Computer Simulation: make visible what is invisible for the humans
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WORKSHOP
Computer Simulation: make visible what
is invisible for the humans
The role of Gruppo Dirigenti FIAT
Presentation of the new Virtual Reality Centre in CNH Industrial
Computer Simulation: make visible what is invisible for the humans
Meeting the new directors of CNH Industrial
Virtual Reality Center
CNH Industrial San
13 April 2015 Matteo
Viale delle Nazioni 55
Modena
GDF & CNH Industrial Il giorno 13 Aprile la sezione del Gruppo dirigenti Fiat di Modena ha organizzato un Workshop riguardante sulle nuove frontiere della Simulazione Numerica e della Realtà Virtuale, dal titolo “Make visible what is invisible for the humans”, i cui sono stati illustrati i progressi ottenuti nel settore industriale dal team diretto dall’ing. Gennaro Monacelli Durante l’evento è stato inaugurato il nuovo Centro di Realtà Virtuale della CNH Industrial Dopo il benvenuto a tutti i partecipanti l’Ing. Nevio Di Giusto ha illustrato i principi fondanti del Gruppo dirigenti Fiat, la sua evoluzione e la sua missione all’interno del Gruppo Fiat. Durante l’evento sono intervenuti alcuni dei principali esponenti del gruppo come il responsabile del sito di San Matteo Ing. Franco Rota, Arthur Miles segretario della Sezione di Modena. 13 April 2015 1
GDF & CNH Industrial
L’Ing. Gennaro Monacelli ha proseguito con una breve introduzione del Team di Design Analysis and
Simulation di CNH Industrial da lui diretto, al fine di offrire una panoramica dei progressi fatti negli ultimi
anni, attraverso un’innovazione costante delle metodologie avanzate di simulazione virtuale.
FOPS (Falling Object Protection System) Simulation
L’ing. Alessio Allevi che ha presentato alcuni esempi di Analisi FEA (Finite Element Analysis) per il
calcolo strutturale e di analisi di trasmissioni per la validazione degli ingranaggi. Sono stati illustrati due
esempi di prova omologativa quali FOPS (Falling Object Protection System) e ROPS (Rolling Over
Protection System). Nella prova FOPS il tetto di una cabina subisce un impatto ad alto assorbimento
energetico in un tempo dell’ordine dei decimi di secondo mentre nella prova ROPS il frame di una cabina
è soggetto a diverse spinte, laterali, frontali e verticali progressivamente. In entrambi i casi la prova si
considera superata se non viene in alcun modo invaso il volume di sopravvivenza del operatore. Mentre il
test fisico fornisce esclusivamente un riscontro in merito al superamento della prova, la deformazione
ottenuta a calcolo permette di identificare la propagazione degli stress e il comportamento dinamico della
struttura al fine di individuarne, e quindi rinforzarne, le parti più deboli. Un processo di sviluppo della
cabina basato su tecniche avanzate di calcolo consente quindi di superare la prova con successo a
scapito di ripetute e costose prove fisiche di omologazione. Nello stesso ambito è stato presentato un
esempio di “Slam Test” di un cofano in cui lo stesso viene fatto cadere, a mo’ di chiusura, da 560 mm di
altezza per 10 volte senza l’aiuto delle molle a gas. Anche in questo caso, solo attraverso un test virtuale
come quello presentato, permette di cogliere la distribuzione e la propagazione degli stress in quei decimi
di secondo al fine di rinforzare la struttura dove necessario.
