewone spreektaal kan geven. AI gaat bij het ontwerpen met CAD ook repeterende taken overnemen.

Een gevolg van deze ontwikkelingen is dat in de praktijk CAD (Computer Aided Design, het 3D ontwerpen) en CAE (Computer Aided Engineering, simulaties maken) naar elkaar opschuiven. Door de migratie van de cloud en het beschikbaar komen van intuïtief te bedienen simulatietools zal het steeds vaker de ontwerp-engineer zijn die al simulaties doet.

Software-applicaties worden alsmaar vaker geïntegreerd, zoals de workflowsoftware van Authentise in Autodesk Fusion 360. Authentise ontwikkelt datagestuurde software voor productieprocessen: hiermee maak je offertes, plan je orders, bouw je online catalogi voor digitale onderdelen en koppel je direct naar de 3D printers voor onder andere kwaliteitsrapportages. Live worden data uitgewisseld met Autodesk Fusion.

Transitie naar de cloud

Artificiële Intelligentie kan praktisch alleen in de cloud bestaan. De simulaties en modellen waarmee gerekend wordt, vergen immers een hoge rekenkracht. Hoewel de meeste CAD-ontwikkelaars nog steeds het klassieke licentiemodel aanbieden, geldt bij de meesten cloud first. Ze proberen klanten eerst te bewegen om voor het SAAS-model te kiezen (Software as a Service).

Europa heeft de jongste jaren een omslag gemaakt op cloudgebied. De industrie accepteert cloudoplossingen steeds gemakkelijker, hoewel dit voor bepaalde takken – zoals defensie – lastig blijft.

De angst dat migratie naar de cloud zou leiden tot verlies van zeggenschap over data heeft de ontwikkelaars aangezet tot het bedenken van veilige oplossingen. Ze beloven klanten dat de AI-modellen getraind worden met generieke data die de softwarebedrijven zelf hebben aangevuld met specifieke data van het bedrijf dat het product ontwerpt of produceert; niet met data van de concurrent. Elk bedrijf krijgt zo virtueel zijn eigen stukje cloud, dat overigens wel gedeeld kan worden met anderen als het bedrijf hier zelf toe besluit.

De angst voor verlies van zeggenschap over data heeft de ontwikkelaars aangezet tot het bedenken van veilige oplossingen

Voor de CAD-ontwikkelaars levert de cloud aanzienlijke kostenbesparingen op, omdat ze veel gemakkelijker updates kunnen uitrollen. De gebruikers krijgen in ruil gebruiksgemak. De noodzaak om te investeren in dure hardware vervalt, omdat bijna alle software webbased is. En ze kunnen gemakkelijker opschalen. Als voor een project meer CAD-werkplaatsen nodig zijn, kunnen deze in de cloud snel worden bijgeboekt, ofschoon daar wel een prijskaartje aan hangt.

Meerdere softwarebedrijven introduceren ook nieuwe betaalmodellen waarmee men bijvoorbeeld bepaalde (simulatie)tools die men niet vaak nodig heeft afrekent per keer dat men ze gebruikt. Pay as you go. Daarmee verlagen ze de drempel om de nieuwe mogelijkheden te verkennen, of enkel te gebruiken als het echt nodig is.

Met de cloudoplossingen nemen de CAD-ontwikkelaars ook de zorg voor cybersecurity grotendeels uit handen van de gebruikers.

PLM- en PDM-integratie

Tegelijk met de transitie naar de cloud is er sprake van integratie van PLM en PDM (Product Lifecycle Management en Product Data Management) én CAD-software in de nieuwe platformen. Een niet te onderschatten voordeel is dat samenwerken gemakkelijker gaat en iedereen automatisch de juiste data gebruikt: iedereen werkt met het juiste model.

Data-uitwisseling blijft de zwakke schakel

De nieuwe mogelijkheden die CAD-ontwikkelaars schetsen, lijken bijna oneindig. Er is echter één groot knelpunt: datacompatibiliteit. In Nederland, waar een groeiende groep OEM's de stap zet naar Model Based Definition en het 3D CAD-model verrijkt met PMI-data als alternatief voor de technische tekening, klagen maakbedrijven met name hierover.

Zolang men binnen het ecosysteem van de CAD-ontwikkelaar blijft, kan men naadloos data van de ene applicatie doorsluizen naar de andere. De praktijk in een doorsnee maakbedrijf is evenwel dat men voor klanten werkt die verschillende CAD-pakketten gebruiken. Slechts in enkele sectoren, zoals de luchtvaartindustrie, is het gebruik van eenzelfde CAD-pakket door de hele supply chain gebruikelijk. In de meeste industrieën werken OEM's en toeleveranciers elk met hun eigen CAD-software.

In de plaatbewerking levert dit minder problemen op dan in de verspaning. Deze laatste groep bedrijven hebben hun hoop gevestigd op het neutrale STEP-bestandsformaat. Dit kan worden ingelezen in elke CAD-software. De ervaring leert echter dat het omzetten van een native CAD-bestand naar een STEP-file niet honderd procent foutloos gaat. Het nieuwe STEP 242-formaat zou verbetering brengen, maar zowel bij het omzetten naar een STEP-bestand als het inlezen hiervan gaan data verloren.

Zolang men in de productie niet 100% zeker is van de juiste data, zal men zo’n oplossing niet accepteren. Dit is bijzonder spijtig, want Model Based Definition opent de weg naar sneller programmeren van machines met minder mankracht.

Siemens heeft met de overname van Altair een belangrijke stap gezet om de simulatiemogelijkheden van mechanische constructies toe te voegen aan het NX-portfolio. Ook de high performance computing capaciteiten waren een van de redenen voor de overname. Siemens zet uiteraard ook sterk in op de cloud, maar bij het Duitse concern verwacht men dat uiteindelijk het grootste deel van de data binnen het productiebedrijf blijven (Edge computing).

Op de Hannover Messe heeft Siemens onder andere een specifiek op de industrie afgestemd AI-model gelanceerd dat samen met Microsoft is ontwikkeld: Industrial Foundation Model.

Programmeren vanuit het 3D-model

Tijdens het MBD Solutions Event bij Mikrocentrum presenteerde een van de tier 1 suppliers in de Brainportregio eind vorig jaar de resultaten van interne testen met MBD en PMI. Bij het programmeren van complexe onderdelen bespaart men tot 50% van de programmeertijd. Het programmeren van een CMM kost zelfs slechts een kwart van de tijd die daar zonder MBD en PMI voor nodig is.

Goede en 100% betrouwbare open standaarden zijn van wezenlijk belang wil de maakindustrie de mogelijkheden van de nieuwe digitaliseringtools maximaal kunnen benutten. De vraag is echter of de softwareontwikkelaars bereid zijn deze stap te zetten. Daarmee maken ze het voor hun klanten immers gemakkelijker om buiten hun ecosysteem te gaan. Op dit moment is het vasthouden van gebruikers in het ecosysteem van de ontwikkelaar juist onderdeel van hun strategie.