Dai prototipi fisici alla prototipazione virtuale: quali vantaggi?

Già da venti anni ormai si sente parlare di prototipazione virtuale o di virtual prototyping nel campo dell’industria meccanica. Lo sviluppo tecnologico e la rivoluzione dell’industria 4.0 hanno avvicinato ulteriormente le tecniche di prototipazione virtuale al quotidiano delle aziende italiane, che più o meno consapevolmente hanno sempre più facile accesso a questa soluzione tecnologica.

Spesso, infatti, non ci si rende conto che basta davvero poco per intraprendere questa strada e innovare radicalmente la propria realtà, con tutti i benefici ed i vantaggi che questo comporta in termini di qualità, produttività, competitività e guadagno.

In questo articolo cerchiamo di capire cosa sia il prototipo virtuale, come interagisce con i processi tradizionali e quali sono i vantaggi principali del suo utilizzo.

Cosa è davvero la prototipazione virtuale?

Per costruire un quadro completo partiamo dalla sua definizione: Il prototipo virtuale o digital mock-up è la riproduzione virtuale di un prodotto reale che può essere rappresentato, studiato e testato relativamente agli aspetti del ciclo di vita del prodotto (progettazione, analisi, produzione, manutenzione, fino anche allo smaltimento o riciclo) come se si trattasse del prodotto reale stesso. La realizzazione e la valutazione del prototipo virtuale è chiamata prototipazione virtuale.

Il processo produttivo tradizionale prevede diverse fasi caratterizzate da obiettivi differenti, che vanno dalla fattibilità tecnica al suo stoccaggio.

Per ognuna di queste fasi può essere sviluppato uno specifico prototipo che può essere:

• Concettuale
• Funzionale
• Tecnico
• Preserie

Ognuno è caratterizzato da un suo grado di accuratezza ed un suo costo. Tipicamente per raggiungere un buon risultato in termini di funzionalità performance e affidabilità sono necessarie numerose iterazioni tra design e prototipazione.

L’utilizzo delle tecniche di prototipazione virtuale permette di svolgere tutte queste valutazioni prima ancora di produrre il primo prototipo, attraverso l’utilizzo delle ormai consolidate tecniche di simulazione, abbassando costi e tempi di produzione.

Come si può intraprendere la strada della prototipazione virtuale?

Sembra fantascienza, qualcosa di difficilissimo e costoso da realizzare ma in realtà non è così: ogni azienda è già sulla strada giusta. Il primo passo per avere un prototipo virtuale, infatti, è proprio il suo stesso modello CAD 3D, che ormai è presente praticamente in tutti gli studi tecnici italiani.

I passaggi successivi sono legati alla simulazione molti tra i test e le analisi che vanno effettuate per valutare il prodotto possono essere riprodotti all’interno di software FEM (Finite Element Method) o CFD (Computational Fluid Dynamics). In alcuni casi è persino possibile orientare e impostare le simulazioni per riprodurre esattamente le certificazioni richieste dalle norme relative a quel prodotto (ad esempio le certificazioni ASME).

La tecnica della prototipazione virtuale sicuramente ci riserverà grosse sorprese in futuro, non si può escludere che, grazie alla realtà virtuale o alla realtà aumentata, ci si possa spingere oltre fino ad avere feedback sensoriali impensabili oggi.

Quali sono i vantaggi della prototipazione virtuale?

Abbiamo già visto che la prototipazione virtuale è legata a doppio filo con la fase di progettazione perché è a partire dal modello iniziale che vengono svolte tutte le valutazioni che consentono di arrivare ad un suo aggiornamento e miglioramento.

I principali vantaggi che si possono ottenere grazie ad una gestione virtuale della prototipazione sono:

• Gestione delle complessità
• Riduzione/Eliminazione dei prototipi fisici
• Riduzione del tempo di lancio
• Personalizzazione del prodotto

Gestione delle complessità

La complessità dei prodotti e del loro ambiente di lavoro sta crescendo sempre di più, i calcoli manuali e le tabelle restano validi ma si adattano bene solo a prodotti basilari. In generale, rispetto a vent'anni fa, le funzionalità dei prodotti sono raddoppiate con un esponenziale aumento delle prestazioni ma si sono dimezzati i tempi necessari al loro sviluppo. Per gestire queste nuove realtà servono strumenti altrettanto nuovi che mantengano però la stessa semplicità.

Riduzione/Eliminazione dei prototipi fisici

Realizzare un prototipo fisico, anche se non particolarmente accurato, comporta comunque dei tempi e dei costi di realizzazione. A questi devono essere sommati anche i costi relativi allo svolgimento dei vari test.

Tutti questi aspetti vengono ridotti al minimo attraverso la realizzazione di questo tipo di modello digitale.

Riduzione del tempo di lancio

Ogni modifica che viene fatta al prodotto ha delle conseguenze sui tempi di produzioni, queste conseguenze sono tanto più grandi quanto più si va avanti nel processo produttivo.

Investendo nella prototipazione virtuale e nella simulazione numerica si abbassa notevolmente la possibilità di scoprire in fase avanzata di produzione che il prodotto non risponde agli standard richiesti.

Personalizzazione del prodotto

Il trend dell’industria (intelligente) è quello di personalizzare il prodotto in funzione delle richieste del cliente. Questo approccio ha come ovvia conseguenza un allontanamento dalla produzione massiva in favore della produzione di un maggior numero di “edizioni limitate” che suscitano tanto appeal sul mercato di oggi.

Secondo uno studio dell’Aberdeen Group, quest’anno le aziende che hanno investito in questa direzione hanno incrementato i loro risultati anche del 10%.

La prototipazione virtuale rappresenta un potentissimo strumento a disposizione delle aziende per ottimizzare il processo di progettazione meccanica o fluidodinamica. Grazie ai nuovi software di simulazione in tempo reale per eseguire queste fondamentali analisi preliminari non è più necessario avere competenze specifiche da analista.  

I vantaggi che le aziende possono ottenere sono vari e molto importanti: ottimizzazione del lavoro di progettazione, riduzione dei costi di prototipazione e di time-to-market. La velocità di produzione e la personalizzazione dei prodotti sono sempre più fattori cruciali nel mercato attuale in cui è indispensabile un’affidabilità dei prodotti quasi perfetta. 

Se ti interessa scoprire come integrare questa nuova tecnologia nei processi specifici della tua azienda contattaci, uno dei nostri esperti risponderà a tutte le tue domande.