Virtual Product Design in Manufacturing

Ing. Angelo Messina
Chief Research & Development Officer
EnginSoft SpA
VIRTUAL PRODUCT DESIGN IN
MANUFACTURING

EnginSoft short overview
Simulation Based Engineering Science (SBES)
Engineering Simulation
Focus Automotive
Other Industrial Sectors
Industry 4.0
Final Remarks
A. Messina - CRO - Enginsoft SpA
Summary
ES overview SBES Focus AutomotiveEngineering Simulation Other SectorsSummary FinalIndustry 4.0
21 Ottobre 2016

EnginSoft: L’Azienda
Multinazionale Italiana nata nel 1983 per iniziativa di un gruppo di
ingegneri appassionati di nuove tecnologie e calcolo numerico
Realtà dinamica, formata da oltre 120 specialisti che impiegano le
migliori tecnologie software di Prototipazione Virtuale, Simulazione
numerica e Ottimizzazione per sviluppare metodi e prodotti innovativi, in
stretta collaborazione con i propri clienti
Vende, personalizza e supporta le stesse tecnologie hardware e
software che utilizza, per sviluppare progetti ed erogare servizi di
consulenza alle aziende
Crede che lavorare su tematiche innovative e strategiche insieme ai
propri Clienti sia il vero valore e dia senso al termine di partnership
A. Messina - CRO - Enginsoft SpA21 Ottobre 2016

ES England
*Coventry
ES Nordic
*Lund
ES Germany
*Frankfurt
ES France
*ParisES America
*Palo Alto, CA
ES America
*Houston, TX
Mesagne
Trento
Padova
Bergamo
Torino
Firenze
Competence Center
ES Turkey
*Istanbul
ES Italy
*Trento
EnginSoft Turkey
Teknopark İstanbul
Teknopark Bulvarı
Sanayii Mah. No:1/1A 311
34906 Pendik İSTANBUL
EnginSoft UK
University of Warwick Science Park
The Venture Centre
Sir William Lyons Rd
Coventry CV4 7EZ
EnginSoft Nordic
IDEON Science Park
223 70 Lund
Sweden
EnginSoft Germany
Berner Straße 107
60473, Frankfurt am Main
EnginSoft France
88, Avenue du Genéral Leclerc Bat.A
92100 Boulogne Billancourt
Presenza Globale

EnginSoft: Caratteri distintivi
Competenze multidisciplinari e Servizi ad altissimo valore aggiunto
Tecnologie best in class e trasferimento tecnologico
Formazione, Alta Formazione e Training-on-the-job
Progetti di ricerca e Laboratorio accreditato dal MIUR per progetti di
trasferimento tecnologico nel settore del CAE e della sperimentazione
virtuale
60+

Cosa serve, dal punto di vista tecnico/industriale, ad un’azienda
manifatturiera (start up o già consolidata) per competere con successo sui
mercati (globali)?
Avere una buona idea (innovativa)
Saperla tradurre in un concept di prodotto (con attenzione ai servizi connessi)
Sviluppare il prodotto in tempi rapidi (TTM) e con costi adeguati
Ottimizzare le fasi produttive (qualità, produttività)
Saper adeguare il prodotto e la produzione alle esigenze del mercato (flessibilità)
…….
Quali sono i principali fattori abilitanti?
Disporre di persone motivate e con competenze adeguate
Utilizzare metodologie, strumenti SW e tecnologie idonee
A. Messina - CRO - Enginsoft SpA
Premessa
21 Ottobre 2016
SBES - Simulation Based Engineering Science

Definizione di SBES*
La fusione di conoscenze e tecniche
dell’ingegneria tradizionale con le
conoscenze e tecniche della ‘computer
science’, della matematica e delle
scienze fisiche e sociali.
*Rapporto del Blue Ribbon Panel sulla
SBES 2006 by National Science
Foundation - USA

Pay-off della SBES*:
Medicina: La maggior parte delle malattie (cardiache, respiratorie, neoplastiche, …) e delle
relative cure… comportano reazioni fisiche complesse ed interazioni tra sistemi biologici dal
livello molecolare alla scala dell’organismo. La simulazione ne può aumentare radicalmente
la comprensione, e contribuire, quindi, al miglioramento delle cure ….
Foundation - USA

