Innovazione Presse - SACMI punta all’ottimizzazione automatica con modeFRONTIER

Presses Innovation – SACMI aims at CAE-based optimization through modeFRONTIER
SACMI shows the advantages coming from the integration of the virtual prototyping technologies into the design process of a company, and specifically from the use of modeFRONTIER as the platform for such integration. The results of the case history speak for themselves: the final solution, one that even the designer would have never thought about, has allowed a 20% weight reduction, in comparison with the baseline configuration.

SACMI è un gruppo internazionale leader mondiale nei settori delle macchine per Ceramics, Beverage &Packaging, Processing e Plastics, grazie all'applicazione di tecnologie innovative, al forte posizionamento sul mercato mondiale ed alla ricerca continua di alti standard qualitativi e servizio al cliente.

Fig. 1: parte inferiore della pressa

Alle presse SACMI, realizzate con fusioni in ghisa sferoidale, viene riconosciuta grande affidabilità, elevata produttività e lunga durata nel tempo. A queste doti, ormai consolidate nel tempo, si aggiungono il continuo miglioramento delle soluzioni tecniche e l’ampliamento di gamma a soddisfacimento delle sempre crescenti esigenze del cliente. In questo contesto, e precisamente nel settore macchine per Ceramics, è stato scelto un progetto pilota da sviluppare con tecniche di ottimizzazione automatica basata sulla sperimentazione virtuale. Perché il progetto pilota fosse realmente significativo per l’azienda, lo si è scelto in un settore dove il know-how fosse consolidato, ed, al contempo, dove le ricadute sulla produzione potessero essere dirette, pur essendo la provenienza dell’iniziativa tipicamente di area R&D.
L’applicazione ricorre, come piattaforma per l’integrazione e l’ottimizzazione, a modeFRONTIER, e richiede, quindi, necessariamente – come del resto qualsiasi tecnologia che produca automaticamente scelte ottimizzate - la parametrizzazione del progetto, con le relative implicazioni sul processo. Questo aspetto, non trascurabile, ha visto SACMI pronta nel convertire la propria metodologia progettuale – già in origine non priva di automatismi, e basata largamente sulla sperimentazione virtuale - in una completamente parametrizzata, ed adatta, quindi, all’applicazione automatica.
Entrando nei dettagli del progetto pilota, quello scelto da SACMI riguarda l’ottimizzazione della parte strutturale di una nuova tipologia di pressa della serie PH finalizzata all’individuazione della soluzione di minor peso, nel rispetto dei vincoli sulla deformazione e durata a fatica caratteristici della produzione aziendale.
Più precisamente l’attenzione si è concentrata sulla parte inferiore della pressa costituita da tre elementi geometrici (vedi Fig. 1) chiamati rispettivamente Bancale, Piastra bancale e Montante.

Fig. 2: Deformata parte mobile	Fig. 3: Deformata parte inferiore

La metodologia progettuale prevede lo studio della deformata (vedi Fig. 2) della parte mobile della pressa attraverso un calcolo FEM. Tale deformata deve essere poi confrontata punto-punto con quella assunta sotto carico dalla piastra bancale (vedi Fig. 3) per verificare il soddisfacimento dei requisiti di valutazione fissati dall’azienda ed elaborati attraverso un foglio di calcolo proprietario.

Lo stesso dicasi per quanto riguarda i requisiti di vita a fatica del componente, pure accertati, nella metodologia progettuale, attraverso un foglio di calcolo basato sul know-how aziendale.
Entrambe le modalità di verifica devono poter essere acquisite da modeFRONTIER, ed impiegate, nell’ambito del processo di ottimizzazione, come vincoli progettuali.
Per contro le variabili su cui modeFRONTIER ha potuto agire per migliorare la configurazione obiettivo, sono quegli stessi parametri geometrici su cui il progettista agisce normalmente introducendo via via le modifiche suggerite dall’esperienza. Nel progetto pilota, di parametri di questo genere ne sono stati selezionati ed utilizzati ben diciannove!

