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Ingegneria assistita da computer (CAE)

L'ingegneria assistita da computer è l'uso di software per computer in tutti i settori per simulare le prestazioni del prodotto per migliorare i progetti o assistere nella risoluzione di problemi di ingegneria. Ciò include la simulazione, la convalida e l'ottimizzazione di prodotti, processi e strumenti di produzione.

Che cos'è l'ingegneria assistita da computer?

Il CAE o computer-aided engineering è l'uso di software per computer in un'ampia gamma di settori per simulare prestazioni basate sulla fisica per migliorare la progettazione dei prodotti o assistere nella risoluzione di problemi ingegneristici. Ciò include la simulazione, la convalida e l'ottimizzazione di prodotti, processi e strumenti di produzione.

Un tipico processo CAE comprende fasi di pre-elaborazione, risoluzione e post-elaborazione. Nella fase di pre-elaborazione, gli ingegneri modellano la geometria (o una rappresentazione del sistema) e le proprietà fisiche del progetto, nonché l'ambiente, sotto forma di carichi o vincoli applicati. Successivamente, il modello viene risolto utilizzando un'appropriata formulazione matematica della fisica sottostante. Nella fase di post-elaborazione, i risultati vengono presentati all'ingegnere per la revisione.

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An engineer using the Simcenter 3D software for computer-aided engineering (CAE).
Leggi la rivista Engineer Innovation

Scopri i vantaggi

L'ingegneria assistita da computer è una metodologia consolidata spesso utilizzata per sostituire o integrare metodi sperimentali e analitici per aiutare la progettazione ingegneristica e l'analisi di prodotti di uso quotidiano. Rispetto alla prototipazione e agli esperimenti, la simulazione CAE offre i seguenti vantaggi.

Aumenta le prestazioni

L'ingegneria assistita da computer consente di analizzare ed esplorare rapidamente le possibilità di progettazione per migliorare le prestazioni del prodotto.

Riduzione dei tempi

L'ingegneria assistita da computer consente di immettere sul mercato progetti di prodotti ottimizzati più rapidamente rispetto a un metodo di costruzione e test.

Riduzione dei costi

Sfruttando l'ingegneria assistita da computer, è possibile ridurre significativamente i costi di sviluppo del prodotto rispetto ai tradizionali processi di test basati su prototipi fisici.

Tipi di ingegneria assistita da computer

L'ingegneria assistita da computer è un'area ampiamente definita costituita dai seguenti sottodomini:

Simulazione CFD di apparecchiature meccaniche realizzate con il software Simcenter 3D.

Finite element analysis

L'analisi agli elementi finiti (FEA) è la modellazione virtuale e la simulazione di prodotti e assiemi per prestazioni strutturali, acustiche, elettromagnetiche o termiche. La FEA è l'applicazione pratica del metodo degli elementi finiti (FEM).

Explore FEA

Screenshot del software di simulazione fluidodinamica computazionale multifisica.

Computational fluid dynamics

Le simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) si basano sull'equazione di Navier-Stokes, utilizzata per descrivere il moto dei fluidi.

Explore CFD simulation

Modello 3D di un bulldozer dal software Simcenter 3D.

Multibody dynamics | Motion

La comprensione delle prestazioni ingegneristiche è impegnativa per sistemi meccanici complessi, come i flap delle ali o i carrelli di atterraggio, i tetti scorrevoli o le sospensioni, le fotocopiatrici e altri meccanismi. La dinamica multicorpo calcola le forze di reazione, le coppie e altro ancora per i sistemi meccanici.

Explore multibody dynamics

Immagine del software Simcenter Amesim.

Systems simulation

La simulazione dei sistemi è il processo di sperimentazione e studio del modo in cui le modifiche alle caratteristiche di un sistema complesso (o sottosistema) influiscono sul sistema nel suo complesso.

Explore system simulation

Validazione virtuale e ingegneria predittiva

La progettazione assistita da computer (CAD) combinata con CAE consente di convalidare virtualmente le prestazioni di un progetto senza dover costruire e testare un prototipo fisico. Man mano che i processi di produzione diventano sempre più complessi, la convalida virtuale può aiutare le aziende a pianificare, progettare e implementare i propri sistemi prima di investire capitali significativi.

Combinando il CAE con la progettazione, l'esplorazione dello spazio e persino l'intelligenza artificiale (AI), il futuro del CAE può essere l'ingegneria predittiva. Ciò significa che gli ingegneri possono utilizzare CAE per progettare parti in base ai requisiti del prodotto, alle condizioni di carico previste e agli ambienti operativi, in modo che la simulazione possa aiutare a guidare e creare il progetto piuttosto che semplicemente verificare e convalidare i progetti creati da una persona.

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Prova gratuitamente il software CAE

Immagini del software Simcenter 3D che rappresentano un modello di simulazione del progetto di un trattore.

