Smart manufacturing Riduzione dei costi grazie alla simulazione - Individuare il potenziale di ottimizzazione nello sviluppo del prodotto e ...
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White paper Smart manufacturing Riduzione dei costi grazie alla simulazione Individuare il potenziale di ottimizzazione nello sviluppo del prodotto e implementarlo nel processo di produzione
Digitalizzazione della produzione che utilizzano i dati generati dai reparti di progettazione e
ingegneria, produzione e misura per rendere la produzione
L'Industria 4.0 è stata per oltre un decennio al centro più intelligente. Il whitepaper si concentra sull'area della
del dibattito pubblico, dettando l'agenda dei vertici di progettazione e dell'ingegneria, che si occupa dello sviluppo
molte aziende. Diventa quindi centrale il processo di e della validazione del modello virtuale di un componente
trasformazione dalla produzione organizzata in singole fino alla sua fattibilità.
fasi controllate dall'uomo alla produzione connessa e
digitalizzata. Inoltre, questo documento tratta dell'identificazione e
dell'implementazione del potenziale di ottimizzazione nello
sviluppo del prodotto e nel processo di produzione. Ciò
comporta un aumento della qualità e della produttività nel
processo di produzione e un risparmio sui costi lungo la
catena di produzione. Vedere la Figura 2.
A cosa sono dovuti i costi?
I dipartimenti di sviluppo e pianificazione della produzione
sono responsabili fino al 90% dei costi del ciclo di vita di
un prodotto, e questo quando un componente nemmeno
ancora esiste fisicamente. È quindi necessario prendere
tutte le misure possibili all'inizio del processo per consentire
una produzione affidabile, senza errori ed economica.
L'uso di simulazioni numeriche ha un ruolo importante
in questa fase: i test fisici di prodotti o processi sono
sostituiti o affiancati da test virtuali al computer, il che
Figura 1: L'approccio Smart Manufacturing crea connessioni digitali riduce drasticamente i costi di produzione dei prototipi.
continue tra le funzioni, portando alla gestione evoluta dei processi Inoltre, si riducono i tempi di sviluppo e consegna del
prodotto attraverso analisi e convalide sul modello virtuale,
Le aziende sono alla ricerca di soluzioni intelligenti per migliorando così la qualità del prodotto stesso.
aumentare la qualità e la produttività. Hexagon aiuta le
aziende a digitalizzare i processi di produzione, collegando Per il successo delle aziende manifatturiere, sono decisive
senza soluzione di continuità i dati di tutto il processo l'analisi virtuale di producibilità e le simulazioni del processo
e facendo convergere il mondo reale e quello virtuale di produzione prima della produzione effettiva. Poiché le
per favorire il miglioramento continuo. La divisione modifiche al prodotto o al processo di produzione sono spesso
Manufacturing Intelligence di Hexagon fornisce soluzioni associate a un notevole impegno in termini di test e verifica,
i costi possono aumentare rapidamente e smisuratamente.
Figura 2: Ripartizione dei costi lungo le fasi di sviluppo prodotto (illustrazione propria, fonte: Ehrlenspiel, TU Munich)
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gestite separatamente, dalla progettazione alla produzione
fino al controllo di qualità finale.
L'ingegneria del valore
I processi di produzione e lavorazione assorbono oltre il 90%
dei costi totali del ciclo di vita di un prodotto; tuttavia, fino
al 70% di questi costi sono determinati da decisioni prese
all'inizio del processo di creazione del prodotto. Prima di
effettuare investimenti significativi (strumenti, sistemi o
attrezzature),è possibile prevedere i costi dei materiali, i
costi di produzione e la fattibilità in fase di progettazione.
Questo processo è noto come ingegneria del valore.
Il software FormingSuite fornisce soluzioni per la
valutazione iniziale della fattibilità e il calcolo dei costi
per parti in lamiera. L'uso di questa soluzione software
nella fase iniziale dello sviluppo del prodotto permette ai
Figura 3: I processi secondari sono collegati tramite la gestione
integrata dei dati
progettisti di comprendere i costi i del progetto associati
a materiale e produzione, permettendo di costruire i
In pratica, grazie alla simulazione si può ottenere un componenti in modo economico ed eliminando i costi
risparmio di circa il 50 per cento nei costi di processo e derivanti dalle modifiche geometriche, identificandole
sviluppo. I costi di produzione possono essere ridotti fino in una fase iniziale di progetto. La simulazione permette
al 30 per cento attraverso un migliore uso delle macchine, di identificare eventuali problemi di producibilità già
ottimizzazione della sequenza delle fasi produttive, un all'inizio del processo di progettazione. Questo permette al
uso più sostenibile dei materiali e una messa a punto più progettista di progettare correttamente il componente fin
agevole. Gli indicatori di qualità sono migliorati riducendo dall'inizio. I progettisti possono analizzare la fattibilità del
gli scarti e le rilavorazioni di oltre il 20 per cento. componente, ottimizzare la geometria ed evitare costose
modifiche di progettazione più avanti nel processo di
produzione (vedi Figura 4).
