CAD - Verso la fabbrica digitale

Mauro Barra

Giuliano Gorla

Computer Aided Engineering

Verso la fabbrica digitale

Lecco 04/03/15

Agenda

• Presentazione Team3d [Mauro Barra]

• Cos’è la simulazione [Giuliano Gorla]

• Perché la simulazione

• Cenni storici

• Stato dell’arte

Analisi strutturale

Analisi a fatica

Analisi cineto dinamica

Analisi termica

Analisi fluidodinamica

Analisi multifisica

• Casi di successo

• Sviluppi futuri

Chi siamo

1994 2000 2006 2014

Engineering

Siemens - Consultant

NX

Teamcenter

Siemens - Reseller

1° Reseller

1997

Chi è Siemens

Power Generation Services

1) Commonwealth of Independent States

Managing Board

Market

AmericasGlobal

Healthcare

Middle

East, CIS1)

Asia,

Australia

Europe,

Africa

Financial

Services

Power

and Gas

Wind

Power and

Renewables

MobilityEnergy Manage-

ment

Building Techno-

logies

Digital

Factory

Process Industries

and Drives

Healthcare

Separately

managed

Corporate CoreCorporate Services

PG

MOPS

WP

EM BT DF PD HC SFS

Go-to-market

Chi è Siemens

Siemens AG, a global technology powerhouse that

has stood for engineering excellence, innovation,

quality, reliability and internationality.

Siemens seamlessly integrates development, production and suppliers.

• 165 years.

• 343,000 employees

• 200 countries

• $98 billion revenue in FY 2014

Cos’è la simulazione

“Per simulazione si intende un modello della realtà che consente di valutare e

prevedere lo svolgersi dinamico di una serie di eventi o processi susseguenti

all'imposizione di certe condizioni da parte dell'utente” [cit. Wikipedia]

Perché la simulazione

• Riduzione dei costi

• Ottimizzazione

• Affidabilità

• Studiare nuove soluzioni

• Validazione

Cenni storici

1968 viene brevettato NASTRAN, NAsa STRuctural ANalysis

=> Software robusto e collaudato

Stato dell’arte

Analisi a elementi finiti (FEA – Finite Element Analysis)

Il metodo largamente più utilizzato, consiste nella discretizzazione del modello continuo in nodi ed elementi (modello FEM), nella soluzione del problema nei nodi, e una successiva

interpolazione dei risultati nel resto del modello.

Stato dell’arte

Analisi a elementi finiti (FEA – Finite Element Analysis)

Un po’ di matematica

=>

Stato dell’arte

Analisi Fluidodinamica

Analisi Termica

Analisi Strutturale

Analisi FEA - Processo

Modello CAD

Modello CAD

“Idealizzato”

Modello “Meshato”

(Mesh)

Modello con carichi e

vincoli

Risultati

Idealizzazione

“Il diavolo si annida nei dettagli” [Anonimo]

Mesh

“divide et impera” [Anonimo]

Condizioni al contorno

Vincoli Carichi

Contatti

Live

Soluzioni

Tipi di soluzioni:

• SOL 101 Statica lineare

• SOL 103 Modi propri di vibrare, Response Simulation

• SOL 105 Instabilità (Buckling)

• SOL 106 Non lineare (grandi spostamenti, snervamento del materiale)

• SOL 200 Ottimizzazione

Risultati (post)

• Stato di sforzo del materiale ( sforzi principali, di Von Mises, massimo sforzo di taglio ecc.)

• Spostamenti e deformata

• Reazioni vincolari

• Frequenze e deformazioni (modi propri e forzati)

• Carico limite , deformazioni

• Plasticizzazione del materiale (non lineare)

• Valore dei parametri di progetto

Live

Non solo strutture

Analisi di

riempimento

materie

plastiche

(Moldex, Moldflow)

Analisi di colata (Magma)

Analisi stampaggio lamiera (Autoform)

Stato dell’arte

Analisi della vita a fatica

Analisi di flusso

Simulazioni termiche tenendo conto….:

• Convezione

• Conduzione

• Irraggiamento

si ottiene la distribuzione delle temperature, T max e T min, flussi di calore, calore

Simulazioni fluidodinamiche con flussi:

• Laminari o turbolenti

• Alta velocità

• Convezione libera o forzata

• Comprimibili o incoprimibili

si ottengono le soluzioni delle equazioni differenziali di conservazione

della massa, momento di moto, energia e turbolenza, e i valori a regime

o durante i transitori di densità, pressione e velocità del fluido

Live

Stato dell’arte

Analisi cineto-dinamica

Si può ricavare:

• Leggi di moto (posizioni, velocità e accelerazioni)

• Reazioni vincolari (totali e tra componenti)

• Forze e momenti d’inerzia

• Interferenze

Permettendo di simulare un modello comprensivo di:

• Attriti dinamici e statici

• Molle e dissipatori

• Urti con diversi gradi di elasticità (definiti dalle proprietà del materiale)

• Forze e coppie motrici

• Sistemi di controllo esterni progettati in software per l’automazione (es. Simulink)

Live

Integrazione CAD CAE

Quante analisi e modifiche del modello servono

prima della definizione del prodotto?

Multifisica

…è la combinazione di più discipline contemporaneamente

Video

Considerazioni

Hardware

Soluzione statica lineare

Nodi: 465.897

Elementi: 253.473

Tempo di calcolo: 5 min 30 sec

Nodi: 1.906.408

Elementi: 1.274.851

Tempo di calcolo: 1 h 0 min 22 sec

La simulazione è alla portata di tutti!

Casi di successo

Mc Drill Technology

[Parma]

Macchina: Mc180B

Problema: Scarsa resistenza del giunto del brandeggio

Soluzione “old style”: Aggiungere peso nel punto critico

Soluzione “new style”: Ridurre peso

Risparmio: 1.000 € x macchina

Tempo impiegato: 10 h

Casi di successo

Service Prècicad Inc.

[Canada]

Prodotto: Furgone elettrico

Problema: Forno ad induzione interferiva con

motori a scoppio

Soluzione “new style”: Ridurre peso

Peso: 680 Kg (metà del precedente)

Capacità di carico: 455 Kg

Tempo impiegato: 6 mesi

Risparmio: -peso = batterie più durature

Beneficio: 60% di saldature in meno

Casi di successo

Borghi spa

[Modena]

Macchina:Brush machine

Problema: Calcolo della legge di moto

Movimentazioni:7 assi

Sviluppi futuri

Verso la fabbrica digitale…

Simulazione di processo

Virtual commissioning

Simulazione di impianto

Prodotti Siemens

Tipo AnalisiSolid Edge

NXNX

NastranFemap Tecnomatix

Strutturale

Fatica

Fluidodinamica (CFD)

Termica

Cineto Dinamica

Multifisica

Virtual commissioning

Analisi processi

Analisi Impianti

Mauro Barra

Giuliano Gorla

Computer Aided Engineering

…fine

Lecco 04/03/15