Sicurezza / Risk Assessment: in relazione allo sviluppo di sistemi che proteggano l’uomo e
le infrastrutture, e, quindi, in relazione all’ambiente (ad esempio rispetto alla polluzione di
inquinanti), a catastrofi naturali (terremoti, uragani), alla gestione delle riserve d’acqua ed
alimentari, alla distribuzione dell’energia…
Foundation - USA

Industria: La SBES è ormai ovunque. La sua piena valorizzazione richiede, però:
che si sviluppino sistematicamente modelli multi-scala;
che si espandano i metodi oggi disponibili per la simulazione, a livello macroscopico, di
processi manifatturieri, tenendo conto di comportamenti a livello meso e nano;
che si implementino sistemi capaci di trattare effettivamente l’integrazione di sistemi
complessi in ottica di ottimizzazione multi-obiettivo e multi-disciplinare, e di
progettazione robusta;
che si possa accertare la validità della sperimentazione virtuale attraverso tecniche
di validazione, verifica, e qualificazione delle incertezze.
Riduzione TTM e Costi Sviluppo Prodotto
Incremento rapporto qualità/costi
Capitalizzazione Know-How

SBES in Industry: Engineering Simulation
Enorme espansione dei metodi afferenti al settore.
Difficoltà di dare una definizione omni-comprensiva (e/o distintiva) alle discipline,
tecnologie e metodi
Definizioni
Numerical simulation
Computer Aided Engineering (CAE)
Virtual Prototyping (VP), Virtual Testing (VT), Digital Prototyping (DP), Digital Testing
(DT), Digital Mock-up (DMU);
Intelligent Virtual Prototyping (iVP)
Process simulation (injection molding, metal forming, casting, forging, hydroforming, …)
Computer Aided Production Engineering (CAPE)

Analisi delle
Tolleranze
Stampaggio Fonderia Forgiatura
Iniezione di
materie plastiche
Gestione dati
sperimentali
Urto Multibody Acustica Fluidodinamica 1D
Fluidodinamica 3D
Elettromagnetismo
Analisi strutturali
Capture Knowlege
Engineering Simulation:
the way to compete

Engineering Simulation
Discipline
Fluidodinamica
Meccanica
Elettromagnetismo
Acustica
Chimica
Materiali
Manufacturing
Multi-body
Impatto
Analisi accoppiate
Ottimizzazione
…
Settori
Automotive
Aerospace
Rail and Marine Industries
Oil & Gas
Energy
Turbomachinery
Mechanics/Structural
Civil Engineering
Electrical and Electronics
Appliances
Food and Beverage
Health Care / Biomechanics
Sport / Amusement
…

Automotive: Engineering Simulation

Automotive: Impatto
Crash test full scale
GOAL: optimization of biomechanical parameters

Automotive: Impatto & Biomechanics
Bugatti seat
Requirements:
- composite material strength
- metal parts strength
- correct biomechanical behavior
- scalability

Automotive: Impatto
Tablet-holder FGA X250
Requirements:
- Force between 8 and 10 N
- Avoid unfastening,
rear and lateral impacts ( Std EU & USA)
- No rupture (small deformations are allowed)
As designed (CAD, no CAE) CAE driven design

Automotive: Impatto
Seal Mounting
PRESS
DOOR DOOR
CABINET
Seal mounting Door closure

Automotive: Manufacturing
Plastic Injection Moulding Simulation of Lancia Y dashboard

Automotive: Manufacturing
Casting Simulation of Ford Iron Engine Block
Filling Solidification Residual Stresses
Based on
Coupled Navier-Stokes and
Fourier equations
Delivers
Temperatures, velocities,
pressures etc.
Cold shuts, air entrappments
Based on
Complex thermo physical properties
Fourier equations
Delivers
Temperatures, cooling rates, gradients
Shinkage defects, microstructure
Based on
Non-linear elastic - plastic approach
Temperature dependent material properties
Delivers
Stress distribution before and after machining
Distortion

Automotive: Manufacturing – CAPE (Computer Aided Production Engineering)
IVECO Rear wall truck cab Robotised Welding Cells
Arc welding
LASER welding

Automotive: Virtual Factory
Factory overall simulation: layout, workplace, materials flow, ecc.

