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I Vantaggi della CAE per lo Sviluppo del Prodotto

    Introduzione

    Lo sviluppo di prodotto è di fondamentale importanza per la crescita organica di aziende manifatturiere, che si troverebbero, nel proprio settore di riferimento, continuamente pungolate dalla concorrenza se non competitive. Il grado di competitività passa anche dalla capacità di saper implementare correttamente nel proprio iter R&D le ultime tecnologie ed innovazioni in ambito CAE.

    La Computer Aided Engineering aiuta ingegneri e tecnici a migliorare la progettazione di prodotto; in altre parole: è d’ausilio nel prendere decisioni progettuali più consapevoli ed efficienti. La CAE permette di simulare, convalidare ed ottimizzare le prestazioni di prodotto e di processo in tutti i settori manifatturieri.

    Quali sono i vantaggi derivanti dall’utilizzo di queste tecnologie?

    I vantaggi principali sono dati dalla riduzione del time to market/customer, dalla riduzione dei costi relativi allo sviluppo di prodotto, nonché dal miglioramento delle performance, della qualità e della vita del prodotto/processo.Ancora oggi, in molte aziende più o meno strutturate, il modus operandi, per quanto riguarda la fase di progettazione, è quello tradizionale. Da parecchio tempo, soprattutto le aziende di grandi dimensioni, si adotta e si preferisce il metodo “concurrent engineering”, tale per cui le fasi del ciclo di sviluppo del prodotto, pur rimanendo le stesse (rispetto al metodo tradizionale), non sono più in rigida successione né cronologicamente separate, ma coordinate in parallelo.

    Ne consegue una stretta collaborazione tra ingegneri e tecnici, esperti di marketing e fornitori. Si ricorda che la definizione degli obiettivi di prestazioni e qualità rappresenta uno degli elementi più critici dell’intero ciclo di sviluppo, poiché le decisioni assunte in questa fase vincolano costi, funzioni e prestazioni.

    La concurrent engineering permette di contrarre in time to market/customer. C’è da specificare che ad oggi nello slang tecnico si usa dire ancora time to market, quando la frase più corretta sarebbe time to customer, poiché l’obiettivo principale di ogni azienda, sia che eroghi prodotti, servizi od entrambi, è la soddisfazione del cliente (customer satisfation). Quindi è fondamentale, per l’azienda, la capacità di cogliere ed anticipare le aspettative dei clienti, in modo da giungere sul mercato con anticipo rispetto alla concorrenza. Utile rammentare che l’innovazione consiste anche nell’utilizzo di una nuova conoscenza o nell’utilizzo originale di una competenza esistente.

    Tramite la progettazione anticipata (Early Design), che consiste nell’utilizzo di strumenti di analisi e simulazione già dalla prima fase di ideazione, si identificano quanto prima eventuali fattori di criticità.

    Oggi alle imprese è richiesto un continuo adeguamento delle competenze delle proprie risorse umane, una ricerca nell’innovazione gestionale, di prodotto e di processo, nonché l’uso intelligente delle tecnologie CAD-CAE e dei mezzi di comunicazione.

    DMU

    La prototipazione digitale (Digital Mockup) o DMU, anche se contiene le principali informazioni geometriche e funzionali di un prodotto, è passiva e statica. Essa, mal si addice in un ambiente di progettazione collaborativo (concurrent engineering) con prodotti complessi e con molte configurazioni (si immagini lo sviluppo di un’automobile, ad esempio) con migliaia di componenti e molte richieste di modifica ogni giorno. La soluzione può essere rappresentata dal Virtual Product Development (VPD).

    VPD

    Si tratta di un modello digitale attivo e dinamico che integra in un unico ambiente gli strumenti di modellazione, visualizzazione, verifica, validazione e gestione delle modifiche. Infatti, per ogni cambiamento apportato su un componente può essere immediatamente effettuata l’analisi di collisione ed interferenze, così come l’analisi strutturale, cinematica, dinamica e funzionale. 

    Nelle aziende ben strutturate, teoricamente, si tende a quest’ultima soluzione, che integra tutte le procedure di modellazione e simulazione in un unico ambiente virtuale.

    Spesso però, nella pratica, le realtà aziendali, per vari motivi, tendono un certo tipo di software per la modellazione ed un altro tipo per la simulazione. Ciò può disturbare l’intero ciclo di sviluppo del prodotto se non si è ben organizzati. Tuttavia, l’importante è avere delle competenze specifiche all’interno del proprio team di sviluppo di prodotto. Ciò passa dalla formazione specifica che anche noi come azienda possiamo erogare, per quanto riguarda l’implementazione corretta dei software CAE ed il loro utilizzo consapevole, affinché si possano prendere decisioni mirate e coerenti con l’intento di progettazione. Il tutto si traduce, come già anticipato all’inizio di questo articolo, in tempi di immissione sul mercato relativamente brevi, costi ottimizzati e una qualità di prodotto elevata (non necessariamente), di certo quanto più vicina alle aspettative predette all’inizio del progetto. Ora vediamo brevemente nel dettaglio i vantaggi appena esplicati.

