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Modellizzazione e prototipazione virtuale

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  • 1. I N N O V A Z I O N E D I G I T A L E IMPRESE X INNOVAZIONEModellizzazionee prototipazione virtuale Questa guida stata realizzata I N N O V A Z I O N E grazie al contributo del Consorzio Interuniversitario (Cineca) Le guide di questa collana sono supervisionate da un gruppo di esperti di imprese e associazioni del sistema Confindustria, partner del Progetto IxI: Between Spa, Confindustria Servizi Innovativi e Tecnologici, Eds Italia, Gruppo Spee,D I G I T A L E Hewlett Packard Italiana, Ibm Italia, Idc Italia, Microsoft, Telecom Italia Spa. Suggerimenti per migliorare lutilit di queste guide e per indicare altri argomenti da approfondire sono pi che benvenuti: [email protected]

2. D I G I T A L EMODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALE I N N O V A Z I O N EIL CONTESTO ATTUALEvantaggio competitivo continuamente e velocemente, anche attraverso lutilizzoLattuale contesto economico ha come princi- di strumenti ICT adeguati che supportinopale caratteristica quella di essere in continua soprattutto le attivit core dei processi in-fibrillazione e, di conseguenza, le aziendeterni alle loro aziende.che vi operano devono essere in grado di ade-Sia nelle PMI che nelle grandi aziende cheguarsi prontamente ai mutamenti e saper pre- hanno come mission la progettazione e lavenire i gusti dei clienti e dei consumatori.vendita di prodotti e/o servizi sempre piLe aziende devono saper governare e ge-competitivi, ha grande importanza il setto-stire soprattutto: strategia, organizzazione,re che si occupa della progettazione e in-management; per poterlo fare in manieragegnerizzazione dei prodotti.efficace nel contesto attuale occorrono in-Ampia la gamma dei settori nei quali taletuito, estro, creativit.funzione ricopre un ruolo fondamentale:I manager devono saper attivare e gestiremeccanico, elettrico, elettronico, chimico,la creativit indirizzandola adeguatamen-minerario, moda, tessile, medico, farma-te; devono saper innovare e rafforzare ilceutico, agrario, ecc.1 3. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALED I G I T A L EINGEGNERIA DEI PRODOTTI connessi, coinvolgendo quindi sia aspettipropriamente ingegneristici sia competen-Una seconda problematica afferisce ai metodi e sistemi, in particolare agli aspetti economici della gestione di tali sistemi:Nelle aziende che sviluppano e produco- ze in altri settori, con particolare importan- - le metodologie e gli strumenti per le progettazioni dei prodotti e dei processi;no prodotti e/o servizi, le aree che si oc- za in quello economico-gestionale. - i metodi di modellizzazione dei processi di sviluppo del prodotto, di utilizzo anche di modelli virtuali, di modellizzazionecupano dellingegneria del prodotto siSempre in relazione al settore metalmecca- dei prodotti nel ciclo di vita, gestione delle documentazioni dei prodotti;avvalgono di personale molto preparato, nico, le aree culturali di riferimento sono le - lanalisi e la modellizzazione per il progetto integrato dei sistemi produttivi, distributivi e della relativa logistica;sia dal punto di vista culturale che scien- tecnologie specifiche, le metodologie di svi-- lanalisi e la progettazione degli specifici impianti industriali, incluse le valutazioni di fattibilit ed economiche;tifico, con approfondite conoscenze sia luppo, lanalisi del prodotto, i sistemi di pro- - lautomazione dei sistemi di produzione, previa lanalisi di convenienza economica di sistemi integrati e flessibili (FMS, robot eI N N O V A Z I O N E celle di lavorazione);I N N O V A Z I O N Enellarea tecnologico-produttiva che eco- duzione, gli impianti, la programmazione enomico-gestionale. Il team quindi inla gestione della produzione, la gestione in-- lanalisi e la progettazione ergonomica e della sicurezza dei sistemi produttivi;grado di affrontarne i problemi inerentitegrata della qualit, il project management,- la pianificazione dei processi e la simulazione/ottimizzazione dei flussi dei materiali nei processi produttivi e di consegne;attraverso una visione globale del proces-lottimizzazione dei flussi di produzione, la- la programmazione e la gestione dei sistemi di lavorazioni, assemblaggi, controlli per i prodotti;so di sviluppo e di produzione. protezione dellambiente di lavoro, laffida-- la gestione della qualit e delle manutenzioni;Le questioni attinenti al tema citato rivesto-bilit e la sicurezza del prodotto, in relazio-- le metodologie di prototipazione, anche virtuale, ed i relativi strumenti di rappresentazione, anche per modellizzazioni eno carattere fortemente interdisciplinare e,ne al processo di fabbricazione, e i sistemi simulazioni, applicabili in molti settori produttivi;come ad esempio accade nel settore me-informatici aziendali. - i metodi e strumenti di rappresentazione per le simulazioni sia del funzionamento del prodotto sia del processo di fabbricazione.Unarea complessa come quella tecnologica prevede i processi di sviluppo e tra-sformazione dei prodotti costituiti da materiali e componenti tradizionali e/o in-ICT ED INNOVAZIONEnovativi, possibilmente