L Intervista. ANSYS: simulazione CAE multi-fisica. con Carlo Gomarasca. a cura di Patrizia Mantovani. Dottor Gomarasca, ANSYS compie 40 anni...

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1 L Intervista ANSYS: simulazione CAE multi-fisica con Carlo Gomarasca a cura di Patrizia Mantovani ANSYS Inc., fondata nel 1970, sviluppa e commercializza software di simulazione utilizzati da progettisti e ricercatori nei più diversi ambiti ingegneristici. L azienda si concentra sullo sviluppo di soluzioni CAE aperte e flessibili, che permettono agli utenti di analizzare e verificare i progetti in modo virtuale, offrendo una piattaforma software integrata che assicura uno sviluppo rapido, efficace ed economico dalla prima concezione del prodotto fino alla sua definizione finale. Con sede a Canonsburg, Pennsylvania, U.S.A., ed uffici in 60 paesi, ANSYS Inc. ha un organico di oltre dipendenti che offrono soluzioni software, formazione e supporto, e distribuisce i suoi prodotti anche attraverso una rete di partner in 40 paesi. Di questa realtà ci parlerà più approfonditamente Carlo Gomanasca, Amministratore Delegato di ANSYS Italia. Dottor Gomarasca, ANSYS compie 40 anni... ANSYS è una delle principali aziende che sviluppano software di simulazione in ambito CAE. La sua storia, che risale agli albori di questo settore, è sempre stata caratterizzata dalla costante ricerca di crescita e sviluppo, e questo ha portato ad una lunga serie di innovazioni tecnologiche targate ANSYS. Tra le altre, i software ANSYS sono stati i primi software commerciali in grado di trattare nonlinearità dei materiali e delle geometrie nel 73, i primi a introdurre l analisi parametrica e l ottimizzazione nell 85, i primi a lavorare su griglie non strutturate per la fluidodinamica nel 91 e con calcolo parallelo nel 96, i primi con mesh CFD pienamente deformabili nel Questa forte base tecnologica è sempre stata 6 ATA - Ingegneria dell Autoveicolo

2 premiante. Ancora nel 2008 la crescita è stata del 24% rispetto all anno precedente ed anche la rapida ripresa del valore azionario, a seguito della crisi mondiale dello scorso anno, testimonia l apprezzamento del mercato. D altronde non può essere un caso se le aziende valutate come le più innovative nelle ricerche di mercato si avvalgono dei prodotti ANSYS di analisi CAE. Qual è oggi la situazione della simulazione CAE nella progettazione? L'attuale clima economico ha cambiato radicalmente il modo in cui la simulazione è percepita dalle aziende. Aumentare la prototipazione virtuale per comprimere il processo di sviluppo dei prodotti non è più una scelta, bensì un requisito indispensabile per la sopravvivenza in un contesto sempre più concorrenziale. In ogni settore vediamo che guidare lo sviluppo prodotto attraverso la simulazione è diventata una strategia fondamentale per sviluppare innovazione, ridurre i costi di sviluppo e produzione, accelerare il time to market. Bisogna poi considerare che gli sviluppi software e hardware consentono ai progettisti di analizzare qualsiasi prodotto o sistema in tempi brevi. Se ne può conoscere in anticipo il comportamento e le prestazioni, la risposta alle sollecitazioni meccaniche; termiche, aerodinamiche, elettromagnetiche, ecc. Eventuali problemi nella funzionalità del prodotto vengono così riconosciuti e risolti ancor prima di realizzare prototipi fisici, mentre le idee che vengono collaudate nel mondo virtuale possono essere messe in pratica rapidamente, per rispondere con prontezza alle nuove opportunità di mercato. Un punto fondamentale è che l analisi virtuale permette di visualizzare tutte queste informazioni: vedere, osservare, permette di capire le cause del buono o cattivo comportamento e quindi consente di intervenire immediatamente dove e come serve. Le informazioni ottenute dalla simulazione diventano patrimonio dell azienda, che aumenta la sua competitività e riduce costi e rischi di investimento dei grandi progetti industriali. La simulazione è quindi un elemento chiave per lo sviluppo ed i benefici della sperimentazione virtuale si estendono a molteplici settori, per esempio la tutela ambientale e la sicurezza degli operatori. Come risponde ANSYS a queste esigenze? Già da anni ANSYS ha intrapreso la strada di offrire simulazioni CAE multifisiche. Anche in questo è stata la prima a capire che una prototipazione virtuale completa è ciò di cui hanno veramente bisogno le aziende ed i progettisti. Tutti i progetti e gli impianti sono una realtà in cui convivono aspetti fluidodinamici, termici, strutturali, elettromagnetici. L automobile ne è un esempio perfetto. Una 3ANSYS Workbench è l ambiente di simulazione che permette con semplicità di mettere a punto le simulazioni, visualizzare i risultati e gestire le analisi, anche le più complesse multifisiche, dalla modellazione geometrica all ottimizzazione 3Visualizzazione di temperatura e delle tensioni associate 3Analisi Computational Fluid Dynamics (CFD) di aerodinamica esterna: visualizzazione delle linee di flusso. Il colore qui è legato al valore di velocità Courtesy of Loremot Vol n. 1/2 gennaio-febbraio

