Prototipazione Virtuale e Produzione Virtuale...come la progettazione, l’ingegnerizzazione, la...
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Prototipazione Virtualee Produzione Virtuale
Creare, simulare, verificare, produrreAlessandro Balboni
Business Development Manager
Progettazione concettuale
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Prodotto
Progettazione e Prototipazione
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Elementi dell’assieme
Quanto è importante il PCB?
• Il 39% del costo del prodotto viene dal PCB assemblato
• Il 37% del budget di sviluppo è allocato per il PCB assemblato
• Il 38% del tempo di sviluppo dell’intero prodotto è assorbito dal PCB assemblato
Valori medi rilevati da Aberdeen Research 2012
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Problemi, Obiettivi, Soluzioni
Time-to-Market
RIDURRE I TEMPI DIENTRATA SUL MERCATO
Riduzione costi
RIDURRE I COSTI INFASE PROGETTUALE
Differenziazione/qualità
INNOVARE PERCOMPETERE
Virtual Prototyping & Virtual Manufacturing
Prototipazione Virtuale
• Di cosa stiamo parlando?
Il Virtual Prototying è una tecnologia relativamente nuova che include l’utilizzodella realtà virtuale e altre tecnologie informatiche per creare prototipi digitaliGowda et al. Michigan State University
Con Virtual Prototyping facciamo riferimento al processo di simulazione dell’utente edel prodotto e della loro interazione nelle diverse fasi della progettazione e all’analisiquantitativa delle prestazioni del prodotto.Song et al.University of PennsylvaniaIn ingegneria meccanica è l’idea di rimpiazzare il «mock-up» fisico con prototipi Sofware
Antonino e Zackmann - BMWVirtual Prototyping , un sinonimo di Digital Mock-UpFraunhofer Institute for Computer Graphics
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Caratteristiche, definizione, componenti
Caratteristiche: Un modello di una struttura o di un apparatoUtilizzato per testare forma, misure, prestazioni e producibilitàUtilizzato per studiare soluzioni
Componenti: Un modello CAD 3D Un modello dell’interazione uomo macchinaUna serie di modelli orientati all’analisi
Strutturale, di movimento, di producibilità…
Definizione: Il prototipo virtuale o «digital mock-up» è una simulazione digitale di un prodotto fisico che può essere presentata, analizzata e testata relativamente agli aspetti del suo ciclo di vita come la progettazione, l’ingegnerizzazione, la manutenzione, lo smaltimento come se fosse modello fisico reale. La creazione ed il test di un prototipo virtuale è chiamata prototipazione virtuale
G. Wang, Dept. OfMechanical and Ind. Eng., University of Manitoba
Prototipazione Virtuale
La prototipazione virtuale è un metodo che mescola diverse tecnologie CAD e CAE per sperimentare implementazioni alternative e per validare un progetto prima della sua realizzazione fisica
Simulare
Verificare
Creare
La nostra definizione
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Computer Aided Design
• Concept - Specifiche
• Selezione di componenti e riuso
• Sviluppo Modelli 2D e 3D del prodotto per raffinamenti successivi
• Sviluppo del Modello Assemblato completo
Prodotti e Tecnologie CAD/CAE
Harness
Wiring
GUI Design
HMI
CAM & Documentation
RF Design
Analog Simulation
PDM
Schematic Design
Routing
3D Design
Signal Integrity
Power Integrity
DFX
FPGA
Thermal Design
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Computer Aided Engineering
• Analisi dell’Integrità del Segnale, Analisi dell’Integrità delleAlimentazioni
• Analisi di stress su componenti e assemblato mediantemodellazione ad elementi finiti (FEM);
• Analisi termica e dei flussi nei fluidi mediante calcolofluidodinamico (CFD);
• Dinamica dei Corpi (MBD) e Cinematica;
• Ottimizzazione del prodotto o del processo.
Termica, stress, deformazione, vibrazioni
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Ma la simulazione costa…
Ma quantocosta?
Ma quantoguadagno?
