Periodico bimestrale
Anno XXI, numero 100
sett/ott 2020
ISSN 1128-3874
METODOLOGIA

La simulazione potenzia le aziende che vogliono innovare sempre più rapidamente

John Janevic

John Janevic, Chief Operating Officer di MSC Software sostiene che le pressanti richieste per lo sviluppo di prodotti innovativi richiedono un accesso “aperto” alla simulazione.

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L’industria manifatturiera si trova oggi a dover affrontare una tempesta perfetta di nuove esigenze progettuali. Le nuove normative sul rumore e sulle emissioni stanno spingendo i produttori automobilistici e aerospaziali a cercare nuovi metodi di progettazione e produzione di prodotti per creare veicoli più silenziosi, leggeri e a basse emissioni di carbonio. Allo stesso tempo, permane la pressione per controllare i costi nel breve termine e sviluppare processi più agili a causa dell’attualmente incerto clima economico globale.

La soluzione msc one comprende prodotti dedicati per coprire tutte le principali aree di simulazione.
La simulazione consente di ottenere una serie di vantaggi, tra cui la possibilità di generare nuove idee in modo più veloce

 

Strumenti innovativi di design generativo consentono di ottenere il miglior design possibile in base alle specifiche di progetto.

La nostra base di clienti abbraccia diversi settori, dall’aerospaziale all’elettronica di consumo, quindi abbiamo vissuto in prima persona la pressione a fare di più con meno. Dall’attualità emerge che aziende come Airbus e Jaguar Land Rover stanno ora frenando o cessando la produzione e perdendo posti di lavoro nella produzione a causa dell’attuale blocco globale. Ciò esacerba un ambiente aziendale già difficile, con le case automobilistiche che hanno ridotto la produzione lo scorso anno e l’industria aerospaziale che ha annullato gli ordini di aeromobili accusando la perdita di entrate e le preoccupazioni per la sicurezza dei passeggeri.

 

 
La simulazione sostiene la produzione sostenibile: evita sprechi di materiale e di energia, accorcia i tempi di produzione e riduce il peso del componente.


