A nyáron kapta meg Műegyetemi Arany Diplomáját az alkalmazott matematika és a végeselem-módszer nemzetközileg elismert szakértője, több világszerte ismert mérnöki, matematikai és természettudományos könyv szerzője, aki nem mellesleg néhány, a különböző mérnöki jelenségek modellezésével kapcsolatos szabadalmat is magáénak tudhat. Dr. Louis Komzsikot arról kérdeztük, hogy a ma már mindenhol jelen lévő mesterséges intelligencia mit jelent a mérnöki szakmában.
ComputerTrends: Először is szívből gratulálunk a nemrégiben megkapott Műegyetemi Arany Diplomájához. Kérem, foglalja össze az elmúlt 50 év tevékenységét!
Louis Komzsik: A fél évszázados munkámat a végeselem-technológia hidalta át. Az 1970-es években a Magyar Hajó- és Darugyárban kezdtem, majd 1981-től Kaliforniában folytattam a módszer kutatását, fejlesztését, programozását és alkalmazását repülőgépek, autók, szatellitek, valamint szélerőművek analizálására. Az iparból 2016-ban mentem nyugdíjba, 2017- 2020 között a University of California at Irvine matematika tanszéken tanítottam. 2021-től az Óbudai Egyetem Alkalmazott Informatika és Alkalmazott Matematika Doktori Iskolájában tanítom a módszert, amelyről több szakmai könyvemben is írtam, kaliforniai otthonomból, az interneten keresztül.
CT: Hová tartozik ez a megoldás a mérnökinformatika területén?
Louis Komzsik: Én személyesen megkülönböztetést teszek az általános, társadalmi és gazdasági informatikai rendszerek, valamint a speciális műszaki informatikai rendszerek között. Utóbbi kategóriába tartoznak a műszaki információval dolgozó, elektro-mechanikus rendszerek, amelyek a mérnökinformatika tárgyát képezik. Egyik kategóriájuk emberi irányítás alatt működő hardver készülékek, mint például az orvosi operáló robotok, vagy a drón repülőgépek. Másik kategóriába tartoznak az önálló döntéshozatali képességekkel rendelkező, hardver-szoftver kombinációk, mint például a repülőgép autopilótája. Egy harmadik kategóriába tartoznak a kizárólag szoftveres megoldások, mint a mesterséges mérnöki intelligencia, amiről ez az interjú is szól.
CT: Le tudná írni a lényegét?
Louis Komzsik: A mesterséges mérnöki intelligencia alapjában véve a tervező mérnöki gondolatmenet számítógépes szimulációja, műszaki fogalmak és jelenségek matematikai, numerikus leírásával. Mint olyan, ez egy kísérlet az emberi intellektuális képesség bizonyos szintű automatizálására. A módszer egy tervezendő szerkezet kiinduló geometriai elképzeléséből indul, megadva a működési környezet erőhatásait és az elvárt fizikai viselkedést. Tevékenysége a geometriai modell valamilyen kényszerfeltételek melletti módosítása egy bizonyos tervezési célfüggvény elérése érdekében. A célfüggvény leggyakrabban a szerkezet súlyának csökkentése és a kényszerek, a dinamikus viselkedés bizonyos határokon belül tartása.
CT: Mi ennek a folyamata?
Louis Komzsik: Az előkészítési fázis a tervezendő kiinduló geometriai modell CAD környezetbeli leírásával kezdődik. A CAD modell végeselem diszkretizációja a következő lépés. Végül az előkészítés eredménye a külső erők és a fizikai korlátok a végeselem modellre való vetítése.
A mesterséges mérnöki tervezés maga három lépéses ciklikus végrehajtásból áll:
1. A végeselem modell szisztematikus módosítása és analízise
2. Egy célfüggvény matematikai optimalizációja
3. A módosított modell eredményeinek kiérté- kelése és döntéshozatal.
Ez a ciklus sokszor kerül végrehajtásra mind- addig, amíg az eredmény optimálisnak nem tekinthető. A folyamat az általában durva kontúrú végeselemes modell simítgatásával és egy új geometriai modell CAD formában való megjelenítésével fejeződik be. Ez a forma pedig egy 3D-s nyomtató segítségével előállítható.
CT: Milyen matematikai háttér szükséges ehhez?
