Ralph DTE

Bringing art into engineering

Archive for the ‘Software computer aided per progettazione, analisi e produzione’ Category

Aspetti di base e professionali inerenti i programmi per la progettazione, l’analisi, la prototipazione e la produzione assistita al calcolatore.

Tecnologia computer aided: La produzione

Posted by Raffaele Berardi on 30 agosto 2012

Rubrica: Tecnologia computer aided

Titolo o argomento: Introduzione ai software/sistemi per la produzione moderna

Questo articolo segue dai precedenti indicati di seguito:
Tecnologia computer aided: La progettazione
Tecnologia computer aided: L’analisi
Tecnologia computer aided: La prototipazione

Produzione

CAM

L’acronimo CAM “Computer-Aided Manufacturing” sta a significare “fabbricazione assistita dal computer”. Trattasi di una categoria di prodotti software che analizzano un modello geometrico bi o tri-dimensionale e generano le istruzioni per una macchina utensile a controllo numerico computerizzato (CNC) atta a produrre un manufatto avente la forma specificata nel modello.

PDM

PDM sta per “Product Data Management” ovvero “gestione dei dati di prodotto”, si tratta di una tipologia di software in grado di raccogliere informazioni su un dato prodotto. Questo strumento risulta fondamentale al fine di archiviare numerosi progetti classificati non solo sulla base di un nome, bensì anche sulla base di un codice univoco, di metadati, della storia del prodotto e delle sue specifiche caratteristiche tecniche. In tal modo è possibile ad esempio risalire ad un documento dai dati di un cartiglio o tramite le caratteristiche di un dato prodotto (es. la ricerca di tutti i progetti delle bielle in lega di titanio prodotte con interasse uguale o inferiore ai 130mm).
Risulta di conseguenza molto facile verificare anche l’evoluzione di un dato prodotto (es. geometria, materiali, metodi produttivi, test, controlli effettuati, costi di produzione, tempi di produzione, processi impiegati, ecc.) ed il suo ciclo economico all’interno dell’azienda.

PLM

Il PLM, vale a dire “Product Lifecycle Management” ovvero “gestione del ciclo di vita del prodotto”, è uno strumento informatico (strategico) che consente di amministrare le informazioni, i processi e le risorse connesse con il ciclo di vita dei prodotti e dei servizi, realizzati da una determinata azienda, al fine di ridurre tempi, costi e rischi, nonché aumentare la qualità. Grazie ad un accesso condiviso a tutti i dati relativi allo sviluppo, il lancio, la modifica ed il ritiro di prodotti o servizi dal mercato, è possibile innovare un prodotto o servizio lungo tutto il suo ciclo di vita in tempi rapidissimi come se il prodotto venisse curato da un unica mente che gestisce un unico fondamentale archivio di dati.
Se ad esempio si sta producendo un freno di emergenza per ascensori, tutti coloro che partecipano alla progettazione (ideazione e sviluppo), realizzazione, distribuzione (lancio sul mercato e ritiro) del prodotto hanno modo di accedere ad un unico archivio centrale (sempre aggiornato in tempo reale) che fornisce informazioni su tutto quello accade al prodotto a partire dall’idea fino alla vendita dello stesso. Ogni addetto può verificare in ogni momento quali materie prime occorrono e se queste sono disponibili in magazzino, quali macchinari, strumenti, utensili (e quant’altro) sono necessari per la produzione e quale sia la loro disponibilità o, magari, i tempi di realizzazione di ogni pezzo o, ancora, quali problematiche si riscontrano frequentemente nell’impianto di produzione e così via. Ogni operatore inoltre può lasciare un feed-back, visibile da tutti i suoi colleghi, per informare che vi è un errore da correggere o un difetto riscontrato o una modifica che il ciclo di vita del prodotto dovrebbe subìre per ridurre i tempi ed i costi di produzione. Nonostante l’archivio centrale sia sempre visibile da tutti gli adetti, solo parte di essi detiene i permessi per accedere al sistema e modificare l’archivio. Ciò evita la confusione, gli errori e garantisce il rispetto delle mansioni assegnate. Si tratta quindi di un approccio alla produzione basato su un insieme di tecnologie, su metodologie di organizzazione del lavoro collaborativo e sulla definizione dei processi. L’interazione di un simile strumento con i sistemi CAD, CAM, CAE, nonchè fogli elettronici e file di testo, è d’obbligo.

CAPP

Con la sigla CAPP si intende il “Computer Aided Process Planning” ovvero la tipologia di software che si adotta nelle fasi di produzione industriale per leggere le informazioni di prodotto, le informazioni di processo e le informazioni di sistema, dialogando costantemente con i software CAD e CAM prima mensionati, al fine di calcolare i migliori metodi da adoperare per realizzare un prodotto.

CAQC

L’acronimo CAQC indica “Computer Aided Quality Control”, si tratta di una tecnologia software in grado di eseguire il controllo qualità tramite ispezione (CAI) e test dei prodotti realizzati (CAT). Il Computer Aided Quality Control, come per i sistemi Computer Aided Process Planning, è integrato con i sistemi CAD e CAM con i quali dialoga costantemente per un controllo totale sulla produzione.

