Risposte tempestive a interrogazioni su scenari ipotetici grazie agli strumenti di simulazione

Cogliere opportunità, fare errori ed esplorare molti percorsi diversi è spesso essenziale per migliorare i progetti. L’innovazione si ottiene garantendo a progettisti e ingegneri il lusso e il tempo di sondare tante differenti opzioni di progettazione. Un chiaro percorso di innovazione può infatti emergere solo dopo aver esplorato tutte le diverse direzioni disponibili. Ciononostante, le programmazioni della produzione, i budget e le date di consegna spesso ostacolano la possibilità di sondare tante opzioni. Nei mercati sempre più globali ed estremamente competitivi di oggi, infatti, il time-to-market resta di primaria importanza. Grazie agli strumenti di analisi e di simulazione, i progettisti possono innovare senza sacrificare il time-to-market e garantire progetti di qualità attraverso test digitali che consentono di ottenere preziose informazioni tecniche fin dalle prime fasi del processo di progettazione. A causa della pressione della concorrenza, la simulazione ingegneristica viene adottata sempre più spesso in tutti i settori come strumento strategico per promuovere l’innovazione e ridurre i costi di sviluppo. Se utilizzato con efficienza e precisione, il software di simulazione può consentire agli ingegneri di prevedere le prestazioni dei prodotti, ottenere informazioni utili, ridurre il rischio di guasti e diminuire costi di produzione, utilizzo di materie prime e sovraprogettazione. Oltre ad assicurare prodotti migliori e di qualità superiore, questo processo può ridurre i costi delle richieste di intervento in garanzia dovute a guasti dei prodotti. Esistono molti diversi tipi di strumenti di simulazione, ma quelli più utilizzati dai progettisti sono il software di analisi agli elementi finiti (FEA, Finite Element Analysis), di fluidodinamica computazionale (CFD, Computational Fluid Dynamics) e di multifisica. Il software FEA consente agli ingegneri di comprendere l’impatto di forze e sollecitazioni tra le parti applicando carichi portanti, pressioni e torsioni alla geometria del modello. Il software CFD consente ai progettisti di studiare il trasferimento di calore per radiazione, convezione e conduzione per comprendere meglio gli effetti dei cambiamenti di temperatura su parti e assiemi. La simulazione multifisica, derivante dall’analisi agli elementi finiti tradizionale, consente a ingegneri e progettisti di creare prototipi virtuali dei progetti con funzionamento in condizioni multifisiche reali o con interazione di più tipi di fisica combinata. Simulando l’interazione tra meccanica strutturale, trasferimento di calore, flusso dei fluidi ed elettromagnetica in un unico ambiente, gli strumenti di simulazione multifisica rappresentano la soluzione ideale per la progettazione meccatronica. Non solo per esperti. Gli strumenti di simulazione venivano un tempo utilizzati esclusivamente da specialisti in camice bianco e ciò rendeva difficoltoso ritrasferire i risultati dell’analisi nel ciclo di progettazione. La collaborazione tra analisti e ingegneri è spesso complicata da conoscenze diverse dei domini, tecniche speciali e linguaggi diversi. Gli analisti pensano in termini di proprietà dei materiali, casi di carico, sollecitazioni e deformazioni. Gli ingegneri, nonostante una formazione accurata, non hanno familiarità con dettagli della meccanica non lineare come frattura, creepage, elasticità e trasformazioni di fase, che sono tutti importanti per l’analisi agli elementi finiti. Integrazione con il CAD. I fornitori si sono impegnati per sviluppare strumenti di simulazione utilizzabili dai progettisti offrendo una stretta integrazione dei propri strumenti con il software CAD, un miglioramento dell’interfaccia utente e un gergo comune agli ingegneri. Gli ingegneri possono importare i modelli CAD direttamente dal software CAD per testare la resistenza, illustrare il movimento ed esplorare la dinamica dei fluidi e il flusso termico intorno e attraverso i prodotti. Anticipare gli imprevisti. Gli strumenti di simulazione consentono agli ingegneri di ottimizzare le prestazioni dei prodotti ed eseguirne la progettazione in modo che siano immuni da variazioni nei parametri, ad esempio in relazione a proprietà dei materiali, quote, condizioni ambientali o anche un utilizzo imprevisto da parte dei clienti. Ottimizzando digitalmente il prodotto prendendo in considerazione qualsiasi possibile problema o variazione accidentale nell’utilizzo, gli ingegneri possono garantire prestazioni ottimali del prodotto. Generazione più efficiente di mesh. La generazione di mesh, ovvero la suddivisione di un modello su computer in porzioni di piccole dimensioni idonee per la simulazione tramite computer, è di importanza critica per ottenere risultati precisi. A una maggiore densità della mesh corrisponde una maggiore precisione della soluzione. Poiché l’analisi di modelli di grandi dimensioni è un’attività estremamente impegnativa a livello di elaborazione, tuttavia, semplificare la geometria rimuovendo feature e così via è diventato il metodo standard di settore per gestire questo problema. Gli strumenti di simulazione offrono ora una generazione di mesh almeno in parte automatizzata, che semplifica notevolmente il processo di preparazione dei dati geometrici per l’analisi. Approccio diretto. I modelli creati con tradizionali strumenti CAD parametrici basati sulla cronologia possono presentare difficoltà di utilizzo con gli strumenti di simulazione. Gli strumenti di modellazione diretta consentono agli utenti di incorporare con maggiore facilità la simulazione nel processo di progettazione grazie alla possibilità di modificare direttamente la geometria, indipendentemente dalla relativa cronologia. Gli strumenti di modellazione diretta, inoltre, semplificano considerevolmente la rimozione di feature dai modelli in preparazione della simulazione. Risultati in tempo reale. Fino a non molto tempo fa, gli analisti impostavano le simulazioni, andavano a casa e trovavano i risultati al ritorno in ufficio il giorno dopo. Grazie a workstation più potenti ma poco costose e a codici di simulazione più avanzati, ciò non si verifica più. Attualmente sono disponibili sul mercato prodotti in grado di eseguire simulazioni in tempo reale, che consentono agli ingegneri di ottenere immediatamente risposta a interrogazioni su scenari ipotetici.

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