Prototipazione virtuale

Strumenti per la simulazione digitale dei progetti industriali

Cos’è la prototipazione virtuale

Oggi le industrie manifatturiere sono sotto pressione a causa della competizione sempre più globale, che richiede di ridurre i tempi di ingresso dei prodotti sul mercato (“time-to-market“) e di ottimizzarne le caratteristiche, per renderli affidabili e fare in modo che abbiano prestazioni competitive.

Tali industrie ricorrono sempre più spesso alla prototipazione virtuale, che consiste nel creare modelli virtuali 3D dei prodotti e di effettuare test su tali modelli, tramite appositi software, per simulare il comportamento dei prodotti nel mondo reale. I software di simulazione consentono di prevedere le performance dei prodotti, grazie all’apporto di progettisti specializzati, prima di realizzare prototipi fisici. Tali progettisti possono esplorare rapidamente un gran numero di alternative progettuali diverse, senza bisogno di investire tempo e soldi nella realizzazione di prototipi fisici.

La possibilità di effettuare prove su tante alternative diverse consente di migliorare la qualità del progetto e le performance del prodotto. Il tempo necessario per arrivare sul mercato con un prodotto che soddisfa i requisiti necessari si riduce così sensibilmente, rispetto alla realizzazione di prototipi fisici.

Prototipazione virtuale – Una definizione

Il prototipo virtuale o «digital mock-up» è una simulazione digitale di un prodotto fisico che può essere presentata, analizzata e testata relativamente agli aspetti del suo ciclo di vita come la progettazione, l’ingegnerizzazione, la manutenzione, il riciclo, come se si trattasse di un modello fisico reale. La creazione ed il test di un prototipo virtuale è chiamata prototipazione virtuale.

(definizione del prof. G. Wang, Dept. O Mechanical and Ind. Eng., University of Manitoba)

Virtual Prototyping & Virtual Manufacturing

La prototipazione virtuale si integra con la “produzione virtuale” per consentire alle aziende di affrontare i principali problemi che oggi caratterizzano l’introduzione di nuovi prodotti (NPI) nel mercato elettronico: la necessità di ridurre i tempi di entrata sul mercato; il bisogno sempre più impellente di contenere i costi già in fase progettuale; la necessità di differenziare il prodotto per renderlo più competitivo.

schema prototipazione virtuale

Non più barriere tra progettazione e produzione

La prototipazione virtuale è oggi una discriminante fondamentale nell’industria elettronica. La sua adozione deve superare ostacoli che sono più di tipo culturale (consapevolezza rispetto al problema) che non pratico. Tra il successo e il fallimento di un progetto c’è una “sottile linea rossa“.

Possiamo immaginare questa sottile linea rossa come un confine che separa le varie fasi che portano alla realizzazione di un prodotto:

prototipazione virtuale sottile linea rossa

Le varie fasi indicate nello schema sono gestite da attori diversi, i quali tendono ad agire in totale autonomia e con strumenti diversi, in un’alternanza radicale tra fisico e virtuale.

La prototipazione virtuale consente di superare tali cesure, stabilendo uno stretto legame tra progettazione e produzione. Il risultato atteso è quello di ridurre il numero di ricicli. Ciò può essere ottenuto realizzando prototipi virtuali che consentono di simulare le diverse condizioni da un punto di vista meccanico, termico o elettrico. In tal modo è possibile valutare diverse soluzioni, per scegliere quella di minor costo e maggiore efficacia, ma anche quella che consenta di differenziarsi rispetto al mercato.

I vantaggi della prototipazione virtuale

La società di ricerca Aberdeen Group ha pubblicato un rapporto dal quale emerge che le aziende manifatturiere al top della propria categoria ricorrono ai metodi della prototipazione virtuale in tutte le fasi di sviluppo e realizzazione del prodotto, riuscendo a perseguire al meglio i propri obiettivi in termini di qualità, costo e tempistica di produzione. Il tasso di raggiungimento degli obiettivi qualitativi interessa l’86% dei prodotti.

  • Le aziende che ricorrono alla prototipazione virtuale per progetti complessi riescono a lanciare il prodotto mediamente 158 giorni prima delle altre, con un risparmio di 1,9 milioni di dollaro.
  • Per i progetti più semplici, il risparmio di tempo è di 21 giorni e quello di soldi di 21.000 dollari.

simulazione virtuale aberdeen

Vantaggi e benefici degli strumenti per la prototipazione virtuale

  • Riduzione del time-to-market
  • Possibilità di effettuare test precoci
  • Possibilità di effettuare test altrimenti impossibili o troppo costosi
  • Minore necessità di realizzare prototipi fisici
  • Maggiore sicurezza e confort per gli operatori
  • Rimozione delle barriere gografiche
  • Disponibilità di un standard comuni di progettazione e di linguaggio
  • Protezione dei margini di profitto
  • Maggiore agilità del’azienda
  • Riduzione dei costi di sviluppo
  • Riduzione della di scala dei cambiamenti a livello d’ingegneria
  • Generazione di un’attitudine a “prenderci al primo colpo”
  • Semplificazione dei progetti
  • Possibilità di partecipazione al processo di sviluppo del prodotto da parte di tutte le parti interessate

Fonte: Andrew Norton, 2001.

Un esempio pratico: la simulazione del faro anteriore della Renault Laguna

In questo esempio vediamo come, per la progettazione del faro anteriore della Renault Laguna, l’utilizzo di un software di simulazione come FloEFD abbia consentito di testare il comportamento dei vari materiali in tutte le condizioni ambientali possibili. Le automobili, infatti, possono essere soggette a un’ampia varietà di condizioni, a seconda del Paese nelle quali vengono utilizzate, della stagione, delle condizioni meteo e naturalmente della persona alla guida.

La simulazione termica del faro della Renault Laguna effettuata con FloEFD

Lo studio dei flussi d’aria applicato a una variante di progetto

La versione finale del faro realizzata, dopo essere stata testata virtualmente in tutte le condizioni

Paolo SubioliPrototipazione virtuale