CAI

Il controllo qualità assistito dal computer (elaboratore o calcolatore che dir si voglia) prevede una fase di ispezione che viene denominata CAI ovvero “Computer Aided Inspection”.

CAT

Il controllo qualità assistito dal computer prevede inoltre una fase di test che viene denominata CAT ovvero “Computer Aided Testing”.

Fonti:
Aziende del settore
Dispense e appunti universitari – Università Politecnica delle Marche
Wikipedia

Link correlati

Tecnologia computer aided: La progettazione
Tecnologia computer aided: L’analisi
Tecnologia computer aided: La prototipazione
Tecnologia computer aided: La produzione
Tecnologia computer aided: Soluzioni Open Source (articolo in preparazione)

Esempio di fresatura a 5 assi guidata da computer mediante software CAM

Esempio di fresatura a 5 assi guidata da computer mediante software CAM,
la lavorazione è atta a portare a misura la pala di un’elica.
Image’s copyright: ESPRIT by DP Technology

Posted in Software computer aided per progettazione, analisi e produzione | Tagged: , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Commenti disabilitati su Tecnologia computer aided: La produzione

Tecnologia computer aided: La prototipazione

Posted by Raffaele Berardi on 29 agosto 2012

Rubrica: Tecnologia computer aided

Titolo o argomento: Introduzione ai software/sistemi per la prototipazione

Questo articolo segue dai precedenti indicati di seguito:
Tecnologia computer aided: La progettazione
Tecnologia computer aided: L’analisi

Prototipazione

RP – Rapid Prototyping

La prototipazione rapida (Rapid Prototyping – RP) consiste in un insieme di processi volti a realizzare modelli e componenti per addizione di materiale layer by layer a partire da un modello matematico tridimensionale ottenuto in ambiente CAD. Diversamente dalle tradizionali macchine, che operano una sottrazione successiva di materiale da un blocco nel quale è contenuta la forma che si vuole ricavare, i sistemi di prototipazione rapida fabbricano strati successivi di materiali  che possono essere costituiti di volta in volta da liquidi, polveri, fili o laminati. Strato dopo strato, queste macchine ricostruiscono l’oggetto che rappresenta il modello matematico di partenza. Per questa ragione tale tecnologia produttiva è anche nota come Layer Manufacturing. Il prototipo viene disegnato tramite sistemi CAD 3D e poi convertito in un formato compatibile con il tipo di macchinario che si va ad utilizzare. Lo standard grafico attuale è il “Solid to layer” o STL. Questo formato prevede la tassellizzazione (o mesh) delle superfici interna ed esterna del pezzo attraverso poligoni triangolari. L’approssimazione di superfici curve attraverso facce triangolari introduce inevitabilmente un errore il quale viene valutato misurando la distanza tra il baricentro del triangolo e la superficie originaria. E’ possibile aumentare la densità dei triangoli in presenza di una superficie curva del modello per raggiungere l’approssimazione richiesta.

RC – Rapid Casting

Il Rapid Casting è una tecnica che sfrutta opportuni metodi di prototipazione rapida (ad es. SLS – Selective Laser Sintering) per ricavare un modello a perdere da utilizzare poi nella fusione a cera persa. Questo significa che il tradizionale modello di cera, realizzato per farne lo stampo in argilla, è ora sostituito da uno realizzato con materiale polistirenico mediante stampa 3D di un file STL proveniente direttamente da disegno CAD 3D. Dopo aver realizzato il modello a perdere, la procedura prosegue sottoponendo il modello stesso ad infiltrazioni con cera per renderlo meno fragile e aumentarne l’evacuabilità. Segue il rivestimento in bagni di ceramica prima di evacuare il modello a perdere con flash firing o in autoclave. Infine viene cotto il guscio ceramico e tutto è pronto per la fusione della lega, la colata nello stampo ottenuto, il raffreddamento, la riduzione del guscio, la pallinatura, il taglio primario dell’alimentazione ed i trattamenti termici necessari.

VP – Virtual Prototyping

Il Virtual Prototyping rappresenta una fase fondamentale del processo di sviluppo di un prodotto, esso consiste nell’utilizzo di software CAD – CAE al fine di confermare la validità di un progetto prima di avviare la produzione fisica del prototipo (ossia il primo modello di una serie). Ciò avviene creando al computer dei modelli virtuali tridimensionali (fasi di concept, redesign, restyling) di ogni singolo elemento di un prodotto; ogni parte viene poi unita alle altre in un assieme come se il modello fosse reale. I software CAD – CAE permettono così di valutare il comportamento, la bontà e la funzionalità di ogni componente, sia esso considerato singolarmente oppure considerato in relazione alle altre componenti con cui vi è interazione, come se il prodotto si trovasse nel mondo reale. Una volta effettuata una prima analisi atta a confermare la direzione di sviluppo da intraprendere possono comunque essere realizzati dei modelli di forma (maquette) sia con tecniche di tipo tradizionale, sia mediante il Rapid Prototyping. L’utilità del Virtual Prototyping emerge, oltre che per la definizione del progetto, anche per la fase di presentazione del prodotto.

