Guidare i progetti con strumenti di simulazione

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L’idea dell’ottimizzazione della progettazione è nata inizialmente in laboratori universitari e gruppi di specialisti nei settori automotive e aeronautico. Oggi, tuttavia, è passata dai laboratori di ricerca alla progettazione di prodotti mainstream e ingegneri e progettisti utilizzano sempre più spesso strumenti di simulazione per guidare le proprie scelte progettuali.

Mentre le tecniche di analisi convenzionali utilizzano un prodotto o un concetto preesistente e prevedono le prestazioni, l’ottimizzazione della progettazione inverte tale processo. Stabilisce la soluzione migliore per il progetto e determina i valori ottimali per i parametri di definizione in base a un insieme di metriche delle prestazioni definite dai requisiti.

Per un corretto funzionamento, è importante che i risultati delle analisi siano precisi e che la definizione delle feature geometriche del modello sia sufficientemente flessibile. Nonostante la spinta del settore verso un miglioramento della tecnologia di ottimizzazione, è necessario superare ancora diversi ostacoli prima che l’ottimizzazione della progettazione venga ampiamente adottata dagli utenti reali.

Poiché per ottimizzare i progetti vengono oggi utilizzati strumenti di simulazione, tuttavia, esaminiamo come consentono alle aziende di migliorare i progetti e ottenerne una più rapida introduzione sul mercato.

Utilizzo dell’analisi nella progettazione di prodotti
Il passaggio degli strumenti di simulazione dall’utilizzo per la convalida dei prodotti a parte essenziale della progettazione iniziale richiede un nuovo paradigma comprendente processi modificati, nuovi strumenti e una nuova mentalità degli ingegneri.

Gli strumenti di simulazione offrono agli ingegneri la possibilità di prendere decisioni migliori per progettare prodotti di qualità superiore con maggiore rapidità e costi inferiori. Nel corso del ciclo dei progetti, viene completata una sequenza di decisioni e adeguamenti affinché il progetto proceda nella direzione giusta. Calcoli, prototipi e analisi sono tutti strumenti che forniscono indicazioni agli ingegneri man mano che il progetto procede nel ciclo di progettazione.

La maggior parte delle geometrie di prodotto è troppo complessa per calcoli manuali e i prototipi fisici sono costosi e vengono realizzati in fasi troppo avanzate del ciclo per essere utilizzati per l’ottimizzazione iniziale dei progetti. Di conseguenza, le tecniche di analisi come l’analisi agli elementi finiti (FEA, Finite Element Analysis) si rivelano più utili agli ingegneri per esplorare rapidamente le varianti dei progetti fino a ottenere progetti realmente ottimizzati.

L’integrazione di CAD e FEA consente agli ingegneri di testare le idee, adeguare i progetti, esplorare e verificare affinché i progetti procedano nella direzione giusta, riducendo al minimo il rischio di portare avanti progetti difettosi fino a quando le modifiche sono più costose. In altri termini, l’analisi integrata nella progettazione consente ai team di progettazione di esplorare più varianti dei progetti in meno tempo.

Adattamento della cultura di progettazione per ottimizzare i vantaggi
In realtà, nella maggior parte delle aziende gli strumenti FEA sono complessivamente sottoutilizzati. In base alle stime di Dennis Nagy, esperto di settore per l’analisi agli elementi finiti, le aziende utilizzano solo il 10-15% delle funzionalità del software CAE già acquistato. Il problema è forse più culturale che tecnologico.

Molti responsabili della progettazione tecnica non hanno imposto o consentito un cambiamento del processo che sfrutti la simulazione. Per ottimizzare realmente l’investimento effettuato in strumenti di analisi, le aziende devono smettere di diffondere l’idea che la simulazione non possa guidare i progetti ma solo convalidarli. Senza un cambiamento del processo, i progetti convalidati digitalmente sono gli stessi che sarebbero stati convalidati tramite prototipi fisici. Qual è pertanto il valore aggiunto?

È inoltre opportuna una migliore formazione degli utenti. Gli utenti devono comprendere meglio il significato dei risultati della simulazione, in relazione al progetto o alla qualità della simulazione. Una formazione aggiuntiva su proprietà di input, proprietà dei materiali e meccanismi di errore consentirà agli utenti di prendere decisioni migliori e approfondire la ricerca per trovare la configurazione ottimale.

Ai fini della democratizzazione della simulazione sarà necessario che gli strumenti di simulazione siano a disposizione degli ingegneri all’interno del software CAD nonché strettamente integrati con sistemi di automazione dei processi. È essenziale che l’ottimizzazione della progettazione abbia luogo nelle prime fasi del ciclo di progettazione, quando è ancora possibile apportare modifiche senza rielaborazioni estese, perdite di tempo del ciclo o spese significative.

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