Simcenter 3D trial

  • Trasforma rapidamente la geometria CAD in geometria utilizzabile per la simulazione.
  • Mesh e risoluzione efficiente dei modelli per l'analisi strutturale per ottenere informazioni dettagliate sulle prestazioni di progettazione
  • Aggiorna rapidamente il modello di simulazione con il software Simcenter 3D per apportare modifiche al progetto in modo da poter simulare nuovamente in pochi secondi

Domande frequenti

L'ingegneria assistita da computer è accurata?

L'ingegneria assistita da computer è stata utilizzata con successo per l'ingegneria dei prodotti per decenni. Insieme a ciò, c'è stato un continuo sviluppo sia per gli approcci di modellazione ad alta fedeltà che per quelli più pragmatici che consentono di ottenere risultati sufficientemente accurati in tempi più rapidi. Oggi, gli ingegneri possono e devono scegliere il livello di precisione che meglio si adatta alle loro esigenze per rispondere alle domande di progettazione con il minimo sforzo computazionale. Il livello di precisione varia da tecniche di modellazione ad alta fedeltà che consentono la previsione del comportamento reale entro pochi punti percentuali o anche meno a metodi rapidi che consentono previsioni rapide delle tendenze.

Oggi, su questa base, i processi di certificazione e verifica per gli strumenti CAE sono ben consolidati. Rimarranno un ingrediente fondamentale per il progresso di CAE, la sua affidabilità e fiducia nei gemelli digitali e la sua affermazione in nuove aree. Se da un lato la simulazione predittiva ridurrà continuamente la necessità di costose misurazioni e prototipazione, dall'altro continuerà a richiedere rigorosi metodi CAE e la convalida delle best practice attraverso l'esperimento.

È difficile imparare il CAE?

L'apprendimento del CAE richiede tempo, dedizione, studio approfondito e pratica. È fondamentale comprendere la fisica fondamentale sottostante del dominio in cui ci si trova, avere una comprensione dei metodi numerici e dei loro limiti, nonché praticare l'uso pratico degli strumenti software CAE reali. Grazie all'automazione, all'aumento della potenza di calcolo e al miglioramento continuo delle interfacce utente nei moderni software CAE, le barriere al CAE ad alta fedeltà diminuiranno ulteriormente a tutti i livelli dell'utente, spostando l'ambito sull'esplorazione dei risultati e sul prendere decisioni basate sulla simulazione.  Inoltre, è fondamentale comprendere le dinamiche fisiche fondamentali che si verificano per giudicare i risultati e prendere decisioni ingegneristiche significative sulla base dei risultati CAE.

Quali sono le applicazioni per CAE?

Il software CAE viene utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni ingegneristiche ogni volta che è necessario comprendere o prevedere come vari tipi di fisica influenzeranno le prestazioni di un progetto o di un sistema di prodotto. Nello sviluppo di prodotti industriali, l'ingegneria assistita da computer è progredita fino a simulare il comportamento multifisico in geometrie complesse, consentendo alle aziende di comprendere appieno e ottimizzare la progettazione del prodotto virtualmente prima ancora di costruire un prototipo.

I settori in cui l'ingegneria assistita da computer è ampiamente utilizzata includono:

  • Settore aerospaziale
  • Automotive
  • Beni di consumo
  • Settore navale (progettazione navale, sistemi di propulsione, progettazione di motori)
  • Elettronica
  • Energia (nucleare, petrolio e gas, produzione di energia)
  • Servizi per l'edilizia
  • Scienze naturali
  • Turbomacchine
  • Sport
  • Altre applicazioni generali che coinvolgono strutture, vibrazioni, elettromagnetismo, suono, calore e flusso di fluidi

Qual è la differenza tra CAD e CAE?

Il CAD è l'uso di programmi informatici per creare, modificare, analizzare e documentare rappresentazioni grafiche bidimensionali o tridimensionali (2D o 3D) di oggetti fisici in alternativa alle bozze manuali e ai prototipi di prodotto. Il CAD si concentra solo sulla geometria di una parte o di un prodotto.

L'ingegneria assistita da computer è in realtà il passo successivo nel processo di sviluppo e consente agli ingegneri di simulare la parte o il prodotto definito nel CAD per capire se il progetto funzionerà come previsto per soddisfare i requisiti. I dati CAD alimentano il processo CAE, in cui gli ingegneri che utilizzano gli strumenti CAE creano un modello di simulazione basato sulla geometria definita nel CAD. I risultati della simulazione consentono quindi agli ingegneri di sapere se il progetto soddisfa i requisiti o meno e di proporre idee per modificare il progetto e migliorare le prestazioni.

Il CAD, insieme al CAE, è un processo iterativo che consente ai team di ingegneri di sviluppare più rapidamente nuovi prodotti innovativi in meno tempo rispetto ai metodi di test fisici che si basano sulla costruzione di prototipi reali.

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