3 4Analisi Strutturale FEM - Courtesy of Liebherr 4Analisi CFD di climatizzazione abitacolo in una vettura Ferrari con il software di ANSYS. Ferrari e l'università di Pisa hanno lavorato insieme per definire indici di comfort e per eseguire valutazioni degli aspetti legati al comfort termico 4Modello di un iniettore per l analisi di problemi legati alla cavitazione. simulazione che voglia offrire un effettivo vantaggio progettuale oggi deve essere in grado di trattare adeguatamente tutti questi fenomeni, rimuovendo approssimazioni ed ipotesi, altrimenti non può che essere un analisi approssimata. Per questo ANSYS negli anni scorsi si è mossa sviluppando, ma anche acquisendo, tecnologie di punta, come FLUENT per la fluido dinamica computazionale e ANSOFT per l elettromagnetico e l elettromeccanico. L inserimento delle migliori tecnologie disponibili in una piattaforma software integrata, ANSYS Workbench, è il risultato di questa strategia. In questo modo si ha un prototipo virtuale completo.. Esatto, perché alla base c è la vastissima ampiezza modellistica, che permette agli utilizzatori di analizzare una gamma completa di fenomeni fisici complessi con la massima aderenza alla realtà. I vantaggi offerti da ANSYS non sono solo questi. Workbench è un ambiente di lavoro totalmente parametrico. Gli utenti CAE sanno che questo è un punto tutt altro che banale. Una buona versatilità parametrica richiede algoritmi robusti, in grado di portare a termine analisi anche per variazioni importanti delle combinazioni dei vari parametri, meglio se in batch, cioè senza necessità di intervento e controllo da parte dell utente, ma solo in automatico, così da sfruttare a pieno il tempo macchina 24 ore su 24 e nei fine settimana. L automatizzazione di molti passi manuali ripetitivi compatta il ciclo di progettazione e di analisi di vari giorni o perfino settimane. Perciò abbiamo realizzato un sistema innovativo di gestione del progetto che permette di personalizzare e automatizzare il flusso di lavoro di simulazione con la semplicità delle funzioni copia ed incolla del mouse. A supporto, abbiamo solutori con prestazioni elevate ed avanzate tecnologie di ottimizzazione. Crediamo di aver raggiunto un ottimo livello di robustezza ed affidabilità. Parametrizzazione fa rima con ottimizzazione... L ottimizzazione è il traguardo dell analisi CAE applicata alla progettazione di nuovi prodotti. Per questo offriamo strumenti che determinano la sensibilità delle prestazioni dai parametri, come le condizioni operative od i parametri geometrici, e stru- 8 ATA - Ingegneria dell Autoveicolo

