Metodologie Di Impiego

METODOLOGIE DI IMPIEGO E

VALUTAZIONE CRITICA DI STRUMENTI DI

PROTOTIPAZIONE VIRTUALE PER LA PMI

Paolo Aspettati*, Simone Buralli**, Gaetano Cascini†, Paolo Rissone†,

Giacomo Taddei‡, Marco Toderi†

* Piaggio & C. spa** Femto srl† Dip. Meccanica e Tecnologie Industriali - Università degli Studi di Firenze‡ ISD&C sas - EXIS srl

INDICE

0. Introduzione....................................................................................................................... 1

1. La Prototipazione Virtuale .................................................................................................. 8

2. I software testati................................................................................................................14

3. CAD benchmarking...........................................................................................................15

4. Il benchmark pompa ad ingranaggi .....................................................................................19

5. Il benchmark tergicristallo ..................................................................................................35

6. Il benchmark rubinetto .......................................................................................................52

7. Valutazione dei SW testati .................................................................................................63

8. Conclusioni.......................................................................................................................95

9. Appendice: Struttura e componenti di un CAD ................................................................. A.1

10. Glossario .......................................................................................................................A-4

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INTRODUZIONE

Questo lavoro è stato impostato e sviluppato con lo scopo principale di offrire un aiuto alle

piccole e medie imprese – e ai loro consulenti tecnici – a districarsi dalle grandi difficoltà

che la continua e rapida evoluzione delle tecnologie, accompagnata dalla concorrenza

ormai a livello mondiale, intromette nella vita aziendale.

Fino ad oggi la maggior parte delle PMI ha tenuto il mercato concentrando le risorse

sull’innovazione di processo, sviluppando l’automazione nella fabbricazione e

riorganizzando le linee produttive, curando l’affidabilità e la qualità del prodotto e

combattendo la concorrenza più che altro sul fronte dei prezzi.

È una strategia che comincia a mostrare i limiti perchè i Paesi emergenti grazie al

basso costo della manodopera vincono facilmente la battaglia dei prezzi, e soprattutto

perchè non tiene nel conto dovuto l’importanza dell’obsolescenza del prodotto: quante

macchine per scrivere – ben progettate, affidabili, ergonomiche e poco costose – si

possono vendere nel mondo occidentale?

Così, si deve ricorrere a quella risorsa che è sempre stata il vero motore dello sviluppo:

la capacità di innovare il prodotto. Innovare vuol dire trovare nuovi modi per soddisfare i

bisogni (ciò che a volte coincide anche con il trovare nuovi bisogni da soddisfare, basta

pensare ai telefoni cellulari), arricchendo il prodotto con il valore aggiunto della creatività

e invenzione.

In realtà è una strada difficile da percorrere perchè entra in gioco la cultura, non solo

tecnica, del progettista e la sua creatività, finora messa in secondo piano perchè “si è

sempre fatto cosi, va bene e costa poco”. In prospettiva, invece, bisogna pensare che le

grandi aziende affideranno sempre più spesso a terzi esterni anche compiti tecnici

importanti, progettazione compresa, e non solo la fornitura di componenti semplici e a

basso costo: è facile prevedere che resteranno sul mercato le piccole imprese che

impiegheranno personale di maggior valore.

Di qui l’importanza della formazione culturale sia dei tecnici che degli imprenditori,

evidentemente su piani diversi, attorno ad argomenti di frontiera come le tecniche per

sistematizzare l’innovazione e per sviluppare la creatività, ma anche su strumenti

ingegneristici come la modellistica funzionale (analisi strutturale, dinamica multibody,

fluidodinamica ecc.) e la simulazione dei processi di fabbricazione (per stampaggio,

fusione, asportazione di truciolo) oltre che sulle loro interazioni e integrazione.

Proprio la sinergia forte tra tecniche, procedure e strumenti costringe a ripensare il

modo con il quale si progetta. I sistemi CAD sono impiegati in buona parte dei casi, e in

specie nelle PMI, come sostituti evoluti del tecnigrafo. Mentre questo modo di pensare

aveva senso quando i CAD erano in grado di disegnare solo parti bidimensionali, non lo ha

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più da quando hanno la capacità di descrivere parametricamente oggetti tridimensionali e

gestire aspetti complessi della progettazione come le tolleranze geometriche e gli

assemblaggi.

Allora per impiegare con razionalità ed efficacia i CAD di oggi bisogna considerarli

come generatori di modelli numerici, organizzati in un database cui hanno accesso altri

potenti programmi di simulazione, e non come bravi “lucidatori” di disegni che

descrivono, con viste e sezioni, un complessivo.