Aerospace & Defence

Marine Industries

Oil & Gas and Energy

Oil & Gas: Impatto
Wellhead Safety Valve Shear Ram System
Punchers
Shear Ram

Oil & Gas: Impatto
Wellhead Safety Valve Shear Ram System

Household Appliances
Pyrolitic oven
CFD and Structural Analysis
Washing machine dynamics
Optimisation the air
distribution in the
fridge and freezer
compartments

Appliances/ Packaging: Impatto
Fridge drop test
Modello FEM del
frigorifero ed
imballaggio
LDPE shrink film
polietilene a bassa
densità

Food & Beverage / Packaging: Multy-body
Glue Applier
CAM Test CAM Design – Inverse Kinematics

Calzaturiero: Biomeccanica
Simulazione calzabilità e comfort di calzatura con tacco
Andamento pressioni di contatto
Stato tensionale
Simulazione della calzata
Posizionamento
sensori
Confronto Pressioni si contatto su suola
Sperimentali Simulazione

SBES: Tecnologia determinante per Industry 4.0
Industry 4.0
The Future of Productivity
and Growth in Manufacturing
Industries.
«Manufacturing will be
transformed from single
automated cells to fully integrated,
automated facilities that
communicate with one another
and boost flexibility, speed,
productivity and quality»
«Although the full shift toward
Industry 4.0 might take over 20
years to reach fruition, in the next
5 to 10 years key advances will ve
established and winners and
loosers will emerge»

SBES: Tecnologia determinante per Industry 4.0
Big data
and analytics
Autonomous
robots
Horizontal and vertical
system integration
The Industrial
Internet of Things
CybersecurityThe cloud
Additive
manufacturing
Augmented
reality
Simulation
KNOW-HOW CONTROL
DIGITAL TWIN
DESIGN FOR
ADDITIVE
MANUFACTURING
ORDER FROM CHAOS
META-MODELLING
MECHATRONICS
THINGS – SENSORS
ANTENNAS
CO-SIMULATION

Industry 4.0 senza 3.0?
Soluzioni tradizionali – Livello di Implementazione
The most complex traditional solutions are still barely implemented.
Can we do the 4th industrial revolution if we didn’t do the 3rd?
The most complex traditional solutions are still barely implemented.
Can we do the 4th industrial revolution if we didn’t do the 3rd?
67%
47%
31% 31% 29% 28% 28% 22% 15% 14% 12% 11%
21%
37%
31% 34%
28%
40% 34%
31%
37% 37%
27% 25%
12% 17%
38% 35%
43%
32% 38%
47% 48% 50%
61% 64%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Not Implemented
Partially Implemented
Fully Implemented
Traditional Solutions: implementation level*
*Osservatorio Smart
Manufacturing 2016
- Politecnico di Milano
Manufacturing Group

Final Remarks 1/2
Il processo di sviluppo di nuovi prodotti non può più
prescindere dall’utilizzo di metodologie e tecnologie
basate sulla modellazione 3D e sulla simulazione
«Digitalizzare» il processo di sviluppo prodotto deve
essere il primo passo per intraprendere la via più generale
della digitalizzazione dell’impresa (Industry 4.0)
Occorre superare il «digital divide» (soprattutto) delle SME
in termini di nuove competenze, metodi e strumenti
Le start up di prodotto possono essere avvantaggiate in
quanto possono (quasi sempre) essere considerate
«native digitali»

Final Remarks 2/2
Tuttavia per le start up l’utilizzo delle tecnologie di Engineering Simulation può
avere un entry level molto costoso
Per questo motivo sono utilissime iniziative pubbliche (hub tecnologici, laboratori,
centri di competenze) e private (acceleratori di imprese come INDUSTRIO) che
rendano meno oneroso questo impegno tramite economie di scala e sponsorship
di partner tecnici
EnginSoft è impegnata nella promozione dell’utilizzo di queste tecnologie
attraverso programmi Academy e partnership tecniche (es. INDUSTRIO)
Lo scopo è di aiutare a fare crescere le start up... con la speranza che poi diventino
veri e propri Key clienti/partner

Ing. Angelo Messina
Chief Research & Development Officer
EnginSoft SpA
VIRTUAL PRODUCT DESIGN IN
MANUFACTURING
a.messina@enginsoft.it
www.enginsoft.it
www.enginsoft.com

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