Teoria Metodi e strumenti per il ciclo di vita del prodotto

Lezione 2 - Introduzione al PLM e scenario evolutivo

• Trarre vantaggio dalle tecnologie digitali più avanzate e della pervasività delle tecnologie internet

DEFINIZIONE

PLM è:

• Un approccio aziendale strategico che applica un insieme coerente di soluzioni aziendali che

supportano la creazione, la gestione, la diffusione e l’utilizzo collaborativo delle informazioni sulla

definizione del prodotto

• Supportare l’azienda estesa (clienti, partner di progettazione e fornitura, ecc…)

• Dall’ideazione alla fine del ciclo di vita di un prodotto o di uno stabilimento

• Integrare persone, processi, sistemi aziendali e informazioni

• È una strategia organizzativa atta a favorire l’integrazione e la collaborazione durante lo sviluppo

del prodotto; condividere i dati e tutte le informazioni necessarie durante il ciclo di vita del

prodotto

• Processo (come); Prodotto (cosa)

PRODUCT LIFE CYCLE

• Il ruolo sempre più importante delle informazioni di prodotto, processo e delle tecnologie digitali

• Le informazioni di prodotto, per l’intero ciclo di vita, sono la ‘spina dorsale’ della realtà produttiva

e non solo

Il trend evolutivo generale, evidenziato da Industria 4.0 e 5.0 focalizza l’attenzione su 3 cose:

Digitalizzazone

• delle informazioni

• Virtualizzazione dei processi di elaborazione delle informazioni

Centralità dell’uomo e sostenibilità

•

LA VIRTUALIZZAZIONE DI PRODOTTI, PROCESSI ED UTENTI

Problema da affrontare:

• Dematerializzazione: la virtualizzazione dell’intero ciclo di vita del prodotto: dal processo di

sviluppo, alla produzione, all’utilizzo, fino alla dismissione

• Ideare, valutare, simulare, testare, usare senza produrre (o con minima produzione)

Con una visione schematica, ma consistente:

• Fisico = tempo + costo + limiti di utilizzo

• Virtuale = ‘real time’ + ‘no limits’

LE TECNOLOGIE ABILITANTI

Concept:

1. Creazione modello, presentazione

Design:

2. creazione modello, presentazione, validazione e analisi, design review

Manuf.:

3. simulazione processi produttivi

ANALISI E SIMULAZIONI (esempi)

• Simulare il funzionamento: predire il comportamento

• Fluidodinamica computazionale

• Simulazione del flusso di raffreddamento in freno a disco auto ventilante

• Sfilate virtuali

• Cinema

• Sospensione autovettura

• Robot di assemblaggio

• Simulazione operazione di imbuttitura

WHAT IS THE EXTENDED REALITY - XR?

Termine che si riferisce a tutti gli ambienti combinati, reali e virtuali; e alle interazioni uomo-macchina

generate dalla tecnologia informatica e dai dispostivi indossabili

Cosa non è l’extended reality

• Simulazione all'elaboratore di una situazione reale con la quale il soggetto umano può

interagire, a volte per mezzo di interfacce non convenzionali, estremamente sofisticate, quali

occhiali e caschi dove viene rappresentata la scena…

• Vengono riprodotti anche i suoni, e talvolta usati guanti (data-glove) dotati di sensori per

simulare stimoli tattili e per tradurre i movimenti in istruzioni

• Insieme dei fenomeni percettivi indotti da un'apparecchiatura cibernetica a più componenti che

viene applicata a un soggetto umano

• Non solo un visore!

VIRTUAL REALITY (VR)

È un ambiente artificiale che viene si percepisce tramite stimoli sensoriali, come immagini e suoni,

forniti da un computer accompagnato da tecnologie, in cui le azioni di un utente possono

determinare cosa accade nell’ambiente

AUGMENTED REALITY (AR)

È una visione diretta o indiretta, in tempo reale, di un ambiente fisico del mondo reale, i cui elementi

sono ‘aumentati’ da informazioni percentuali, generate dal computer (idealmente attraverso

modalità sensoriali multiple (visivo, uditivo, tattile))

• Combina reale e virtuale

• È interattiva in tempo reale

XR AND EMULATION OF 5 SENSES

Simulazione dei 5 sensi mediante dispostivi interattivi che inviano e ricevono informazioni

• Vista: occhiali telescopici; HMD (Head-Mounted Display)

Udito:

• cuffie

Tatto:

• dispositivi di tracciamento delle mani

Olfatto:

• dispositivi sviluppati ad hoc

Gusto:

• prototipi

A SUPPORTO DELLO SVILUPPO PRODOTTO

Realizzare un sistema di modellazione dinamico semi immersivo che consenta di verificare quanto i

cambiamenti di forma incidano sulle caratteristiche meccaniche dell’oggetto

REALIZZAZIONE PRODOTTO

1. Percorso utensile

2. Controllo numerico

3. Macchina utensile

4. Pezzo

ADDITIVE MANUFACTURING

Oggetto/prototipo ottenuto per accrescimento mediante aggiunta ed aggregazione successiva di

particelle fili o strati di materiale. Disponendo del modello cad 3D dell’oggetto, il prototipo può

essere prodotto automaticamente

• Semplicità e utilizzo immediato: prototipi a basso costo; tempi rapidi

Cambiamento della progettazione:

• prodotti innovativi; strumenti di progettazione e simulazione

Nuove leve per la creazione di prodotti innovativi:

• forme funzionali; multi-materiali;

riempimenti non omogenei

Lezione 3 - Virtual humans per la progettazione e la produzione

• L’uomo al centro della fabbrica digitale: cyber security; big data & analytics; digital plataforms for

Product-service solutions; virtual/augmented reality; Smart machines; Smart componente;

reference models; additive manufacturing

DIGITAL TWIN

• Modello digitale dell’essere umano

• Scambio di informazioni in tempo reale tra copia fisica e virtuale del paziente e dell’ambiente

circostante

• Diversi livelli di complessità anche in base alla tipologia di problema da analizzare

VIRTUAL HUMANS

• Manichini per abbigliamento

• Manichini per analisi ergonomiche

• Modelli bio meccanici dettagliati

• Virtual humans/attori simulatori di folle

• Modelle da immagini medicali e/o scanner 3D

Human centred design: considerare le esigenze dell’essere umano in tutte le fasi del processo di

progettazione

Human centred manufacturing: progettare il processo di produzione ed il layout della fabbrica,

tenendo conto degli operatori e delle loro attività (manuali)

L’industria ha ancora una forte necessità di manodopera per la movimentazione di materie e per

operazioni manuali complesse.

• LA PROGETTAZIONE DELLE OPERAZIONI MANUALI È SPESSO CARENTE O NON

OTTIMIZZATA RISPETTO ALLA PERSONA: L’intervento umano non è valutato sull’intero ciclo di

vita del prodotto ma si ferma all’azienda à operatori esterni e utente finale spesso esclusi

• UNA PROGETTAZIONE CARENTE DELLE OPERAZIONI MANUALI CAUSA: Inefficienze (anche

per eccesso di precauzione); Insorgenza di malattie muscolo-scheletriche croniche

PER PROGETTAZIONE

Simulare e valutare l’interazione essere uomo-macchina:

• diverse morfologie e popolazioni

tenendo conto del contesto applicativo

Ergonomia:

• metodi di valutazione, quali OWAS, RULA, ecc…

Valutare la risposte del corpo umano durante l’interazione con il prodotto:

• esempio:

dispositivi per la riabilitazione

Dimensionare il prodotto in base alla popolazione target:

• misure antropometriche

(automobilistico, abbigliamento, ecc…)

PER PRODUZIONE

Simulare e valutare gli ambienti di lavoro, tenendo conto:

• diverse popolazioni, diverse culture

e abitudini, ecc…

Simulare e valutare le posture degli operatori:

• ergonomia => medicina del lavoro

Pianificare le operazioni

•

• Valutare interazione uomo-macchina: robot collaborativi - COBOT

Monitorare lo stato di salute

•

PROGETTAZIONE PRODOTTO

VIRTUAL HUMAN PER L’ERGONOMIA

Manichino virtuale: una catena cinematica composta da link rigidi connessi mediate giunti

• Il prodotto deve essere conforme alle diverse tipologie di uomini e donne che lo utilizzeranno

• Visibilità; raggiungibilità; confort delle posture; valutazione dell’operazione e sicurezza;

interazione multi-utente; ecc…

Fattori umani:

• misure antropometriche, forze muscolari, movimenti, sensi (vista, tatto, udito,

olfatto e gusto); cultura e talento, ecc…

Ambienti di lavoro - impianti di produzione

•

• Progettazione/pianificare le operazioni: gestione del tempo, facilità di esecuzione,

schedulazione, ecc…

• Sicurezza e salute sul posto di lavoro (adattare il lavoro ai lavoratori)

Ottimizzare le operazioni di manipolazione di materiali, beni e strumenti:

• mappare e simulare

i compiti dell’operatore

Correggere le inefficienze dovute alla mancanza o all’acceso di prevenzione

•

• Progettare il layout della linea di produzione

PRODUZIONE

INTERAZIONE UOMO-ROBOT

• Simulare e monitorare la collaborazione tra operatori e robot

• Progettare robot collaborativi

• Assicurare sicurezza delle operazioni

• Progettare robot collaborativi

SIMULATORE DI FOLLE

• Piano di evacuazione

• Uscite di emergenza

CONCLUSIONI

• Modelli virtuali del corpo umano sempre più dettagliati => modelli multi-scale per riprodurre il

comportamento del corpo umano

• Digital Human model per categorie di persone con esigenze specifiche: persone con disabilità;

persone anziane; ecc…

• Le sfide: tecnologie a basso costo accessibili anche a PMI; acquisizione competenze necessarie;

metodologie adeguate; etica e privacy; interoperabilità

Lezione 04_SviluppoProdotto

• Il progettista utilizza un linguaggio codificato per trasmettere l’idea dell’oggetto da realizzare

all’esperto che deve costruirlo

Strumenti tradizionali:

• disegno tecnico; schizzi, proiezioni ortogonali ed assonometriche,

sezioni; quote, tolleranze, note sui materiali

Strumenti computerizzati:

• CAS; CAD; CAM; CAE, ecc…

DEFINIZIONE DELLO STILE

• 1) creare bozzetti di stile => creare matematica CAS; costruire modelli fisici; costruire modello

master.

Bozzetti di stile:

• 2) viene concepita la forma esterna della vettura, con scarsa definizione di

dettagli. Attività rilevanti: definire bozzetti; disegnare schizzi e viste; selezionare bozzetti

Vincoli ergonomici e meccanici:

• 3) lo stile deve essere affinato tenendo conto dei vincoli di

meccanica, ecc…

Norme e archetipi:

• 4) lo stile viene affinato tenendo conto di norme consolidate

Modelli fisici:

• 5) vengono realizzati i modelli fisici corrispondenti ai modelli di stile selezionati, a

mano o con lavorazioni meccaniche

PROGETTAZIONE DEL PRODOTTO

FATTIBILITÀ

Sì definisce l’architettura della vettura, ossia la disposizione di tutte le sue parti meccaniche e di

carrozzeria, all’interno di superifici esterne già definite o in via di definizione.

Attività rilevanti: layout vano motore e autotelaio; layout abitacolo e bagagliaio; struttura carrozzeria

PROGETTAZIONE

Sì passa dalle semplici superfici esterne a modelli CAD e disegni costruttivi quotati, garantendo i

requisiti richiesti negli obbiettivi iniziali.

Attività rilevanti: studio corpo scocca; studio parti mobili; studio gruppi funzionali

CALCOLI

Si verifica la corrispondenza delle prestazioni delle soluzioni costruttive proposte con gli obbiettivi di

progetto, proponendo eventualmente modifiche e miglioramenti

PROGETTAZIONE STAMPI

AVAMPROGETTO E METODO

Viene definito il ciclo preliminare di realizzazione dell’elemento stampato ed un primo bilanciamento

sotto pressa dell’elemento nelle varie operazioni.

Attività rilevanti: analisi figura elemento; analisi sezioni tipiche; 1° bilanciamento; definizione ciclo

preliminare

STUDIO DI IMBUTITURA

Viene definito il fuori figura dell’elemento, cioè tutte le superfici che vengono sviluppate intorno

all’elemento per garantirne l’imbutibilità.

Attività rilevanti: impostazione studio; fresatura modello fisico; aggiornamento studio

SIMULAZIONE DI IMBUTITURA

Viene analizzata l’imbutibilità dell’elemento per individuare eventuali criticità e proporre modifiche

allo studio di imbutitura

Attività rilevanti: creazione modelli FEM; calcolo FEM; analisi di stampabilità

METODO DI STAMPAGGIO

Viene definito il ciclo di produzione dell’elemento, quante e quali operazioni, i contenuti tecnologici

che saranno input per la progettazione e la generazione dei percorsi utensile

Attività rilevanti: impostazione ciclo; definizione contenuti tecnologici; valutazione fattibilità

PROGETTAZIONE STRUTTURA

Viene definito il progetto dello stampo, inserendo tutti i contenuti previsti dal piano metodo. Alle

superficie di imbutitura vengono aggiunte la struttura e le attrezzature necessarie al funzionamento

dello stampo.