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GDF & CNH Industrial Infine, Allevi ha proposto due esempi di verifica della trasmissione per mezzo di moderni software che permettono di validare l’intera trasmissione dal punto di vista della resistenza di ingranaggi, cuscinetti ed alberi nel rispetto della conformità a norme internazionali ISO e norme interne CNH Indutrial. Attraverso una sinergia con la metodologia FEA nell’ambito delle analisi di contatto, è possibile cogliere le pressioni di contatto puntuali sulla superficie del dente e le deformazioni che il sistema subisce sotto carico. Queste grandezze sono impossibili da misurare fisicamente vista la presenza dell’olio all’interno della scatola cambio e di organi in movimento ad alta velocità come alberi ed ingranaggi. Anche in questo caso, tramite il test virtuale è possibile modificare i componenti migliorando la loro rigidezza sotto i carichi imposti e permettendo l’apporto delle giuste correzioni microgeometriche delle dentature atte ad ottimizzare la fascia utile di contatto. 13 April 2015 3
GDF & CNH Industrial A seguire, Carlo De Marco ha presentato degli esempi applicativi di come metodologie relativamente più recenti come la CFD (Computational Fluid Dynamics), siano state importate, adattate ed ulteriormente sviluppate per le applicazioni di produzione CNH Indutrial. Nata per esigenze di sviluppo prodotto molto diverse da quello di interesse, come l’aeronautica o l’aerodinamica di vetture sportive, le tecniche di calcolo ai volumi di controllo sono sempre più sistematicamente utilizzate nella previsione a calcolo dei sistemi a fluido che equipaggiano le macchine di CNH Industrial. De Marco ha esordito presentando un esempio di validazione virtuale del sottocofano e del pacco radiante in cui la valutazione dei flussi e delle temperature dell’aria coinvolta nel processo di smaltimento del calore dei sistemi a fluido viene visualizzata in modalità stereoscopica. Una tecnica di questo tipo consente di visualizzare i campi di moto dei fluidi e le principali grandezze che lo caratterizzano come pressione, velocità e turbolenza, tutte di difficile e costosa valutazione sperimentale. Tale tecnica permette, altresì, di ottenere mappe termiche simili a quelle ottenute con termocamera a infrarossi in ogni punto della macchina e non solo all’esterno del cofano. E’ stato poi presentato un esempio di simulazione dell’impianto di ventilazione cabina e di defrosting del parabrezza in cui la previsione e la valutazione a calcolo delle principali grandezze di interesse consente di ottenere informazioni sulla qualità dell’impianto progettato con notevole anticipo rispetto alla disponibilità dei prototipi fisici. Terminati gli esempi di simulazione più tradizionali, il relatore ha presentato una metodologia avanzata in cui il calcolo CFD 3D è stato impiegato per una simulazione dinamica del passaggio di stato dell’AdBlue (additivo per l’abbattimento delle emissioni inquinanti) all’interno del serbatoio. In particolare è stato presentato l’avanzamento del fronte di scongelamento, punto per punto, nel tempo definito dalla normativa. Proseguendo nella descrizione dei sistemi dedicati al trattamento dei gas combusti, è stato esposto un esempio di tecniche simulative messe a punto per valutare la distribuzione dei gas sui catalizzatori, le principali grandezze termofisiche tra cui la contropressione di scarico percepita dalla turbina e, soprattutto, l’iniezione di AdBlue il cui omogeneo miscelamento in seno ai gas di scarico è cruciale per ottenere un’alta efficienza di conversione dei catalizzatori. A dimostrazione che l’innovazione metodologica presso il Design Analysis and Simulation sia oggetto di continuo sviluppo ne è l’analisi termica transitoria presentata da Luigi Smeraglia (CFD_DEM) in cui il sottocofano di un intero veicolo è stato sottoposto, in via virtuale, al test di “engine shut-down”, prova atta 13 April 2015 4
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a valutare il profilo di temperatura dell’iniettore di AdBlue a seguito dello spegnimento del motore. Si tratta
di un’analisi molto onerosa dal punto di vista computazionale che ha richiesto diversi di giorni calcolo su
macchine multiprocessore dedicate e che non avrebbe potuto essere portata a termine senza le risorse
hardware disponibili presso i principali centri di sviluppo di CNH Industrial.
Luigi Smeraglia ha, inoltre, presentato l’attuale stato dell’arte e le tematiche
attualmente in sviluppo per l’accoppiamento della Computational Fluid
Dynamics (CFD) con il Discrete Element Method (DEM). La sinergia tra queste
due tecniche di calcolo si rende necessaria dal momento che le principali
applicazioni del Mondo Agricultural e Construction Equipment (come Combine,
Hay&Forage, Excavetors, etc.) si occupano contemporaneamente della
movimentazione e della gestione di componenti esterni, siano essi materiale
raccolto o materiale da movimentare. L’integrazione della tecnica DEM
all’interno delle metodologie di calcolo CFD tradizionali, permettere di ottenere
risultati fondamentali per
l’ottimizzazione dei sistemi di
taglio, racconto, cleaning e
gestione del materiale residuo
attraverso la valutazione di
grandezze fisiche che, per le modalità o per la ridotta scala
temporale cui avvengono, non sarebbero sperimentalmente
misurabili. In particolare è possibile valutare le forze, e di
conseguenza la potenza, richiesta per il taglio e la
movimentazione del particolato, le capacità di raccolta e
gestione del raccolto ottimizzando le efficienze del sistema
per mezzo di riduzione delle ostruzioni, attrito ed usura.
Luciano Murolo, ICT per lo sviluppo prodotto di CNH Industrial, ha esposto le tecnologie
implementate nel Virtual Reality Center di San Matteo così come il gemello implementato
presso la sede di Burr Ridge, dando altresì una panoramica circa i quattro centri di calcolo
parallelo presenti nelle principali sedi di Sviluppo Prodotto: San Matteo. Torino, Zedelgem
e Burr Ridge, atti a fornire la necessaria potenza di calcolo richiesta dalle metodologie di
simulazione in uso in CNH Industrial.