Allo stesso tempo, le normative hanno definito nuovi imperativi per l’innovazione progettuale e ingegneristica. Un settore tradizionalmente conservatore come l’industria dell’aviazione viene sottoposto a enormi pressioni per soddisfare le richieste contrastanti di viaggi più sostenibili ma allo stesso tempo più brevi. La produzione aeronautica sta subendo un cambiamento epocale verso un design sostenibile incentrato sul profitto, utilizzando componenti leggeri per aumentare l’efficienza del carburante e ottimizzando i motori ad alta efficienza per abbattere il rumore che potrebbe escluderli dal volo su rotte redditizie. In contemporanea la ricerca e sviluppo nel settore dell’aviazione è focalizzata sulla mobilità futura, ad esempio attraverso l’utilizzo di innovativi  materiali con nanotubi di carbonio per fornire scudi termici leggeri per velivoli ipersonici o sviluppando nuovi concetti di UAV. Essere in grado di fornire innovazione nel contesto di un’industria aerospaziale in difficoltà con ridotti budget di produzione rappresenta una sfida importante.
All’industria automobilistica si chiede, d’altro canto, di fornire veicoli con caratteristiche tecniche sempre più elevate, ma allo stesso costo e in un lasso di tempo più breve. Ci sono voluti quasi trent’anni per sviluppare e produrre la prima auto a benzina per il mercato di massa, eppure gli OEM automobilistici richiedono che i veicoli odierni siano a basse emissioni di carbonio, leggeri, a lungo raggio, silenziosi, connessi o autonomi - e il tutto all’interno di un ciclo di sviluppo molto più breve misurato in mesi.
Vediamo queste sfide presenti anche nel settore medico. Ora è possibile produrre dispositivi medici personalizzati, ad esempio utilizzando metodi di produzione additiva per stampare impianti basati sulle scansioni TC del paziente. Ma mettere in pratica questa modalità richiede nuovi materiali e approcci di progettazione meccatronica, che sono spesso frenati a causa della complessità e dei costi associati. Per alcune applicazioni, la progettazione di parti ingegnerizzate e complesse deve essere affidata a un chirurgo che potrebbe non avere le conoscenze necessarie per trarre vantaggio da queste tecniche.
In ogni settore abbiamo visto produttori affrontare la sfida di adattarsi alla fornitura di prodotti più hi-tech a una velocità maggiore e a un costo estremamente inferiore. Il risultato è che l’innovazione di prodotto agile, flessibile e reattiva richiede la successiva iterazione nei processi di produzione con le medesime caratteristiche. Ciò significherà flussi di lavoro di sviluppo del prodotto più integrati e virtuali e una maggiore collaborazione tra gli specialisti. L’integrazione digitale dei flussi di lavoro non solo riduce i ritardi ed i costi di produzione, ma stimola anche l’innovazione offrendo ai produttori la lungimiranza di costruire prodotti “giusti al primo colpo” in fase di progettazione.Questo tipo di supervisione end-to-end stimolerà la collaborazione in tutti gli ambiti per fornire innovazioni adattate a qualsiasi obiettivo o vincolo di progettazione. Piuttosto che progettare liberamente senza un obiettivo chiaro, questo approccio garantirebbe che materiali e metodi siano ottimizzati per tutto, dal costo all’efficienza del carbonio nella fase di progettazione, in modo che innovazione ed efficienza vadano di pari passo. Questo approccio consente a un produttore di prevedere con precisione come le diverse combinazioni di materiali e metodi di produzione influenzeranno tutto, dalla velocità alla sostenibilità dei prodotti fin dall’inizio del processo di produzione.
L’integrazione digitale dello sviluppo del prodotto dall’ideazione alla produzione ridurrà anche gli sprechi riducendo in modo significativo la prototipazione nel mondo reale e la progettazione sovradimensionata. La chiave per questo tipo di agilità e sicurezza è l’ingegneria assistita dal computer (CAE). Fondamentalmente, il CAE deve riuscire ad andare oltre le sue origini di ingegnerizzazione delle progettazione meccanica per fornire conoscenze e approfondimenti che vadano dalla caratterizzazione dei materiali alla produzione virtuale e ai costi. Il software di simulazione ora consente alle aziende di ottimizzare i progetti dei loro prodotti garantendo al contempo il design per la produzione (DfM) insieme ai criteri di durabilità, dell’utilizzo dei materiali, ai costi e alla sostenibilità, solo per citarne alcuni. Cicli tecnologici più rapidi e nuove aspettative dei consumatori significano che i produttori devono essere agili e più veloci nel commercializzare i prodotti. La casa automobilistica di oggi deve comportarsi più come un produttore di elettronica di consumo o addirittura come una società di software. Alcuni produttori devono persino orientarsi verso nuovi mercati, come è avvenuto quando le aziende sono state incaricate di produrre per la prima volta  grandi volumi di apparecchiature mediche durante la pandemia COVID-19. In queste situazioni, disporre dei giusti strumenti di simulazione per effettuare rapide valutazioni della fattibilità di progettazione e produzione consente a un’azienda di presentare un’offerta per un nuovo tipo di contratto o di supportare la lotta al coronavirus.