integrati, e comprende: DI PRODOTTO E DI PROCESSO- le fasi di ideazione, progettazione, fabbricazione, assemblaggio, controllo, ecc.;- le tematiche tipiche dellingegneria concorrente e di progettazione/Attualmente stiamo assistendo ad un forte svi-produzione assistite da calcolatori;luppo delle Tecnologie Informatiche e delle- la caratterizzazione tecnologica dei materiali da trasformare;Telecomunicazioni e del loro utilizzo allin-- la determinazione delle caratteristiche ottime di prodotto; terno delle imprese.Da ci ne consegue lopportunit per le azien-D I G I T A L E- la determinazione dei parametri ottimi di processo, che consentano diminimizzare i costi ed i tempi di fabbricazione;de di apportare al loro interno migliorie allor-- la progettazione e gestione della qualit e della salvaguardia dellambiente; ganizzazione, anche radicali. Oggi gli stru-- la prototipazione, oggi possibile anche virtuale. menti ICT consentono di ricoprire e supporta-re con lutilizzo dei calcolatori moltissime fasidei processi di progettazione e di produzione.talmeccanico, spaziano dallanalisi del pro-I manager possono essere aiutati da strumenticesso progettuale, allingegnerizzazione, ICT ormai adeguati, ma anche innovativi,dallindividuazione del migliore processo che possono contribuire ad apportare miglio-produttivo, alla gestione dei sistemi di pro- ramenti sensibili alle attivit di innovazioneduzione e dei sistemi informativi ad esso dei prodotti/processi nelle loro aziende.23 4. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALED I G I T A L EMANAGEMENT ed agli strumenti informatici di ausilio allaDI PRODOTTO ED ICT progettazione per automatizzare, quindi velocizzare, processi altrimenti ripetitivi eEsperti e manager dellIngegneria di pro-lenti.dotto sono tra le persone che hanno le Spesso un progetto industriale pu essere ilmaggiori responsabilit di innovazione nel-risultato della cooperazione di pi azien-le aziende. Devono conoscere le tecniche,de: ci rende necessario scambiare e con-gli standard tecnologici correnti e le best frontare il pi possibile le informazioni e leI N N O V A Z I O N EI N N O V A Z I O N Epractices di riferimento. Devono provve-proposte progettuali tra i vari gruppi di la-dere alla formazione ed al supporto deglivoro che collaborano allo stesso progetto.addetti specifici della loro area. La progettazione assistita dal calcolatoreRicerca, innovazione e sviluppo di nuovi rappresenta uno strumento fondamentaleprodotti in tempi ristretti divengono un im- nella progettazione industriale, sia nellaportante investimento per le aziende proiet- grande azienda che nella piccola-mediatate verso il costante soddisfacimento dei impresa manifatturiera.propri clienti. Il concepimento di un nuo- La valutazione delle prestazioni del prodottovo prodotto uno dei momenti fondamen-gi in fase di progettazione, resa possibiletali nella crescita di una azienda.dalle attuali tecnologie CAD/CAM/CAE, staInnovare significa non solo creare nuove acquisendo sempre maggiore rilevanza in or-strategie di mercato, ma investire anche sul dine alla realizzazione di prodotti il pi pos-cambiamento di mentalit del personale sibile rispondenti alle richieste, ed alla ridu-coinvolto, per una corretta valutazione ed zione della tempistica che intercorre tra li-impiego delle tecnologie emergenti: de- Il rapido e continuo evolversi del contesto ESEMPI DI SISTEMI INNOVATIVI deazione dei medesimi ed il loro ingresso nelsign, progettazione industriale, enginee- di mercato nel quale le aziende sono chia-PER LO SVILUPPO DI PRODOTTI, mercato.ring, modellizzazione 3D, prototipazionemate ad operare richiede pronte ed ade- PER LA GESTIONELa progettazione 3D (a 3 dimensioni) rea-rapida, prototipazione virtuale, etc. guate risposte. E LA CONDIVISIONElizzata mediante i principali strumenti CADD I G I T A L EDELLE INFORMAZIONI presenti sul mercato pu essere affiancata SOSTEGNO DELLICT IN AZIENDA DI PRODOTTOdalle simulazioni numeriche nei settori in ormai pacifico che un valido supporto dellICT indispensabile in azienda.cui occorrono calcoli di tensioni-deforma-Un problema il rimanere aggiornati sulle novit tecnologiche e sulle loro funzionalit pi importanti.Lelevata concorrenza nel settore industria- zioni, cinematica, fluidodinamica, ecc...le pone come obiettivo alle singole azien- Occorre essere in grado di seguire il pro-Esempi di requisiti generali per supporti ICT necessari per i Technical Decision Makers:de di immettere sul mercato prodotti di ele- cesso di sviluppo di un prodotto dallidea-- utilizzo di strumenti tecnologici affidabili e di ultima generazione;vata qualit, a minori costi e nel pi breve zione alla industrializzazione. La struttura- disponibilit e impiego fattivo delle pi recenti ricerche ed applicazioni tecnologiche;tempo possibile. di gestione deve essere flessibile e capace- formazione alla ottimizzazione delle prestazioni e dellefficacia delle Applicazioni;In risposta a queste esigenze, sempre mag- di affrontare efficacemente progetti di varie- ausilio alla ottimizzazione dei systems management e dei processi di supporto.giore il ricorso allimpiego dei calcolatori dimensioni.45 5. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALED I G I T A L E SUPPORTI DI CAD, CAE, CAM.ALTRI SUPPORTI (FEA, PROTOTIPAZIONE VIRTUALE) In tempi recenti si assistito ad un considerevole impiego dei sistemi CAD/CAM/CAE nella progettazione. Le-La realizzazione di software specifici di analisi, anche incorporati nel CAD, ha reso accessibile a moltissimi progettisti lAnalisi agli voluzione dei sistemi CAD in particolare ha reso possibile la creazione di modelli virtuali che offrono sia la pos-Elementi Finiti (FEA), che ora pu essere parte integrante del processo di sviluppo dei prodotti. sibilit di studiare a fondo un oggetto attraverso sistemi CAE, sia lopportunit di creare rapidamente prototipiIl software di analisi consente di verificare lintegrit di una progettazione prima della fase di produzione, prendendo in considera- fisici attraverso sistemi CAM. zione ad esempio la resistenza strutturale, la dinamica dei fluidi, il trasferimento termico e linterazione tra le parti in movimento. Per la progettazione industriale e meccanica utilizzante software di modellizzazione 3D normalmente il model- lo geometrico nel CAD costituisce, per il processo di progettazione e di produzione, il database comune delle in-Per lanalisi strutturaleMediante lanalisi ad elementi finiti (FEA) viene verificato il comportamento di un oggetto in progettazione sottoposto a condizioniI N N O V A Z I O N E formazioni cui attingono i sistemi per la simulazione e per la produzione o anche per la prototipazione rapida.simili al suo impiego o funzionamento. Lanalisi ad elementi finiti permette di studiare vari aspetti, quali: sollecitazioni massime,I N N O V A Z I O N E I vari gruppi che partecipano ad un progetto industriale possono utilizzare diversi software di progettazione per diverse finalit; quindi anche prioritario poter scambiare in maniera efficiente le informazioni tra i varispostamenti, vibrazioni, ottimizzazione dei parametri di progetto. gruppi di lavoro.La simulazione particolarmente importante qualora non si possiedano dati certi sulle reali condizioni di sollecitazione del partico-lare: ancor prima della fase di prototipazione quindi possibile la verifica preliminare del modello.FIGURA 1 - SCHEMA CONCETTUALE DI UN PROCESSO DI PROGETTAZIONE PRODOTTI O IMPIANTIIMPORTANZA DELLE SOLUZIONI FIGURA 2 FLUSSO DI PROGETTAZIONE CON FLUSSO DI PROGETTAZIONE CON PROTOTIPAZIONE ICT - MODELLIZZAZIONE PROTOTIPAZIONE TRADIZIONALE VIRTUALE (IN ALTERNATIVA)E PROTOTIPAZIONE VIRTUALEFASI DI PROGETTAZIONESUPPORTO PROGETTAZIONE- ideazione modelli di parti e assiemi COMPUTERS- calcoli ingegneristici (fisico, matematici, chimici, ecc.) CAD 2/3D Le tecnologie di calcolo ad alte prestazioni- disegno/graficaCAEpossono oggi essere di valido supporto allaprogettazione industriale, alla simulazione CAD CAE PROTOTIPO (in qualche caso) SUPPORTO SUPERCOMPUTERSnumerica, alla modellizzazione ed alla pro- VIRTUALE COSTRUZIONE PRIMI PROTOTIPI Modellizzazionetotipazione virtuale dei prodotti, fornendo prototipazione rapidaPROVE E COLLAUDI PROTOTIPI Prototipazione virtualela possibilit di studiare modelli complessiin tempi brevi e rendendone possibile la lo-Le risorse di calcolo, ed a maggior ragioneMODIFICHE/ADATTAMENTI DI PROGETTI ro visualizzazione in ambienti di realt vir- quelle ad alte prestazioni, sono costose pertuale.le aziende, sia in fase di acquisto che di ge-D I G I T A L E ITERAZIONI DI PROTOTIPI/PROVE/MODIFICHETali fasi si svolgono normalmente in sim- stione, e sono dimensionate sui carichi dibiosi a monte e/o a valle del processo pro- lavoro medi. Ci rende difficile e spessoCOSTRUZIONE PROTOTIPI FINALI, PRE-SERIEgettuale di prodotto o servizio.impossibile lelaborazione di carichi di la-PROVE E COLLAUDI PROTOTIPI FINALIRicerche recenti mostrano che per ottenerevoro consistenti, normalmente solo di pic-risultati attendibili dalle analisi dei modelli co, limitando cos le possibilit di analisi.RILASCIO PROGETTI realizzati in fase di prototipazione, sono tuttavia possibile ricorrere al supporto dinecessari studi probabilistici delle variabiliorganizzazioni strutturate per il calcolo onin gioco che consentano di analizzare ildemand ad alte prestazioni. Le aziende PRODUZIONE PRODOTTIcomportamento dei modelli in contesti pi che ne hanno necessit possono esternaliz-realistici. zare il calcolo tecnico-scientifico legato al-67 6. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALED I G I T A L E consumi contenuti alla compatibilit eco- VISUALIZZAZIONE Il teatro virtuale permette la visualizzazio- logica, etc.GRAFICA/SCIENTIFICA ne di dati e modelli complessi mediante Per questo lengineering e la fase di ricerca e tecniche di realt virtuale che consentono sviluppo diventano ancora pi di importanza Le ingenti quantit di dati testuali prodotte una visualizzazione immersiva dei dati fondamentale e il calcolo scientifico ed inge-dalle simulazioni numeriche richiedono te-con una notevole impressione di realt. gneristico assume un ruolo sempre pi rile- cniche e strumenti di visualizzazione che nepossibile, infatti, percepire le dimensioni vante nella progettazione e simulazione diconsentano unanalisi ed uninterpretazione reali di un oggetto, leffetto visivo di un prodotti e