Presente e futuro dei software CAD

Simone Franza

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Per leggere e conoscere il disegno tecnico è fondamentale capire da dove esso nasce e le sfide che si trova ad affrontare chi quel disegno lo produce. Questo significa approfondire il mondo del CAD, lo stato dell’arte e gli sviluppi che saranno disponibili nel prossimo futuro.

Messi da parte squadra, goniometro e tiralinee, il mondo della progettazione è, da parecchi anni, full digital, quindi per leggere un disegno tecnico è fondamentale avere dimestichezza con software e supporti informatici. In quest’ottica, conoscere le caratteristiche, le potenzialità attuali e disponibili nel prossimo futuro dei moderni CAD è un grande aiuto per costruire una visione olistica della tematica.

Di questo abbiamo parlato con due persone che hanno fatto della formazione sull’utilizzo dei CAD la loro professione: Umberto Fioretti, fondatore di FormaME e Nicola Riccarand, technical manager di Gotit.

Stato dell’arte: quali sono le features per aumentare la produttività?

Commesse numerose e produzioni sempre più variabili sono il mantra di molti settori, specie nelle lavorazioni conto terzi.

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Umberto Fioretti, fondatore di FormaME

Sono assai numerose le aziende che rivendicano migliaia di pezzi sempre diversi tra loro che, se è vero che rappresentano un problema in fase di setup dei macchinari, costituiscono una criticità ancora maggiore nel caso ogni pezzo andasse progettato e disegnato partendo da un foglio, o da un file, bianco. Fortunatamente in questo il mondo del CAD già oggi viene in aiuto al progettista: «pensiamo alle capacità dei CAD, specie 3D, di importare file da strumenti diversi – puntualizza Fioretti.

Questa semplice, e a volte scontata, feature permette ai disegnatori di importare modelli 3D e convertirli immediatamente in componenti di lamiera sviluppabili senza dover procedere allo sviluppo manuale con l’impiego di software 2D». Non è sufficiente importare il file per aumentare la produttività: capita sovente che in fase di progettazione si richiedano modifiche o che un componente da creare sia assai simile a qualcun altro già progettato precedentemente.

A questa necessità risponde la modellizzazione parametrica. «La creazione di modelli parametrici e l’utilizzo di strumenti di automazione possono aiutare gli uffici tecnici riducendo il tempo necessario a definire i prototipi digitali – specifica Riccarand. Spesso nelle aziende si sente dire che ogni pezzo che viene creato è nuovo. Sebbene questo sia vero, la realtà è che in tanti casi si tratta di varianti di pezzi già creati (più lunghi, corti, con fori in più o in meno ecc.) Proprio in questi casi lavorare con i parametri permette di ridurre i tempi di progettazione».

L’efficienza dei software CAD non interessa unicamente l’ufficio tecnico, essi sono pensati per ridurre gli sprechi anche nelle fasi produttive; pensiamo a tal proposito alla presenza sempre più diffusa di connettori che consentono ai CAM di elaborare la geometria del CAD 3D; questo significa che il progettista non deve occuparsi più di tanto dei parametri utili allo sviluppo del pezzo da mandare al taglio, in quanto sarà direttamente il CAM che si occuperà di questa operazione tenendo conto degli utensili montati sulla macchina di presso-piegatura.

«Anche la possibilità di simulare i processi di piegatura – aggiunge Fioretti – individuando potenziali collisioni pezzo-macchina ancora in fase di progettazione, permette un significativo risparmio di tempo e risorse».

Machine Learning e intelligenza artificiale, presente e futuro dei software CAD

Sebbene il concetto del machine learning sia ormai consolidato nel mondo manufacturing (nonostante continui sviluppi e aggiornamenti avvengano di continuo) il concetto di intelligenza artificiale generativa è assai più moderno, ma nel mondo del CAD esso è già realtà.

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Nicola Riccarand, technical manager di Gotit

Nello specifico il machine learning è la facoltà di una macchina di imparare autonomamente, incrementando via via le performance, attraverso l’impiego di algoritmi di classificazione, clusterizzazione o più avanzati modelli di deep learning che impiegano reti neurali; nel pratico esso si traduce in features in grado di suggerire miglioramenti o ottimizzare parametri. Parlando di Generative AI il concetto si amplia: in questo caso il software va a generare un output completamente nuovo a fronte di istruzioni immesse dall’utente.

Analizzando alcune funzionalità di alcuni dei principali CAD disponibili sul mercato ci si rende conto di come tali strumenti vengano già applicati: «In Fusion 360 di Autodesk – racconta Riccarand – esiste l’extension per la progettazione generativa grazie alla quale si impostano le condizioni al contorno (forme fisse, materiali, pesi, tecnologia produttiva additiva o sottrattiva o entrambe) e il software propone possibili soluzioni elaborate da server remoti.

Questa operazione può essere iterativa e permette di avvicinarsi quanto più possibile alle esigenze del progettista; attualmente il campo più esplorato riguarda le macchine CNC e le stampanti 3D ma in futuro queste tecnologie verranno implementate in modo sempre maggiore anche nel mondo della lamiera dal momento che si stanno facendo i primi passi mediante strumenti di ottimizzazione topologica».

Non pensiamo a intelligenza artificiale generativa e machine learning come strumenti utili solamente a creare progetti da zero con minore dispendio di energie ma anche a supporti per ottimizzare il lavoro del progettista riducendo le attività ripetitive e fornendo spunti per miglioramento continuo. Dichiara Fioretti: «La 3DExperience Solidworks vanta la funzionalità Design Assistant che, grazie a intelligenza artificiale e apprendimento automatico, impara dalle attività svolte e formula suggerimenti basati su ciò che si sta progettando, automatizzando e rimuovendo le attività noiose e ripetitive. Di fatto si tratta di un assistente virtuale, che apprende ed è in grado di fornire consigli migliori in base al modo in cui si progetta, evolvendosi continuamente e imparando dalle continue scelte e azioni specifiche svolte dal progettista.