Fig. 4: Il Flusso logico di progettazione in modeFRONTIER

Il flusso logico del processo messo a punto da SACMI - con il supporto di EnginSoft - per la piattaforma modeFRONTIER è rappresentato nella Fig. 4. Si noti che le variabili assegnate da modeFRONTIER vengono pre-elaborate in un foglio di calcolo che le rende usufruibili dal codice FEM; questo si occupa di richiamare il modello geometrico, aggiornare la geometria con i nuovi parametri, creare il modello di calcolo, applicare le condizioni al contorno, risolvere il modello numerico, e prelevare i risultati di interesse in formato idoneo al post-processamento nei successivi fogli di calcolo o direttamente in modeFRONTIER. I fogli di calcolo contengono istruzioni macro che presiedono sia alla lettura dei file prodotti dall’analisi ad elementi finiti, che alla generazione dei dati utilizzati dall’ottimizzatore.

Un simile processo di integrazione ha inevitabilmente un certo impatto sulla metodologia progettuale pregressa, imponendo, da un lato, uno sforzo di impostazione parametrica sotto requisiti stringenti ma garantendo, dall’altro, lo sfruttamento di tutte le potenzialità messe a disposizione dagli strumenti moderni quali bi-direzionalità al CAD, rigenerazione robusta del modello numerico con l’applicazione automatica delle condizioni al contorno, riconoscimento ed impostazione automatica dei contatti, possibilità di elaborazioni avanzate tramite comandi di pre e postelaborazione.
Per mettere a punto il processo, e la relativa sequenza logica, in modo utile è necessario – o quantomeno opportuno – è bene comprendere preventivamente cosa influenzi maggiormente il progetto. In altri termini, è bene circoscrivere lo spazio di indagine alle variabili più significative. Queste conoscenze possono essere acquisite agevolmente attraverso una preventiva valutazione DOE (Design of Experiments), seguita da un’ analisi delle correlazioni e di altri legami significativi in senso statistico. Queste informazioni sono prodotte e documentate graficamente in modo sintetico ed immediato dal post-processore di modeFRONTIER. Lo studio preliminare è stato svolto anche nel caso in esame, giungendo ad ‘eliminare’ alcune variabili di progetto, o meglio, a fissare, per esse un valore definito. Una volta meglio definito, in questo modo, lo spazio di progetto, si procede alla successiva ottimizzazione. Nello specifico sono stati applicati algoritmi generici, secondo la logica descritta nella figura 5.

Fig. 5: Il processo DOE e l’ottimizzazione nello spazio ridotto

I risultati ottenuti chiariscono più di tante parole la successiva scelta fatta da SACMI di estendere l’utilizzo di modeFRONTIER ad altri protocolli di progettazione: la soluzione finale, infatti, ha permesso una riduzione di peso dell’ordine del 20% rispetto alla configurazione di partenza. Per giunta il design appare nuovo, al punto che, per ammissione del progettista, mai egli avrebbe saputo ‘pesare’ le variabili di progetto giungendo con sicurezza alla soluzione suggerita dal processo di ottimizzazione automatica; soluzione che, peraltro, trova la sua completa approvazione.
Si deve, in conclusione, plaudire all’atteggiamento di SACMI, che ha saputo, da subito, investire negli approfondimenti e nella sperimentazione necessaria ad acquisire un protocollo progettuale basato su modeFRONTIER. L’impegno non è marginale, e comporta il superamento di resistenze di vario genere – come, del resto, ogni azione che richiede la revisione di una prassi progettuale più o meno consolidata. Per contro il vantaggio acquisito è notevolissimo: il modello sperimentato può essere applicato agevolmente ad altri protocolli. Ed ogni protocollo, a sua volta, può essere ulteriormente migliorato, dettagliato, e, soprattutto, condiviso, a vantaggio dell’efficienza, dell’affidabilità, ed, in definitiva, di uno sviluppo autentico di prodotti e processi.