Per rendersi conto meglio di questo modo di pensare, conviene prima di tutto

individuare le fasi logiche, e la loro successione, di un processo di progettazione. Si

intende per progetto l’insieme di azioni (invenzione, calcolo, visualizzazione, raffinamento

degli schemi e messa a punto dei dettagli) che definiscono la forma di un prodotto di

ingegneria.

Le azioni sono organizzate sequenzialmente nel tempo con criteri logici ben definiti.

Secondo il classico schema di French (1) la sequenza delle fasi è mostrato in Fig. 0.1.

Essendo stato individuato un bisogno, viene progettato l’oggetto in grado di

soddisfarlo. Con l’analisi del problema si fissano esattamente le caratteristiche e le

proprietà del bisogno e, con la definizione delle specifiche , si stabiliscono le condizioni al

contorno da rispettare. Nella fase di progettazione concettuale si crea l’architettura

generale dell’oggetto per mezzo di semplificazioni e schematizzazioni di particolari. Il

progetto diventa sempre più preciso con una serie di schemi funzionali, ancora sviluppati

al punto tale da consentire una prima individuazione della soluzione tecnica sulla base

delle sue capacità nel soddisfare il bisogno entro le specifiche poste. Nella fase di dettaglio

sono definiti i particolari che migliorano le caratteristiche del prodotto.

Questo schema generale, che finisce con la produzione dei disegni costruttivi, oggi

deve essere modificato e ampliato per tenere conto che quasi tutte le azioni dell’iter

progettuale sono molto più efficaci - nel senso che sono compiute in minor tempo e

analizzano un numero molto maggiore di alternative - se affiancate dal supporto di

strumenti software per la simulazione strutturale, funzionale, di fabbricazione oltre che

da programmi che facilitano il progettista nella valutazione estetica ed ergonomica del

prodotto per mezzo di tecniche di prototipazione rapida e di realtà virtuale.

Addirittura anche le prime fasi del progetto, che sono quelle a più alto livello

concettuale e di astrazione nonchè le più critiche, dato che le decisioni prese condizionano

in modo pesante il resto dell’attività e quindi iniziative errate fanno lievitare di molto i

costi del progetto, possono essere assistite da programmi, con capacità di gestione

(1) M. French: Conceptual design for Engineers – Springer, 3rd edition 1999

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dell’innovazione e del “creative thinking”, che aiutano il progettista a definire nuovi

prodotti (quindi a inventare) attraverso la scelta guidata tra diversi principi fisici.

Altri software, a più basso livello di astrazione ma integrati con il sistema CAD di

modellazione tridimensionale e in grado di gestire la “conoscenza”, utilizzano regole e

procedure per automatizzare il progetto di parti e componenti.

Ad esempio, nel campo della carpenteria metallica, si può automatizzare il progetto

dei giunti. Dopo aver calcolato in dettaglio, con il metodo degli Elementi Finiti, lo stato di

sollecitazione e deformazione di vari tipi di collegamenti strutturali in funzione dei carichi

applicati, si possono elaborare i risultati in modo da definire un insieme di regole e di

opzioni che – implementate nel CAD – prima guidano il progettista nella definizione dello

schema concettuale e poi controllano il modellatore solido nella generazione automatica

della descrizione numerica del giunto e quindi dell’insieme dei disegni costruttivi.

A livello di astrazione ancora minore ma più strettamente integrate nei sistemi CAD in

quanto fin dall’origine fanno già parte del software, sono le procedure di sviluppo

automatico. Queste consentono il disegno automatico di famiglie di prodotti

topologicamente simili attraverso la definizione di relazioni tra le dimensioni dei singoli

componenti, il loro numero e il loro posizionamento reciproco.

Come già accennato prima, per analizzare e sviluppare gli schemi funzionali è

importante avere a disposizione programmi per studiarne il comportamento strutturale,

cinematico, termico, fluidodinamico oltre che per verificarne la fabbricabilità per

stampaggio, fusione o asportazione di truciolo.

Una prima difficoltà concreta per le Aziende si presenta quando è il momento di

scegliere il programma da acquistare, visto che esiste una quantità di software tecnico

enorme, il cui costo varia da parecchie decine fino a pochi milioni di lire per installazione.

In effetti la scelta ha importanza strategica perchè riguarda non solo i costi di acquisto e di

gestione e formazione del personale ma anche l’organizzazione dell’insieme progettazione-

fabbricazione e il tipo di prodotto.