VR – Virtual Reality

La Realtà Virtuale offre un’esperienza di visualizzazione più coinvolgente rispetto all’ordinaria visualizzazione sul monitor di un computer. L’utilizzo di sistemi stereoscopici (adottati per la realizzazione di filmati e presentazioni in tre dimensioni) permette di percepire l’oggetto rappresentato in video con un realismo sorprendente. Questo consente di verificare quanto un dato progetto risponda all’idea d’origine; è inoltre possibile valutare in tempi molto brevi eventuali variazioni di forma e colore effettuando veloci rendering.

RM – Reverse Modeling

Per Reverse Modeling si intende modellazione inversa: invece di disegnare/modellare un oggetto mediante il computer, ovvero partendo da dati precisi di forma e dimensione, si effettua l’operazione inversa andando ad acquisire i modelli di oggetti già esistenti (ad esempio mediante “Laser scanning”) ricavando così le matematiche dell’oggetto (misure lineari, spessori, diametri, sezioni o superfici di best-fitting). L’acquisizione tridimensionale, ovvero il passaggio dall’oggetto fisico alla sua rappresentazione digitale, può essere effettuata attraverso la fotogrammetria digitale (Digital photogrammetry) o tramite la scansione laser (Laser scanning) o, ancora, tramite l’integrazione dei due sistemi.

Fonti:
Articoli precedentemente redatti
CRP Technology
Nadia Ambrosetti – Università degli Studi di Milano

Link correlati

Tecnologia computer aided: La progettazione
Tecnologia computer aided: L’analisi
Tecnologia computer aided: La prototipazione
Tecnologia computer aided: La produzione
Tecnologia computer aided: Soluzioni Open Source (articolo in preparazione)

Rapid Casting

Portamozzo ottenuto mediante Rapid Casting
Image’s copyright: CRP Technology

Posted in Software computer aided per progettazione, analisi e produzione | Tagged: , , , , , , , , , , , | Commenti disabilitati su Tecnologia computer aided: La prototipazione

Tecnologia computer aided: L’analisi

Posted by Raffaele Berardi on 29 agosto 2012

Rubrica: Tecnologia computer aided

Titolo o argomento: Introduzione ai software per l’analisi assistita dal calcolatore

Segue dall’articolo introduttivo:
Tecnologia computer aided: La progettazione

Premessa

La trattazione che segue non è intuitiva e di facile comprensione, essa si rivolge a chi si accinge a studiare in ambito universitario i metodi di analisi numerica e a chi desidera conoscere quali altri metodi esistano oltre al noto FEM. Sarà il lettore che dovrà poi svolgere un ampio lavoro di approfondimento sui temi che qui sono appena accennati. Sono ben accetti suggerimenti da parte dei lettori per migliorare, completare, semplificare questa breve presentazione.

Intro

I metodi di modellazione numerica sono strumenti in grado di rappresentare, con un’adeguata precisione, la geometria di un sistema tenendo conto del suo comporamento tenso-deformativo ed effettuando i debiti calcoli in tempi ragionevoli. La simulazione numerica riduce il numero di costosi progetti, di prototipi e di stampi, migliora la progettazione dell’attrezzatura e ne allunga la durata, riduce gli scarti di materiale, riduce il tempo di sviluppo del prodotto e migliora la qualità del prodotto stesso. E’ possibile classificare i metodi numerici in due grandi gruppi: i metodi al continuo ed i metodi discontinui.

Metodi al continuo (FDM, FEM, FVM, BEM)

Schematizzano il sistema come un dominio discretizzato (vedi la relativa definizione poco più in basso) in “unità elementari” di forma geometricamente semplice (triangoli, quadrilateri, tetraedri, ecc.) le quali, pur deformandosi, rimangano costantemente in contatto reciproco attraverso le relative superfici di separazione. Il mezzo così composto conserva in tutti i suoi elementi le proprietà osservate nell’insieme, per cui lo studio può essere condotto a livello fenomenologico anziché a livello “atomico”. <Jing 2003>

Metodi discontinui (DEM)

Rappresentano il sistema come un insieme di corpi discreti e distinti che interagiscono tra loro solo in caso di reciproco contatto. Il comportamento meccanico del mezzo è descritto tracciando l’andamento delle forze che si sviluppano nei punti di contatto ed i movimenti dei singoli elementi che lo compongono. Infatti, mentre nei metodi al continuo i contatti fra “unità elementari” rimangono invariati indipendentemente dalla risposta del modello, in quelli discontinui vengono aggiornati ad ogni iterazione in base alla posizione ed al movimento relativo dei singoli elementi. Grazie a questa peculiarità è possibile indagare l’evoluzione della risposta del sistema in condizioni di equilibrio stabile, limite ed a rottura, oltre la quale, a differenza dei metodi al continuo, è ammessa la separazione del dominio in blocchi che continuano a risentire delle sollecitazioni agenti. <Jing 2003>

Che cosa significa discretizzare un dominio?

Per semplificare il concetto diamo prima la definizione di “discreto” in campo matematico: trattasi di una composizione di elementi distinti, separati tra loro; un insieme discreto di punti è quello costituito da un numero finito o da un’infinità numerabile di punti. La discretizzazione rappresenta il processo di trasformazione di modelli matematici ed equazioni continue nelle controparti discrete. La discretizzazione delle geometrie di un oggetto 3D da analizzare consiste nella creazione delle cosidette “mesh”, si tratta di dividere una geometria in elementi contigui più semplici (ad esempio triangoli o quadrilateri) che approssimano la geometria stessa.

