In un mercato caratterizzato da una competizione. IL CAE fattore critico di successo per continuare a competere. Di Massimo Fucci

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1 Di Massimo Fucci IL CAE fattore critico di successo per continuare a competere In un mercato caratterizzato da una competizione sempre più serrata, le aziende manifatturiere devono concentrarsi sul ciclo di sviluppo prodotto, al fine di renderlo più efficiente in tutte le sue fasi. È ormai opinione consolidata che per incrementare i benefici delle tecnologie CAx (Computer Aided) acquisite, va posta maggiore attenzione alla fase iniziale di sviluppo del progetto. L obiettivo è di realizzare un buon prodotto direttamente al primo rilascio, in modo da riuscire, dove possibile, a eliminare oppure a ridurre al minimo la realizzazione di un prototipo fisico. In questo caso la simulazione, e quindi le applicazioni CAE (Computer Aided Engineering), rappresentano un vero e proprio fattore critico di successo. L uso efficace della simulazione digitale consente ai progettisti di comprendere, prevedere e migliorare la fruibilità dei prodotti direttamente in maniera digitale. La simulazione consente di studiare diverse alternative di realizzazione e, pertanto, di ridurre i costi diretti associati ai prototipi fisici. Un analisi dell offerta CAE nel mercato italiano realizzata, da Pentaconsulting ( mostra la presenza dei tradizionali fornitori di soluzioni CAD affiancati dai produttori di codici di calcolo e di moduli applicativi verticali sia in modalità stand alone, e/o come plug-in di applicazioni CAD. Lo studio ha evidenziato una crescita a due cifre anno su anno delle soluzioni CAE: un valore ancora ben lungi dal poter essere considerato saturo; le licenze installate, inoltre, non vengono 4

2 speciale CAE COMSOL ancora sfruttate nel pieno delle loro funzionalità. La situazione evidenziata è frutto di una serie di circostanze ascrivibili al 50% all azienda utilizzatrice e al 50% al fornitore della soluzione CAE. L azienda utilizzatrice troppo spesso non pianifica una corretta introduzione di nuovi strumenti, in quanto si è consolidata l abitudine di non programmare una fase di formazione e addestramento all uso. Purtroppo si pensa, sbagliando, che il periodo di formazione sia tempo perso, poiché viene sottratto a quello dedicato all attività di progettazione, anche se, in realtà, facendo bene i conti, fa risparmiare tempo e contemporaneamente incrementa la qualità di quanto realizzato. Anche il fornitore non è immune da colpe poiché in genere è un rivenditore con buone competenze nella messa a regime di soluzioni CAD, ma nella maggior parte dei casi non è adeguatamente preparato all implementazione di applicazioni CAE, nel senso che difficilmente uno strutturista è presente tra i collaboratori del rivenditore. Al massimo si supportano le funzionalità del programma, non la metodologia di simulazione e verifica. Le aziende utenti dovrebbero, quindi, utilizzare come criterio di scelta del fornitore anche la professionalità tecnica in merito alla fornitura CAE. Le best practice per un utilizzo efficace di una soluzione CAE recitano che il progettista stesso deve essere in grado di padroneggiare di per sé, metodi e software per la simulazione. Solo se si supera una certa soglia di criticità (parti per motore di aereo, per impianti nucleari ecc.), deve essere effettuata anche una verifica con l esperto del settore specifico. Il mercato offre una vasta gamma di soluzioni in grado di soddisfare le diverse esigenze di calcolo e simulazione necessarie alla realizzazione di prodotti: dall analisi meccanica di resistenza e sforzo, alla mappatura della distribuzione termica di una scheda e/o di un apparato per comprenderne gli ambiti di funzionamento, oppure alla verifica di cinematismi. Il gruppo di fornitori vede la presenza di brand che hanno una matrice storica di software-editor nei diversi ambiti che gravitano all interno del processo di sviluppo prodotto e aziende specializzate nel calcolo e nella simulazione. Il tutto in un contesto in cui le applicazioni spaziano dall ambito strutturale a quello tecnico, fino ad arrivare a comprendere il cosiddetto ambiente multifisico. In quest ottica l architettura modulare di Comsol Multiphysics permette la modellazione mediante moduli dedicati ad aspetti fisici specifici, strumenti di modellazione ausiliari (librerie di materiali, ottimizzazione e analisi di sensitività), interfacce a prodotti CAD (connettività bidirezionale con Pro/Engineer, Autodesk Inventor, SolidWorks e Matlab), solutori ed elementi finiti formulati per studi specifici. Gli ambiti d uso del software sono molteplici e tra le diverse discipline coinvolte si possono citare acustica, ingegneria chimica, geomeccanica, flussi in mezzi porosi, elettromagnetismo in bassa e alta frequenza, fluidodinamica, trasporto di calore (per conduzione, convezione e irraggiamento), meccanica strutturale e tutte le loro combinazioni lineari. Uno dei benefici principali dell architettura modulare proposta da Comsol, che interessa tanto i progettisti-analisti quanto i di- 5