Pertanto, mentre si progetta una parte in lamiera, l’assistente virtuale è in grado di suggerire l’applicazione di scarichi, l’esecuzione di smussi o l’inserimento di parti commerciali come inserti filettati, esattamente in quei punti dove tendenzialmente il progettista esegue tali operazioni, con la differenza che l’applicazione richiede pochissimo tempo».

Entrambi gli esperti concordano sul fatto che tali strumenti sono un valido aiuto che diventerà via via più preciso e indispensabile nella realizzazione di bozze di progetto ma non andrà a sostituire l’intervento e la responsabilità umana nella verifica e nella validazione finale.

Il software a supporto della sostenibilità

Intelligenza artificiale e machine learning non forniscono benefici solamente lato user experience, semplificando il lavoro del progettista, ma anche a livello ambientale: ogni ottimizzazione, sia essa di materiale o di riduzione del tempo di lavorazione comporta dei risparmi a beneficio dell’ambiente e la cosa in questo periodo storico è più apprezzata che mai.

Specifica Riccarand: «diminuire banalmente il tempo necessario per lavorare un pezzo non significa solo risparmio di tempo ma anche minor consumo di elettricità, minor consumo di materiale e tutto si ripercuote sul ciclo di vita più sostenibile del prodotto».

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Anche il modulo di analisi FEM, disponibile in molti software, permette, una volta definite le condizioni di carico e vincolo, di ricercare la soluzione ottimale in termini di resistenza meccanica impiegando meno materiale possibile e distribuendolo nella maniera più opportuna. «A questo punto – prosegue Fioretti – la soluzione individuata, non solo utilizza una quantità di materiale inferiore, e quindi riduce gli sprechi, ma anche il trasporto e l’installazione contribuiranno alla sostenibilità complessiva del progetto».

Alla valutazione dell’impatto ambientale del prodotto sono predisposte addirittura alcune funzioni specifiche, come il modulo LCA, Life Cycle Assessment, di SolidWorks che permette di vedere come, nel processo di progettazione, le decisioni prese sull’utilizzo di un determinato materiale o di una procedura di fabbricazione possano contribuire all’impatto ambientale del prodotto.

Al passo coi tempi e con il nuovo modo di lavorare

Tra i vantaggi della digitalizzazione vi è la possibilità di comunicare azzerando tempi e distanze. Questo non solo ha permesso alle aziende di restare operative nei mesi più difficili della pandemia ma consente anche la perfetta operatività di team distribuiti.

Gli attuali strumenti CAD sono i medesimi impiegati tanto dalla classica PMI italiana quanto dall’impresa multinazionale con gruppi di lavoro collocati in vari stati che lavorano contemporaneamente sul medesimo progetto; ciò è possibile grazie alle funzionalità cloud che rendono realtà una progettazione condivisa consentendo a più utenti di lavorare sul medesimo progetto e a strumenti come PDM e PLM che permettono di avere dati condivisi in più sedi in tempo reale.

Tutto questo agevola la massima collaborazione favorendo lo scambio di idee, effettuando revisioni condivise tra progettazione e produzione e centralizzando le informazioni con l’obiettivo di organizzarle al meglio rendendole accessibili facilmente e utilizzarle per sviluppare progetti futuri ovunque nel mondo.

Pensiamo a come tutto questo efficienti l’ecosistema azienda: un operatore che a bordo macchine si accorge di un errore nel disegno può segnalarlo in real time in ufficio tecnico, il quale può inviargli la modifica pochi secondi dopo nonostante si trovi in un altro stabilimento, in un altro Paese o a casa in smart working.

Futuro del CAD lamiera

Dopo aver definito i trend di sviluppo vediamo quali sono le richieste che provengono dal mercato e sulle quali, ragionevolmente parlando, le software house lavoreranno nel prossimo periodo. Secondo gli intervistati l’argomento di maggior peso riguarda l’integrazione tra la progettazione e la produzione: essa sfocia nel già citato strumento della simulazione che dovrà essere sempre più efficace per garantire processi sempre più automatizzati.

Altra faccia dell’integrazione progettazione-produzione riguarda l’interconnessione tra i CAD e i software di nesting e i CAM presenti a bordo delle macchine: molto è già stato fatto in questo ambito ma la possibilità di diagnosticare eventuali problemi realizzativi già in fase di produzione è un vantaggio incommensurabile che dovrebbe spingere le aziende a un miglioramento continuo.

Ragionando sul medio-lungo periodo invece la richiesta delle aziende è il potenziamento degli assistenti virtuali, e in questo gli sviluppi delle features che già oggi implementano la Generative AI fa ben sperare, ciò cui i progettisti puntano infatti è uno sgravio sempre maggiore di attività ripetitive o estremamente computazionali: l’obiettivo desiderato sarebbe lasciare al progettista la definizione di specifiche e di linee guida mediante prompt o menù a tendina precompilati e al software tutto l’aspetto realizzativo.

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Infine, l’ultima tendenza riguarda il miglioramento dell’annosa questione dello sviluppo dei pezzi partendo dal 3D specie quando realizzato tramite altri software; in questo caso la richiesta è verso una procedura guidata di facile applicazione che consenta di raggiungere il risultato suggerendo eventualmente delle modifiche come, ad esempio, l’inserimento la modifica di scarichi.

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