Il modello matematico di un qualsiasi problema ingegneristico comporta il calcolo, all’interno di un determinato dominio, dell’andamento di una funzione di interesse (generalmente a più variabili) che soddisfi un’equazione differenziale alle derivate parziali (PDE). I metodi di analisi, come ad esempio il FEM, permettono di determinare soluzioni approssimate alle equazioni differenziali in un dominio qualsiasi calcolando una funzione discreta (cioè per la quale vengono forniti i valori solamente in determinati punti) piuttosto che continua. Tali punti sono chiamati “nodi della griglia di calcolo”. La soluzione discreta dell’equazione differenziale è calcolata in “volumi elementari” definiti da gruppi di nodi adiacenti che costituiscono gli “elementi finiti”. La contemporanea soluzione in tutti i volumi elementari in cui si suddivide il dominio (imponendo opportune condizioni di congruenza sugli elementi adiacenti) costituisce il risultato del modello numerico.

Risulta pertanto importante discretizzare adeguatamente il dominio di integrazione al fine di ottenere una soluzione il più possibile vicina alle esigenze del progettista. Ad esempio, in un problema strutturale sarà necessario addensare i nodi della griglia, e quindi raffinare gli elementi finiti della mesh di calcolo, soprattutto in prossimità delle zone in cui si prevede una maggiore sollecitazione, così come in un problema di flusso risulterà importante aumentare la quantità di nodi soprattutto laddove si prevede una rapida variazione del gradiente idraulico, cioè in prossimità di pozzi o di sorgenti. Esempi di metodi di discretizzazione sono ad esempio il metodo ai volumi finiti (FVM), il metodo agli elementi finiti (FEM), metodo alle differenze finite (FDM), ecc..

Analisi

FEM – FEA

L’acronimo FEM sta ad indicare “Finite Element Method” ovvero “Metodo degli Elementi Finiti”. Si tratta di una tecnica numerica che ha lo scopo di cercare soluzioni approssimate di problemi meccanici complessi (ad esempio problemi inerenti la deformazione del telaio di un’automobile) attraverso la risoluzione di equazioni differenziali alle derivate parziali le quali vengono ridotte ad un sistema di semplici equazioni algebriche. Le equazioni differenziali in questione sono generalmente caratterizzate da un dominio di forma complessa, o variabile; le soluzioni di tali equazioni differenziali non sono omogenee sul dominio o addirittura mancano di regolarità, esse si conseguono imponendo le condizioni iniziali e quelle al contorno. Il metodo FEM detiene una importante rilevanza nell’ambiente delle tecniche numeriche tra le quali troviamo anche il metodo delle differenze finite, il metodo dei volumi finiti, il metodo degli elementi al contorno, il metodo delle celle, il metodo spettrale, ecc.. L’acronimo FEA (Finite Element Analysis) si riferisce invece all’Analisi agli Elementi Finiti.

FDM

FDM sta per “Finite Difference Method” e cioè “Metodo delle differenze finite”, tale metodo si basa sull’approssimazione diretta delle equazioni differenziali parziali (Partial Differential Equations – PDEs) ottenuta sostituendo alle derivate parziali delle differenze definite sul dominio del problema (Jing, 2003). Si tratta quindi di approssimare un continuo in una serie di punti discreti. La soluzione del sistema derivante si consegue imponendo le condizioni iniziali e quelle al contorno.

FVM

FVM sta per “Finite Volume Method” ovvero “Metodo dei volumi finiti”, tale metodo si basa sull’approssimazione delle equazioni differenziali parziali in forma integrale. Si tratta di un metodo a cavallo tra il Finite Difference Method (FDM), rispetto al quale sopperisce alla mancanza di flessibilità in particolar modo circa la modellazione di griglie irregolari, condizioni al contorno complesse e l’analisi di materiali eterogenei (disomogenei), ed il Finite Element Method (FEM) con il quale presenta numerosi punti in comune. D’altra parte però il metodo dei volumi finiti pecca per una marcata difficoltà nel simulare sistemi discontinui che non consentono la continuità tra punti vicini della mesh.

BEM

BEM sta per “Boundary Element Method” ovvero “Metodo degli Elementi di Contorno”. Tale nome deriva dal fatto che questo metodo di analisi richiede la discretizzazione del dominio della soluzione solo ai bordi, ciò riduce le dimensioni del problema e semplifica i dati richiesti in ingresso. Esso si basa sulla risoluzione di un’equazione integrale definita sul contorno invece che sulla risoluzione diretta delle equazioni differenziali parziali come invece avviene nel metodo FDM e nel metodo FEM. A parità di livello di discretizzazione tale metodo comporta una maggiore precisione rispetto a questi ultimi (Jing, 2003).

