La prototipazione virtuale e le tecniche digitali di rappresentazione

LA PROTOTIPAZIONE VIRTUALE

• Tecniche digitali di rappresentazione
• Introduzione al CAD
• Ruolo del CAD nello sviluppo prodotto
• Gestione della documentazione prodotto
• Il Building Information Modelling
• Il Rendering

Prototipo realizzare per la prima volta qualcosa di nuova. Oggi si fanno con calcolatori ieri si facevano con plastilina ecc. Si partirà da come si rappresentano le forme al pc e come potrebbe comportarsi. Sviluppo di modello.

Importante nel settore ceramico tutto il "bacino" di aziende tecnologiche che supportano il settore ceramico.

come il prodotto viene gestito building information modelling: legato alla struttura edilizia Rendering

TECNICHE DIGITALI DI RAPPRESENTAZIONE

Tecniche di rappresentazione

Concetto di rappresentazione. Se voglio rappresentare la mia mattonella utilizzo il mio sistema tecnico. Le tecniche servono a creare modelli di qualcosa di fisico. Si può fare anche in digitale devo rappresentare il modello. non mi basta capire che aspetto ha il prodotto, ma mi serve capire come questo prodotto interagisce, non bisogna limitarsi all'uso di cad, che mi serve a rappresentare le forme. ma si va ad osservare una serie di aspetti es simulare fluidi.

Se si pensa alla linea ceramica, ad esempio come si comporta l'atomizzato sotto la pressa, è necessario simularlo; oppure se voglio capire il processo forno si possono utilizzare dei sitemi digitali.

Perché i modelli digitali?

• Ridurre il tempo di sviluppo
• Condividere dati aggiornati di prodotto e processo
• Anticipare analisi su assiemi complessi
• Ridurre i prototipi fisici
• Migliorare la qualità del progetto
• Creare tavole 2D (disegni tecnici) e altra documentazione tecnica in maniera automatica da un modello 3D
• Ridurre il numero delle iterazioni di processo (progettare prima e meglio)

1Perchè i modelli digitali? è necessario meno tempo, facendo un modello inoltre la condivisione in tempo reale a lunghe distanze. il computer mi permette di anticipare delle informazioni che una volta potevo fare solo sul prodotto fisico, questo implicava lunghi tempi, spese di soldi per rifare il prototipo. la qualità del progetto perché nello stesso tempo riesco a fare più interazioni. se modifico, riprovo posso fermarmi e ricominciare diversamente.

Flusso di un progetto processuale

si parte dalla richiesta del mercato ad es macchina per grandi lastre, si analizza il problema poi si passa allo step 5 costruisco il prototipo della mia idea per mostrarlo al cliente ciclo sempre in continuo perchè £ c'è sempre qualcosa da migliorare

Tecniche digitali

• MODELLO 3D DIGITALE
• Prodotto usando sistemi CAS/CAD/CAID
• Generato perché

. spesso più conveniente ed economico rispetto all'oggetto reale e ai modelli fisici · pratico da analizzare, non si rompe, si può modificare velocemente e in modo più rapido ...

CAD designer nell'acronimo è inteso come progettazione CAS si definisce più per stile e anche CAID. Perchè faccio i modelli 3D? Perchè è più economico ed è visibile. Tutti i sistemi che fanno simulazioni si alimentano di un modello cad

2Tecniche digitali

PROTOTIPO VIRTUALE = modello geometrico + informazioni funzionali e tecnologiche

Quando si parla di prototipo virtuale non si parla solo di modello geometrico ma ci sono anche info su come produrrre il modello, come si comporta fisicamente. Sono informazioni che mi dicono il comportamento realistico.

