La simulazione in ambito industriale

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La crescente criticità economica e funzionale dei prodotti costringe i progettisti a uno sforzo interdisciplinare sempre più complesso e coinvolgente. Gli effetti che hanno i comportamenti fisici di strutture, materiali, circuiti idraulici, pneumatici o elettrici, ambiente circostante e di molti altri elementi che concorrono al prodotto finale su tutti gli aspetti legati alla vita di un progetto impongono delle notevoli problematiche. Questo si accentua ancora di più se si considera il fatto che, sempre più spesso, i singoli aspetti presentano delle innegabili interdipendenze che non permettono considerare isolatamente i loro effetti, richiedendo uno sforzo interdisiplinare capace di tenere conto il più possibile di come essi si influenzino reciprocamente. Tale interdipendenza si esprime in tutte le fasi di vita del prodotto, dal concepimento alla progettazione, dalla validazione alla produzione, dall’uso sul campo all’aggiornamento, dalla manutenzione fino allo smaltimento finale. In questa sorta di matrice, che vede da un lato l’interdisciplinarietà e dall’altro le varie fasi del percorso di un prodotto, poter disporre di un software capace di anticipare il più possibile gli effetti potenzialmente devastanti dell’interdipendenza rappresenta un elemento vitale che può decretare il successo o l’insuccesso non solo di un progetto ma anche di intere aziende, oggi più che mai impegnate ad affrontare le sfida legate alla crescita del business agendo contemporaneamente su costi, time to market, efficienza operativa e qualità.
A tale proposito, in questi giorni, si è assistito una svolta importante grazie al lancio della release 17.0 di Ansys, la nuova generazione di soluzioni avanzate per la simulazione di nuovi prodotti industriali.


Prevedere i comportamenti reali
La piattaforma Ansys consente di prevedere virtualmente, in fase di progettazione, il comportamento e le performance che i nuovi prodotti avranno nel mondo reale. Le maggiori aziende in tutto il mondo scelgono questo tipo di tecnologia per creare prototipi virtuali di prodotti e sistemi complessi - con interazioni di componenti strutturali, fluidodinamici, elettronici e di embedded software - che incorporano tutti i fenomeni fisici presenti in natura. Fondata nel 1970, Ansys ha un organico di oltre 2750 ingegneri esperti in settori quali analisi a elementi finiti, fluidodinamica, elettronica, elettromagnetica, software embedded, simulazione e ottimizzazione di progetto. La società ha sede negli Usa e uffici in oltre 75 paesi. In Italia il quartier generale è a Milano. Con la release 17.0 Ansys presenta suite più ricca di funzionalità mai lanciata nei suoi 45 anni di storia, offrendo un miglioramento di produttività e prestazioni dieci volte superiori rispetto alle versioni precedenti. La simulazione è stata identificata come uno dei pilastri della prossima rivoluzione industriale, nota come Industry 4.0. Con l’avvento dell’Internet of Things i prodotti stanno diventando più intelligenti, i materiali - sempre più innovativi - consentono costruzioni più leggere, resistenti e sostenibili, mentre la produzione additiva (o stampa 3D) permette agli utenti di realizzare tutto ciò che riescono a immaginare. Sfruttare appieno la potenzialità di questi trend sarebbe impossibile senza degli strumenti di simulazione capaci di esplorare virtualmente la grande quantità di opzioni disponibili.

Produttività migliorata
Ansys 17.0 offre soluzioni più veloci che facilitano il lavoro di ingegneri e progettisti, consentendo di prendere decisioni più consapevoli e tempestive durante il ciclo di sviluppo. Questo permette alle aziende di innovare in tempi brevi e di arrivare prima con i prodotti sul mercato, rendendo al contempo più produttivo il proprio patrimonio ingegneristico. Grazie a una più stretta integrazione tra le proprie soluzioni di simulazione elettronica, Ansys 17.0 offre un completo flusso di lavoro di progettazione chip-package-system. Le nuove funzionalità per l’analisi termica automatizzata e l’analisi strutturale integrata offrono una soluzione di simulazione capace di tenere conto del comportamento a livello di chip e di sistema, affrontando un’esigenza sempre più sentita a causa dell’avvento delle soluzioni Internet of Things. Nella suite di simulazione della dinamica dei fluidi, Ansys mantiene una leadership tecnologica consolidandola con importanti progressi nella modellazione fisica. La release introduce importanti innovazioni su tutto il flusso e sulla simulazione dell’ambiente d’uso, accelerando i tempi fino all’85% senza compromettere la precisione dei risultati. I miglioramenti portati al workflow e al meshing consentono agli utenti meno esperti di diventare rapidamente produttivi, mentre nuovi strumenti e opzioni estendono la portata dell’applicazione per gli utenti più esperti. Anche la fase di pre-processing - ovvero la progettazione delle simulazioni -è migliorata di un ordine di grandezza. Utilizzando gli strumenti di modellazione diretta di Ansys 17.0 gli utenti possono preparare la geometria di analisi più velocemente rispetto ai tradizionali ambienti Cad. I tempi di caricamento e salvataggio di modelli complessi, così come le prestazioni delle normali funzioni di editing geometrico, sono aumentati fino a 100 volte. Gli strumenti geometrici di Ansys 17.0 vantano inoltre una più stretta integrazione con Ansys Workbench e migliorano notevolmente la produttività per la modellazione di elaborati e strutture in materiale composito. Anche il pre-processing dei fluidi nei sistemi complessi risulta notevolmente migliorato. Inoltre, il processo di preparazione e meshing dei modelli con centinaia di parti è notevolmente più rapido, riducendo la fase da vari giorni a poche ore.