DEM

DEM sta per “Discrete Element Method” vale a dire “Metodo degli elementi discreti”, si tratta di un metodo discontinuo che schematizza il sistema come un assemblaggio di blocchi connessi tra loro attraverso i relativi punti di contatto. Grandi spostamenti o rotazioni, fratture o completo distacco tra i singoli elementi sono ammessi nel DEM ed impossibili nei metodi FEM, FDM, FVM e BEM. Le condizioni di compatibilità sugli spostamenti rappresentano un’importante differenza tra i metodi al continuo e quelli discreti: nei primi la compatibilità deve essere imposta tra elementi interni ed è automatica nel FDM e nel BEM ma non nel FEM; nei secondi non è richiesta poiché è sostituita dai modelli costitutivi di contatto tra unità adiacenti.

Altri metodi di analisi

Metodo delle celle (CM)

I metodi numerici partono dalle equazioni di campo scritte in forma differenziale e ottenute dall’analisi di porzioni infinitesime dei sistemi fisici. La necessità di focalizzare porzioni di spazio molto piccole (tendenti a zero) risiede nel tentativo di ottenere una soluzione esatta con un ottimo grado di approssimazione. Tali metodi costituiscono un valido mezzo di studio per casi ideali dato che si manifestano importanti limiti qualora le geometrie da analizzare non siano regolari (ad es. può succedere che le funzioni delle grandezze fisiche non sono derivabili rispetto alle coordinate di riferimento) e presentino quindi discontinuità geometriche oppure discontinuità nelle proprietà dei materiali o, ancora, particolari condizioni al contorno. Inoltre è opportuno notare che le equazioni ottenute, con i metodi numerici che volgarmente vogliamo chiamare tradizionali, descrivono in realtà il comportamento dei sistemi analizzati in relazione alle ipotesi poste sin dall’inizio e non alla reale situazione, ciò risulta tollerabile solo per geometrie regolari e con debite condizioni al contorno.
Quando invece si vanno ad analizzare sistemi reali le equazioni differenziali devono essere discretizzate e fatte quindi risalire a dimensioni le quali, nonostante siano molto piccole, sono comunque finite e risolvibili con l’utilizzo del calcolatore elettronico (computer aided). A tal fine sono state elaborate le metodologie introdotte nella sezione “Analisi” (FEM, FDM, FVM, BEM, DEM). L’implementazione di queste procedure, però, è in genere complessa ed ha il difetto di perdere il legame con il problema fisico in esame.
Il metodo delle celle si basa su una diversa astuzia, anziché affrontare le equazioni differenziali (fondate sull’astrazione teorica del punto per descrivere una realtà fisica discreta) esso effettua una formulazione discreta diretta delle leggi fisiche. Fissando l’attenzione direttamente su porzioni di spazio finite, le leggi fisiche del fenomeno in esame sono scritte cioè direttamente in termini discreti, partendo dalle leggi sperimentali. Ciò permette di costruire direttamente in forma algebrica le equazioni del campo fisico studiato conservando l’aderenza alla realtà fisica del problema preso in esame.

Meshless Method (MM)

I metodi accennati nella sezione “Analisi” di questo articolo sono piuttosto diffusi (in particolar modo il FEM), tuttavia essi presentano dei limiti che hanno spinto la tecnologia computer aided verso nuove soluzioni che fossero più flessibili, comportassero un minore sforzo di calcolo per i computer (la discretizzazione delle geometrie in elementi, triangoli o quadrilateri, con la creazione della mesh è un processo molto impegnativo per il calcolatore che richiede, tra l’altro, tempi non sempre accettabili) e raggiungessero un livello di precisione di calcolo analogo se non superiore. Al fine di superare tali limiti si è sviluppato un metodo basato su nodi anziché su approssimazioni della geometria, evitando quindi la fase di generazione della mesh (da cui il nome “Meshless” o “Meshfree”). Metodi quali il “Finite Point Method” (FPM) o il “Meshless Finite Element Method” (MFEM) o, ancora, “L’Extended Finite Element Method” (XFEM), condividono la capacità di discretizzare il dominio in esame solamente a livello di punti, o nodi, i quali sono posizionati all’interno della geometria e sul suo contorno. Nonostante l’apparente rivoluzione, i metodi meshless non hanno ottenuto un vasto consenso per problematiche di carattere matematico che non verranno trattate in questa sede vista la complessità dei temi da affrontare.

Fonti:
Aziende del settore
Dispense e appunti universitari – Università Politecnica delle Marche

Prof. Giuseppe Gambolati – Università degli Studi di Padova
Tesi di Matteo Lanciotti – Università degli Studi di Bologna
Ing. Martino Pani – Università degli Studi di Trieste
Wikipedia

Link correlati

Tecnologia computer aided: La progettazione
Tecnologia computer aided: L’analisi
Tecnologia computer aided: La prototipazione
Tecnologia computer aided: La produzione
Tecnologia computer aided: Soluzioni Open Source (articolo in preparazione)

Esempio di oggetto da analizzare riprodotto mediante CAD 3D - Testata motore Approssimazione dell'oggetto mediante mesh - Testata motore Analisi FEM dell'oggetto riprodotto mediante CAD 3D ed approssimato mediante mesh

Riproduzione tridimensionale di una testata di un motore 4 tempi; accanto la geometria della testata
approssimata mediante mesh; infine vista dell’analisi FEM effettuata sull’oggetto.
Image’s copyright: ralph-dte.eu

