Optymalizacja projektu pod kątem kosztów i masy materiałów dzięki narzędziom Inventora

Nowoczesne projektowanie wymaga od inżynierów nie tylko zapewnienia funkcjonalności i bezpieczeństwa produktów, ale także minimalizacji kosztów produkcji przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości. Autodesk Inventor oferuje zaawansowane narzędzia, które umożliwiają efektywną optymalizację projektów pod kątem zarówno kosztów, jak i masy materiałów. W artykule tym omówimy kluczowe techniki i strategie wykorzystania tych narzędzi dla maksymalizacji efektywności projektowej.

Generator kształtów – rewolucja w optymalizacji masy w programie Inventor

Generator kształtów (Shape Generator) w Autodesk Inventorze to jedno z najbardziej przełomowych narzędzi do optymalizacji topologicznej dostępnych w środowisku CAD. To narzędzie wykorzystuje zaawansowane algorytmy optymalizacyjne oparte na metodzie elementów skończonych, często wspomagane sztuczną inteligencją, aby automatycznie generować kształty o maksymalnej sztywności przy minimalnej masie materiału.^[1]

Proces optymalizacji rozpoczyna się od utworzenia „objętości budowy” – przybliżonego modelu części, który definiuje wymagane punkty kontaktu, powierzchnie obciążeń oraz obszary mocowań. Po zdefiniowaniu materiału, więzów i obciążeń, Generator kształtów przeprowadza analizę i generuje trójwymiarową siatkę, która służy jako przewodnik do dalszego udoskonalania projektu.^[2]

Praktyczne rezultaty optymalizacji

Badania praktyczne pokazują imponujące wyniki zastosowania Generatora kształtów. W jednym z przypadków testowych udało się osiągnąć 36% redukcję masy przy zaledwie 7% wzroście ugięcia. Oznacza to znaczące oszczędności materiału – ponad jedna trzecia mniejsze zużycie surowca przy minimalnym wpływie na właściwości mechaniczne części.^[3]

W innym przykładzie, podczas optymalizacji płyty zaciskowej w systemie spawalniczym, udało się zredukować masę z około 2,5 kg do 1 kg, co stanowi redukcję o 58%. Jeszcze bardziej agresywna optymalizacja z wykorzystaniem materiałów o wyższej wytrzymałości pozwoliła osiągnąć masę poniżej 0,5 kg.^[4]

Konfiguracja i ustawienia Generatora kształtów Inventor

Podstawowe parametry optymalizacji

Generator kształtów w Inventorze oferuje szereg ustawień umożliwiających precyzyjne sterowanie procesem optymalizacji:^[5]

Masa docelowa można określić procentową redukcję masy pierwotnej lub bezpośrednio zadać docelową masę elementu. Dla osiągnięcia optymalnych rezultatów zaleca się używanie siatki o wysokiej rozdzielczości, która powinna umożliwić osiągnięcie masy docelowej z dokładnością 3-5%.^[5]

Minimalna wielkość elementu – ten parametr pozwala kontrolować dolną granicę rozmiaru generowanych elementów, co jest szczególnie przydatne przy uwzględnianiu ograniczeń technologicznych produkcji.^[5]

Rozdzielczość siatki – bardziej gładka siatka zapewnia wyższą jakość rozwiązania z łagodniejszymi krawędziami, ale wydłuża czas obliczeń. Zaleca się stosowanie co najmniej 3 elementów przez grubość geometrii dla uzyskania produktu wysokiej jakości.^[5]

Strategie zastosowania

Generator kształtów najlepiej sprawdza się we wczesnych fazach projektowania koncepcyjnego, gdzie służy jako narzędzie eksploracji różnych rozwiązań konstrukcyjnych. Proces obejmuje następujące etapy:^[2]

1. Utworzenie modelu przybliżonego – definiowanie objętości budowy z uwzględnieniem kluczowych punktów mocowania i powierzchni obciążeń
2. Określenie więzów i obciążeń – precyzyjne odwzorowanie rzeczywistych warunków pracy elementu
3. Ustawienie parametrów optymalizacji – wybór strategii redukcji masy i kryteriów jakości
4. Generacja i analiza wyników – otrzymanie siatki 3D jako przewodnika do modyfikacji projektu
5. Implementacja zmian – wykorzystanie wygenerowanej siatki do udoskonalenia pierwotnego modelu

Narzędzia analityczne wspierające optymalizację kosztów

Analiza elementów skończonych (FEA)

Zintegrowane narzędzia analizy wytrzymałościowej w Inventorze pozwalają na weryfikację właściwości mechanicznych optymalizowanych części jeszcze przed ich produkcją. Symulacja naprężeń, analiza modalna i testy termiczne umożliwiają identyfikację potencjalnych problemów na wczesnym etapie projektowania, co znacząco redukuje koszty prototypowania.^[6]

Inventor Nesting – optymalizacja wykorzystania materiału

Dla projektów obejmujących elementy płaskie, Autodesk Inventor Nesting oferuje zaawansowane algorytmy rozmieszczania części na arkuszu materiału. Narzędzie to automatycznie generuje optymalne układy cięcia, minimalizując ilość odpadów materiału i maksymalizując wykorzystanie surowca.^[7]