processi e nella gestione informati- rapida ed efficace. Unimmagine, infatti, inmateriale ed possibile valutare soluzioniI N N O V A Z I O N EI N N O V A Z I O N E ca del complesso dei dati generati durante li- grado di veicolare in modo pi semplice eddiverse in tempo reale. Allinterno di un ter di sviluppo dei prodotti industriali. immediato il risultato di una simulazione ri- teatro virtuale si pu riunire un intero Rispetto alle risorse tradizionali, gli elabo-spetto ad un tabulato numerico. team di progettazione per analizzare gli ratori per il calcolo ad alte prestazioni for- stata gi accumulata una lunga esperienza effetti delle diverse scelte tecnologiche e niscono i seguenti vantaggi:nel campo della visualizzazione a supportodi design. della ricerca e sviluppo e si in grado di uti-Quando necessario riunire un gruppo di Ridurre il tempo di sviluppo del prodotto.lizzare tecnologie di visualizzazione avan- lavoro distribuito sul territorio pu esserela modellizzazione ed alla prototipazioneLa progettazione in ambiente virtuale ren-zate per la soluzione di problemi complessi.conveniente o necessario ricorrere a stru-dei prodotti, secondo le proprie esigenzede possibile valutare rapidamente un nu-Esistono organizzazioni che hanno tali stru-menti di lavoro collaborativi che consento-di carichi anche di picco. Possono cos ef-mero elevato di alternative e le verifichementi, da utilizzare anche in remoto. In talno ad utenti remoti di vedersi, dialogare efettuare quelle simulazioni che non avreb- nel medesimo ambiente consentono di ri- caso i dati prodotti dalle simulazioni ven- visualizzare gli stessi dati. A tale scopo so-bero potuto sostenere in casa, sia per ca- durre il numero dei prototipi ed il tempo digono trasferiti via rete nella sede delluten-no disponibili soluzioni per la visualizza-renza di risorse di calcolo adeguate, sia persperimentazione.te che li visualizza sulla sua piattaforma di zione integrata con la videoconferenza,mancanza di licenze dei prodotti softwareRidurre i costi del prodotto. risorse.dando la possibilit agli interlocutori di ve-necessari alle elaborazioni e simulazioni. Il minor tempo impiegato nelle attivit diSi parla di teatro virtuale e di strumenti perdersi e parlarsi mentre visualizzano le in- progettazione e verifica e lottimizzazione il lavoro collaborativo.formazioni sullo schermo.I SERVIZI DI CALCOLO TECNICO nellutilizzo di materiali e tecnologie con- VANTAGGI PER LE AZIENDE-UTENTI:E DI SIMULAZIONE NUMERICAtrae i costi complessivi di sviluppo e pro-D I G I T A L ECOME LEVA PER AUMENTAREduzione.- poter accedere a software di simulazione estremamente sofisticati;LA COMPETITIVIT Aumentare la qualit dei prodotti.- investimenti limitati al pagamento di una quota proporzionale allentit dellutilizzo del software;DELLE AZIENDE INDUSTRIALILaffidabilit delle verifiche di prodotto e di - utilizzo di interfacce semplici, progettate espressamente per utilizzatori orientati allapplicazione; processo effettuabili con la simulazione nu-- per le industrie che non svolgono attivit di supercalcolo al proprio interno, opportunit di avvalersi di qualificati serviziIl mercato attuale richiede rapidit nello merica permette di raggiungere livelli cre- di simulazione numerica senza la necessit di acquistare calcolatori dedicati, evitando anche tutte le problematichesviluppo e consegna di prodotto. Inoltre alscenti di qualit e di utilizzare in modo pi correlate: forte investimento iniziale, necessit di personale competente, gestione del sistema, installazione dei prodotti;prodotto stesso vengono richiesti una serierazionale i materiali, di stimare il ciclo di - per le industrie che svolgono attivit di calcolo tecnico al proprio interno:di requisiti ulteriori ed accessori rispetto al- vita dei prodotti, la loro resistenza nellu- - velocit ed efficienza della rete e riservatezza dei dati trattati;la funzionalit principale: dalla fruibilit also, limpatto conseguente in caso di mal- - possibilit di avvalersi di competenze scientifiche e tecnologiche di alto livello.comfort, dalla riciclabilit al design, daifunzionamenti o rotture.89 7. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALED I G I T A L E soddisfare solo dei carichi di picco per ba adeguare il proprio sistema di calco-FIGURA 3 - FLUSSO DI PROGETTAZIONE CON MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALIelaborazioni/applicazioni mediamente lo alla elevata potenza richiesta;meno complesse; fornire la tecnologia necessaria per la co-FASI DI PROGETTAZIONE ARCHIVI- ideazione modelli di parti e assiemiDI DATI effettuare attivit di porting e paralleliz- struzione di ambienti di calcolo distribui-- calcoli ingegneristici (fisico, matematici, chimici, ecc)SPERIMENTALI- disegno/grafica zazione di codici proprietari nel conte- ti (GRID), che abilitino lintegrazione e dati di calcolosto di progetti industriali; la collaborazione fra gruppi di lavoro re- mettere a disposizione, come servizi moti (organizzazioni virtuali) per la rea-PACKAGE DI MODELLIZZAZIONEweb, prodotti software per la simulazio- lizzazione di progetti, sessioni di lavoroI N N O V A Z I O N EE VISUALIZZAZIONEI N N O V A Z I O N ESUPPORTO COMPUTERSne senza che