Lo sviluppo di prodotti e processi virtuali con
MSC Software
Minimizzare il tempo di sviluppo
Il processo di sviluppo comporta un gran numero di
operazioni di simulazione. Usando strumenti specializzati Uno degli aspetti cruciali sia prima che durante la
per ogni singola fase, lo sviluppo può essere implementato produzione è il tempo. Con il software di simulazione,
in modo efficiente e conveniente. Hexagon collega le gli ingegneri possono identificare eventuali problemi
discipline specialistiche che erano precedentemente di produzione prima di iniziare la produzione stessa, e
Figura 4: Con FormingSuite, i potenziali problemi di fabbricabilità possono essere identificati durante la progettazione del componente
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possono correggerli in fase di simulazione. Ciò riduce test fisici possono raggiungere rapidamente importi a
significativamente le modifiche al processo e i cicli di cinque cifre e oltre. I metodi di simulazione numerica
cambio utensili nel processo di produzione. Inoltre, è calcolano la vita utile e permettono di identificare i carichi
richiesto un numero minore di prototipi. di funzionamento sicuri.
Per ridurre al minimo i tempi di consegna e di sviluppo, Inoltre, vengono esaminati gli effetti delle alte temperature,
il software Digimat offre un'accurata simulazione delle dei processi di fabbricazione e delle sollecitazioni nello stato
plastiche rinforzate con fibre. Per esempio, il tipico tempo assemblato. La simulazione permette previsioni precise
di sviluppo di un componente che smorza le vibrazioni di della vita utile e della fatica sotto qualsiasi combinazione
un'automobile è di circa un anno e mezzo, con le prime 16 immaginabile di condizioni di carico dipendenti dal tempo
settimane dedicate alla progettazione e allo sviluppo del o dalla frequenza.
processo. Per accorciare significativamente questo ciclo, il
calcolo viene effettuato con Digimat. Il numero di modifiche Caso di studio: processo di sviluppo virtuale
al progetto può essere ridotto addirittura del 70 per cento, nella costruzione di un mozzo
dato che sono già disponibili risultati di simulazione molto
precisi. Il seguente caso di studio è stato realizzato con il Formula
Student Team dell'Università di Paderborn, e mostra l'uso di
Inoltre, le condizioni di lavorazione sono di essenziale diversi strumenti di simulazione in un processo strutturato.
importanza per il comportamento del componente, al fine di
evitare stime imprecise. Con Digimat è possibile effettuare Il compito del progetto era quello di sostituire un mozzo
in pochi minuti una simulazione estremamente precisa in alluminio prodotto con processi tradizionali di fusione
della struttura aggiungendo le informazioni derivanti da una e asportazione con una variante per manifattura additiva.
simulazione del processo. Non solo la variante per manifattura additiva avrebbe
dovuto raggiungere le stesse prestazioni del design
Il funzionamento semplice del software riduce il tempo di convenzionale, ma si sarebbe dovuto ottenere anche una
preparazione necessario per gli ingegneri. Il tempo di analisi riduzione del peso del componente.
della variazione di un componente può essere ridotto da una
settimana a sole 15 ore, i prototipi possono essere sviluppati La figura 7 rappresenta il processo di sviluppo virtuale
prima e la produzione può essere molto più veloce (vedi completo basato sul flusso di lavoro per un mozzo.
Figura 5).
Lo spazio di installazione, le condizioni di carico e i punti di
montaggio erano noti dal progetto originale. Una simulazione
Durata e resistenza del prodotto multibody con MSC Adams ha fornito le principali condizioni
di carico. Con queste informazioni, è stato innanzitutto
Prevedere il cedimento e la fatica dei materiali è uno dei possibile calcolare un componente ottimizzato per ridurne il
compiti più difficili nello sviluppo dei prodotti. I costi dei peso. Con MSC Apex Generative Design, sono state generate
Figura 5: Abbreviazione dell'analisi della variazione di un componente con Digimat
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Figura 6: Mozzi in alluminio, ottimizzati e sviluppati in modo virtuale, installati nell'automobile di Formula Student all'Università di Paderborn
per ulteriori studi diverse varianti con una riduzione media prevedere il comportamento dei componenti quando sono
di peso di quasi il 50 per cento. Un altro vantaggio della installati sotto carico operativo.
soluzione software è la possibilità di considerare sia gli
aspetti legati alla produzione che le condizioni al contorno Tutti i cambiamenti di proprietà locali che si verificano
per l'ottimizzazione. Si crea cosi un oggetto pronto per la durante la produzione, a seconda dei parametri di produzione
produzione. selezionati, sono considerati in questo controllo finale.