Korzyści z zastosowania Inventor Nesting obejmują:^[8][7]

• Redukcję kosztów materiału poprzez optymalne wykorzystanie arkuszy
• Porównanie efektywności różnych układów cięcia
• Kontrolę orientacji części dla zachowania zgodnego kierunku włókien
• Automatyczne obliczenia oszczędzające czas inżynierski
• Szczegółowe raporty ułatwiające podejmowanie decyzji

---

Strategie projektowania dla redukcji kosztów

Design for Manufacturability (DFM)

Projektowanie z myślą o wytwarzalności jest kluczowym elementem optymalizacji kosztów. Podstawowe zasady DFM obejmują:^[9]

• Uproszczenie konstrukcji – minimalizację liczby części i złożoności geometrii
• Wykorzystanie standardowych komponentów – redukcję kosztów dzięki masowej produkcji^[10]
• Optymalizację procesów produkcyjnych – dostosowanie projektu do dostępnych technologii wytwarzania
• Eliminację niepotrzebnych operacji – redukcję czasu i kosztów obróbki

Optymalizacja materiałowa

Świadomy wybór materiałów może prowadzić do znaczących oszczędności bez kompromisów w zakresie właściwości funkcjonalnych. Kluczowe strategie obejmują:^[11][9]

• Analizę alternatywnych materiałów – poszukiwanie tańszych zamienników o podobnych właściwościach
• Optymalizację grubości i przekrojów – minimalizację zużycia materiału przy zachowaniu wymagań wytrzymałościowych
• Wykorzystanie materiałów kompozytowych – często oferujących lepszy stosunek wytrzymałości do masy

Zasady Lean Manufacturing w projektowaniu CAD

Eliminacja marnotrawstwa w procesie projektowym

Filozofia Lean Manufacturing, oparta na pięciu kluczowych zasadach (wartość, strumień wartości, przepływ, zasada „pull” i dążenie do doskonałości), może być skutecznie zastosowana w środowisku CAD.^[12]

Wartość w kontekście projektowania CAD oznacza wszystkie funkcje i cechy produktu, za które klient jest gotów zapłacić. Wszystko inne należy traktować jako marnotrawstwo podlegające eliminacji.^[12]

Mapowanie strumienia wartości w procesie projektowym obejmuje analizę wszystkich kroków od koncepcji do finalnego produktu, identyfikując obszary wymagające optymalizacji.^[13]

Ciągłe doskonalenie w CAD

Implementacja zasad ciągłego doskonalenia w środowisku Inventora może obejmować:^[14]

• Standardyzację bibliotek CAD – redukcję czasu projektowania przez wykorzystanie sprawdzonych rozwiązań
• Automatyzację powtarzalnych zadań – wykorzystanie narzędzi takich jak iLogic dla eliminacji manualnych operacji^[6]
• Optymalizację workflow – usprawnienie przepływu informacji między zespołami projektowymi

Praktyczne wskazówki implementacji

Etapowy plan wdrożenia

1. Analiza istniejących projektów – identyfikacja obszarów o największym potencjale oszczędności
2. Szkolenie zespołu – zapewnienie odpowiednich kompetencji w zakresie narzędzi optymalizacyjnych
3. Pilotażowe projekty – testowanie narzędzi na wybranych komponentach
4. Monitoring rezultatów – systematyczne śledzenie osiąganych oszczędności
5. Skalowanie rozwiązań – rozszerzenie najskuteczniejszych praktyk na całą organizację

Dla monitorowania skuteczności optymalizacji warto śledzić następujące metryki:^[15]

Kluczowe wskaźniki efektywności

• Redukcję kosztów BOM – bezpośrednie oszczędności na materiałach i komponentach
• Wskaźniki wydajności produkcji – wpływ optymalizacji na szybkość wytwarzania
• Jakość produktu – zapewnienie, że oszczędności nie odbywają się kosztem niezawodności
• Czas wprowadzania na rynek – optymalizacja procesów projektowych dla przyspieszenia rozwoju

Integracja z systemami zarządzania

Autodesk Vault i zarządzanie danymi

Prawidłowa struktura BOM (Bill of Materials) w połączeniu z systemem Autodesk Vault umożliwia skuteczne śledzenie kosztów materiałów i optymalizację zakupów. Integracja ta pozwala na:^[16][17]

• Automatyczne kalkulacje kosztów na podstawie aktualnych cen materiałów
• Śledzenie zmian w kosztach projektów w czasie rzeczywistym
• Optymalizację łańcucha dostaw poprzez analizę alternatywnych dostawców
• Raportowanie kosztów na różnych poziomach zespołu produktu

Wnioski

Optymalizacja projektów pod kątem kosztów i masy materiałów w Autodesk Inventorze wymaga systematycznego podejścia łączącego zaawansowane narzędzia analityczne z przemyślanymi strategiami projektowymi. Generator kształtów oferuje możliwość osiągnięcia spektakularnych rezultatów – redukcji masy nawet o 50-60% przy minimalnym wpływie na właściwości mechaniczne. Kluczem do sukcesu jest jednak nie tylko wykorzystanie pojedynczych narzędzi, ale kompleksowe podejście obejmujące zasady DFM, Lean Manufacturing i inteligentne zarządzanie danymi projektowymi.

