Dankzij kunstmatige intelligentie staan wij aan de vooravond van een revolutie in het ingenieurswerkveld. Waar parametrisch ontwerpen inmiddels ‘gemeengoed’ is, is het automatisch aansturen en optimaliseren van deze modellen de volgende stap in Engineering. Antea Group ontwikkelde een genetisch algoritme dat deze stap mogelijk maakt: Genetisch Ontwerpen. In deze aanpak rekent een parametrisch model keer op keer nieuwe varianten door, waarbij het algoritme slim kiest welke variant de beste input vormt voor het volgende ontwerp en dit steeds herhaalt tot dat de optimale variant is bereikt.
Achtergrond: genetische algoritmes
Vergelijk een genetisch algoritme met het fokken van schapen. Waar de mens al duizenden jaren schapen kruist om tot de maximale wolproductie te komen, is een genetisch algoritme in staat om uit elke ontwerpvariant de beste set ‘genen’ te selecteren. Binnen één dag kunnen hiermee duizenden, steeds betere, varianten worden doorgerekend tot het meest optimale ontwerp. De verbeterrichting is zelf te bepalen. Zo kan er worden gezocht naar het meest voordelige ontwerp, of een ontwerp waarbij minder grondstoffen worden gebruikt.
Verbluffende resultaten
Ze hebben geautomatiseerd optimaliseren door Genetisch Ontwerpen onder meer toegepast voor het funderingsontwerp van de nieuwe onderdoorgang voor busverkeer bij station Groningen CS. Voor de fundering van de toeritten zijn honderden palen nodig. Maar, wat is de meest optimale oplossing: een beperkt aantal diepgefundeerde palen of meerdere slanke en ondiep gefundeerde palen? En wat is de beste configuratie: 4 x 8 of 5 x 7 palen? Voor een constructeur is het onbegonnen werk om álle varianten door te rekenen. Hun tool slaagt hier
wel in: binnen één dag. Op deze manier konden ze tachtig palen besparen.
Duurzamer en goedkoper
Ze hebben genetische algoritmes in meerdere ontwerptrajecten toegepast. In deze projecten konden ze dankzij Genetisch Ontwerpen het grondstofverbruik tot wel 20% minimaliseren en de kosten tot wel 30% reduceren. Ook zorgt deze aanpak ervoor dat een deel van het repetitieve werk wordt geautomatiseerd: een computer bepaalt het optimale ontwerp. Hierdoor kan de schaarse vakkennis van ingenieurs effectiever worden ingezet, bijvoorbeeld voor het ontwerp van specifieke details of juist de ontwikkeling en toepassing van algoritmes. Het maakt het vak van ingenieur belangrijk(er) voor onze samenleving en interessanter voor toekomstige generaties.
Inmiddels zijn zij bezig om het geautomatiseerd optimaliseren van een ontwerp – naast de fundering van tunneltoeritten - voor andere toepassingen mogelijk te maken. Vanuit de markt is zeer positief gereageerd op deze ontwikkeling. Zo wonnen ze met ‘Engineering 3.0: Genetisch Ontwerpen’ de InfraTech Innovatieprijs 2023 in de categorie Proces-innovatie.
