Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo (AI) đang tái định hình nhiều ngành công nghiệp, lĩnh vực thiết kế cơ khí cũng chứng kiến sự thay đổi rõ rệt với sự xuất hiện của các mô hình AI tạo sinh CAD. SGS-1 (Spatial Generative System-1) được xem là một trong những công nghệ tiêu biểu, mở ra khả năng tạo trực tiếp mô hình CAD tham số từ nhiều dạng dữ liệu đầu vào, góp phần rút ngắn quy trình thiết kế và thúc đẩy chuyển đổi số trong ngành cơ khí.
Trong nhiều năm, quy trình thiết kế cơ khí truyền thống phụ thuộc lớn vào kỹ sư khi phải dựng từng chi tiết CAD thủ công, xử lý các feature hình học, kiểm tra ràng buộc và tối ưu mô hình qua nhiều bước lặp lại. Tuy nhiên, sự phát triển của AI tạo sinh đang tạo ra một hướng tiếp cận mới: thay vì dựng mô hình từ đầu, hệ thống có thể hỗ trợ tạo ra mô hình CAD hoàn chỉnh dựa trên dữ liệu đầu vào đa dạng.
Trong xu hướng đó, SGS-1 (Spatial Generative System-1) được phát triển như một mô hình AI chuyên biệt cho lĩnh vực thiết kế cơ khí, với mục tiêu hỗ trợ kỹ sư trong việc tạo, chỉnh sửa và tái tạo mô hình CAD tham số với tốc độ cao nhưng vẫn đảm bảo tính kỹ thuật và khả năng sản xuất. SGS-1 là mô hình trí tuệ nhân tạo tạo sinh (Generative AI) được thiết kế để không chỉ xử lý hình ảnh mà trực tiếp xây dựng mô hình CAD ba chiều.
Điểm khác biệt cốt lõi của hệ thống này nằm ở khả năng tạo ra mô hình CAD tham số (Parametric CAD) – loại mô hình có thể chỉnh sửa linh hoạt trong các phần mềm thiết kế cơ khí. Mô hình được huấn luyện trên tập dữ liệu lớn gồm bản vẽ kỹ thuật, mô hình CAD và chi tiết cơ khí thực tế, giúp AI hiểu cấu trúc hình học và mối quan hệ giữa các feature như lỗ khoan, rãnh, gân tăng cứng, mặt phẳng hay bán kính bo. Thay vì thao tác thủ công từng bước, kỹ sư có thể cung cấp đầu vào như bản vẽ, ảnh, mô hình STL hoặc mô tả ngôn ngữ tự nhiên. SGS-1 sẽ tự động xây dựng mô hình CAD tương ứng.
SGS-1 vận hành dựa trên sự kết hợp giữa học sâu (Deep Learning) và suy luận hình học không gian (Spatial Reasoning). Quy trình xử lý gồm nhiều bước liên tiếp: Hệ thống tiếp nhận dữ liệu đầu vào từ ảnh, bản vẽ kỹ thuật, phác thảo hoặc mô hình 3D. Sau đó, AI phân tích đặc trưng hình học, xác định cấu trúc và mối quan hệ giữa các feature.
Từ đó, SGS-1 xây dựng cây lịch sử thiết kế (Feature Tree) và sinh ra mô hình CAD tham số hoàn chỉnh. Cuối cùng, mô hình được xuất sang các định dạng tiêu chuẩn như STEP để tiếp tục chỉnh sửa hoặc đưa vào sản xuất. Điểm quan trọng là mô hình đầu ra không chỉ đúng về hình dạng mà còn giữ nguyên khả năng chỉnh sửa giống như khi được thiết kế thủ công.
SGS-1 có thể tạo mô hình CAD từ nhiều nguồn dữ liệu khác nhau như hình ảnh, bản vẽ kỹ thuật, phác thảo tay, dữ liệu quét 3D, file STL hoặc mô tả bằng ngôn ngữ tự nhiên. Điều này giúp rút ngắn đáng kể thời gian dựng mô hình trong các giai đoạn thiết kế ban đầu. Trong lĩnh vực reverse engineering, SGS-1 cho phép chuyển đổi dữ liệu quét 3D thành mô hình CAD tham số một cách tự động, hỗ trợ doanh nghiệp tái tạo sản phẩm nhanh hơn so với phương pháp truyền thống.
