La simulazione nel settore dell’ingegneria consente ai progettisti di creare, testare e rivedere le idee con una velocità e una complessità che non sono possibili solo con i mezzi tradizionali. Così come la simulazione ha permesso uno sviluppo più rapido e calcolato dei prodotti in tutti i settori, la sua stessa evoluzione è rapida e cruciale da comprendere. Lo stato attuale della simulazione nello spazio ingegneristico è definito dal suo ruolo in espansione e dalle sue limitazioni in via di estinzione. Il futuro della simulazione vedrà probabilmente un’esplosione simile delle capacità, della scala e della portata dell’ingegneria assistita da computer (CAE).
La simulazione CAE e i suoi vincoli
Negli anni ’80 e ’90, la simulazione è stata utilizzata quasi esclusivamente per la validazione dei progetti. Questo non significa sminuire l’importanza di queste capacità: la simulazione forniva risposte impareggiabili alle domande ingegneristiche di sistemi complessi, riducendo al contempo i costi per testare la fattibilità dei pezzi. Inizialmente, si è concentrata sulle interazioni meccaniche, ma si è rapidamente estesa alla fluidodinamica, alla formazione dei materiali, all’elettromagnetismo e a molto altro ancora. Con questa tecnologia, gli ingegneri potevano prevedere il comportamento di un progetto in base a un’enorme serie di vincoli imposti e ottimizzare il prodotto finale attraverso prove ed errori virtuali, anziché impegnarsi in test distruttivi nella vita reale.
Il principale fattore limitante di queste capacità era la potenza di elaborazione disponibile all’epoca. Con l’aumento esponenziale della potenza di calcolo, insieme a schemi numerici migliorati e a una migliore modellazione fisica (attraverso la teoria fisica, il talento ingegneristico e la capacità del software), le possibilità di simulazione sono esplose.
La simulazione oggi
Questo ci porta allo stato attuale della simulazione. Siamo in grado di elaborare più varianti di un dato sistema con l’ottimizzazione automatica della progettazione e modelli molto più complessi. La multifisica è uscita dal dominio esclusivo del mondo accademico ed è diventata uno strumento di lavoro utilizzato in tutti i settori industriali.
L’espansione della velocità e delle capacità ha visto la simulazione uscire dalla sua scatola di convalida del progetto. Il CAE viene utilizzato in un numero maggiore di aree del ciclo di vita del prodotto rispetto al passato. All’inizio, quanto prima vengono individuati i problemi, tanto più economiche e veloci possono essere le revisioni.
La simulazione ha un ruolo sempre più importante nell’ottimizzazione dei processi produttivi. Gli strumenti moderni consentono di prevedere meglio la forgiatura, la fusione, lo stampaggio a iniezione e molto altro ancora. Sebbene queste capacità esistano già da tempo, i miglioramenti della tecnologia e delle pratiche ingegneristiche hanno permesso alla simulazione di svolgere un ruolo più vitale nell’intero processo produttivo.
Anche dopo che il prodotto ha iniziato la sua vita con il cliente, il CAE consente di stimare meglio la manutenzione e le riparazioni di cui il progetto avrà bisogno. La simulazione consente agli ingegneri di prevedere meglio ciò che è probabile che si guasti per primo e di creare programmi di manutenzione per attenuare i problemi. I consigli operativi possono essere forniti all’utente finale, sulla base delle previsioni fornite da un programma CAE.
Il futuro della simulazione nell’ingegneria
Il futuro del CAE è luminoso. Nello stesso modo in cui i processi più veloci e più intelligenti hanno permesso alla simulazione di espandere il suo ruolo, le tecnologie e le tendenze future offrono nuove possibilità per la simulazione nell’ingegneria.
Ingegneria basata su modelli
L’ingegneria basata sui modelli viene implementata in modo più consistente nel settore manifatturiero, in tutti i settori. I modelli 3D offrono un metodo semplificato e unificato di condivisione delle informazioni tra le parti interessate. I dati che forniscono migliorano la collaborazione globale e gli sforzi di ottimizzazione, con il modello 3D che funge da fonte per tutti i tipi di informazioni sulla produzione e sulla progettazione.
Questo pacchetto di dati comprende già i metadati, il modello stesso, le informazioni di ispezione e altro ancora. Anche se a volte è presente, il passo successivo per l’ingegneria basata sui modelli è quello di includere i dati CAE: I vincoli CAE e i risultati della simulazione dovrebbero far parte del pacchetto di dati che viene trasmesso.
L’integrazione delle funzionalità CAE nelle applicazioni di modellazione può anche aiutare a rimuovere alcuni ostacoli che si presentano con il trasferimento dei dati a un’applicazione di simulazione separata e specializzata.
La discussione sull’AI necessaria
Non c’è praticamente un articolo pubblicato negli ultimi anni che non faccia riferimento all’IA in qualche modo. L’intelligenza artificiale è qui per restare, questo non è in dubbio, ma il suo ruolo nella simulazione e nell’ingegneria nel suo complesso è ancora lontano dall’essere definito chiaramente.
Una prospettiva entusiasmante riguarda le tecnologie di apprendimento che diventano abbastanza intelligenti da gestire grandi categorie di problemi in circostanze generalizzate. Forse i problemi di equazioni differenziali parziali sottostanti potrebbero essere risolti in una frazione del tempo attualmente necessario.
Un altro aspetto dell’AI nel CAE è l’utilizzo della progettazione generativa per la creazione di modelli e l’utilità dell’AI per consolidare tali soluzioni. La progettazione generativa continuerà a consentire agli ingegneri di creare centinaia o migliaia di iterazioni di un prodotto da simulare. L’AI sarà probabilmente uno strumento fondamentale per navigare tra queste variazioni e ottenere i risultati più desiderabili nel minor tempo possibile.
Ingegneria a distanza
L’ingegneria remota non è un concetto nuovo e un’enorme parte dell’ingegneria viene ancora svolta su applicazioni desktop. In passato, i desktop remoti offrivano un’imitazione delle vere applicazioni CAE basate sul web. Nell’ultimo decennio si è assistito a un’espansione significativa delle applicazioni web CAE vere e proprie, con l’ingegneria e il CAE che si sono spostati nel cloud. C’è stato, e continuerà ad esserci, uno spostamento dall’uso di cluster di server privati alle offerte commerciali come AWS, Azure, Google Cloud e altre ancora.
Qualunque sia la tecnologia utilizzata, i tecnici remoti offrono un modo per centralizzare i dati e l’esperienza, riducendo al contempo le spese generali dell’IT. Le risorse diventano più flessibili e il potenziale di collaborazione si amplia. Le modalità di adozione dipendono dalla cultura dell’organizzazione, dall’esperienza dell’utente e dai costi associati.
Informatica quantistica: Il futuro lontano?
Forse è un po’ troppo lontano per discuterne in modo approfondito ora, ma la potenza e il potenziale del calcolo quantistico offrono prospettive allettanti per il settore della simulazione 3D. Come abbiamo visto, la rimozione delle limitazioni tecniche vede il CAE tendere ad esplodere in funzionalità, portata e impatto dei settori che tocca. Prevedere l’esito esatto di questa tecnologia è difficile, ma se riuscirà a mantenere la sua promessa, le possibili applicazioni ingegneristiche sono entusiasmanti.