Aziende cheutilizzano
simulazione
86% deiprogetti
nel budget
Progetticomplessi
Progettisemplici
- 158giorni
- 21giorni
-1,9milioni
- 21.000dollari
Valori rilevati da Aberdeen Research 2012
Un metodo multidisciplinare
• Per poter parlare di prototipo virtuale occorre considerare il prodotto “finito” con tutti i suoi componenti
• Meccanica, Elettronica, Software ed interfacciaUomo-Macchina (HMI)
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La “Customer Experience”
Spesso oggi i prodotti nascono da un’analisi della Customer Experience* dell’utente finale. Da questo concetto nasce la classificazione di diversi livelli di maturità di un’azienda manifatturiera
– Orientata al prodotto: l’azienda sviluppa il prodotto “migliore” e lo offre nel miglior modo possibile.
– Orientata al mercato: l’azienda segmenta il mercato in base ai bisogni dei clienti e offre varianti di prodotto sviluppati per i diversi segmenti
– Orientata alla «Customer Experience»: si aggiunge ai due stadi precedenti il riconoscimento dell’importanza di fornire una esperienza di utilizzo positiva
*impatto cumulativo dei diversi “punti di contatto” dell’utilizzatore durante la sua interazione con il prodotto
La “Human Machine Interface”
• Ottenere la migliore interfaccia utente
• a partire dall’immaginazione del creativo
• Per arrivare all’hardware dal costo più basso
• nel più breve tempo possibile.
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Virtualizzazione della produzione• Lo scopo della prototipazione è quello di arrivare alla
produzione
• Si può virtualizzare anche la fase di produzione?
– Riduzione degli “steccati” fra progettazione e produzione
– Modello dei dati
– Modello virtuale della fabbrica
Modello del ProcessoProgettazione
NPI
Fabbricazione
Assemblaggioe Test
PROGETTO PCBcon DFM
Creazione ModelloProdotto e DFM
DFMProcesso di Fabbricazione
DFMProcesso di Assemblaggio
Regole
DATI E DOCUMENTAZIONE
Virtualizzazione dei controlli all’interno dell’intero processo di Progettazione e Prototipazione
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La “Smart Factory”
Cosa c’è dietro l’angolo
processo di realizzazione di prodotti per aggiunta di strati di materiale e non per asportazione
Additive manufacturing
Realtà Aumentata
IoTInternet delle cose (Internet of Things): connessione di oggetti e di cose alla rete di Internet con la quale scambiano informazioni e dati
aggiunta e sovrapposizione di informazioni sulla realtà circostante per una maggiore comprensione della stessa
Intelligenza
robotica
Intelligenza artificiale e
robotica
realizzazione di robot e macchine in grado di comunicare con l’uomo in modo diretto e naturale, con tempi di programmazione ridotti e di apprendere dal mondo circostante
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Dietro l’angolo?