Khác với các AI tạo hình thông thường, SGS-1 có khả năng nhận diện các đặc trưng cơ khí như lỗ, ren, rãnh, gân tăng cứng, bề mặt gia công hay quan hệ lắp ghép giữa các chi tiết. Nhờ đó, mô hình tạo ra có tính ứng dụng cao trong sản xuất thực tế. Đặc biệt, mô hình CAD do SGS-1 tạo ra vẫn giữ cấu trúc tham số, cho phép kỹ sư chỉnh sửa kích thước, thay đổi bán kính, bổ sung hoặc loại bỏ feature và tiếp tục phát triển thiết kế.
SGS-1 được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong thiết kế sản phẩm, AI giúp tạo nhanh mô hình ban đầu để kỹ sư đánh giá và lựa chọn phương án thiết kế. Trong thiết kế khuôn mẫu, hệ thống hỗ trợ tái tạo các chi tiết phức tạp từ dữ liệu cũ hoặc dữ liệu quét.
Ở mảng reverse engineering, SGS-1 giúp xây dựng lại mô hình CAD từ sản phẩm thực tế khi không còn bản vẽ gốc, phục vụ sửa chữa hoặc sản xuất thay thế. Trong thiết kế thiết bị công nghiệp, AI hỗ trợ tạo nhanh các chi tiết như khung máy, giá đỡ, vỏ thiết bị, giúp rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm.
Trong giáo dục, SGS-1 có thể trở thành công cụ hỗ trợ giảng dạy CAD, giúp sinh viên tiếp cận nhanh hơn với tư duy thiết kế tham số và quy trình thiết kế hiện đại. Việc ứng dụng SGS-1 mang lại nhiều lợi ích rõ rệt như rút ngắn thời gian thiết kế từ hàng giờ xuống vài phút, giảm khối lượng công việc lặp lại, tăng năng suất và hỗ trợ chuẩn hóa dữ liệu CAD. Đồng thời, công nghệ này góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong ngành cơ khí.
Tuy nhiên, SGS-1 vẫn tồn tại một số hạn chế. Hệ thống chưa xử lý tối ưu các hình học quá phức tạp hoặc bề mặt hữu cơ, khả năng tạo assembly lớn còn hạn chế và một số trường hợp đặc thù vẫn cần kỹ sư điều chỉnh. Vì vậy, SGS-1 hiện được xem là công cụ hỗ trợ thay vì thay thế hoàn toàn con người.
Trong tương lai, các mô hình như SGS-1 được kỳ vọng sẽ tích hợp sâu hơn với hệ thống CAD/CAE/CAM và nền tảng quản lý vòng đời sản phẩm (PLM). AI không chỉ dừng ở việc tạo mô hình mà còn có thể tham gia tối ưu thiết kế, mô phỏng và đề xuất phương án cải tiến. Sự kết hợp giữa AI và kỹ thuật cơ khí đang mở ra hướng phát triển mới cho ngành thiết kế công nghiệp, nơi tốc độ, độ chính xác và khả năng tự động hóa được nâng lên một mức độ cao hơn.
SGS-1 đánh dấu một bước tiến quan trọng trong ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào thiết kế cơ khí. Với khả năng tạo mô hình CAD tham số từ nhiều nguồn dữ liệu, công nghệ này đang góp phần thay đổi cách tiếp cận truyền thống trong thiết kế và sản xuất. Dù chưa thể thay thế hoàn toàn vai trò của kỹ sư, SGS-1 đang dần trở thành một công cụ hỗ trợ quan trọng, giúp nâng cao hiệu suất làm việc và mở rộng khả năng sáng tạo trong ngành cơ khí hiện đại.
Giảng viên Vũ Trường Giang
Bộ môn Điện – Cơ khí
FPT Polytechnic Hà Nội