Le possibili varianti di progetto sono poi state esaminate Alla fine del processo di progettazione, si sono ottenuti
in Simufact Additive per identificare eventuali problemi un componente finito e un processo validato che non solo
di produzione e stimare i loro costi di produzione. Tutti i soddisfano le specifiche tecniche, ma garantisce anche di
fattori rilevanti che influenzano i costi sono analizzati ed è mantenere il controllo sui costi.
possibile mostrare immediatamente come una modifica
al processo influisce sui costi di produzione. Il processo di
produzione selezionato viene simulato e tutte le deviazioni Virtual Lifecycle Manufacturing - il processo
dimensionali e i tipici difetti di costruzione, che porterebbero di produzione virtuale
all'interruzione della produzione o a componenti difettosi,
vengono esaminati. Come descritto in precedenza, l'industria 4.0 prevede un
ambiente di lavoro connesso in rete lungo l'intera catena
I risultati del calcolo sono stati trasferiti a MSC Nastran del valore. Per questo motivo, MSC Software è focalizzata
per il calcolo strutturale e a MSC Adams per la simulazione
multi-body per la validazione finale. Questo serve a poter
Figura 7: (1) Identificazione dei casi di carico con MSC Adams (2) configurazione del modello con MSC Apex Generative Design (3) selezione dei
candidati idonei dopo l'ottimizzazione, (4) simulazione Simufact Additive Manufacturing con ottimizzazione dei costi, (5) analisi strutturale con MSC
Nastran (6) con MSC Adams, (7) produzione da parte dei fornitori, e (8) scansione CT e controllo qualità con Volume Graphics
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Figura 8. (Sinistra) versione precedente con design classico di fresatura (Destra) design AM ottimizzato per costi e peso
sullo sviluppo di una piattaforma di soluzioni strategiche Inoltre, è possibile prendere in considerazione i dati di
nell'ambito della produzione intelligente: Virtual Lifecycle misura reali, in modo da permettere un confronto diretto
Manufacturing. con i parametri di misura virtuali e i dati CAD nominali con
una logica di valutazione uniforme. Tutti i dati di misura
Virtual Lifecycle Manufacturing permette di ottenere virtuali ottenuti dalla simulazione e i dati di misurazione
ulteriori risparmi sui costi e miglioramenti della qualità fisica possono essere registrati, analizzati e documentati
attraverso una combinazione di diverse soluzioni software. in una piattaforma integrata. Questa vasta raccolta di dati
L'uso mirato di specifiche soluzioni di simulazione della fornisce la base per sviluppare modelli semplificati con
produzione nelle prime fasi di sviluppo gioca un ruolo l'intelligenza artificiale o il machine learning per ottenere
centrale. rapidamente informazioni utili a ottimizzare il processo ed
il prodotto.
I dati di misurazione dei processi reali sono di solito
disponibili solo per la valutazione e l'analisi della qualità L'obiettivo di Hexagon è di offrire questa piattaforma come
del processo e del prodotto quando i test dei prototipi o soluzione scalabile per consentire alle aziende industriali
la produzione sono iniziati. Grazie al ciclo di produzione di media dimensione di avere un accesso più veloce
virtuale, i dati di misurazione virtuali sono generati dalla all'Industria 4.0.
simulazione usando soluzioni software intelligenti, ed
elaborati e analizzati con gli stessi metodi e nello stesso
sistema di gestione dei dati e della qualità delle misurazioni
reali.
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Hexagon è un'azienda leader a livello mondiale nel campo dei sensori, dei software e delle soluzioni autonome . Sfruttiamo i dati per aumentare l'efficienza, la produttività e la qualità delle applicazioni nel settore industriale e produttivo nonché delle infrastrutture, della sicurezza e della mobilità. Le nostre tecnologie modellano gli ecosistemi urbani e produttivi per renderli sempre più connessi e autonomi, garantendo un futuro scalabile e sostenibile. MSC Software, parte della divisione Manufacturing Intelligence di Hexagon, è una delle dieci storiche società di software ed è leader a livello globale nela fornitura di software e servizi di simulazione alle aziende manifatturiere. Per maggiori informazioni, visitare il sito web mscsoftware.com. La divisione Manufacturing Intelligence di Hexagon fornisce soluzioni che si avvalgono di dati progettuali e ingegneristici, produttivi e metrologici al fine di rendere la produzione sempre più intelligente. Scoprite di più su Hexagon (Nasdaq Stoccolma: HEXA B) all'indirizzo hexagon.com e seguiteci su @HexagonAB. © 2021 Hexagon AB e/o le sue controllate e collegate. Tutti i diritti riservati.
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