Posted in Software computer aided per progettazione, analisi e produzione | Tagged: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , | Commenti disabilitati su Tecnologia computer aided: L’analisi

Tecnologia computer aided: La progettazione

Posted by Raffaele Berardi on 28 agosto 2012

Rubrica: Tecnologia computer aided

Titolo o argomento: Introduzione ai software per la progettazione assistita dal calcolatore

Un tempo progettare un nuovo prodotto era un’operazione che richiedeva tempi e costi a dir poco elevatissimi. Occorrevano anni per lanciare sul mercato un nuovo prodotto, per verificare la sua reale funzionalità ed il soddisfacimento del cliente. Quando qualcosa andava storto il processo ricominciava nuovamente e si impiegavano ulteriori anni per raggiungere un nuovo modello del prodotto che potesse soddisfare il cliente. Si trattava di una dura lotta contro il tempo nella quale, tra l’altro, il raggiungimento delle caratteristiche richieste per il prodotto poteva avvenire quando ormai questo era ritenuto obsoleto, sorpassato. Nel mercato di oggi la parola d’ordine è “rapidità”. Dalla nascita dell’idea al prodotto finito pronto, testato ed immesso sul mercato, passa un tempo infinitesimale se confrontato anche solo con pochi decenni or sono. Questa forte riduzione dei tempi è stata possibile grazie alla progettazione, l’analisi, la prototipazione e la produzione assistita dal computer, la tecnologia “Computer Aided”. Oggi è possibile sviluppare virtualmente l’intera catena produttiva partendo dall’idea iniziale, passando per tutte le fasi di progettazione, verifica e correzione, fino ai controlli dei processi produttivi e della qualità, andando a correggere ogni imperfezione prima di produrre realmente il bene e quindi limitando drasticamente le perdite di tempo e di denaro.

Progettazione

CAE

L’acronimo CAE “Computer Aided Engineering” sta a significare “ingegneria assistita dal computer”. Con tale dicitura si vuole intendere l’insieme delle applicazioni software che agevolano la risoluzione di problemi tecnologici tramite il calcolo numerico.

CAD – CADD

Il medesimo acronimo CAD viene attribuito a due differenti interpretazioni: “Computer Aided Drafting”, ovvero “disegno tecnico assistito dal computer”, e “Computer Aided Design”, ovvero “progettazione assistita dal computer”. Da questa duplice attribuzione nasce anche il termine CADD che ingloba il tutto in “Computer Aided Design and Drafting”. Il “Computer Aided Drafting” si riferisce al settore informatico dedicato all’utilizzo di tecnologie software (più precisamente computer grafica) volte all’attività di disegno tecnico (drafting). Lo scopo di questa tipologia di software non è tanto quello di rappresentare un manufatto quanto più quello di descriverlo mediante specifiche viste, sezioni, esplosi.
Il “Computer Aided Design” è caratterizzato da una netta differenza con la precedente descrizione, questa accezione fa infatti riferimento all’attività di progettazione (design) di manufatti. I sistemi “Computer Aided Design” hanno lo scopo di creare modelli 3D del manufatto. Tali modelli possono essere utilizzati per eseguire calcoli come le analisi statistiche, le analisi dinamiche e le analisi strutturali. Tuttavia, valicato questo limite della progettazione 3D, si inizia a parlare di “Computer Aided Engineering” (CAE).

CFD

L’acronimo CFD “Computational Fluid Dynamics” sta a significare “fluidodinamica computazionale” ovvero la tecnica che permette lo studio dei problemi di fluidodinamica mediante l’utilizzo del computer. Risulta indispensabile per agevolare ed accelerare lo studio delle problematiche che riguardano l’azione dei fluidi: forze aerodinamiche, motori, pompe, ecc.. Il software CFD si occupa in sostanza di risolvere rapidamente le equazioni della fluidodinamica: equazionidi Navier-Stokes, equazioni di Navier-Stokes in forma di Reynolds, equazioni del modello di turbolenza.

Fonti:
Aziende del settore

Dispense e appunti universitari – Università Politecnica delle Marche
Wikipedia

Link correlati

Tecnologia computer aided: La progettazione
Tecnologia computer aided: L’analisi
Tecnologia computer aided: La prototipazione
Tecnologia computer aided: La produzione
Tecnologia computer aided: Soluzioni Open Source (articolo in preparazione)

CAD 2D - Example CAD 3D - Example CAD 2D Assembly - Example CAD 3d Assembly - Example CFD valve example - Flusso attraverso una valvola

Image’s copyright
CAD 2D, CAD 3D, CAD 2D assembly, CAD 3D assembly: Solidworks.it
CFD: Ansys.com

Posted in Software computer aided per progettazione, analisi e produzione | Tagged: , , , , , , , , , | Commenti disabilitati su Tecnologia computer aided: La progettazione

Che cos’è un simulatore multibody?

Posted by Raffaele Berardi on 16 maggio 2011

Rubrica: Che cos’è?