4 menti che estrapolano le soluzioni in grado di ottimizzare le prestazioni richieste. In questo modo, da un lato il progettista ha la soluzione pronta, dall altro dispone delle informazioni che gli consentono una conoscenza più approfondita e che gli possono suggerire nuovi spunti progettuali. Questi strumenti valorizzano le capacità ed il lavoro dei membri dei team di progettazione, perché consentono di lavorare in modo più efficiente e di convergere rapidamente sui design migliori. Gli ingegneri possono concentrarsi sulla progettazione e poi sull industrializzazione, senza impegnare tempo, e denaro, in numerosi test e sperimentazioni in laboratorio. Nell analisi CAE la modellazione geometrica e la costruzione della griglia di calcolo sono passaggi storicamente molto delicati. Quale è lo stato attuale della soluzione ANSYS? Sul fronte della modellazione geometrica proponiamo un nostro modellatore geometrico, oppure l interfaccia con i CAD. Offriamo interfacce associative bi-direzionali con tutti i CAD 3D di maggior diffusione, che consentono di usare il proprio CAD come pre-processore per l analisi CAE. La scelta dipende dalla realtà aziendale, che analizziamo con i clienti per proporre la soluzione più adeguata alle loro esigenze. Per quanto riguarda le griglie, l acquisizione di tante tecnologie ha dato ad ANSYS gli strumenti per realizzare un meshatore completo: robusto, versatile, efficiente. Lo paragonerei ad un coltellino svizzero, con tante lame, ciascuna adatta alla tipologia geometrica e fisica in esame. Una buona modellazione geometrica ed una buona griglia rimangono importanti ed importante rimane l attenzione richiesta all utilizzatore, ma gli strumenti dell attuale versione di ANSYS danno senz altro un aiuto notevole. Tornando alle analisi multi-fisiche, possono essere gestite da un solo utente? Parlando di fisiche complesse, spesso la progettazione coinvolge un buon numero di persone e genera notevoli moli di dati che devono essere condivisi. ANSYS Workbench di fatto è un sistema integrato di gestione dei progetti che consente ai team di ingegneri di collabora- 3Simulazione delle prestazioni di un antenna 3Esempio di analisi elettromagnetica di un circuito elettronico. Vol n. 1/2 gennaio-febbraio

5 4Il software ANSYS Simplorer è dedicato alla progettazione di sistemi meccatronici e multi-dominio, frequenti in campo auto motive e aerospace, così che gli ingegneri possano considerare nella progettazione le interazioni tra sistemi elettronici, meccanici e di controllo 4Prototipazione virtuale del processo di estrusione di una guarnizione in gomma: distribuzione di pressione sullo stampo, tensioni interne e deformazione dell estruso. re più facilmente, senza gli ostacoli legati tradizionalmente all utilizzo di software diversi. All'interno di un unico progetto di simulazione, più ingegneri possono lavorare ciascuno sul tema di propria competenza, e coordinare insieme simulazioni multi-fisiche. A questo affianchiamo ANSYS Knowledge Engineering Manager (EKM), software per consentire ai progettisti di gestire flussi di lavoro di analisi particolarmente articolati per gruppi di progettazione diversi, ma anche archiviazioni, recupero dei dati, template di report. In questo senso, sia che si tratti di un unico ingegnere che di un gruppo di lavoro, si garantisce una totale omogeneità delle informazioni. Quali sono le applicazioni CAE nel mondo dell automobile e dei veicoli in genere? Spesso la prima a cui si pensa è l aerodinamica esterna, ma la verità è che ogni singolo componente dell automobile, meccanico, elettronico, componentistico..., è un ottimo candidato ad una progettazione migliore grazie all analisi CAE. Il settore Automotive sta affrontando un momento cruciale: oltre al contesto finanziario, i costruttori ed i loro fornitori devono considerare la richiesta di una sempre maggior efficienza del veicolo, che, passando da sicurezza, piacere di guida, comfort e consumi, coinvolge ogni singolo dettaglio del veicolo; perciò, le applicazioni per gli strumenti ANSYS sono vastissime. Non a caso ANSYS organizza dal 2003, con cadenza biennale, una conferenza di due giorni a loro interamente dedicata (EASC European Automotive Simulation Conference). Lo scorso luglio i lavori presentati sono stati una quarantina, con interventi anche da Stati Uniti e Giappone, ed i temi hanno spaziato dal powertrain all elettro- nico, dai sistemi propulsivi al manufacturing. In questo senso l assoluta generalità dei modelli matematici implementati è senz altro un punto di forza di ANSYS. Cosa ci può dire dell investimento su strumenti CAE di questo tipo? Come dicevo, avvalersi della simulazione per lo sviluppo dei prodotti si è dimostrata una strategia indispensabile per realizzare soluzioni più innovative, ridurre i costi di produzione e sviluppo ed accelerare il time to market. Le esigenze specifiche dei nostri clienti sono però molto diverse. Al giorno d oggi i nostri software vengono utilizzati non solo da centri di ricerca ed università, e nemmeno solo da grosse aziende. Non sono più considerati strumenti di ricerca e sviluppo, ma strumenti di progettazione. Perciò vengono utilizzati anche da aziende medie e piccole, il cui denominatore comune è il contenuto tecnologico e l innovazione. Per questo il nostro portafoglio d offerta è ampio e versatile, così da poter ritagliare la soluzione su misura per ogni cliente. Si può cominciare con un investimento contenuto, poi crescere man mano, di pari passo con l aumento delle esigenze, la formazione di maggiori competenze. Anche dal punto di vista hard ware, bisogna considerare che il pacchetto ANSYS completo può girare già su un portatile acquistabile in un qualunque centro commerciale, oppure, all estremo opposto, eseguire calcoli estremamente onerosi in parallelo su centinaia o migliaia di processori. A questo proposito, mi fa piacere ricordare che la prima analisi al mondo con oltre un miliardo di celle (solutore FLUENT) è stata ese- 10 ATA - Ingegneria dell Autoveicolo