Industry 4.0
• La quarta rivoluzione industriale
– 1.0 La tecnologia meccanica azionata dal vapore
– 2.0 La tecnologia Elettro-meccanica
– 3.0 La tecnologia Elettronica Digitale
– 4.0 Le tecnologie ciberfisiche (CPS), IoT, IoS
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I sei principi della Industry 4.0
• Interoperabilità
• Virtualizzazione
• Decentralizzazione
• Risposta real-time
• Orientamento al servizio
• Modularità
SMART CONNECTED
DEVICES
SMART FACTORIES
Conclusioni
• La modellazione digitale dei prodotti permette l’applicazione di tecnologie sempre più efficaci ed efficienti di prototipazione virtuale
• Questa è una grande opportunità per le aziende per riduzione costi/tempi e differenziazione
• La corsa alla virtualizzazione è appena iniziata ma è sostenuta dal grandi tendenze dell’industria
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Che cosa vedremo oggi
• Tecnologie CAE per la prototipazione virtuale
• Virtualizzazione del processo di New Product Introduction (NPI)
Che cosa vedremo oggi
• Tecnologie CAE per la prototipazione virtuale
– Integrità del segnale (High Speed e DDR)
– Design Rule Checking (SI, EMI)
– Analisi delle interferenze meccaniche
– Analisi termica e strutturale del PCB e dell’assieme
• Virtualizzazione del processo di New Product Introduction (NPI) mediante DFM/DFA
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Strumenti
Demo e Cadlog Labs
• Demo: esempi di analisi del prototipo virtuale
• Cadlog Lab: i “Test Drive” delle tecnologie
• Oggi pomeriggio 5 labs gratuiti per voi
• Disponibili tutto l’anno su prenotazione
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DemoEsempi di Analisi del Prototipo
Virtuale
Hyperlynx: una famiglia per l’analisi del PCB
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HyperLynx SI DDRx
• Analisi Full-Timing
• Supporto progetti multi scheda
• Supporto ModelliAvanzati (Spice, S-parameters)
• Calcolo de-rating
• Supporto topologia fly-by
HyperLynx SI GHz
• HyperLynx High-speed Serial Interface Analysis
• Supporto tecnologie SERDES
• Calcolo integrato BER
• Analisi Fast-Eye
• Analisi 3D
• Supporto Modelli Avanzati(Spice, S-parameters, IBIS-AMI)
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HyperLynx DRC
• Sistema di Electrical Sign-Off
• Regole pre-definite e personalizzabili
• Algoritmo basatosulla grafica
• Supporto controlliEMI/SI/PI
Valor NPI
• Sistema integratoDFM/DFA
• Regole personalizzabili e centralizzabili
• Analisi basata suinterfaccia grafica
• Cross-probing grafico con i principali sistemi EDA
• Sistema integrato di documentazione
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PTC Creo
PTC Creo offre un insieme di strumenti in grado di supportare l’azienda nell’intero processo di sviluppo del prodotto
SIMULAZIONE
PRODUZIONE COMUNICAZIONE
PROGETTAZIONE DETTAGLIATA
CONCEPTUAL DESIGN
PTC Creo
PTC Creo ParametricSW CAD 3D parametrico
• Strumenti di conceptual design • Modellazione di parti e assiemi • Creazione e aggiornamento automatici di disegni 2D• Gestione di assiemi di grandi dimensioni• Progettazione avanzata di superfici• Progettazione di lamiere• Progettazione dei meccanismi• Analisi termica e strutturale• Riutilizzo dei progetti esistenti e automazione• Progettazione di strutture e saldature• Librerie di parti standard• Controlli della modellazione in base a best practice• Rendering e animazione• Importazione ed esportazione di CAD • Progettazione di schemi 2D• Annotazioni 3D• Modellazione flessibile
PTC Creo Parametric
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Mentor Graphics FloEFDSoftware per l’ analisi termica e fluidodinamica (CFD). FloEFD si integra con i principali sistemi MCAD, quali Creo 3, CATIA V5, NX 14.1 e SolidWorks, permettendo così al progettista di lavorare in un unico ambiente sui propri modelli 3D, senza esportazione della geometria in altri formati. Campi di applicazione: automobilistico, aerospaziale e difesa, biomedico, ferroviario, marino, illuminotecnica e LED
PTC Creo SimulatePTC Creo Simulate è una estensione di PTC Creo Parametric e consente di effettuare analisi strutturali, termiche e delle vibrazioni. E’ dotato di un insieme completo di funzionalità di analisi agli elementi finiti (FEA) che consente di studiare le prestazioni dei prototipi virtuali 3D prima di creare il primo prototipo fisico.
PTC Creo Simulate
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Analisi ciclatura termica
Calcolo della risposta ai carichi vibrazionali random
L'analisi modale è lo studio del comportamento dinamico di una struttura quando viene sottoposta a vibrazione.
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Calcolo della risposta ai carichi di shock
Fornisce la risposta della struttura in funzione del tempo data una condizione generale di shock.
Verifica resistenza a fatica dei componenti elettronici e del PCB
Analisi a fatica: provvede informazioni sul danneggiamento a fatica del modello quando soggetto a carichi variabili nel tempo.