Una seconda difficoltà nasce quando l’Azienda deve decidere se conviene acquistare

separatamente i software di modellazione geometrica, di analisi strutturale, di controllo di

fabbricazione e quanto altro oppure un solo pacchetto integrato in cui siano già compresi i

programmi che interessano. Con la prima soluzione è possibile scegliere i migliori (cioè i

più adatti alla situazione specifica) programmi che dovranno accedere, per mezzo di

interfacce standardizzate, al database geometrico generato dal CAD; con la seconda i vari

moduli sono così strettamente integrati con il database da far quasi pensare all’utente di

lavorare con un unico programma estremamente versatile e ricco di potenzialità. D’altra

parte in questo caso non è detto che tutti i software contenuti nel pacchetto siano i più

adatti alle necessità specifiche. Questa è la ragione per la quale è importante che l’azienda

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e il progettista abbiano ben chiare le reali esigenze e abbiano la possibilità di conoscere in

modo approfondito le caratteristiche dei vari programmi.

La valutazione finale del progetto è una fase cruciale da cui può dipendere il successo

o l’insuccesso del prodotto. Anche qui, il database geometrico generato nel sistema CAD

serve a programmi specializzati nella visualizzazione, che può essere virtuale – e allora si

parla di prototipazione virtuale - o fisica, e allora si parla di prototipazione rapida.

Senza addentrarsi nell’argomento, è sufficiente qui accennare che le tecniche di

prototipazione rapida usano il modello geometrico per controllare macchine le quali, ad

esempio solidificando con un fascio laser resine di opportune caratteristiche, riproducono

l’oggetto sviluppato nel CAD. Questo insieme di tecnologie è così evoluto da poter essere

impiegato addirittura per costruire in poche ore parti meccaniche di cui verificare il

comportamento strutturale (è tipico il caso delle palette di turbina), naturalmente attraverso

procedure di similitudine.

Ancora più interessante è il controllo del progetto attraverso la tecnica di realtà

virtuale, che costituisce l’ultimo passo della prototipazione virtuale. Questa consiste nello

sviluppo, completamente digitale, di un progetto a partire dalla ideazione per arrivare ai

controlli di funzionalità e alla valutazione dell’estetica.

I software di Realtà Virtuale danno la sensazione che l’ambiente attorno all’oggetto

progettato sia reale (immersività) e che il corpo dell’operatore sia attivo e interagisca tanto

con l’ambiente quanto con l’oggetto progettato (presenza). Ciò comporta che le tecniche di

R.V. siano molto utili quando si voglia verificare l’ergonomia del prodotto, in relazione

all’interfaccia uomo-prodotto o addirittura uomo-prodotto-ambiente; oppure quando si

voglia controllare le possibilità di assemblaggio o di manutenzione di complessivi in spazi

ridotti.

Come si vede nello schema di Fig. 0.2, l’iter classico della progettazione può essere

affiancato a tutti i livelli da vari generi di software: nucleo fondamentale è comunque il

database del modellatore tridimensionale. Si deve notare infatti che il flusso logico delle

azioni, dopo la definizione delle specifiche di progetto, passa sempre attraverso il

modellatore.

Da qui l’idea di eseguire dei test di valutazione delle prestazioni di alcuni CAD sul

mercato, tenendo presenti le esigenze delle PMI, che non avendo potere contrattuale sui

fornitori dato il modesto livello dei budget in gioco, quasi mai hanno la possibilità di

valutare concretamente e criticamente se e come le caratteristiche dei software soddisfano

le loro specifiche esigenze.

Anche per l’impostazione dei benchmark si sono tenute presenti le necessità delle

PMI. Infatti non si sono eseguiti i confronti su funzionalità specifiche (esecuzione dei

raccordi, qualità delle features ecc.) perchè le informazioni ottenute non avrebbero potuto –

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di fatto – essere trasferite con qualche significato concreto al progetto di un oggetto. Si è

preferito invece individuare alcune tipologie di prodotti, tipiche della PMI toscana, e

provare a re-ingegnerizzarle, valutando la semplicità ed efficacia di tutta la sequenza di

operazioni che portano al risultato finale con i CAD presi in considerazione, che

appartengono alla fascia alta e media del mercato.

In questo modo si parte da ciò che l’azienda produce e si cerca di trovare il sistema

CAD che è in grado di soddisfare al meglio i bisogni specifici.

Con le informazioni raccolte presso alcune piccole aziende, si sono definiti tre

benchmark, ognuno dei quali individua una classe di problemi, dai confini ben delineati, la

cui soluzione richiede al software caratteristiche precise e quindi chiaramente

identificabili.