6 guita proprio qui in Italia, al CILEA di Milano, nell estate del L Italia appunto... ANSYS è presente in Italia con uffici a Milano e a Roma. La presenza diretta è importante per poter offrire localmente il miglior livello di formazione e supporto tecnico. Le tecnologie FEM, CFD, sono tecnologie sofisticate, perché affrontano problemi di natura complessa, perciò è importante poter lavorare insieme al cliente supportandolo nelle scelte metodologiche e nell utilizzo più efficace dei nostri prodotti. Inoltre, ANSYS Italia è affiancata nella commercializzazione del prodotto dalla società di ingegneria EnginSoft. In totale, con più di cinquanta ingegneri, possiamo dire che ANSYS è la società che garantisce il miglior supporto anche a livello locale. C è poi da dire che anche nel CAE ritroviamo caratteristiche comuni ad altri ambiti: eccellenze che a volte riescono a compensare disponibilità non larghissime. L interesse è sempre alto; lo testimonia, ad esempio, il successo che ogni anno riscontra la conferenza italiana di ANSYS e EnginSoft. Lo scorso ottobre i partecipanti sono stati circa 400, dal mondo dell industria e della ricerca, con 4 sessioni parallele e 48 presentazioni di clienti: numeri paragonabili a quelli di paesi come Francia o Germania, dove il mercato è più sviluppato. La presenza locale di ANSYS è importante anche per questo, per rispondere a questo grande interesse e per far conoscere le competenze esistenti. Ad esempio, nel 2008 abbiamo organizzato anche giornate a tema sulle applicazioni per l industria navale, per la progettazione di turbomacchine, per le energie rinnovabili, con presentazioni delle nostre soluzioni e con relazioni di clienti sulle loro esperienze. Un messaggio conclusivo.. In ANSYS abbiamo sempre creduto che la simulazione per l'ingegneria è un investimento più che valido, e questo oggi sta emergendo chiaramente in molte realtà. Comprendiamo la pressione su tempi e costi con cui lavorano i nostri clienti. I nostri software sono pensati proprio per aiutarli a far fronte a queste sfide, per dar loro uno strumento che offra realmente l opportunità di creare prodotti di qualità superiore, più innovativi, in modo più veloce e ad un costo inferiore, con una probabilità di successo di mercato molto più elevata. Tuttavia, come sempre in passato, consideriamo la versione attuale non un punto d arrivo, ma solo una tappa nel continuo lavoro di evoluzione e sviluppo dei nostri prodotti. 3Gli strumenti ANYS di preprocessing e meshatura consentono di trattare geometrie anche complesse e ricche di dettagli e di generare griglie adeguate ad una soluzione accurata.. Chi è Carlo Gomarasca Nato nell Hinterland Milanese nel 1959, si laurea presso l università di Milano alla facoltà di Fisica. Inizia la sua carriera in una società di sviluppo software per poi passare, già nel 1987, all attività commerciale in Apollo Computer. Sempre nell ambito commerciale ricopre incarichi di sempre maggior responsabilità in Aziende Software leader di settore come Mentor Graphics, PTC, Tecnomatix. Nel 1999 entra in ANSYS ricoprendo la responsabilità vendite del mercato Italiano e Spagnolo per diventare nel 2007 Amministratore Delegato di ANSYS Italia. Vol n. 1/2 gennaio-febbraio

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