lazienda utilizzatrice deb-cooperativo, seminari, corsi, convegni.PRE-PROCESSOREmicro-suddivisione e preparazio-CAD 2/3D CAEne Modello geometrie, forme schemi, ecc...SOLUTOREelaborazione calcoli sollecitazioni Supporto supercomputers (calcoli in parallelo) POST-PROCESSOREreports esiti sollecitazionie visualizzazione a monitor anche/oppure Package di modellizzazione Struttura di Teatro virtuale e visualizzazione virtuale, a teatroSERVIZI DI ELABORAZIONIAD ALTE PRESTAZIONIDISPONIBILI PER LE AZIENDEPresso strutture opportunamente costituitepu essere predisposto lutilizzo di elabo-D I G I T A L E SERVIZI DI VISUALIZZAZIONE SCIENTIFICA E GRAFICA 3Dratori di supercalcolo per: rispondere alla domanda completa diPer diversi ambiti applicativi, dalla industria alla fisica, chimica, astronomia, dalla medicina ai beni culturali, ecc. vienecomputing power fornendo alle indu-realizzato e messo a disposizione di progettisti e ricercatori un Teatro Virtuale che consente la visualizzazione di dati estrie la capacit di calcolo di cui hannomodelli complessi mediante tecniche di realt virtuale.bisogno, gestendo attivit in outsourcingCi reso possibile utilizzando strumenti che consentono l interazione con i dati ed anche possibilmente con la gestio-dei servizi di calcolo avanzato e ren- ne di una Biblioteca di software per il calcolo tecnico (computer aided engineering,), il calcolo scientifico (bioinfor-dendone possibile lutilizzo da remoto;matica, chimica, fisica,), la gestione di librerie (matematica, calcolo parallelo, chimica, fisica, debugging e profiling) offrire servizi di calcolo on demand,e le visualizzazioni (analisi dei dati, grafica, grafica 3D, grafica molecolare, modellizzazione, image processing, naviga-nei periodi di fabbisogno e per specifi- zione di modelli virtuali).che e complesse elaborazioni;10 11 8. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALE D I G I T A L E ESEMPI DI SOLUZIONI E SERVIZI UTILIZZABILISERVIZI DI ATTIVIT DI SUPERCALCOLO E DI SUPPORTO SPECIALISTICOCampi Applicativi: Calcolo strutturale, Computazione Fluidodinamica, Chimica Computazionale, etc.Tipi di Clienti:Industrie: aziende che operano nei settori della meccanica, aeronautica, chimica, oil&gas, (ENI, Pirelli, Alenia, PiaggioAero,SMR, Luna Rossa, Ducati); Universit; Centri di ricerca. I N N O V A Z I O N EIl servizio consente di attingere a personale specializzato per lottimizzazione e lingegnerizzazione di codici proprietari delI N N O V A Z I O N Ecliente o per lo sviluppo di nuovi codici o interfacce di visualizzazione.SERVIZIO DI BIBLIOTECA SOFTWARE O PROGRAMMOTECAPu consentire alla PMI luso di strumenti avanzati di calcolo senza unestensione delle proprie risorse di hardwaree software e con un investimento minore. Simulazione di una eruzione del VesuvioCampi Applicativi principali: Calcolo strutturale, computazione fluidodinamica, chimica computazionale, ecc.Clienti: Aziende, soprattutto PMI (settore meccanico, petrolifero, chimico farmaceutico, ecc.).MODELLIZZAZIONE le strettamente tecnologiche a quelle ergo-SERVIZI DI VISUALIZZAZIONE DATI E PROTOTIPAZIONE VIRTUALE - nomiche, dalla sicurezza allestetica.VERSO UNA PROGETTAZIONE Sempre pi aziende si accostano ed in-Permettono di gestire e tradurre in immagini una mole di dati ottenuta dalla simulazione numerica. Le immagini veicolanoSEMPRE PI EFFICACE vestono quindi sulla modellizzazione 3Din modo immediato linterpretazione dei dati e supportano il processo decisionale. Il cliente pu visualizzare in remoto i ri-dei prodotti e sullanalisi delle caratteri-sultati della simulazione sul suo desktop, con il proprio strumento di visualizzazione e senza trasferire i dati. Il successo di nuovi prodotti uno dei fat-stiche meccaniche, aerodinamiche, flui-Campi Applicativi: supporto alla progettazione industriale, simulazioni di ingegneria, simulazioni scientifiche (cosmologiche,tori chiave per acquisire nuove quote didodinamiche, termodinamiche, acusti-vulcanologiche, meteorologiche, ecc.), pianificazione di interventi chirurgici, rappresentazioni del territorio, ecc. mercato e per rimanere competitivi sul pro- che dei modelli mediante tecniche agliTipi di Clienti: Industrie, Enti Pubblici, Sanit, ecc. prio mercato. Tutte le aziende che operanoelementi finiti (FEM); utilizzano ambien-nel manufacturing investono in innovazio- ti di realt virtuale per avere una rappre-D I G I T A L ETEATRO VIRTUALEne di prodotto e la progettazione uno dei sentazione in scala reale dei modelli eTecnologia per la visualizzazione tridimensionale per il design in scala reale e la prototipazione virtuale. La compresenza fattori chiave di successo. valutare meglio gli aspetti ergonomici eddellambiente di simulazione e visualizzazione fa s che i risultati della simulazione possano essere resi direttamente nel-La progettazione diventa cos unattivit estetici legati ad esempio alla resa deilambiente virtuale. possibile utilizzare lo schermo retroproiettato per il design in scala reale di prodotti e manufatti oltre complessa che necessita di strumenti e te-materiali.che del modello CAD e del modello FEM.cnologie che possano aiutare chi deve stu-Campi Applicativi/Clienti:diare un nuovo veicolo o un componentesupporto alla progettazione industriale, simulazioni di ingegneria, simulazioni scientifiche (cosmologiche, vulcanologiche, di esso, un nuovo elettrodomestico, lo sca- QUALI BENEFICI PER LAZIENDA?meteorologiche, ecc.), pianificazione di interventi chirurgici, rappresentazioni del territorio, ecc. fo di una nave, lala di un aereo, larreda-Tipi di Clienti: Industrie; Enti Pubblici; Sanit; ecc. mento di un locale, al fine di poter tenerUnattivit di progettazione completa checonto di tutte le variabili in gioco da quel- tenga conto di tutte le variabili in gioco per1213 9. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALED I G I T A L E il successo del prodotto un fattore chiave per il successo commerciale del prodotto stesso. Oltre ai CAD/CAE utile lutilizzo de- gli ambienti di realt virtuale per il de- sign avanzato in scala reale dei prodotti. Ladozione di tecniche di modellizzazio- ne e prototipazione virtuale porta ad unI N N O V A Z I O N EI N N O V A Z I O N E miglioramento della fase di progettazio- ne e di conseguenza comporta: la riduzione o eliminazione di proto- tipi fisici; la riduzione dei costi di certificazio- ne dei prodotti; la riduzione dei costi di produzione; la riduzione del time to market; laumento della qualit complessiva del prodotto.TIPOLOGIA DI COSTI LEGATI ALLADOZIONE DI STRUMENTI DI MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALE Nelle aziende che hanno adottato tecniche di modellizzazione e prototipazione virtua-La dotazione delle serie di prodotti CAD/CAE per la realizzazione e lanalisi dei modelli 3D e lacquisizione delle risorsele c stata una sensibile riduzione dei co-di calcolo necessarie sono sicuramente le due voci di costo pi significative, cui fanno seguito lacquisizione delle compe- sti legati alla realizzazione di prototipi fisi-tenze necessarie per condurre le analisi.ci ed in alcuni casi si procede alla certifi-Per far uso di strumenti di realt virtuale occorre dotarsi di un sistema di proiezione adeguato e di applicativi che con- cazione dei prodotti direttamente a partiresentono di visualizzare modelli 3D.dal modello e non sulla base di un prototi-D I G I T A L EMolte grandi aziende sostengono i costi di acquisizione degli strumenti; le piccole e medie aziende hanno maggiori diffi-po. I tempi e i costi di realizzazione delcolt, poich il carico di lavoro potrebbe non giustificare un investimento importante.modello virtuale sono spesso di molto infe-Queste realt possono per beneficiarne dallutilizzo di centri di servizi che possono fornire loro gli strumenti necessaririori alla realizzazione di prototipi fisici,on-demand. anche se questo dato varia da settore a set-Infatti alcune applicazioni software per lanalisi FEM sono adeguate per molti tipi di simulazioni, altre sono pi specifi-tore. Analizzando il modello virtuale e ilche e dedicate solo a particolari tipi. Spesso le aziende sono dotate solo di quelle di uso pi comune, rinunciando a con- suo comportamento a priori possibile ot-durre le simulazioni che richiederebbero luso di codici pi specifici. Anche in questo caso un centro servizi dotato di timizzare limpiego dei materiali e quindiunampia gamma di pacchetti software utilizzabili on-demand rappresenta un grosso vantaggio per chi non desidera ridurre i costi di produzione, considerandocompiere grossi investimenti iniziali. sempre che anche lentit di questo dato varia da settore a settore.14 15 10. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALE D I G I T A L E ORDINI DI GRANDEZZA DI COSTI DELLE APPLICAZIONI Le risorse di calcolo sono costose per la- CONCLUSIONI zienda sia in fase di acquisto che di gestio-Utilizzo in esclusivaUtilizzo on demandne e sono dimensionate sui carichi di lavo- La modellizzazione e la prototipazione vir- Packages di Programmoteca ro medi, rendendo difficile, se non impos-tuale sono strumenti che stanno penetran- Licenze Il costo della licenza interamenteIl costo di utilizzo della licenza in sibile, la gestione di carichi di lavoro di pic-do sempre pi nelle imprese del settore ma- a carico del cliente. Per utilizzo dei% funzione del tempo di uso del ser-co o limitando le possibilit di analisi alla nifatturiero per aumentare la competitivit codici in parallelo su 16 processori il vizio.disponibilit di risorse limitate.e favorire linnovazione. Le grandi aziende costo di qualche decina di migliaia nato quindi il concetto di calcolo on-de- hanno dei carichi di produzione che giu- I N N O V A Z I O N E di /anno, e varia a seconda deiI N N O V A Z I O N E mand che consente alle aziende di ester-stificano gli investimenti ed i costi per prodotti che si usano.nalizzare il calcolo tecnico-scientifico le-acquisire la strumentazione necessaria. Altri prodotti hanno un costo di acquisto gato alla modellizzazione e alla prototipa- Le piccole e medie aziende possono avva- che va a sommarsi alla manutenzione zione dei prodotti secondo le sue esigenze, lersi di centri di servizi che offrono stru- annuale.servendo carichi di picco, consentendo di menti per la modellizzazione e la prototi- condurre simulazioni che non potrebbe pazione virtuale on-demand. Tempo di supercalcolo Il costo unitario di qualche /oraIdem ad