Prototipazione Virtualee Produzione Virtuale

Creare, simulare, verificare, produrreAlessandro Balboni

Business Development Manager

Progettazione concettuale

Prodotto

Progettazione e Prototipazione

Elementi dell’assieme

Quanto è importante il PCB?

• Il 39% del costo del prodotto viene dal PCB assemblato

• Il 37% del budget di sviluppo è allocato per il PCB assemblato

• Il 38% del tempo di sviluppo dell’intero prodotto è assorbito dal PCB assemblato

Valori medi rilevati da Aberdeen Research 2012

Problemi, Obiettivi, Soluzioni

Time-to-Market

RIDURRE I TEMPI DIENTRATA SUL MERCATO

Riduzione costi

RIDURRE I COSTI INFASE PROGETTUALE

Differenziazione/qualità

INNOVARE PERCOMPETERE

Virtual Prototyping & Virtual Manufacturing

Prototipazione Virtuale

• Di cosa stiamo parlando?

Il Virtual Prototying è una tecnologia relativamente nuova che include l’utilizzodella realtà virtuale e altre tecnologie informatiche per creare prototipi digitaliGowda et al. Michigan State University

Con Virtual Prototyping facciamo riferimento al processo di simulazione dell’utente edel prodotto e della loro interazione nelle diverse fasi della progettazione e all’analisiquantitativa delle prestazioni del prodotto.Song et al.University of PennsylvaniaIn ingegneria meccanica è l’idea di rimpiazzare il «mock-up» fisico con prototipi Sofware

Antonino e Zackmann - BMWVirtual Prototyping , un sinonimo di Digital Mock-UpFraunhofer Institute for Computer Graphics

Caratteristiche, definizione, componenti

Caratteristiche: Un modello di una struttura o di un apparatoUtilizzato per testare forma, misure, prestazioni e producibilitàUtilizzato per studiare soluzioni

Componenti: Un modello CAD 3D Un modello dell’interazione uomo macchinaUna serie di modelli orientati all’analisi

Strutturale, di movimento, di producibilità…

Definizione: Il prototipo virtuale o «digital mock-up» è una simulazione digitale di un prodotto fisico che può essere presentata, analizzata e testata relativamente agli aspetti del suo ciclo di vita come la progettazione, l’ingegnerizzazione, la manutenzione, lo smaltimento come se fosse modello fisico reale. La creazione ed il test di un prototipo virtuale è chiamata prototipazione virtuale

G. Wang, Dept. OfMechanical and Ind. Eng., University of Manitoba

Prototipazione Virtuale

La prototipazione virtuale è un metodo che mescola diverse tecnologie CAD e CAE per sperimentare implementazioni alternative e per validare un progetto prima della sua realizzazione fisica

Simulare

Verificare

Creare

La nostra definizione

Computer Aided Design

• Concept - Specifiche

• Selezione di componenti e riuso

• Sviluppo Modelli 2D e 3D del prodotto per raffinamenti successivi

• Sviluppo del Modello Assemblato completo

Prodotti e Tecnologie CAD/CAE

Harness

Wiring

GUI Design

HMI

CAM & Documentation

RF Design

Analog Simulation

PDM

Schematic Design

Routing

3D Design

Signal Integrity

Power Integrity

DFX

FPGA

Thermal Design

Computer Aided Engineering

• Analisi dell’Integrità del Segnale, Analisi dell’Integrità delleAlimentazioni

• Analisi di stress su componenti e assemblato mediantemodellazione ad elementi finiti (FEM);

• Analisi termica e dei flussi nei fluidi mediante calcolofluidodinamico (CFD);

• Dinamica dei Corpi (MBD) e Cinematica;

• Ottimizzazione del prodotto o del processo.

Termica, stress, deformazione, vibrazioni

Ma la simulazione costa…

Ma quantocosta?

Ma quantoguadagno?