Louis Komzsik: Természetesen a végeselem módszer. Egy szerkezet végeselemes analízise során annak kinetikai és elasztikus energiája alapján tömeg és merevségi mátrixok készülnek. A tömegmátrix fő paramétere az anyagsűrűség, míg a merevségi mátrixnak a rugalmassági (Young) modulus. Minden véges elemhez hozzárendelünk egy 0 és 1 közötti értékeket felvevő tervezési változót és azzal mindkét paramétert variáljuk. Ennek a szisztematikus elvégzése látható az 1. ábrán, ahol a különböző színek egy tesztmodell véges elemeihez rendelt tervezési változókat illusztrálják. A függőleges tengely a tervezési változók értékét jelenti és a vízszintes tengely a mesterséges mérnök iterációit. A példában 100 iteráció végrehajtása után érték el az optimális tervet.
1. ábra
A 2. ábra piros szaggatott vonalai mutatják a két kényszerített fizikai eredmény változását egy kezdeti ingadozás után a megengedett 10%-os emelkedés alatti konvergenciáig. A világoskék görbe mutatja a szerkezet súlycsökkenését, ami végül is 25% lett.
2. ábra
CT: Tudna egy gyakorlati példát bemutatni?
Louis Komzsik: A 3. ábrán egy emberi mérnök által tervezett repülőgép propeller csapágyház látható, ami négy helyen a géphez van csatolva és a tengely halad át a középső nyílásban lévő csapágyon. Ez ebben az esetben a kiinduló geometriai modell végeselemes változata.
3. ábra
A 4. ábra a mesterséges mérnök eredményét mutatja, az optimalizált végeselem modellben. Amint azt korábban említettem, ez az eredmény meglehetősen durva kontúrokkal rendelkezik, de jól látható, hogy a mesterséges mérnök intrikált szerkezeti megoldást produkált, amit az emberi mérnök nem realizált.
4. ábra
A végeselemes eredmény CAD környezeti simítása az 5. ábrán látható.
5. ábra
Végül a 6. ábrán a CAD rendszerben realizált simított modell 3D nyomtatóval a Siemens budapesti részlege által készített változata látható.
6. ábra
A 7. ábra mutatja a nyomtatott csapágyház beépítését a Kecskeméti Magnus Aircraft repülőgépébe. A repülőgép elektromos meghajtású, amelyiknél a legkisebb súlymegtakarítás is jelentős. Ez lehetőséget ad több, az elektromos energiát szolgáltató elemkomponens beépítésére és hosszabb repülési időtartamra.
7. ábra
CT: Milyen jövőt lát ennek a megoldásnak?
Louis Komzsik: A mesterséges tervező mérnöki intelligencia jövőjét elsősorban a logika más fizikai jelenségek szerkezetanalízisbe való beépítésében látom. Ilyenek például a szerkezeti hőátadás figyelembe vétele és a folyadékszer- kezet kölcsönhatás analízise. Azonkívül más mérnöki területekre, például elektromagnetikus modellek optimalizálására is alkalmasnak tartom. Ennek fő oka az, hogy a hőátadási differenciálegyenlet, a folyadékokra vonatkozó Navier-Stokes egyenletek, valamint az elektromágneses jelenségeket leíró Maxwell egyenletek mind megold- hatók a végeselem módszerrel.
Dr. Louis Komzsik
Ipari munkássága a végeselemes analízis numerikus számítási technikáira összpontosított, és amelyet a NASTRAN Numerikus módszerek kézikönyvében meg is örökített. Úttörő szerepet játszott több olyan módszer bevezetésében, amelyek de facto ipari szabványokká váltak, és az egyik ilyen témáról szóló könyve, A Lanczos-módszer kínai, japán és magyar nyelven is megjelent. Mindkét könyvet világszerte használják az iparban és a tudományos életben. Dolgozott továbbá rotor- dinamikai elemzési problémák végeselemes módszerrel történő megoldásán és szerkezeti topológia optimalizálás matematikai megoldásain is. Az évek során külső szakértőként és vendégprofesszorként is tanított különböző dél-kaliforniai főiskolákon és egyetemeken a numerikus analízis, a alkalmazott matematika és a végeselem analízis területén. Jelenleg a budapesti Óbudai Egyetem professor emeritusa. Személyes érdeklődési köre a matematikai és fizikai fogalmak története és fejlődése, olyannyira, hogy több tudományos-ismeretterjesztő könyvet (Három a világ, Az ötök világa, Csodálatos hét, A természet tizenkettője), egy fizikai trilógiát (Égi kerekek, Az idő ciklusai, A gravitáció rejtelmei) is írt a hétköznapi olvasó (eredetileg a középiskolás unokái) számára.