In sintesi, queste le caratteristiche uniche del Virtual Reality Center: proiezione ad alta definizione 4K, in
entrambe le modalità mono e stereo su uno schermo di 7,6 x 4 m in retroproiezione per una
visualizzazione quanto mai realistica dei prodotti di CNH Industrial in modalità immersiva, con possibilità
di sharing ad alta definizione delle presentazioni con le altre Virtual Room di CNH Industrial.
Attraverso questi strumenti Giuseppe Scotto di Vetta,
specialista di Ergonomia e Realtà Virtuale, ha presentato
diversi esempi di simulazioni condotte per mezzo di Manichino
Virtuale (Jack) attraverso il quale è possibile svolgere in
ambiente virtuale analisi di raggiungibilità dei comandi, analisi
di visibilità dal punto di vista operatore e analisi di comfort.
Nell’occasione è stata presentata un’operazione di Ingresso /
Uscita Cabina svolta per la valutazione degli spazi di accesso,
raggiungibilità dei maniglioni oltre che per la misura di
numerosi parametri di comfort (es. angoli ginocchio, flessione
dorso, spazio mano, ecc.).
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GDF & CNH Industrial A seguire è stato visualizzato, in modalità stereoscopica con occhialini 3D, un modello di Realtà Virtuale normalmente utilizzato per la presentazione di modelli in fase di Design Review, di Customer Clinic o per presentazioni di Stile. Attraverso l’utilizzo di strumenti dedicati come il Tracking System, inoltre, è stato possibile presentare un esempio di analisi di serviceability in tempo reale su modello digitale 13 April 2015 6
GDF & CNH Industrial Sempre per mezzo dell’utilizzo delle potenzialità del centro di realtà virtuale, i colleghi di Pomigliano hanno presentato una visualizzazione 3D della nuova Fiat 500 X. [..] All’evento hanno partecipato circa cinquanta persone tra cui alcuni tra i più importanti manager di CNH Industrial e chi ormai in pensione, tra cui Nevio Di Giusto, Gennaro Monacelli, Barbi Dario, Emiliano Bedogni, Jacopo Mayer, Franco Rota, Enrico Sedoni Stefano Trivelli, Massimo Vincenzi, Roberto Cavani, Arthur Miles, Massimo Parenti, Gaetano Sileo, Ivano Resca, Luca Barengo, MANICARDI FULVIO, MANTOVANI GIOVANNI, MASCOLO VINCENZO, REGGIANI DOMENICO, CORDUA GIUSEPPE, BARBATI Paolo, CORRADINI Federico, CROCETTI Norberto, DALLOLI Giovanni, FICARELLI Paolo, FOGLIANI Enzo, MILES Arthur, MASINO Chiaffredo, ROMANO Giulio, ROSSI Ermanno, SCOTTI Alessandro, TODESCA Salvatore, TONDELLI Rinaldo, ZANAZZO Paolo, ZUCCOTTI Francesco, MASCOLO VINCENZO, WALTER NESCI, TORELLI ANTONELLO, TONIATO GIOVANNI, BOERO VITTORIO, CARPENTIERE SERGIO, BERRETTA ALESSIO, CAMPBELL STUART JAMES, CAVAZZUTI ALBERTO, FRONGILLO ANGELO, MANICARDI MATTIA, MASELLI ANDREA, MOORE PAOLO, MORANDI MASSIMO, PIZZI PAOLO, VEZZALI FRANCESCO, SANTOVITO FABIO, MONTANARI ARMANDO, Bondesan Ferruccio, Formento Gianfelice, Gaido Massimo, DE BENEDETTO Raffaele, FERRARI Stefano, ANDRIESSE DIRK CORNELIS, CINI UMBERTO MARIA, COSSU EZIO, GANDIGLIO FEDERICO, KLUZER DAVIDE, LUISE GIOVANNI, ORVIETANI BENEDETTO, RITZU ALESSANDRO, ALDO MAGGIORE, SERGIO MASSUCCO, JAMES CHAPP, AZZALINI GABRIELE CAMPBELL STUART. La manifestazione si è conclusa con la proiezione delle nuove frontiere nell’ambito della Realtà Virtuale durante la quale Virtalis, una delle società Leader nel Settore della visualizzazione 3D, ha dato la possibilità a tutti i partecipanti di testare direttamente strumenti avanzati di Realtà Virtuale come il caschetto interattivo “Oculus”. 13 April 2015 7
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