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Le nuove frontiere della prototipazione

 
 

Lo sviluppo prodotto in mercati sempre più competitivi propone alle aziende sfide rivolte a soddisfare esigenze spesso contrapposte, quali la velocità richiesta per arrivare al mercato in anticipo sui concorrenti, il contenimento dei costi e il mantenimento, quando non l’incremento, della qualità.
Una fase da sempre cardine del processo di sviluppo prodotto è la verifica preventiva del suo funzionamento e delle sue performances da operare sui prototipi, apportando grazie a questi i necessari correttivi alla progettazione e quindi alla successiva produzione.
I prototipi fisici comportano però notevoli aggravi nei tempi e nei costi, e rappresentano quindi un notevole freno al raggiungimento degli obiettivi sopra citati. In era digitale, la prototipazione – in questo caso di tipo virtuale – è mantenuta come passaggio chiave del processo di sviluppo prodotto, moltiplicando in vari aspetti il suo valore.

 

La progettazione basata sulla costruzione di modelli CAD 3D rappresenta il fondamento della prototipazione virtuale: il modello CAD 3D è la copia conforme del prodotto fisico, includendo tutte le sue caratteristiche morfologiche di dettaglio.
Le capacità di simulazione funzionale applicabili al modello CAD 3D rappresentano un’importante risorsa per la prototipazione virtuale: il modello è sottoposto – virtualmente, mediante pratiche CAE – alle sue condizioni di esercizio, per esempio di natura strutturale, ed è quindi verificato nelle sue risposte in termini di deformazione e resistenza.
Un processo virtuale di questo tipo, utilizzato in molti casi anche in precedenza senza l’ausilio della modellazione CAD 3D, è stato attuato già a partire dalla metà degli anni ‘80 in modalità sequenziale, cioè con strumenti CAD e CAE indipendenti utilizzati in successione, e a partire dalla metà degli anni ’90 anche in modalità integrata e associativa, cioè con strumenti che consentono di progettare e calcolare utilizzando la stessa base-dati geometrica.
Quest’ultima modalità di lavoro mostra oggi ulteriori margini di miglioramento: il ciclo di sviluppo che prevede la verifica strutturale, come anche verifiche diverse in altre discipline, eseguita solo a seguito della fase di costruzione del modello CAD 3D, ha mantenuto alcuni effetti oggi considerati come limitanti, quali la necessità di ricorrere a personale esperto e quella di derivare modelli CAD 3D semplificati rispetto agli originali della progettazione, operazione spesso complessa ma necessaria per ridurre l’onere computazionale delle analisi ma anche rischiosa per i suoi possibili effetti distorsivi sull’affidabilità dei risultati; tali effetti sono moltiplicati dal carattere iterativo di queste operazioni.

 

Una delle frontiere della prototipazione virtuale è rappresentata dal rendere l’analisi un’attività semplice, alla portata di tutti i progettisti, concorrente rispetto alla progettazione ed eseguibile in modo sistematico, per farle assumere il valore di indirizzo consistente alla migliore soluzione lasciando comunque alla verifica finale – caratterizzata da elevati contenuti di sofisticazione per consentirne la migliore aderenza possibile alla realtà – un ruolo non sostituibile, ma con rischi e overhead operativi ridotti al minimo.
Un’altra frontiera è quella legata ai dati che caratterizzano i prototipi virtuali: la loro origine è costituita di norma da assunzioni (es.: le condizioni di sollecitazione), mentre tali dati potrebbero derivare dal prodotto stesso, già operante sul campo, se opportunamente connesso mediante un’infrastruttura IoT – a realizzare la convergenza del prodotto fisico e di quello digitale nel concetto di digital twin.
Rimanendo sulla prima delle due frontiere, le tecnologie che consentono di eseguire analisi in real-time, sviluppate per sfruttare le risorse hardware più avanzate – in particolare quelle dedicate alle performances grafiche dei pc – forniscono oggi la visione immediata dei risultati di un’analisi a seguito di una qualsiasi variazione morfologica apportata al prodotto virtuale idealizzato in un modello CAD 3D.

 

Queste tecnologie sono disponibili e integrate negli strumenti CAD 3D come Creo Parametric di PTC, con il modulo Creo Simulation Live sviluppato con tecnologia Ansys, per la progettazione di componenti da realizzare mediante processi produttivi tradizionali di tipo sottrattivo, cioè con lavorazioni meccaniche che rimuovono materiale dal pieno, o, in altre forme e configurazioni, per la fase di verifica ricorsiva nella progettazione automatica basata sulla geometra generativa, destinata invece alla realizzazione di componenti mediante processi produttivi di tipo additivo/stampa 3D.
I benefici di queste pratiche contribuiscono oggi a fornire la sintesi migliore delle risposte alle sfide inizialmente citate: l’utilizzo sistematico e capillare della simulazione porta a una comprensione anticipata più approfondita delle performances del prodotto e accorcia i tempi della progettazione, consentendo di raggiungere la qualità richiesta più rapidamente, il tutto riducendo al minimo, se non eliminando, la necessità di costruire costosi prototipi fisici.

 

In Dedagroup Business Solutions sappiamo che per integrare questi vantaggi competitivi nei propri processi è necessario innanzitutto inserire le tecnologie CAD/CAE best in class seguendo efficaci piani di implementazione e adozione strettamente correlati ai risultati di business da ottenere, quindi sviluppiamo con i nostri clienti progetti di Industry 4.0 secondo le metodologie opportune e li affianchiamo nella pianificazione delle evoluzioni di medio e lungo periodo.

 

Renato Bocchi
Head of Industry 4.0
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