Il principale ostacolo a questo tipo di sviluppo prodotto più intelligente e più agile è la frammentazione dei team di sviluppo, dei processi e delle discipline. Molti strumenti CAE sono proprietari, ma le aziende necessitano di strumenti interoperabili per trasferire facilmente i dati tra i flussi di lavoro in modo che, ad esempio, chi si occupa di acustica possa leggere facilmente i dati forniti da specialisti di meccanica e strutture. Avendo identificato il CAE come parte della soluzione, vale la pena sottolineare che la dipendenza di un team da un unico strumento CAE può anche portare a amplificare piuttosto che a rimuovere queste nocive divisioni: infatti viene sicuramente a mancare l’agilità perché impedisce a un ingegnere di accedere rapidamente agli strumenti giusti. Ad esempio, un progettista di circuiti stampati potrebbe dover utilizzare una tantum uno strumento come la fluidodinamica computazionale (CFD) per testare il design termico di una nuova scheda all’interno della custodia di un cliente. Un altro problema è che i nuovi strumenti software non possono essere adottati facilmente perché richiedono contratti di licenza separati. Ciò inibisce la collaborazione multifunzionale e l’uso simultaneo di strumenti per diverse fisiche o fasi di sviluppo. I flussi di lavoro di produzione intelligenti emergenti dipendono dalla simulazione, ma la questione della licenza rende difficile l’aggiornare flussi di lavoro e progettazione ormai datati, obsoleti.
Abbiamo deciso di affrontare queste sfide con MSCOne, una piattaforma di accesso ai prodotti che consente agli ingegneri di utilizzare qualsiasi strumento con ogni combinazione consumando token cosiddetti universali. Dà inoltre accesso all’e-learning tramite gli stessi token, in modo che gli ingegneri possano implementare il giusto mix di strumenti caso per caso e apprendere mentre lavorano, in corso d’opera. In passato, tutti gli utenti CAE sarebbero stati specialisti. Pensiamo ad esempio agli analisti FEM o agli specialisti di dinamica multibody che lavorano ciascuno su un componente di un’auto. Ma alcuni ingegneri vogliono lavorare in diverse discipline e utilizzare lo strumento giusto per il lavoro. Ora possono accedere facilmente agli strumenti richiesti, seguire un corso mediante e-learning in acustica e lavorare su vari esempi quando decidono e preferiscono. È anche più facile per gli ingegneri impostare co-simulazioni, combinando più tipi di fisica contemporaneamente. Ad esempio, simulando la manovrabilità di un camion che trasporti fluidi che si muovono irregolarmente e viene colpito da venti laterali.
Riteniamo che le aziende traggano vantaggio dalla possibilità di accedere a strumenti di simulazione aggiuntivi caso per caso senza problemi legati ad accordi di licenza separati in modo che possano ridurre la separazione tra le professioni di produzione, consentendo di simulare tutto, dall’ingegneria dei materiali ai test di fatica. Un team di progettazione che utilizza il nostro software di “progettazione generativa” per progettare la geometria leggera ottimale, ad esempio, può anche utilizzare i nostri strumenti virtuali di produzione e determinazione dei costi per determinare quanto costerebbe produrre utilizzando un processo di produzione additiva in metallo. Possono quindi pianificare la sua costruzione all’interno della stampante 3D, aiutando il team di sviluppo del prodotto a prevedere le sfide di produzione e adattare i loro progetti ai vincoli del mondo reale durante la fase di progettazione. Abbiamo anche rivisto le esigenze dei nostri clienti e abbiamo deciso di estendere la nostra piattaforma di token ai partner tecnologici che possono aiutarli a ottenere di più dalla simulazione. Ad esempio, utilizzando il software del nostro partner SmartUQ, i nostri clienti possono fare migliori scelte di sviluppo prodotto per ridurre i costi, risparmiando migliaia di ore di lavoro con l’applicazione di  tecniche di analisi predittiva ai risultati della simulazione. I clienti possono semplicemente attivare o disattivare il software dei partner utilizzando i loro token, rendendo loro molto più facile accedere a strumenti che aggiungono valore e renderli disponibili ai dipendenti che ne hanno bisogno. Mettiamo a disposizione MSCOne Extended Edition per aziende di tutte le dimensioni, budget e competenze nel tentativo di ridurre gli ostacoli alla digitalizzazione della produzione e aiutare le aziende a passare all’ “industria 4.0”.
Il nostro nuovo modello è un esempio di come l’industria manifatturiera si stia muovendo verso una maggiore digitalizzazione del processo di produzione. Si sta allontanando da soluzioni rigide “a taglia unica” verso un approccio flessibile “aperto” che rispecchi l’agilità di cui hanno bisogno i team di ingegneri. Le grandi aziende devono fornire accesso immediato alla simulazione a tutte le loro divisioni tecniche per consentire l’innovazione e i produttori più piccoli hanno bisogno di un accesso caso per caso a strumenti di ingegneria e produzione virtuali più convenienti per rimanere agili, oltre ad avere proiezioni dei costi accurate per le offerte di contratto.
Il perenne conflitto tra efficienza e innovazione può essere risolto aprendo gli strumenti di simulazione a più aziende e professioni. Dando uno sguardo approfondito a materiali, costi, prestazioni, durata e producibilità con strumenti appositamente progettati, i produttori possono ridurre la dipendenza dalla prototipazione e adottare test virtuali più rigorosi di quanto sia economicamente fattibile con test fisici per evitare la spedizione di prodotti difettosi.
La pandemia globale COVID-19 ha solo esacerbato le sfide che erano già endemiche nel settore manifatturiero. Tuttavia, nel rendere visibili molti dei problemi con l’attuale industria manifatturiera, ha anche evidenziato una via da seguire. In particolare, ha dimostrato la necessità di processi di sviluppo prodotto più collaborativi, interfunzionali e agili, resi possibili dall’ingegneria assistita da computer.

 

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