esclusiva condurre in casa o per mancanza di risor- Tutte le imprese possono infine avvalersi di a processore e varia in funzione dei se di calcolo o per mancanza di licenze dei centri che offrono servizi di calcolo on-de- volumi di utilizzo. prodotti SW necessari alla simulazione. mand per servire i carichi di picco o ester- Viene calcolato e utilizzato libera- mente su base annua.QUALI BENEFICI IL CALCOLO ON-DEMAND INTRODUCE IN AZIENDA Teatro virtuale I sistemi di calcolo ad alte prestazioni sono generalmente utilizzati per abilitare le attivit di modellizzazione e prototi- Licenze Nessun costo aggiuntivo se viene uti- Per luso di ulteriori packages di vi- pazione virtuale. lizzato lo stesso post-processor delsualizzazione 3D il costo di utilizzo Le aziende dotate di una struttura IT al loro interno hanno spesso delle risorse dedicate al calcolo tecnico scientifico per packages di modellizzazione. Perdella licenza in % funzione del le attivit di modellizzazione. Le risorse di calcolo dedicate a queste attivit hanno un ciclo tecnologico breve e sono di luso di ulteriori packages di visua- tempo di uso del servizio. norma adeguate al livello medio di quelle che sono le necessit medie della produzione. lizzazione 3D il costo della licenza In presenza di carichi di lavoro di picco le risorse possono mostrarsi inadeguate o possono limitare le possibilit di analizzare mo- interamente a carico del cliente.D I G I T A L E delli complessi o ridurre i tempi di simulazione. In tutte queste situazioni risulta particolarmente utile ricorrere a risorse di calcolo Tempo di utilizzo del teatroIl costo calcolato a giornata ed di Idem ad esclusiva on-demand per rispondere a carichi di picco o abilitare la possibilit di ridurre i tempi di simulazione e rendere possibile lanalisi qualche centinaia di . di modelli complessi o effettuare analisi stocastiche sulle variabili dei modelli per avere risultati maggiormente attendibili. I vantaggi del calcolo on-demand sono numerosi: Supporto specialisticoIl costo calcolato su base giornalie- Idem ad esclusiva disponibilit di una risorsa di calcolo virtualmente illimitata; ra per tipo di supporto. utilizzo delle risorse di calcolo solo quando effettivamente necessario; calibrazione degli investimenti in risorse di calcolo secondo le reali necessit; riduzione dei costi di gestione delle risorse di calcolo interno.Le tecnologie di calcolo ad alte prestazionidelli complessi in tempi brevi e rendendo- Alcune aziende che hanno un dipartimento IT al loro interno particolarmente snello stanno considerando di esternalizza-sono di supporto alla prototipazione virtua-ne possibile la loro visualizzazione in am- re completamente il calcolo tecnico scientifico affidandolo a centri di calcolo esterni.le, abilitando la possibilit di studiare mo- bienti di realt virtuale.1617 11. MODELLIZZAZIONE E PROTOTIPAZIONE VIRTUALED I G I T A L Enalizzare completamente il calcolo tecni- Le aziende italiane ed europee hanno com- sferimento tecnologico per il calcolo e leRiportiamo qui di seguito alcune delleco scientifico. Per sostenere la concorren- piuto un notevole salto di qualit con lin-reti ad alte prestazioni della Commissionecasistiche pi significative di applicazio-za ed affrontare la sfida del mercato globa-troduzione della tecnologia del calcolo adEuropea (HPCN) e messa a disposizione dini di supercalcolo per progettazioni, si-le, le industrie percorrono sempre pi rapi-alte prestazioni nei processi produttivi. sistemi di operatori dei settori manifatturie-mulazioni, prototipazioni e visualizza-damente la strada dellinnovazione. stata realizzata una rete di centri di tra- ro e dei servizi. zioni virtuali. ALCUNE APPLICAZIONI PER SETTOREI N N O V A Z I O N EI N N O V A Z I O N E Nel settore dei MATERIALI PLASTICI le applicazioni sviluppate di-industriali, nel disegno del prototipo o nellottimizzazione di unsolidato sul mercato. Questo stato per esempio il caso dello svi- Progetto DESIREE: sviluppo di un sistema di supporto alle deci- mostrano che possibile simulare il soffiaggio della plastica alprodotto esistente. luppo di un nuovo lettore di codici a barre bidimensionali (BBC), sioni. computer per ottimizzare la produzione di stampi, cos come sono Progetto FLUSI: progettazione di un atomizzatore per laziendadove questa tecnologia ha reso possibile lelaborazione dellim-Per aiutare la definizione della strategia pi appropriata in caso stati evidenziati grandi vantaggi derivanti dalladozione di un si-SACMI (industria della Ceramica) mediante lutilizzo di tecnichemagine in tempo reale.di un evento alluvionale catastrofico. stema automatico di controllo visuale della qualit del prodotto fi- numeriche per lanalisi fluidodinamica dei flussi di particelle al- nale che sfrutti le potenzialit del calcolo ad alte prestazioni.linterno dellatomizzatore.NellINDUSTRIA BIOTECNOLOGICA lo scopo della simulazione Anche nel MONDO FINANZIARIO, lintroduzione di tale tecnologia Progetto SIMPLAST: simulazione migliorata del processo di sof- Progetto POPCORN: utilizzo di tecniche di simulazione e model-quello di permettere un risparmio in termini di tempo e di inve-pu risultare strategica. fiaggio per lindustria della