Aziende cheutilizzano

simulazione

86% deiprogetti

nel budget

Progetticomplessi

Progettisemplici

- 158giorni

- 21giorni

-1,9milioni

- 21.000dollari

Valori rilevati da Aberdeen Research 2012

Un metodo multidisciplinare

• Per poter parlare di prototipo virtuale occorre considerare il prodotto “finito” con tutti i suoi componenti

• Meccanica, Elettronica, Software ed interfacciaUomo-Macchina (HMI)

La “Customer Experience”

Spesso oggi i prodotti nascono da un’analisi della Customer Experience* dell’utente finale. Da questo concetto nasce la classificazione di diversi livelli di maturità di un’azienda manifatturiera

– Orientata al prodotto: l’azienda sviluppa il prodotto “migliore” e lo offre nel miglior modo possibile.

– Orientata al mercato: l’azienda segmenta il mercato in base ai bisogni dei clienti e offre varianti di prodotto sviluppati per i diversi segmenti

– Orientata alla «Customer Experience»: si aggiunge ai due stadi precedenti il riconoscimento dell’importanza di fornire una esperienza di utilizzo positiva

*impatto cumulativo dei diversi “punti di contatto” dell’utilizzatore durante la sua interazione con il prodotto

La “Human Machine Interface”

• Ottenere la migliore interfaccia utente

• a partire dall’immaginazione del creativo

• Per arrivare all’hardware dal costo più basso

• nel più breve tempo possibile.

Virtualizzazione della produzione• Lo scopo della prototipazione è quello di arrivare alla

produzione

• Si può virtualizzare anche la fase di produzione?

– Riduzione degli “steccati” fra progettazione e produzione

– Modello dei dati

– Modello virtuale della fabbrica

Modello del ProcessoProgettazione

NPI

Fabbricazione

Assemblaggioe Test

PROGETTO PCBcon DFM

Creazione ModelloProdotto e DFM

DFMProcesso di Fabbricazione

DFMProcesso di Assemblaggio

Regole

DATI E DOCUMENTAZIONE

Virtualizzazione dei controlli all’interno dell’intero processo di Progettazione e Prototipazione

La “Smart Factory”

Cosa c’è dietro l’angolo

processo di realizzazione di prodotti per aggiunta di strati di materiale e non per asportazione

Additive manufacturing

Realtà Aumentata

IoTInternet delle cose (Internet of Things): connessione di oggetti e di cose alla rete di Internet con la quale scambiano informazioni e dati

aggiunta e sovrapposizione di informazioni sulla realtà circostante per una maggiore comprensione della stessa

Intelligenza

robotica

Intelligenza artificiale e

robotica

realizzazione di robot e macchine in grado di comunicare con l’uomo in modo diretto e naturale, con tempi di programmazione ridotti e di apprendere dal mondo circostante

Dietro l’angolo?

Industry 4.0

• La quarta rivoluzione industriale

– 1.0 La tecnologia meccanica azionata dal vapore

– 2.0 La tecnologia Elettro-meccanica

– 3.0 La tecnologia Elettronica Digitale

– 4.0 Le tecnologie ciberfisiche (CPS), IoT, IoS

I sei principi della Industry 4.0

• Interoperabilità

• Virtualizzazione

• Decentralizzazione

• Risposta real-time

• Orientamento al servizio

• Modularità

SMART CONNECTED

DEVICES

SMART FACTORIES

Conclusioni

• La modellazione digitale dei prodotti permette l’applicazione di tecnologie sempre più efficaci ed efficienti di prototipazione virtuale

• Questa è una grande opportunità per le aziende per riduzione costi/tempi e differenziazione

• La corsa alla virtualizzazione è appena iniziata ma è sostenuta dal grandi tendenze dell’industria

Che cosa vedremo oggi

• Tecnologie CAE per la prototipazione virtuale

• Virtualizzazione del processo di New Product Introduction (NPI)

Che cosa vedremo oggi

• Tecnologie CAE per la prototipazione virtuale

– Integrità del segnale (High Speed e DDR)

– Design Rule Checking (SI, EMI)

