Analisi della progettazione tecnica basata su modelli

Il processo di sviluppo prodotto è cambiato in modo drastico dall’avvento dei software CAD 3D moderni, parametrici e basati su feature. Il modello 3D rappresenta oggi un tipo di proprietà intellettuale di particolare valore in quanto in grado di fornire informazioni utili a chiunque sia coinvolto nei processi di creazione, produzione e supporto dei prodotti odierni.

Questo modello 3D viene costantemente utilizzato anche durante lo sviluppo e il ciclo di vita del prodotto, dalle fasi di progettazione e produzione, alla documentazione del prodotto, vendita e marketing, assistenza e supporto. Grazie a un nuovo approccio allo sviluppo prodotto è possibile fare un ulteriore passo avanti.

Il concetto di progettazione tecnica basata su modelli (Model-Based Engineering, MBE) impiega un “modello master” digitale (non necessariamente CAD) da cui è possibile derivare tutte le attività a valle per creare il prodotto finale.

In questo contesto, la “progettazione” si riduce semplicemente alla creazione di geometria, mentre la “progettazione tecnica” consiste nell’utilizzo di regole basate sulla fisica per sviluppare nuovi prodotti.

Raggiungimento dell’obiettivo
In che modo è possibile conseguire questo obiettivo e in che cosa differisce dagli approcci tradizionali di sviluppo prodotto? In primo luogo, il modello master può variare in termini di ambito e configurazione, a seconda della natura del problema da risolvere. Un modello di prodotto MBE, oltre alla geometria, o dati CAD, contiene anche informazioni aggiuntive necessarie per le fasi di produzione e assistenza.

Tali informazioni possono comprendere quote e tolleranze geometriche (Q&T), specifiche di materiali, distinte base, specifiche di processi e dati di verifica. In base all’approccio MBE, gli ingegneri dovranno modellare e simulare la configurazione di un intero sistema operativo per poterne comprendere appieno il comportamento, che si tratti di una macchina o di un meccanismo.

Un vantaggio di questo approccio consiste nel fatto che l’integrazione di modelli di progettazione tecnica in un ambiente MBE consente di individuare eventuali problemi di prestazioni in fase di progettazione, non appena si presentano.

Secondo i sostenitori, questo approccio consente di eliminare la necessità di prototipi fisici (un collo di bottiglia dispendioso in termini di tempo e denaro nel processo tradizionale di sviluppo prodotto) e permette agli ingegneri di eseguire tutte le simulazioni e iterazioni necessarie a ottenere il progetto ottimale. I modelli di progettazione vengono integrati ai livelli di fedeltà appropriati nelle discipline di progettazione (CAD meccanico, strutture, prestazioni, costi, affidabilità, modelli termici e così via).

Le società iniziano già a vedere i risultati in termini di produttività derivanti dall’implementazione dell’approccio MBE allo sviluppo prodotto. Uno studio condotto da Aberdeen Group ha documentato significativi risparmi in termini di costi e tempo confrontando i risultati ottenuti con le tecniche basate su modelli rispetto alle procedure convenzionali di progettazione. Nel processo di gestione delle modifiche in fase di progettazione tecnica, il risparmio e la compressione dei tempi sono quintuplicati.

Il progetto MBE pubblico mira a migliorare gli sforzi di produzione negli Stati Uniti
I laboratori di progettazione tecnica del National Institute of Standards and Technology (NIST) sono al lavoro su un progetto che consentirà di migliorare gli sforzi dei produttori statunitensi al fine di implementare l’approccio MBE nello sviluppo prodotto. L’obiettivo del progetto di progettazione tecnica basata su modelli consiste nel rimuovere le barriere tecniche che impediscono l’integrazione di più applicazioni di progettazione coinvolte nei processi di progettazione, produzione e verifica di prodotti all’interno della rete di produzione.

L’elemento cardine del processo MBE è che i dati vengono creati una sola volta per poi essere direttamente riutilizzati in base alle esigenze nell’ambito del processo di sviluppo prodotto. Il progetto applicherà tecniche di modellazione formali per colmare le lacune negli standard esistenti per la rappresentazione e lo scambio di questi modelli.

Svilupperà nuovi metodi di test per garantire che le informazioni estratte dai modelli siano fedeli alla fonte originale e soddisfino i requisiti di tutti i processi a valle. Il progetto analizzerà in dettaglio nuovi materiali (compositi), processi di produzione (produzione additiva) e processi di verifica (scansione ottica), che hanno generato nuovi requisiti per gli standard e la scienza delle misurazioni.

Sebbene gli approcci MBE possano esulare dall’ambito delle esigenze di molti produttori di oggi, garantiscono una serie di nuove funzionalità in fase di sviluppo che agevoleranno in maniera significativa l’integrazione delle varie discipline coinvolte nella creazione, nello sviluppo e nella produzione dei prodotti attuali sempre più complessi.

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