3 speciale CAE rettori tecnici è la modularità di adozione. Infatti chi è interessato sia ai moduli per l analisi strutturale sia ai moduli per l analisi termica può iniziare con un investimento contenuto utilizzando, e quindi acquistando, quello tra i due che al momento rappresenta la priorità e, in seguito, procedere con l acquisto di altri moduli e l ampliamento dell attività di modellazione tipicamente svolta. In Valerio Marra, Marketing Manager, COMSOL questo contesto COMSOL Multiphysics sottolinea Valerio Marra, Marketing Manager, Comsol ( - è l ambiente di modellazione e di simulazione degli elementi finiti che, all interno dello stesso applicativo, permette agli utenti la creazione della geometria, della griglia di calcolo, l impostazione delle fisiche presenti nel modello, la sua soluzione e il post-processing dei risultati. Funzionalità che consentono di includere diversi aspetti fisici in un unico modello. Anche per Dassault Systémes l approccio Multifisico rappresenta la massima espressione della disciplina di simulazione, dedicata anche ad aziende strutturate per conoscenza e tipologia di prodotto. La nostra offerta per il mercato CAE afferma Gianluca Gonella, PLM Channel Europe South Managing Director - Dassault Systèmes Italia ( - è da sempre contraddistinta da una grande granularità delle soluzioni, un approccio modulare destinato a diverse tipologie di utenze: dal calcolo ad elementi finiti per componenti ed assemblaggi destinato a progettisti che non siano specificatamente degli esperti di analisi strutturale sino alla soluzione di problematiche in ambito Multifisico per le aziende che considerano la simulazione realistica un tassello fondamentale per la realizzazione di prodotti innovativi e competitivi. La seconda peculiarità dell offerta Dassault Systèmes è l integrazione delle varie tipologie di analisi (lineare, non lineare, termica, dinamica) con il progetto. In questo modo si è sicuri che alla modifica Gianluca Gonella, PLM Channel di una parte dello stesso si Europe South Managing Director - modificano automaticamente le verifiche ad esso Dassault Systèmes Italia associate. Le soluzioni V6R 2011 per Simulia comprendono sia la linea di prodotti Design Isight, Structure Thermal e Structure Plus, sia prodotti per la gestione del ciclo di vita della simulazione, come Scenario Definition. Structure Plus, in particolare, integra le tecnologie Abaqus e può essere considerato come un estensione diretta delle funzionalità di progettazione contenute in Catia V6. Scenario Definition, invece, basato sull infrastruttura Enovia V6 che offre l accesso immediato alle informazioni generate/necessarie al processo di analisi, simulazione e Simulation Review, un estensione delle funzionalità di 3D live per la ricerca e la navigazione in 3D di tutte le simulazioni effettuate su di un componente, ma anche su di un intero insieme. Tra le caratteristiche di un buon software per la simulazione ci sono la robustezza dei solutori, la capacità di accoppiare più fisiche, il numero di modelli implementati. Le prestazioni del software sono ovviamente fondamentali per poter davvero basare lo sviluppo di prodotto sul CAE, ma spesso si tralascia DASSAULT SYSÉMES DASSAULT SYSTÉMES 6