– Analisi delle interferenze meccaniche

– Analisi termica e strutturale del PCB e dell’assieme

• Virtualizzazione del processo di New Product Introduction (NPI) mediante DFM/DFA

Strumenti

Demo e Cadlog Labs

• Demo: esempi di analisi del prototipo virtuale

• Cadlog Lab: i “Test Drive” delle tecnologie

• Oggi pomeriggio 5 labs gratuiti per voi

• Disponibili tutto l’anno su prenotazione

DemoEsempi di Analisi del Prototipo

Virtuale

Hyperlynx: una famiglia per l’analisi del PCB

HyperLynx SI DDRx

• Analisi Full-Timing

• Supporto progetti multi scheda

• Supporto ModelliAvanzati (Spice, S-parameters)

• Calcolo de-rating

• Supporto topologia fly-by

HyperLynx SI GHz

• HyperLynx High-speed Serial Interface Analysis

• Supporto tecnologie SERDES

• Calcolo integrato BER

• Analisi Fast-Eye

• Analisi 3D

• Supporto Modelli Avanzati(Spice, S-parameters, IBIS-AMI)

HyperLynx DRC

• Sistema di Electrical Sign-Off

• Regole pre-definite e personalizzabili

• Algoritmo basatosulla grafica

• Supporto controlliEMI/SI/PI

Valor NPI

• Sistema integratoDFM/DFA

• Regole personalizzabili e centralizzabili

• Analisi basata suinterfaccia grafica

• Cross-probing grafico con i principali sistemi EDA

• Sistema integrato di documentazione

PTC Creo

PTC Creo offre un insieme di strumenti in grado di supportare l’azienda nell’intero processo di sviluppo del prodotto

SIMULAZIONE

PRODUZIONE COMUNICAZIONE

PROGETTAZIONE DETTAGLIATA

CONCEPTUAL DESIGN

PTC Creo

PTC Creo ParametricSW CAD 3D parametrico

• Strumenti di conceptual design • Modellazione di parti e assiemi • Creazione e aggiornamento automatici di disegni 2D• Gestione di assiemi di grandi dimensioni• Progettazione avanzata di superfici• Progettazione di lamiere• Progettazione dei meccanismi• Analisi termica e strutturale• Riutilizzo dei progetti esistenti e automazione• Progettazione di strutture e saldature• Librerie di parti standard• Controlli della modellazione in base a best practice• Rendering e animazione• Importazione ed esportazione di CAD • Progettazione di schemi 2D• Annotazioni 3D• Modellazione flessibile

PTC Creo Parametric

Mentor Graphics FloEFDSoftware per l’ analisi termica e fluidodinamica (CFD). FloEFD si integra con i principali sistemi MCAD, quali Creo 3, CATIA V5, NX 14.1 e SolidWorks, permettendo così al progettista di lavorare in un unico ambiente sui propri modelli 3D, senza esportazione della geometria in altri formati. Campi di applicazione: automobilistico, aerospaziale e difesa, biomedico, ferroviario, marino, illuminotecnica e LED

PTC Creo SimulatePTC Creo Simulate è una estensione di PTC Creo Parametric e consente di effettuare analisi strutturali, termiche e delle vibrazioni. E’ dotato di un insieme completo di funzionalità di analisi agli elementi finiti (FEA) che consente di studiare le prestazioni dei prototipi virtuali 3D prima di creare il primo prototipo fisico.

PTC Creo Simulate

Analisi ciclatura termica

Calcolo della risposta ai carichi vibrazionali random

L'analisi modale è lo studio del comportamento dinamico di una struttura quando viene sottoposta a vibrazione.

Calcolo della risposta ai carichi di shock

Fornisce la risposta della struttura in funzione del tempo data una condizione generale di shock.

Verifica resistenza a fatica dei componenti elettronici e del PCB

Analisi a fatica: provvede informazioni sul danneggiamento a fatica del modello quando soggetto a carichi variabili nel tempo.

a.balboni@cadlog.itwww.cadlog.it