    _contrazione dei tempi di immissione sul mercato: la CAE permette di indagare diverse ipotesi di funzionamento, così come diversi scenari, permettendo agli ingegneri progettisti di vagliare svariate configurazioni di prodotto e/o di processo. Quanto descritto avviene in ambiente virtuale, e non richiede la realizzazione di un prototipo fisico (cosa comunque necessaria per validare in modo puntuale un prodotto, prima che venga immesso sul mercato). È facile capire quanto questo comporti un notevole guadagno di tempo.

    _costi ottimizzati: vale lo stesso di quanto suddetto. Un notevole guadagno di tempo si traduce in un guadagno, più o meno commisurato, economico. È importante sottolineare che un errore commesso in ambiente virtuale influisce marginalmente sui costi di sviluppo.

    _qualità del prodotto: va da sé che avendo la possibilità di prevedere il comportamento di un componente, o di un assieme di componenti, sotto l’influenza di determinate condizioni fisiche, si possono prendere decisioni consapevoli circa la qualità del prodotto che si sta progettando. Ciò consente agli addetti ai lavori di definire gli standard qualitativi del prodotto (o di un processo produttivo).

    Altri vantaggi, conseguenza diretta di quelli sopraesposti, sono, ad esempio, una maggior leggerezza dei componenti di un sistema meccanico, con evidenti ricadute positive circa l’usabilità e le prestazioni degli stessi nel contesto nella quale operano (si pensi banalmente al settore automotive od aerospace – ciò vale chiaramente per qualsiasi altro ambito-). Esempio: un componente del settore motorsport viene ottimizzato dal punto di vista topologico e prodotto indubbiamente tramite tecnologia additiva (si pensi che fino a qualche anno fa tutti i componenti venivano prodotti perlopiù tramite tecnologia sottrattiva alle macchine utensili tradizionali -oppure per deformazione plastica-). Altro vantaggio conseguente potrebbe essere una minor rumorosità di un sistema meccanico, grazie ad un’analisi NVH (acronimo di Noise Vibration Harshness). Di questo passo potremmo andare avanti con una miriade di esempi circa i vantaggi ottenuti dall’utilizzo della CAE durante lo sviluppo di prodotto.

    La CAE è naturalmente largamente impiegata anche nelle fasi che non rientrano direttamente sotto la voce di sviluppo del prodotto, come l’ingegnerizzazione (quando separata dallo sviluppo prodotto -per svariate ragioni-) e la re-ingegnerizzazione.

    Nel gergo tecnico, sovente, quando si parla di CAE, si pensa immediatamente ad analisi FEM strutturali. Ricordiamo che dietro alla parola CAE si apre un mondo tanto vasto quanto complesso.

    cosa s’intende per CAE (Computer Aided Engineering)?

    Con il termine CAE si indicano tutte le applicazioni software che rendono rapida la soluzione di problematiche ingegneristiche di meccanica dei solidi, dei fluidi, oppure di natura termica, acustica, elettrostatica, elettromagnetica, ottica, eccetera. Ciò è possibile grazie all’implementazione di algoritmi risolutivi in ambienti virtuali designati, detti ambienti di simulazione e calcolo. Facciamo alcuni esempi: FEA (Finite Element Analysis) tramite FEM (Finite Element Method), ovvero: analisi agli elementi finiti tramite il metodo degli elementi finiti (il più diffuso, certamente in ambiente meccanico) con cui fare ad esempio CFD (Computational Fluid Dynamics), indi fluidodinamica computazionale, oppure Virtual Molding, e quindi simulare un processo di iniezione; DEM (Discrete Element Method), metodo discontinuo che schematizza il sistema come un assemblaggio di blocchi connessi tra loro attraverso i relativi punti di contatto; eccetera. Metodi che saranno, eventualmente, meglio descritti nei prossimi articoli.

    Ad oggi è possibile simulare in maniera accurata quasi tutte le fisiche e le situazioni che di volta in volta si presentano sotto forma di problemi ingegneristici.

    La simulazione contribuisce così a creare innovazione. Questo il vantaggio principale. Sembra poco?

    Nel prossimo articolo parleremo di “Come la Computer Aided Engineering può migliorare i processi di produzione”.

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