Współczesne narzędzia CAD, takie jak Autodesk Inventor, nie tylko ułatwiają proces projektowania, ale aktywnie wspierają inżynierów w podejmowaniu decyzji prowadzących do oszczędności. Przy odpowiednim wykorzystaniu tych możliwości, organizacje mogą osiągnąć znaczące przewagi konkurencyjne poprzez oferowanie produktów o lepszym stosunku jakości do ceny, przy jednoczesnej redukcji zużycia surowców i wpływu na środowisko.

Żródła:

https://www.mat.net.pl/solutions/generator-ksztaltow/

1. https://ketiv.com/blog/how-to-get-started-in-autodesk-inventors-shape-generator/  
2. https://ukcommunity.arkance.world/hc/en-us/articles/21551220727058-Autodesk-Inventor-2016-R2-and-R3-Intro-to-the-Shape-Generator
3. https://www.youtube.com/watch?v=aecQZIoT0Uo
4. https://help.autodesk.com/cloudhelp/2025/PLK/Inventor-Help/files/GUID-7FCAA340-EB41-4826-8A78-B3050583E473.htm   
5. https://blog.hagerman.com/master-autodesk-inventor-the-leading-software-for-mechanical-design-and-3d-modeling 
6. https://www.autodesk.com/products/inventor-nesting/overview 
7. https://www.youtube.com/watch?v=4q-r39-cTFY
8. https://dynamics-group.com/blog/techniques-for-cost-reduction-in-product-design 
9. https://www.tek4s.com/post/7-ways-to-optimize-mechanical-designs-for-cost-efficiency
10. https://mat-comp.ca/optimization/
11. https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/faq-what-is-lean-manufacturing 
12. https://en.wikipedia.org/wiki/Lean_manufacturing
13. https://www.autodesk.com/blogs/design-and-manufacturing/manufacturing-process-optimization-the-key-to-enhanced-efficiency-and-productivity/
14. https://www.ultralibrarian.com/2025/09/02/how-to-reduce-pcb-costs-strategies-for-engineers/
15. https://www.coolorange.com/en/blog/bom-structure-best-practices
16. https://ketiv.com/blog/intro-to-inventor-bill-of-materials/
17. https://mgfx.co.za/blog/inventor/reducing-material-waste-through-optimization-with-autodesk-inventors-shape-generator/
18. https://www.youtube.com/watch?v=CvN2umvl_CI
19. https://www.youtube.com/watch?v=U9s51uO8YT0
20. https://ketiv.com/blog/the-power-of-inventor-shrinkwrap/
21. https://damassets.autodesk.net/content/dam/autodesk/www/campaigns/inventor-resource/shape-generator/inventor-projects-shape-generator-guide-en.pdf
22. https://www.youtube.com/watch?v=aSfslcEojRs
23. https://forums.autodesk.com/t5/inventor-forum/optimizing-material-in-autodesk-inventor/td-p/5545254
24. https://www.youtube.com/watch?v=MZVNsBsqWEM
25. https://www.autodesk.com/support/technical/article/caas/tsarticles/ts/5xmGitBdOCGtauyXDHdqkb.html
26. https://apps.autodesk.com/INVNTOR/en/Detail/Index?id=8219778093856307485&appLang=en&os=Win64
27. https://forums.autodesk.com/t5/inventor-forum/weight-reduction/m-p/11323289
28. https://www.youtube.com/watch?v=3me8MNVMmso
29. https://www.pccpolska.pl/wycena-materialowa-w-liscie-czesci-w-autodesk-inventor/
30. https://en.wikipedia.org/wiki/Design_for_lean_manufacturing
31. https://www.cadcrowd.com/blog/9-design-and-engineering-tips-for-reducing-manufacturing-costs-on-new-product-designs-and-prototypes/
32. https://www.protolabs.com/en-gb/resources/blog/what-is-lean-manufacturing-and-what-are-the-5-principles/
33. https://www.linkedin.com/advice/1/what-some-tips-optimizing-mechanical-design
34. https://www.linkedin.com/advice/3/how-can-you-optimize-cad-design-cost-skills-electrical-engineering-rftpe
35. https://theleanway.net/The-Five-Principles-of-Lean
36. https://blog.draftsight.com/2025/04/11/how-to-reduce-cad-software-licensing-costs-without-sacrificing-performance/
37. https://www.ascm.org/topics/principles-of-lean-manufacturing/
38. https://forums.autodesk.com/t5/inventor-forum/using-parametric-study-for-frame-optimization-cost-cutting/td-p/11089474
39. https://www.cadcrowd.com/blog/essential-cost-saving-strategies-for-cad-drafting-services-for-your-company/