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Prototipazione Virtuale

en-lang Virtual Prototyping

La prototipazione virtuale è una metodologia operativa che impiega le tecniche di modellazione e di simulazione numeriche per sviluppare un prodotto in modo da ridurre o eliminare la costruzione di prototipi fisici e quindi abbattere drasticamente tempi e costi di sviluppo.

Le tecnologie di simulazione software, prototipazione virtuale e prototipazione rapida sono leve fondamentali per la competitività dei sistemi manifatturieri. Disponibili in diverse configurazioni, gli strumenti di analisi, simulazione e progettazione integrata sono sempre più importanti in un mercato che richiede riduzione dei tempi di sviluppo ed elevata qualità del prodotto finale. Il prototipo virtuale è un modello numerico che contiene il maggior numero possibile delle informazioni di prodotto e di processo necessarie alla sua realizzazione e anche, ricorrendo a tecniche di realtà virtuale, alla sua valutazione estetica ed ergonomica.

L’uso della prototipazione virtuale durante la fase di sviluppo di un prodotto è stato finora ostacolato, oltre che dalle difficoltà per modellare correttamente la realtà e dalla limitata circolazione di informazioni, anche da risorse computazionali costose e scarsa integrazione degli strumenti software (si pensi, ad esempio, alla mole di lavoro generalmente richiesta per passare dal modello CAD al modello a Elementi Finiti).

Oggi però l’evoluzione IT ha mutato profondamento lo scenario operativo.

I programmi di simulazione e analisi sono ormai indispensabili per lo sviluppo e la progettazione industriale di macchine, sistemi e dispositivi. Con questi strumenti, il progettista può esaminare i modelli sin dalle prime fasi del ciclo di sviluppo, identificare le cause dei guasti prematuri durante l’uso, applicare velocemente modifiche progettuali.

Per capire cosa si intende esattamente per programmi di prototipazione, simulazione e analisi, bisogna partire dai sistemi di produzione assistita (CAD/CAM/CAE) che hanno contribuito alla riduzione dei tempi di sviluppo nelle attività di design e manufacturing fin dagli anni ’80. Successivamente le soluzioni PDM (Product Data Management) hanno permesso una migliore gestione dei dati memorizzandoli e richiamandoli in un modo più razionale. Negli ultimi anni le soluzioni PLM (Product Lifecycle Management), e con esse le varianti Prototyping, Reverse Engineering, 2D-3D Modeling, propongono metodologie e strumenti per migliorare l’intero processo di sviluppo, integrando attività e funzioni di design e manufacturing lungo il ciclo di vita del prodotto.

Un vantaggio indiscutibile delle prove virtuali, rispetto ai test fisici, è la possibilità di confrontare rapidamente diverse alternative progettuali con l’applicazione di differenti materiali, parametri geometrici, configurazioni e sottosistemi. In questo scenario, la visualizzazione 3D consente al progettista di effettuare un controllo preliminare di un modello in sviluppo per verificare che rispetti gli obiettivi di progettazione.

Anche l’efficacia della Realtà Virtuale (VR, Virtual Reality) e della Realtà Aumentata (AR, Augmented Reality), come tecniche di supporto alla progettazione, è ormai ampiamente riconosciuta in ambito industriale. La realtà virtuale tende a sostituire l’applicazione reale, mentre la realtà aumentata arricchisce il contesto fisico di informazioni utili per l’espletamento di compiti complessi.

 

Digital Prototyping e Rapid Prototyping

 

La Prototipazione Digitale (DP, Digital Prototyping) è una tecnica che consente ai progettisti di condividere un modello digitale (esatta riproduzione di quello reale) e di lavorare su di esso nelle fasi di sviluppo del progetto. Un prototipo digitale è una simulazione realistica di un prodotto. Il Digital Prototyping si profila quindi come una delle aree che strategiche del PLM supportata e integrata con sistemi CAD e con l’insieme delle best practices aziendali.

Negli scenari competitivi un aumento dei tempi di sviluppo è relativamente tollerabile. Ma un ritardo di immissione sul mercato di un dato prodotto può produrre costi tali da decretarne il fallimento. Per ridurre al minimo tali costi si è recentemente affermata la Prototipazione Rapida (RP, Rapid Prototyping). Si tratta di un insieme di tecniche industriali volte a realizzare il cosiddetto prototipo, minimizzandone tempi e costi di costruzione. La prototipazione rapida è dunque un metodo veloce ed economico per verificare i progetti e valutarne il rapporto costi-benefici.

Nei sistemi di controllo embedded la prototipazione rapida è un metodo per verificare in fase preliminare se un dato progetto potrà funzionare sul campo. Tipicamente si impiegano ambienti come Simulink o SolidState per sviluppare i modelli multidominio degli algoritmi e dei sistemi di controllo.

 

 


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