Software embedded
Ansys 17.0 offre notevoli vantaggi di produttività anche in termini di sviluppo, collaudo e certificazione del software embedded. Le nuove soluzioni verticali traggono il massimo beneficio dall’apertura e dalla flessibilità della piattaforma facilitando le interazioni con gli Oem e con i fornitori, rispettando standard di settore quali Arinc 661/664, Face e Autosar.

Comprensione profonda
Ansys 17.0 offre una conoscenza più approfondita delle prestazioni del prodotto nel mondo reale, con simulazioni più fedeli e un post-processing ottimizzato. Ad esempio, per quanto concerne i circuiti stampati è possibile importare velocemente la geometria Ecad ed eseguire analisi termo-strutturali abbinate ad analisi di integrità di potenza e di raffreddamento dell’elettronica, utili a prevedere con precisione stress, deformazione e fatica. Queste funzionalità consentono di progettare il layout del Pcb e delineare strategie di gestione termica per ottenere componenti elettronici più affidabili. Come risultato, schede e layout complessi possono essere impostati e risolti in pochi minuti. Data crescente complessità dei prodotti, la capacità di simulare interi sistemi offre un vantaggio significativo. Utilizzando la piattaforma di simulazione Ansys 17.0 è possibile non solo simulare modelli fisici, ma anche prendere in considerazione la progettazione di sistemi e modelli di software embedded. Ciò consente di simulare sistemi virtuali, nonché eseguire test e realizzare prototipi riducendo al contempo tempi e costi di sviluppo. Con questa versione, Ansys introduce il supporto nativo per il linguaggio di modellazione di sistema Modelica, che consente l’accesso a centinaia di altri modelli di componenti meccanici e fluidi in aggiunta alla ricca libreria per l’elettronica di potenza. Al tempo stesso, i progressi nella piattaforma offrono maggiore comprensione per le prestazioni del sistema nel mondo reale, consentendo ai risultati 3-D ad alta fedeltà di essere integrati in modelli a livello di sistema. Grazie a una più ampia gamma di condizioni operative, Ansys 17.0 amplia notevolmente le funzionalità di simulazione del funzionamento delle turbine, con l’obiettivo di produrre risultati precisi in tempi più brevi. La nuova release permette ora di risolvere configurazioni transient blade row analizzando anche solo una pala per fila anziché l’intero rotore, riducendo di 10 volte i tempi di elaborazione e riducendo significativamente le risorse di calcolo richieste. Questi miglioramenti sono davvero importanti, se si considera che il 99% dell’elettricità mondiale è prodotto per mezzo di turbine. La nuova release offre miglioramenti delle prestazioni per tutte le sue linee di prodotto, in particolare per quanto riguarda l’Hpc (High performance computing). Ansys 17.0 dispone infatti delle più moderne architetture Hpc dei solutori, che sfruttano sofisticate tecnologie di processore. Le aziende possono sfruttare questa potenzialità con la maggior parte delle configurazioni It, dai desktop agli ambienti cloud, per ottenere ancora più rapidamente i risultati di una simulazione.

Un contributo all’efficienza
La grande richiesta a livello globale di macchine elettriche più efficienti è ostacolata dalle ingenti risorse di calcolo necessarie per la simulazione. Analisi complete del campo dei transitori elettromagnetici di una macchina elettrica possono richiedere due o più settimane per essere completate. I progressi in termini di Hpc nella suite Ansys 17.0 per l’elettromagnetica offrono velocità di calcolo senza precedenti offrendo una simulazione completa dei comportamenti critici in poche in ore (contro le settimane richieste in precedenza) già dalle prime fasi di progettazione, riducendo il rischio di ritardi o di modifiche di progetto in fase avanzata. Nel corso degli ultimi due anni, nel campo della fluidica, le soluzioni Ansys hanno già polverizzato il precedente record mondiale di simulazione, arrivando a 129.000 core di elaborazione in esecuzione al 90% di efficienza. Ciò corrisponde a un miglioramento di dieci volte. Anche le prestazioni Hpc delle strutture della suite sono notevolmente migliorate e sono ora in grado di scalare fino a 1000 core. Le simulazioni strutturali che in precedenza venivano eseguite durante la notte, possono ora essere completate in un’ora, consentendo agli ingegneri di esplorare un numero maggiore di variazioni 10x e ottenere la migliore progettazione in tempi rapidissimi.

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