4 un aspetto fondamentale che è la capacità del software stesso di aumentare la produttività dell azienda e delle persone più qualificate al suo interno. Una prima valutazione afferma Paolo Colombo Responsabile Marketing di Ansys in Italia ( com) riguarda il costo del personale che si occupa di simulazione. Per gestire questi software, è necessario un utente preparato, Paolo Colombo Responsabile Marketing di Ansys in Italia quasi sempre un ingegnere che conosce le basi del calcolo strutturale, fluidodinamico o elettromagnetico. Ovviamente le conoscenze possono essere più o meno profonde a seconda dell applicazione che si analizza, ma la risorsa tecnica non è un giovane inesperto e di conseguenza rappresenta per l azienda un investimento il cui costo, nel tempo, incide ben oltre quello del software e dell hardware. Per questo ANSYS Workbench intende velocizzare il più possibile le operazioni di setup, lasciando così all ingegnere più tempo per lavorare sui risultati dell analisi, la fase in cui porta il grande valore aggiunto delle sue competenze. Diverse le situazioni in cui si richiede esperienza ed una soluzione CAE flessibile - stigmatizza l Ing. Francesco Palloni, Business Development Manager di SmartCAE ( com) prendiamo il caso di Puro srl, azienda che ci ha interpellato per trovare una soluzione al problema della simulazione del processo di sterilizzazione all interno di un reattore con lampade a ultravioletti. Da una collaborazione che ha coinvolto anche il l Ing. Francesco Palloni, Business Development Manager di SmartCAE gruppo di lavoro dell Università di Parma che si occupa di impianti industriali, guidato dal Prof. Roberto Montanari, è nato il software UVdose: un ambiente che consente l accoppiamento tra la simulazione fluidodinamica CFD e il calcolo dell effetto sterilizzante dei raggi ultravioletti, per il quale SmartCAE ha sviluppato un opportuno codice di calcolo mediante ray-tracing. Puro srl ha ora a disposizione uno strumento per prevedere in ambiente virtuale le prestazioni del proprio prodotto. Questo approccio CAE-driven ha consentito al cliente una decisa riduzione dei tempi di sviluppo del prodotto e la possibilità di mettere in produzione soltanto quei reattori che siano in grado di soddisfare i requisiti di progetto. Gli strumenti dedicati alla simulazione sono parte integrante dell offerta di prodotti/moduli a corredo dell offerta MCAD, di PTC. Con l annuncio di Creo evidenzia Fabrizio Ferro Director, Technical Sales & Business Development ( - si è fatto un passo avanti per quanto riguarda la disponibilità delle funzionalità di simulazione, non solo nell ambito dell offerta ex Pro/Engineer (ora Creo Elements/Pro, ma anche nell ambito dell offerta ex CoCreate (ora Creo Elements/Direct). Questo rappresenta uno dei tanti ambiti nei quali le due soluzioni, una volta separate, stanno convergendo. Da Fabrizio Ferro Director, Technical oggi quindi esiste la possibilità di effettuare calcoli Sales & Business Development strutturali sia utilizzando modelli Creo Elements/Direct sia modelli Creo Elements/Pro. In questo modo anche gli utenti che usano questo paradigma di modellazione saranno in grado di beneficiare delle funzionalità di simulazione strutturale e termica abbinate al generatore di mesh a elementi geometrici proprio di Mechanica. La sfida di proporsi sul mercato con prodotti che possano coadiuvare l eccellenza delle prestazioni con costi competitivi non può essere intrapresa senza un efficiente ed efficace ingegneria aziendale. La progettazione deve essere in grado di prevedere le performance del prodotto, mediando tra requisiti spesso in conflitto tra loro - Gian Luca Sacco, Marketing Director South Europe di Siemens Industry Software ( automation.siemens.com) la soluzione CAE di NX è un tutt uno con l ambiente di progettazione CAD, aspetto molto importante sia per quelle che sono le funzionalità disponibili, sia perché elimina il gap storicamente presente tra team diversi dell azienda. La gestione delle modifiche funzionali alle analisi Gian Luca Sacco, Marketing è esempio di come una Director South Europe di Siemens soluzione integrata possa Industry Software ridurre i tempi di progettazione migliorando la qualità dei prodotti. I tool CAE tradizionali in genere- non riescono a gestire modifiche CAD, specie su geometrie complesse; spesso quindi gli 8

5 speciale CAE Siemens PLM Software, un offerta a differenti livelli in grado di soddisfare le diverse esigenze di simulazione e verifica, indipendentemente dalla dimensione dell azienda e dal settore in cui opera. Le applicazioni di simulazione dei prodotti NX includono la simulazione dinamica, l analisi lineare, la valutazione delle prestazioni a livello di sistema e l analisi di risposta in frequenza, la durata a fatica, la fluidodinamica e l analisi strutturale in ambito multi-fisico per una simulazione completa delle prestazioni funzionali. Una gamma completa di funzionalità lineari e non lineari. Per risolvere sia problemi di natura statica, sia problemi di carattere dinamico. Il software NX Nastran fa parte della suite NX, la soluzione integrata di progettazione, produzione e ingegnerizzazione a computer (CAD/CAM/CAE) di Siemens PLM Software. Femap, disponibile stand-alone è indipendente dal CAD e al contempo sfrutta il kernel di modellazione software Siemens Parasolid, o insieme a NX Nastran, in questo caso corredato da moduli aggiuntivi. Solid Edge Simulation è una soluzione di simulazione incapsulata nel sistema 3D CAD Solid Edge che offre una procedura guidata per l analisi dei componenti in lamiera, solidi e assiemi. 9

