Stato dell'arte e prospettive future della simulazione CAE

Tempi, qualità e costi imperano nel lavoro quotidiano dei progettisti in ambito processo-prodotto. E’ sempre più importante rappresentare la realtà produttiva con virtualizzazioni che rispecchino perfettamente i processi; le nuove frontiere del calcolo virtuale, oggi, forniscono al progettista sistemi che li rappresentano con inimmaginabile minuzia. Nulla è ormai lasciato al caso, tutte le funzioni dei processi sono integrate nel mondo virtuale. La simulazione affianca il progettista in tutte le fasi di lavoro: dalla scelta del materiale, alla progettazione del componente, alla progettazione di un processo robusto in grado di garantire la qualità del componente, e la vita delle attrezzature, fino ad arrivare all’eventuale trattamento termico e lavorazione meccanica finale, fornendo informazioni relative a qualità, proprietà meccaniche e strutturali del prodotto. In questo articolo scopriremo lo stato dell’arte della simulazione CAE e le prospettive future per il settore.

Stato dell’Arte della Simulazione CAE

Lo stato dell’arte della simulazione CAE oggi è rappresentata da strumenti software molto avanzati che utilizzando tecniche e modelli numerici molto precisi hanno permesso ad oggi di raggiungere applicazioni come la simulazione in real-time (anche conosciuta come simulazione simultanea) e lo sviluppo di digital twin impiegando la cosimulazione multifisica e metamodelli numerici anche conosciuti come ROM (Reduced Order Model).

Attualmente i software di simulazione numerica sono strumenti ormai essenziali per la progettazione, la ricerca e lo sviluppo di prodotti complessi come automobili, motori endotermici, motori elettrici, prodotti ad alto contenuto tecnologico, macchinari industriali, aerei, satelliti, materiale per la difesa, camion, bus, treni, prodotti di consumo, e infine di prodotti medicali.

Oggi, molte aziende hanno iniziato a progettare nuovi prodotti applicando nuovi processi basati sulla simulazione numerica a favore, dove possibile, di minori test fisici. Inoltre il mercato globale, nel settore della simulazione CAE è interessato dal drastico passaggio dall'elaborazione dei calcoli in locale all'elaborazione basata su cloud. Il cloud computing riduce i costi relativi all'acquisizione di hardware e alle licenze, all'installazione e al supporto del software.

Questa tecnologia sta permettendo l’ulteriore diffusione dei software CAE e, allo stesso tempo, le maggiori aziende stanno adottando la piattaforma Hyper-Converged Infrastructure (HCI) per costruire un cloud privato che abilita servizi di calcolo e storage più sicuri e avanzati. Sempre più soluzioni CAD stanno incorporando ambienti CAE negli strumenti di progettazione e oggi ci si aspetta che i progettisti eseguano analisi rapide per convalidare il progetto già prima di sottoporlo ad analisi di dettaglio.

Anche l'analisi degli elementi finiti meshless (FEA) è una tendenza in crescita grazie alla sua rapida applicazione. Gli ingegneri devono dedicare tempo alla comprensione della conoscenza del prodotto, funzionalità, applicazione e competenze richieste per eseguire al meglio le simulazioni CAE per risolvere i problemi di ingegneria in modo efficiente.

Prospettive Future per la Simulazione CAE

A questo punto cosa possiamo aspettarci nel prossimo futuro? Molte analisi sono concordi che nei prossimi anni ci sarà una crescente adozione di batterie agli ioni di litio in applicazioni di elettronica di consumo. Inoltre l'elettronica si sta espandendo con il progresso della tecnologia indossabile o wereable, IoT, sensori intelligenti, miniaturizzazione e connettività. Per questo è probabile che la riduzione dei costi aumenti l'uso di simulazioni CAE e sviluppo di nuovi codici numerici specialistici. Inoltre si prevedono progressi tecnologici nel settore automobilistico e nuove norme di sicurezza governative per veicoli autonomi ed elettrici.

Questo darà impulso allo sviluppo di nuovi modelli numerici adatti ad assistere gli analisti. Saranno probabilmente sviluppati codici e software di simulazione per analizzare l'effetto dei materiali degli involucri su circuiti integrati, valutando le prestazioni, migliorando la gestione termica ed elettrica e le prestazioni del segnale elettrico. Inoltre la stampa 3D nel prossimo futuro consentirà la produzione additiva con bassi costi agli utenti e permetterà di  stampare facilmente oggetti 3D di design complessi.

Anche in questo caso la prospettiva è che il CAE sarà sempre più preponderante con nuove tecniche che assistano gli ingegneri nello sviluppo di nuovi design. L’elettrificazione dei trasporti sarà trainante, soprattutto in armonia di una maggiore indipendenza energetica dalle fonti fossili. I dispositivi elettronici dovranno essere ottimizzati per operare in ambienti con parametri ambientali che metteranno sotto stress le loro funzionalità.

I veicoli cambieranno la loro dinamica e potranno seguire nuove normative che potranno essere verificate in ambienti CAE. Infine tra le prospettive future che plasmeranno il mondo della simulazione saranno certamente protagoniste tecnologie pionieristiche come l’intelligenza artificiale, l’analisi dei Big Data e un maggiore impiego del calcolo basato su cloud. La certezza è che la simulazione continuerà ad essere la soluzione vincente per un vantaggio competitivo sugli altri competitor.

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