Attività rilevanti: progettazione stampo di imbutitura; progettazione altre operazioni;

matematizzazione alette

GENERAZIONE PERCORSI UTENSILE

Vengono generati i programmi di fresatura per realizzare gli stampi

Attività rilevanti: percorsi utensile stampo di imbutitura; percorsi utensile altre operazioni

CONCLUSIONI

• Tutto è sempre più basato sul 3D

• Nel mondo della progettazione e della produzione i problemi cruciali sono: padronanza e controllo

del processo e dei suoi cambiamenti; formalizzazione ed uso della conoscenza disponibile;

tempismo nel cogliere i cambiamenti tecnologici e ambientali in termini di sviluppo; capacità di

gestire al meglio la propria rete di collaborazione

• L’approccio e le tecnologie PLM sembrano essere la risposta adeguata.

Lezione 05 - Introduzione al PDM

PRODUCT LIFE CYCLE

• Le informazioni e i dati di prodotto, lungo l’intero ciclo di vita, rappresentano la ‘spina dorsale’

della progettazione e della produzione industriale

• PDM = Product data Management: strumenti e metodi per la gestione dei dati, necessari alla

definizione di prodotti industriali. Gestisce l’integrazione e la gestione tra i vari cicli di vita,

basandosi sui dati di definizione del prodotto

IMPATTI DI UN SISTEMA PDM

• Progettare modello di gestione delle informazioni

• Gestire progetto di implementazione del software

• Impatto molto forte in termini di: costi; difficoltà d’implementazione; prospettive e vantaggi

OBBIETTIVI

• Organizzazione delle informazioni eterogenee, presenti all’intero dei molteplici sistemi informatici

aziendali in un ambiente intergrato

Documentazione del ciclo di vita del prodotto:

• struttura del prodotto, relazioni tra le

informazioni, processi di modifica di tali informazioni

Predisposizione di meccanismi di accesso e di controllo:

• consistenza, sicurezza,

manutenzione

Supporto all’ingegneria:

• gestire informazioni del prodotto, gestione dei processi di sviluppo

prodotto

TIPOLOGIA D’INFORMAZIONI

Su supporto informatico:

• specifiche, disegni CAD, modelli per analisi, immagini, piani di

processi di produzione, annotazioni, ecc…

Supporto cartaceo

•

STRUMENTI NECESSARI

THE RIGHT INFORMATION

Archiviazione:

• informazioni eterogenee (file CAD, fogli elettronici, documenti di procedure)

Classificazione:

• per catalogare i documenti in modo tale da facilitare la ricerca (metadati)

Ricerca:

• possibilità di effettuare ricerche complesse su database

Strutturazione:

• raggruppare e contestualizzare le informazioni all’interno di una struttura di

prodotto

Interdipendenza tra le informazioni

•

FOR THE RIGHT PERSON

Utenti e ruoli:

• chi ha accesso alle informazioni e con quali diritti

Filtri e visibilità delle informazioni:

• gestione della visibilità e delle aree di lavoro private

Comunicazioni:

• utilizzo di strumenti per trasferire informazioni e notificare eventi

Supply chain, exended enterprise:

• per poter lavorare nello stesso ambiente,

indipendentemente dalla locazione fisica

QUINDI SI RICHIEDE

• Data Management (procedure passive): classificazione dei componenti; classificazione dei

documenti relativi a componenti o gruppi; struttura del prodotto; ricerca

Process management (procedure attive):

• Work Management (cosa accade ai dati quando

vengono modificati); workflow management (gestire flusso dei dati tra le persone); work history

management (traccia dell’evoluzione dei dati)

DATA VAULT & DOCUMENT MANAGEMENT

DATA VAULT

• Costituisce il Kernel di un sistema PDM

• Garantisce: consistenza dei dati; visione organica; informazione aggiornata

• Informazioni presenti come: file, metadati

• Attributi richiesti: ricerca e recupero; controllo ed accesso; identificazione; collaborazione

GESTIONE DEGLI ACCESSI

• Effettuata da Data Vault garantendo: consistenza dell’informazione; aggiornamento

dell’informazione

• Per evitare conflitti durante condivisione, di: check in e check out

UNA DEFINIZIONE COMPLETA DI PRODOTTO

• Identifica & controlla i dati aziendali di prodotto

• Definisce gli ‘intellectual assets’

• Definizione di prodotto unica e strutturata

BENEFICI

• Memorizzazione sicura e distribuita dei dati nativi

• Eliminazione dei dati ridondanti

• Gestione e condivisione dei dati a livello enterprise

• Consente l’utilizzo di ‘electronic master’

• Sono gestite ‘review’ ed approvazione elettronica

• Gestisce le relazioni tra i dati

• Sicurezza e controllo accessi

• Visione unica e consistente dei dat