Titolo o argomento: Introduzione al concetto di simulatore multibody

Un “simulatore multibody” è un particolare tipo di software largamente utilizzato nell’ingegneria (meccanica, industriale, dell’automazione, aerospaziale, astronautica, dei materiali…). Esso è in grado di simulare sistemi di parti meccaniche rigide, parti meccaniche flessibili, parti meccaniche collegate da giunti rigidi, parti meccaniche collegate da giunti elastici, parti meccaniche soggette a qualsiasi sistema di forze, parti meccaniche che compiono spostamenti (traslazione – rotazione), parti meccaniche integrate a sistemi di controllo.

Con il termine “sistema multibody” si intende un sistema meccanico costituito da un insieme di corpi rigidi collegati tra loro in modo da avere un moto relativo. Gli elementi di un sistema multibody sono collegati tra loro da coppie cinematiche o giunti. Un giunto consente il moto relativo tra due elementi in certe direzioni e lo impedisce in altre. Gli elementi che costituiscono un sistema multibody sono pertanto: corpi (in genere rigidi), vincoli o coppie cinematiche (i vincoli sono dispositivi che limitano il moto relativo tra due o più corpi), forze (esterne).

I simulatori di sistemi multibody sono programmi che eseguono l’analisi del moto di sistemi meccanici. Più precisamente sono in grado di analizzare sia la cinematica che la dinamica del sistema. Questa caratteristica li contraddistingue nettamente dai software di animazione 3D i quali permettono di tener conto solo della cinematica*. Alcuni importanti esempi di simulatori multibody sono rappresentati dai software: Adams, DADS, Visual Nastran.

Esistono simulatori multibody specifici per i sistemi bidimensionali (moto dei sistemi nel piano) e quelli dedicati ai sistemi tridimensionali (moto dei sistemi nello spazio). Le problematiche in entrambi i simulatori sono le medesime; ciò che si complica nel caso tridimensionale è la matematica chiamata in causa la quale risulta decisamente più complessa.

Nei simulatori multibody si analizza generalmente il moto di sistemi composti da corpi rigidi. Qualora la flessibilità dei corpi non possa essere trascurata, è possibile ricondurre i corpi flessibili a sistemi di corpi rigidi uniti da vincoli, elasticità e smorzamenti concentrati. In alternativa è possibile inserire nel modello multibody un modello di corpo flessibile generato tramite una precedente analisi FEM (Finite Element Method). Gli elementi necessari per definire un corpo appartenente ad un sistema multibody sono:

  • Un sistema di riferimento ad esso solidale, detto sistema di riferimento locale, con origine nel centro di massa del corpo e assi orientati preferibilmente come gli assi principali d’inerzia del corpo.
  • La massa del corpo.
  • Il tensore d’inerzia del corpo espresso rispetto al sistema di riferimento locale.
  • Eventuali sistemi di riferimento ausiliari, utili per la definizione dei vincoli.
  • La definizione della geometria è necessaria nel caso in cui si tenga conto degli eventuali contatti tra i vari corpi.
*I più sofisticati software di animazione 3D attuali permettono di realizzare semplici sistemi dinamici, tuttavia tale caratteristica ha il solo scopo di migliorare il realismo di un’animazione e non di fornire una vera e propria analisi.

Simulazione multibody - Simulazione sistemi meccanici

Nell’immagine il modello tridimensionale dello schema di sterzo e sospensioni di un prototipo di veicolo. Grazie ai simulatori multibody è possibile compiere un’analisi sia cinematica che dinamica del sistema.

Posted in Engineering sim, Ingegneria, Tecnologie, Energia e Cenni di scienze, Software computer aided per progettazione, analisi e produzione | Tagged: , , , , , | Commenti disabilitati su Che cos’è un simulatore multibody?

Software cad low cost

Posted by Raffaele Berardi on 22 maggio 2009

Rubrica: La pirateria è un reato grave

Titolo o argomento: Software pirata? Non è necessario spingersi a tanto

Software pirata? Non è necessario spingersi a tanto

Da una ricerca che abbiamo condotto risulta, quale motivo della preferenza di software pirata, il fatto che le copie originali siano eccessivamente costose e che si possano tenere in prova per periodi letteralmente insufficienti all’apprendimento. A quanto pare diventa assai difficoltoso, per chi desidera approcciare un nuovo mondo, poter acquistare tutto il necessario anche solo per una prova di qualche mese in modo tale da stabilire se il software scelto appaga o meno le esigenze.

Così, secondo alcune indiscrezioni, risulterebbe addirittura che le case produttrici sappiano bene che i giovani ad esempio di Ing. Edile possiedono, nel 99,9% dei casi, programmi cad pirata e quelli di Ing. Meccanica, programmi di calcolo avanzati. Questo per favorire la diffusione di specifici programmi e farli meglio conoscere. Il passaparola ancora oggi pare sia il metodo pubblicitario tra i più potenti. Una volta aperto lo studio, sarà compito dei possessori di copie pirata adeguarsi acquistando copie con regolare licenza spendendo diverse migliaia d’euro.

Il fatto più toccante è che spesso si scopre che questi programmi non sono poi così intuitivi e richiedono corsi specifici a volte molto costosi anch’essi. Inoltre si viene a scoprire che, in molti casi (non in tutti ovvio…), si è acquistato un programma del costo di migliaia di Euro per fare sempre le stesse cose che si possono fare con software più semplici ed economici.