nel quadro ho tutti i livelli, le tecnologie, per arrivare al prototipo virtuale Per capire che il modello può variare geometricamente la forma, allora ho introdotto cad parametrici (cambio il numero e il modello si allunga, si accorcia) Per dare delle caratteristiche al mio modello o posso dare dei codici, capire quando l'ho fatto, ci sono proprietà non geometriche che i modelli necessitano. La necessità degli standard, per l'attrezzatura ci sono forniture elevate, questo essendo codificato viene usato seguendo standard L'ultimo livello modello fisico come risponde ad esempio i vari comportamenti alla fisica del problema es. cosa fa il prodotto se viene riscaldato. ad esempio simulo pentola che bolle sull'acqua si parla di multifisica per modelli coesistenti. Il mettere insieme tutti questi aspetti ci porta al multi physics

MODELLO GEOMETRICO vs PROTOTIPO VIRTUALE

• Modello Geometrico (CAD)

· Insieme di entità geometriche, adeguatamente strutturate, usate per descrivere gli aspetti di forma degli oggetti

• Prototipo Virtuale

. E' un modello realistico su calcolatore di un prodotto con tutte le caratteristiche necessarie (non solo geometria) per concepirlo, svilupparlo, produrlo e assicurarne il servizio post- vendita · E' impiegato, nel contesto dell'azienda estesa, come piattaforma per lo sviluppo del prodotto e processo, per comunicare, condividere e decidere dal primo layout alla manutenzione e al riciclo del prodotto

• Virtual Engineering

. la riproduzione a calcolatore di tutte le attività, gli strumenti e le risorse coinvolte nell'intero ciclo di vita del prodotto · è il risultato dell'integrazione di tutte le tecnologie di modellazione e di simulazione sviluppate per l'intero ciclo di vita del prodotto virtuale. Comprende quindi anche la progettazione (virtual design) e la fabbricazione (virtual factory) virtuali

3Oggi si è passati allo step del virtual engineering, non si si limita la virtuale della sola mattonella, ma posso simulare ad esempio i vari impasti come si comportano si possono fare dei rendering si può anche vendere prima ancora.

oggi l'obiettivo è l'industria 4.0

La fabbrica virtuale ingloba anche l'uomo per simulare come il sistema interagisce con il sistema. Simulare ad esempio cosa succede a livello fisico, ma anche a livello cognitivo. analisi ergonomica si fa anche capendo l'etnia e varie.

Modello geometrico

È uno schema di rappresentazione di oggetti matematici che si avvale di entità geometriche, adeguatamente strutturate, usate per descrivere gli aspetti di forma

• A seconda dello spazio di modellazione dell'oggetto matematico si hanno diverse tecniche e sistemi per la rappresentazione degli oggetti matematici:

· 1D/2D: sistemi di drafting · 2D/3D: sistemi di 3D modelling

si possono avere modelli monodimensionali, bidimensionali. cad 2d è quello che si rappresenta su un foglio di carta cad 3d lavora in uno spazio tridimensionale è quella più vicina alla realtà, inoltre ha una comunicazione più realistica. L'oggetto fisico viene espresso in oggetto matematico. esprimere concetti complessi con modelli matematici complessi

Rappresentazione matematica della forma

Oggetti Matematici

• Idealizzazione degli oggetti fisici che siamo interessati a modellare
• Definizione rigorosa dello spazio di modellazione tramite una classe di oggetti matematici

Schemi di Rappresentazione

• Assegnazione agli oggetti matematici di una rappresentazione adatta per essere gestita con un calcolatore

Ad esempio se voglio rappresentare una curva al pc

4posso pensare la mia curva in maniera vettoriale come se fossero spezzate, questo mi permette di modificare solo gli estremi; mentre nel caso dei pixel devo accendere e spegnere pixel.

