Nel quadro di crescente complessità ingegneristica in molti settori produttivi, di rapida evoluzione tecnologica e di sempre più forte competizione commerciale per il mondo industriale adottare metodologie computerizzate di simulazione prodotto non solo è un elemento imprescindibile, ma anche una cruciale leva strategica, in grado di ridurre tempi e costi di progettazione.
Secondo un recente rapporto della società di ricerca Aberdeen Group, il “simulation-driven design”, ossia l’uso della simulazione fin dall’inizio del processo di progettazione, permette di ottenere prodotti più innovativi, con maggiori probabilità di funzionamento già alla prima prova, e meno soggetti a necessità di notevoli rilavorazioni nelle ultime fasi. In particolare, adottando la simulazione di prodotto, gli ingegneri hanno potuto accorciare i tempi di sviluppo del 29% e hanno ridotto i prototipi fisici del 27%.
Simulazione prodotto, cos’è e come si fa
La simulazione prodotto consiste in una rappresentazione virtuale del prodotto stesso mediante lo sviluppo di un modello digitale, in grado di descriverne tutte le caratteristiche, le funzionalità e il comportamento nell’ambiente reale di utilizzo. Gli strumenti software di volta in volta adottati nelle differenti fasi di progettazione possono prevedere l’utilizzo congiunto di programmi CAD (computer aided design), CAE (computer aided engineering), CAM (computer aided manufacturing), di software di simulazione, di simulatori di realtà virtuale o quant’altro. Tuttavia, a prescindere dai tool utilizzati in ciascun progetto, il concetto fondamentale è che ogni strumento di simulazione prodotto basa il proprio funzionamento su modelli matematici. In aggiunta, la qualità delle simulazioni e l’entità dei conseguenti benefici, in termini di riduzione dei tempi, dei costi di sviluppo e di sostenibilità di business del progetto, dipendono fortemente sia dalla qualità del modello matematico sia dalla qualità dei parametri e dei dati con cui il modello stesso viene alimentato.
Massimizzare i benefici personalizzando equazioni e modelli
Chiarito che la qualità del modello e dei dati condiziona l’efficacia della simulazione, quindi il numero delle simulazioni successive e dei prototipi, virtuali e fisici, necessari per ottenere un prodotto soddisfacente, occorre aggiungere un altro aspetto: non sempre i pacchetti software commerciali di simulazione prodotto possono fornire opzioni e strumenti utili a personalizzare il modello matematico in modo da rappresentare con sufficiente precisione e realismo il prodotto e il suo comportamento nell’ambiente in cui verrà effettivamente utilizzato. Ad esempio, può essere necessario scrivere equazioni specifiche per simulare caratteristiche, particolari fenomeni fisici, il comportamento di un dato componente e adeguare la parametrizzazione o la formulazione matematica per migliorare l’accuratezza del modello. Ma può anche essere necessario utilizzare tecniche specifiche per preparare ed elaborare in modo opportuno i dati disponibili, per indirizzarli ad alimentare il modello.
Simulazione prodotto, il valore dell’ottimizzazione
Consentendo di ottenere un modello virtuale già molto vicino a quello che diventerà il prodotto finale effettivamente realizzato, la simulazione di prodotto permette in sostanza di ridurre il numero di prototipi fisici e prove sul campo che, altrimenti, occorrerebbe condurre per correggere difetti e malfunzionamenti, procedendo spesso per tentativi. Costruire prototipi reali è un processo lungo e costoso, quindi riuscire a farne a meno, grazie alla simulazione, aiuta ad abbattere tempi e costi di sviluppo. Non solo: un’azienda, di conseguenza, ha l’opportunità di accelerare il ritmo di innovazione tecnologica e di migliorare il time-to-market per il lancio dei nuovi prodotti.
Tuttavia, sulla base di quanto premesso, per massimizzare tali benefici, non basta scegliere validi strumenti di simulazione prodotto: occorre anche possedere, o acquisire, quelle competenze tecniche che permettono di raffinare e ottimizzare i modelli matematici, integrando tutti i fattori di complessità del prodotto e del suo comportamento nell’ambiente in cui opera. Altrimenti, il rischio è affidarsi a modelli irrealistici, inadatti a rappresentare correttamente il prodotto e il suo ambiente. Come conseguenza, gli ingegneri possono sottostimare determinati elementi di progettazione, non prevedere il verificarsi di possibili scenari d’uso e, in definitiva, non sviluppare ed eseguire tutti i test necessari a garantire una copertura adeguata e una validazione completa del prodotto.
Vantaggi di un modello accurato per la simulazione prodotto
In sintesi, la simulazione personalizzata ed adattata al prodotto specifico, permette di analizzare in profondità tutti i complessi fattori e vincoli di cui oggi occorre tener conto nella realizzazione di un prodotto: dall’interazione simultanea di più fenomeni fisici (multifisica) ai problemi di producibilità e assemblaggio indirizzabili con metodologie come DFM (design for manufacturability) e DFA (design for assembly); dagli aspetti di sicurezza e safety agli obblighi di conformità con le normative vigenti. L’opportunità, con la simulazione, di valutare e verificare in anticipo, fin da principio, le caratteristiche e le funzionalità di un dato prodotto consente di evitare subito molti errori, risparmiando tempo e contenendo i costi di sviluppo.
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