6 speciale CAE PTC SIEMENS analisti sono costretti a rimandare le modifi che ai progettisti con conseguente aumento dei tempi. La tecnologia sincrona di NX - continua Sacco - consente di apportare modifi che CAD direttamente nelle zone interessate. L integrazione poi garantisce l automatico aggiornamento di tutto il modello FEM (Mesh, Carichi e Vincoli) permettendo notevoli riduzioni dei tempi per la valutazione di soluzioni alternative. L ambiente di progettazione e analisi di NX ha già dimostrato di poter ridurre drasticamente il tempo impiegato dai tecnici per validare le prestazioni del prodotto nelle varie fasi di evoluzione del progetto. La nuova release di NX - conclude Sacco - fornisce ulteriori funzionalità in tre direzioni: una migliore integrazione con la progettazione del prodotto, un ulteriore consolidamento del solutore multifi sico e nuove soluzioni che mettono in relazione i diversi modelli di simulazione digitali con i dati misurati in fase di test. Le aziende operanti nel settore dei prodotti di consumo, in particolare, hanno necessità di sviluppare prodotti in un arco di tempo sempre più ristretto; inoltre devono operare in un mondo in cui la progettazione di prodotti in materiale plastico risulta molto più complessa rispetto a quelle in metallo, poichè bisogna tenere in considerazione diversi fenomeni che ne infl uenzano le proprietà. In funzione del processo di trasformazione, ad esempio, si possono indurre stress sul materiale, riducendone la soglia di resistenza. Per gestire in maniera ottimale entrambi gli ambienti, le versioni 2012 del software Autodesk ( per la progettazione e l ingegneria 3D dedicati al settore manifatturiero, ora includono la nuova Autodesk Product Design Suite sviluppata per agevolare l implementazione delle soluzioni per la progettazione, la simulazione e la SIEMENS 10

7 visualizzazione. La gamma di soluzioni proposte da Autodesk per il Digital Prototyping consente alle aziende di progettare e realizzare prodotti di buona qualità, ma con una particolare attenzione rivolta alla eco-sostenibilità. L integrazione fra le funzionalità di progettazione meccanica 3D offerte da Autodesk Inventor e i software Autodesk nel campo della visualizzazione e della simulazione permette di affrontare e risolvere problematiche più complesse - sottolinea Robert Buzz Kross, senior vice president, Manufacturing Industry Group di Autodesk Infatti i nostri clienti hanno la necessità di realizzare prodotti di qualità in modo più efficiente, con l adozione delle nuove suite il processo di implementazione del workflow per il Digital Prototyping viene notevolmente semplificato. In quest ottica, l offerta Autodesk in ambito CAE viene sì aggiornata ma anche asservita a una logica di integrazione; sono stati inseriti inoltre una serie di miglioramenti delle funzionalità software. In particolare, Autodesk Simulation Robert Buzz Kross, senior vice president, Manufacturing Industry Group 2012, precedentemente noto come Autodesk Algor di Autodesk Simulation, presenta una nuova interfaccia utente e una completa integrazione con Autodesk Vault, con nuove funzionalità per la gestione delle revisioni. Autodesk Moldflow 2012 introduce la simulazione in tempo reale dello stampaggio a iniezione, consentendo di valutare in una frazione di secondo rispetto ai tempi richiesti da una simulazione standard, le diverse alternative di progettazione delle parti in plastica; il tutto in un ambiente integrato con la suite Inventor che ora è in grado di evidenziare e controllare i risultati della simulazione effettuata con MoldFlow. Un ulteriore contributo alla produttività in generale, viene fornito dalla possibilità di rilasciare contenuti in formati standard o standard de facto, come il DWG che rappresenta una comoda ipotesi di interscambio dati e la generazione dei report a seguito delle attività di analisi e simulazione in formato RTF, affinché possano essere riutilizzati direttamente dagli utenti con un qualsiasi programma di gestione testi. Le soluzioni CAE storicamente sono state adottate dalle aziende dei settori aeronautico e automobilistico e destinate a un uso da parte di esperti strutturisti; nel tempo sono diventate comuni e accessibili ad aziende di tutte le dimensioni e a progettisti che non vantino un background specifico nel calcolo ad elementi finiti. La semplicità dell interfaccia delle applicazioni e il ridimensionamento dei costi fanno sì che queste soluzioni possano essere disponibili per un mercato più ampio ed eterogeneo. E oramai riconosciuto che la simulazione in un ambiente collaborativo è fondamentale per ridurre il time-to-market e massimizzare le esperienze pregresse. Prodotti di successo possono essere lanciati in tempi ridotti anche grazie all uso intensivo di queste discipline. E noto che i 12

8 speciale CAE software CAE commerciali sono in grado di affrontare problemi generali. E altrettanto noto che ogni cliente cerca nel software CAE la soluzione al proprio problema specifico. Quando il software non è in grado di adempiere completamente al compito previsto, occorre sviluppare delle personalizzazioni. Le personalizzazioni possono diventare veri e propri moduli di analisi customer-driven sviluppati su specifica del singolo cliente e resi disponibili come plug-in o moduli esterni. In conclusione, progettare e simulare sono oramai fasi inscindibili per le aziende che intendono continuare a competere. DASSAULT SYSTÉMES 13