ESEMPIO 1: CURVE NEL PIANO

(1D/2D)

Oggetti Matematici

• Geometria Euclidea nel piano

Schemi di Rappresentazione

• Bitmap

· array di pixel colorati

• Vettoriale

· coordinate di punti · segmenti

ESEMPIO 2: SOLIDI NELLO SPAZIO (3D/3D)

Oggetti Matematici

. Insieme chiuso e limitato dello spazio Euclideo tridimensionale (E3)

Schemi di Rappresentazione

• Voxel (Volumetric Picture Element)
• CSG (Constructive Solid Geometry)
• B-Rep (Boundary Representation)

nel 3D per rappresentare per rappresentare forme tridimensionali sono state fatte analisi di speculazione. LA rappresentazione voxel: estensione al 3d invece di quadratini ho dei cubetti questa rappresentazione si usa per la ricostruzione di organi umani. Prendo tutte le immagini che hanno ricostruito il mio organo, prendo un pixel e ricostruisco le forme. Successivamente si fanno le tomografie anche come è fatto il mio oggetto all'interno con tac CSG eB-REP posso rappresentare un solido unendo forme o sottraendo volumi. Il B-REP rappresentazione di bordo : se voglio rappresentare un solido lo faccio la rappresentazione del contorno, la pelle.

Tecnologia CAD

CAD = COMPUTER-AIDED DESIGN Design = Disegno o Progettazione La sigla CAD indica genericamente la tecnologia che consente lo sviluppo di programmi per la modellazione geometrica (3D) ed il disegno (2D) Il cad è nata con il 3D costruzione i disegni tecnici. Dal punto di vista contrattuale si manda il disegno tecnico. la tavola rimane più completa che i modelli cad. il vantaggio è che con il 3d posso capire il 2d (vedo la proiezione ortogonale, le quote) l'uso del 3d ha anche il vantaggio di far capire ai non addetti il modello.

5 Array di pixel Coordinate di punti e segmenti

Disegno tecnico

La forma è rappresentata con delle convenzioni ad es. tratteggio è la sezione che ho tagliato. ci sono delle regole per poter interpretare il mio disegno. con cad 3d mi permette di rappresentare la forma, simulare le varie parti di cui è fatto il pezzo, e questo aiuta l'intuitività del processo; il cad mi permette di tagliare sezionare ed esplorare all'interno il mio prodotto. mi da una rappresentazione realistica. io parto dal 2d vado al 3d ma posso sempre ritornare al 2d.

Cos'è il CAD?

Il CAD non è:

• Un semplice strumento di disegno per la realizzazione grafica di forme
• uno specifico software

Il CAD è:

• un metodo per lo sviluppo e la gestione di progetti industriali
• un insieme di procedure e funzionalità per il disegno e il progetto

Cad non è solo per creare forme questo è uno specifico software non confondere con autocad. cad prevede una serie di procedure e funzionalità per progettare il disegno

ATTENZIONE AL CAD!

• E' un mondo IDEALE in cui tutto è possibile .
• Permette di disegnare tutto !! SENZA ALCUN VINCOLO di producibilità, costo, ecc.
• Aiuta nella messa in tavola, facilitando e velocizzando il lavoro grazie a funzioni automatiche, ma NON SEGUE LE REGOLE DEL DISEGNO TECNICO! (deve essere il progettista che le conosce e che imposta il disegno secondo la sua esperienza (scelta e posizionamento viste, creazione sezioni, quotatura, tolleranze !! )
• NON CONSIDERA spazi di manovra e REQUISITI DI ASSEMBLAGGIO (al CAD sembra tutto facile ma nella realtà i pezzo vanno anche montati!)
• Le dimensioni sono nominali (ideali) ma nella realtà sappiamo che i processi produttivi introducono degli errori ... ed è molto facile al CAD prendere degli abbagli!

Cio che bisogna tenere presente che cad si basa su modelli matematici, modella in maniera ideale ( è un'astrazione della cosa vera) ad esempio la mattonella può esseere realizzata con delle dimensioni e poi chi usa cad deve pensare ogni tecnologia ha le sue regole e in base a questo devo modellare. Il cad non ha studiato disegno tecnico! sta a chi lo usa conoscere. in fase di montaggio con cad si possono compenetrare oggetti che nella realtà non è fttibile . mi raccomando che bisogna tenere in considerazione