plastica. Fase di design avanzata ri-listica numerica nella progettazione di forni a microonde. Per in-stimento economico nella realizzazione di prodotti personaliz-Per esempio, nel far diventare uno strumento di supporto effica- programmata per un uso migliore dei nuovi materiali come il po-vestigare il comportamento elettromagnetico della struttura del zati sulle necessit del cliente, dove lunicit del pezzo prodotto ce, affidabile ed anche economico la simulazione per le decisioni lipropilene: -60% in costi di prototipazione, -15% in tempo di pro-forno in termini di uniformit del campo, in relazione sia alla con-renderebbe estremamente oneroso un approccio di tipo tradi- del management nel campo dellanalisi di bilancio. Oppure per gettazione, -20% in time to market.figurazione di eccitazione che alle propriet del carico. Sviluppo di zionale.migliorare significativamente le prestazioni di strumenti per la- Progetto EXAMINA: controllo di qualit non invasivo durante la un nuovo forno a microonde, con caratteristiche migliorate grazie Progetto DRUG: lo studio di nuovi farmaci pu trovare una spin- nalisi visuale dei dati da applicarsi al data mining nel campo del produzione di bottiglie in plastica. Fino a 10,000 pezzi/ora con-ai risultati ottenuti dalla simulazione; gi stato sviluppato e in- ta notevole dallimpiego della simulazione nella fase iniziale di marketing finanziario. trollati in tempo reale; -10% in meno di scarti, riduzione dei costi trodotto nel mercato. I risparmi nel processo di sviluppo sono sta- progetto (approccio CADD - Computer Assisted Drug Design). Da- Progetto MARKETMINE: disegno di un database dei clienti ban- dell8-12%.ti: riduzione in tempo di sviluppo del 30%, riduzione dei costi cor-ta la complessit dei calcoli coinvolti lutilizzo di supercalcolo si cari. Tecniche di data mining e strumenti per la visualizzazione Progetto QUAC: sistemi di controllo della qualit della graficarelati del 35%, riduzione drastica del time-to-market.rende necessario e apre notevoli prospettive per le case farma- dei dati combinati. Un nuovo approccio centrato sul cliente nel nella produzione di carte stampate. Un brevetto registrato, un si- Progetto MYSHANET: simulazione parametrica a molti corpi perceutiche coinvolte. marketing finanziario.D I G I T A L E stema adattato per analizzare le decorazioni delle piastrelle cera-il supporto alla progettazione di nuove sospensioni per veicoli a Nuovi farmaci scoperti grazie al Computer Assisted Drug Design. Progetto PALMA (Parallel asset liability management). Simula- miche, un ampio mercato potenziale.due ruote. Riduzione del 30% del time to market per la progetta-Fondato un laboratorio che utilizza tecniche HPC per la modelliz- zione stocastica di Asset & Liability (Risks Management Group, Uni- Progetto VIPLAST: un sistema di ispezione visuale per la produ-zione di ammortizzatori.zazione molecolare. Credito Italiano). PALMA un simulatore stocastico di profitti e per- zione di gocciolatoi e tubi per lirrigazione. Riduzione dell80% Progetto VROOM: sviluppo di un sistema a microcontrollore per dite di fogli di bilancio. La simulazione probabilistica ottenuta at- dei costi globali dovuti a cattiva qualit. Una campagna Zero-Di-migliorare il controllo delle emissioni dei gas di scarico in un mo-Nel settore della PROTEZIONE AMBIENTALE si incontrano proble- traverso il metodo Montecarlo, generando a caso migliaia di sce- fetti migliora laffidabilit dellazienda.tore ad alte prestazioni. mi molto complessi. Come, ad esempio, lo studio della contami-nari economici e valutando limpatto di ognuno di loro sul foglio dinazione del terreno dovuta ai residui dei pesticidi. Questo feno- bilancio e P&L. Taglio netto dei costi di apprendimento, implemen- Nel DESIGN INDUSTRIALE grandi vantaggi in termini di tempo e NellAUTOMAZIONE INDUSTRIALE, il calcolo ad alte prestazioni ha meno caratterizzato dallelaborazione di enormi quantit di da- tazione e mantenimento. Permette una velocizzazione di cinque di soldi investiti possono derivare dallimpiego di simulazioni, ca- offerto un potente strumento per realizzare lo sviluppo, verso so-ti e in questi casi lapproccio supercalcolo pu rivelarsi fondamen-ordini di grandezza rispetto ai sistemi esistenti, fornendo 40000 ratterizzate da un tempo di calcolo compatibile con le necessit luzioni innovative, di prodotti che erano gi presenti in modo con- tale per rendere maneggevoli le simulazioni.previsioni di fogli di bilancio e P&L a 5 anni in meno di 30 minuti.18 19 12. ESEMPIO PRATICO: STUDIO PER LACCOPPIAMENTO DI RUOTE DENTATEI N N O V A Z I O N EMESHLimmagine fa vedere la suddivisione della struttura (mesh) di due ingranaggi.Si nota linfittimento della mesh nelle zone che saranno interessate dal contatto.PARTICOLARE DENTI unimmagine che serve a fare vedere meglio la mesh nei denti delle ruotedentate. TENSIONI Immagine di un dettaglio delle tensioni. Si vede come la concentrazione di tensioni sia elevata nella zona di contatto tra i denti e alla base dei dentiD I G I T A L E (zone rosso/gialle) FORZE DI CONTATTOImmagine delle forze di contatto che si scambiano i due denti. Il vettore tantopi grande quanto maggiore la forza di contatto.20