E allora perchè si spendono migliaia di Euro? Semplicemente perchè si tende a desiderare il programma più diffuso. Pare non ci sia proprio soluzione! La domanda è sempre la medesima, specie quando si iniziano nuove attività: “Quando riuscirò a mettere qualcosina da parte?” Così questo mese vi segnaliamo un programma per Mac (ora anche Windows):

Turbocad in versione 2D a soli 59,00 Euro

Turbocad in versione 2D/3D a soli 129,00 Euro.

turbocad_articolo-ralph_dte.jpg

Potete acquistarlo sia su AppleStore sia sul sito ufficiale di Turbocad. Il prezzo è il medesimo:

  • Rapporto Qualità prezzo: Ottimo.

  • Lavora tranquillamente con ogni file DWG proveniente da qualunque software CAD.

Qualcuno potrebbe parlarvi di problemi di compatibilità tra file dwg provenienti da diversi software. Abbiamo accertato al 100% che con Turbocad non vi è problema alcuno di compatibilità.

turbocad_articolo-ralph-dte.jpg

Compatibilità

  • AutoCAD® DWG/DXF
  • JPEG (export only)
  • CGM (import only)
  • Claris CAD (import only)
  • PNG
  • ACIS® SAT
  • Adobe® EPS
  • Adobe® Illustrator
  • Adobe® PDF (export only)
  • IGES
  • PICT
  • TIFF
  • Rhino 3DM (import only)
  • Spline (import only)
  • STEP
  • TEXT
  • Truespace COB
  • DAT (import only)
  • 3DS (import only)
  • FAC (import only)
  • BMP
  • STL
  • WRL (export only)
  • 2D Raster

Non metterti nella condizione di passare seri guai, non utilizzare copie pirata. Cifre come 100 Euro sono abbordabili soprattutto se si pensa al servizio enorme offerto dal programma e se si pensa che in fondo, per un cellulare, molto spesso si spende di più.

Conclusioni

Case come la Adobe mettono a disposizione per gli studenti sconti reali che arrivano fino all’80%. I programmi che rilasciano agli studenti funzionano in modo permanente e non sono limitati nelle loro funzioni. Ovviamente non si possono utilizzare all’interno di studi tecnici.

Altre case come l’Autodesk, tenendo conto dell’elevato costo dei propri prodotti e del fatto che un mese di prova non è sufficiente per valutarne la preferenza, hanno deciso di rilasciare per gli studenti alcuni dei loro più importanti software in prova per ben 13 mesi e in modo completamente gratuito. Tuttavia, personalmente avrei preferito una soluzione più simile a quella Adobe. Acquistare il software con lo sconto, usarlo quando voglio, per passione e senza limiti di funzionalità. In caso di elevato soddisfacimento circa il prodotto e in caso di apertura di uno studio, avrei provveduto ad acquistarne una copia valida per lavorare.

Posted in Ingegneria, Tecnologie, Energia e Cenni di scienze, Mondo digitale, Software computer aided per progettazione, analisi e produzione | Tagged: , , , , , , | Commenti disabilitati su Software cad low cost

Costruire un motore – Parte 7

Posted by Raffaele Berardi on 6 marzo 2009

Rispondendo a Stefano

Mi rendo conto che, per chi non conosce ancora bene il campo della meccanica, risulta difficile conoscere i nomi di programmi atti alla progettazione e alla simulazione di componenti per applicazioni meccaniche. Quindi, al momento, mi limito a presentarne una lista. Successivamente il Blog si preoccuperà anche di scrivere articoli più approfonditi circa i PRO e i CONTRO di ognuno di questi programmi, nonché utili info quali principali funzioni e prezzi in modo da poter scegliere quale acquistare. Tra i software impiegati per le simulazioni delle sollecitazioni di organi meccanici (come quelle che hai visto nei video presenti sul sito della nostra officina laboratorio) troviamo principalmente:

  • Solid Edge
  • Solid Works
  • Inventor
  • Catia
  • Pro Engineer
  • Unigraphics
  • SolidThinking
  • TopSolid’Design

Mentre tra i software più conosciuti e adoperati laddove ci sono grandi necessità di calcolo matematico troviamo:

  • MatLab
  • Mathcad

Questi che ti ho elencato sono solo alcuni dei tantissimi software esistenti. Cercando sul web questi software ne troverai molti altri alternativi. I prezzi per gli istituti tecnici e le università sono più bassi che per il privato. Molte volte cercando delle alternative si riesce a risparmiare notevolmente anche se si acquistano software con minori funzioni. E’ importante sottolineare che spesso però si acquista un software costoso per farci sempre e solo le solite operazioni.

Link correlati:

Costruire un motore – 1
Costruire un motore – 2
Costruire un motore – 3
Costruire un motore – 4
Costruire un motore – 5
Costruire un motore – 6
Costruire un motore – 7

Vedi anche la sezione “Motorismo” della pagina “Motori” di questo blog.

Posted in Domande dei lettori, Ingegneria, Tecnologie, Energia e Cenni di scienze, Motorismo, Motorsport e Meccatronica, Software computer aided per progettazione, analisi e produzione | Tagged: , | Commenti disabilitati su Costruire un motore – Parte 7