Teoria Simulazione e prototipazione Virtuale (SPV)

Digital product development

Il design consiste nell’ideazione e progettazione di oggetti d’uso da produrre, esso ha alla base la comunicazione delle idee.

Step del design

• Si definiscono i vincoli, le funzioni che dovrà svolgere e lo stato dell’arte (lo si fa con carta o documenti digitali)
• Brainstorming
• Preliminary design: si scelgono le migliori idee
• CAE (Computer assisted engineering): si effettuano simulazioni
• Ottimizzazione: si migliora il progetto ottimizzando le condizioni di stress, la massa, il materiale e le tolleranze
• Manufacturing: si progetta il ciclo produttivo, si creano dei prototipi, una documentazione tecnica e si passa ai test finali e alla fase di marketing

Digital master

I file CAD e tutti i file data sono condivisi in internet o intranet, ciò consente di ridurre i costi e i tempi e di migliorare la qualità del prodotto.

Digital mock ups (DMU)

La prototipazione virtuale consente di ridurre i costi, proteggere i dati ed evitare esperimenti potenzialmente pericolosi, il tutto con il beneficio di avere una visualizzazione a schermo.

CAD history and technology

Un CAD è costituito da una User Interface (UI) e il Kernel che consente alla UI di comunicare con il sistema operativo.

User interface (UI)

Grazie all’UI l’utente interagisce col CAD (è ciò che si vede a schermo). La UI influenza il tempo e la qualità del lavoro.

Kernel

Le funzioni del kernel sono le seguenti:

1. UI interpretation: È possibile anche configurare la UI ad esempio cambiando la lingua.
2. Rappresentazione matematica della geometria: dal kernel dipende l’accuratezza della rappresentazione. Maggiore accuratezza necessita maggior sforzo computazionale. Anche la risoluzione del CAD dipende dal kernel (es. merging distance = distanza minima tra 2 punti/spigoli entro la quale il CAD vede un solo punto/spigolo).
3. Visualizzazione del CAD: La rappresentazione matematica viene convertita e approssimata così da rendere visualizzabile la geometria.
4. Database e data exchange: I dati geometrici e topologici, le mesh e i PLM data vengono immagazzinati in un database che ne gestisce la loro modifica. Il kernel è fondamentale anche per lo scambio dati in quanto da esso dipende la compatibilità tra CAD (alcuni kernel sul mercato: ACIS = Dassault Systèmes, CATIA = Dassault Systèmes, Parasolid = UGS – Siemens, Rhino = SOLID ++).

Vantaggi di un CAD 2D

• Drafting: Spazio virtualmente infinito; è possibile utilizzare dei punti di attrazione (snap points); è possibile modificare lo spessore delle linee.
• Editing: È possibile cancellare, modificare o effettuare trasformazioni geometriche (es. scalare) in maniera semplice e veloce.
• Riutilizzo: Possono essere riutilizzati elementi precedentemente realizzati o scegliere parti da catalogo.
• Automazioni: Calcoli geometrici (area, volume), del peso e dei costi; pattern.
• Parametrico
• Contraint solver (CS): Trova (se esiste) la soluzione alle equazioni relative alla geometria (posizione e dimensione) e alla topologia (come gli elementi geometrici sono connessi). Coordinate differenti ma stessa connessione tra vertici. Stessa geometria ma topologia differente.
• Associatività: Tutte le rappresentazioni del modello sono connesse (parte 3D, drawing, assembly, ecc.).

CAD history based

La modellazione è il risultato di una sequenza ordinata di operazioni (features = elementi CAD ripetibili). Variando l’ordine delle operazioni il modello può variare. Limiti: Le relazioni padre – figlio possono comportare modifiche indesiderate; possono essere cambiati solo parametri espliciti (es. sketch o parametri delle features); necessita di allenamento.

CAD non–history based / (pure) direct modelling (sincrono)

L’utente prima crea (facce, spigoli, features) e poi modifica. Non ha né un albero delle features né gli sketch (non strutturato) intuitivo (anche se l’interfaccia può essere complicata), nessun ostacolo dovuto alla storia e ai parametri. Hybrids: è possibile lavorare sia con che senza storia nella conversione a direct modelling la storia si perde.

Surface modelling - modellazione delle superfici

Si ha un elevato controllo delle forme (shape) applicazioni: automobilistico, aerospaziale, navale.

Hybrid solid – surfaces - modellazione ibrida

È possibile modellare sia le superfici che i solidi in un unico pacchetto solidi per parti prismatiche e sheet metal, superfici per freeform, applicazioni di fluidodinamica ed ergonomia.

Multibody CAD

Utilizzato per semplificare la modellazione di parti complesse e cave si utilizzano più solidi per realizzare una parte.

Assembly modelling

Utilizzato per assemblare più parti ed effettuare simulazioni.

Part modelling

Enterprise CAD

• EDM: Engineering meta – Data Management. Comprende: modelli CAD e drawings, caratteristiche del prodotto, analisi ingegneristiche, audio e video, manuali e brochures. Vault consente a più utenti di lavorare sullo stesso prodotto.
• PDM: Product Data Management. È l’evoluzione dell’EDM e include l’ERP (Enterprise Resource Planning) cioè aspetti finanziari e di logistica.
• PLM: Product Lifecycle Management. È l’evoluzione del PDM e include aspetti relativi al marketing e alla supply chain ciò consente di ridurre i costi e i tempi ma allo stesso tempo di migliorare la qualità del prodotto, ma è necessario che il processo sia codificato.

Digital geometric representation – DGR

È come il CAD immagazzina e processa le geometrie che devono essere modellate. Visualizzazione: come la geometria è visibile a schermo. Rappresentazione: come la geometria è immagazzinata nel kernel.

Tipi di rappresentazione di CAD 3D

1. Wireframe representation: Rappresentazione di solidi con spigoli ciò comporta basso sforzo computazionale ma oltre all’impossibilità di conoscere area e volume, questa rappresentazione è ambigua.
2. Surfaces representation: Questa tipologia di rappresentazione (di sole superficie) può essere approssimata (mesh, voxel) o analitica.
3. Polygonal representation: Con questa rappresentazione le curve e le superfici sono approssimate da poligoni, in genere triangoli.