Il primo riguarda la capacità dei CAD di gestire la progettazione di famiglie di prodotti

simili, in particolare una pompa ad ingranaggi. Il secondo test è sul progetto di un

complessivo in cui le forze agenti siano dipendenti dal tempo e dalla posizione relativa dei

componenti, così da valutare il grado di soddisfacimento dei bisogni offerto sia dai

pacchetti integrati (Modellatore Geometrico+Elementi Finiti+Simulatore Cinematico), sia

dai singoli programmi specialistici e, in questo caso, controllarne anche l’efficienza

nell’interscambio dei dati. In particolare è stato studiato un gruppo tergicristallo.

L’ultimo riguarda la gestione delle “forme libere” in relazione al loro inserimento in

un processo di fabbricazione. È stato preso in esame un gruppo rubinetto, la cui maquette è

stata realizzata a mano da un designer: con questo test si analizzano le capacità dei

modellatori solidi nell’introdurre forme complesse nell’iter di sviluppo ingegneristico.

Come si vedrà ancora meglio in seguito, chi vuole seguire questa metodologia per

l’analisi delle prestazioni complessive dei sistemi CAD deve avere un’approfondita

conoscenza dei software accompagnata sempre da una cultura progettuale adeguata e

aggiornata: per le Aziende, riemerge ancora la forte esigenza di formazione ad alto livello

che deve diventare patrimonio stabile dei tecnici di impresa.

Avvertenza

Per non appesantire la lettura e non interrompere il filo logico espositivo, nel testo si da per

scontata la conoscenza del gergo, di funzioni e procedure dei sistemi CAD. In realta’ la

terminologia tecnica , evidenziata nel corpo del testo con il carattere italico, e’ brevemente

descritta in Appendice o nel Glossario.

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Fig. 0.1 – Organizzazione concettuale della progettazione secondo French.

Riconoscimento del bisogno

Analisi del problema

Definizione delle specifiche

Progettazioneconcettuale

Schemifunzionali

Svilupposchemi

Dettaglio

Iter

azio

ni p

rinc

ipal

i

Disegni costruttivi

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Fig. 0.2 Integrazione degli strumenti software nella progettazione.

Riconoscimento del bisogno

Analisi del problema

Definizione delle specifiche

Progettazioneconcettuale

Schemifunzionali

Svilupposchemi

Dettaglio

Prototipazione Rapida

RealtàVirtuale

Creative thinking, gestione dell’innovazione ecc.

Gestionedella

conoscenza

Modellatoregeometrico

3DProceduredi sviluppo automatico

Simulazionefunzionale

Simulazionestrutturale

Simulazionefabbricazione

Iter

azio

ni p

rinc

ipal

i

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LA PROTOTIPAZIONE VIRTUALE

La prototipazione virtuale è una metodologia operativa che impiega le tecniche di modellazione e di

simulazione numeriche per sviluppare un prodotto in modo da ridurre (o addirittura evitare) la costruzione di

prototipi fisici e quindi risparmiare tempi e costi.

In sostanza, il prototipo virtuale di un generico sistema meccanico è un modello numerico che contiene il

maggior numero possibile delle informazioni di prodotto e di processo necessarie alla sua realizzazione e

anche, ricorrendo a tecniche di realtà virtuale, alla sua valutazione estetica e – se del caso- ergonomica.

L’uso della prototipazione virtuale durante la fase di sviluppo di un prodotto è stato finora ostacolato, oltre

che dalle difficoltà per modellare correttamente la realtà e dalla limitata circolazione di informazione

soprattutto presso le PMI, anche da limiti oggettivi quali:

! risorse computazionali costose;

! scarsa integrazione degli strumenti software (si pensi, ad esempio, alla mole di lavoro generalmente

richiesta per passare dal modello CAD, completo di tutti i dettagli di lavorazione, al modello a Elementi

Finiti che, in generale, deve esserne privo).

Superata la barriera derivante dalle risorse computazionali richieste grazie alla potenza a basso costo dei PC

attuali, anche il problema della condivisione del modello con i vari strumenti software utilizzati per le

simulazioni dei vari stadi di sviluppo del prodotto è in gran parte risolto, restando solo da valutare il grado di

efficienza tra le tecniche (o meglio, “filosofie”) di interscambio dati oggi disponibili.

Gli strumenti della prototipazione virtuale

Trascurando la Realtà Virtuale, l’impostazione della tecnica di prototipazione virtuale per sistemi meccanici

si compone di tre classi di strumenti di base che devono essere ben integrati tra loro:

! sistema CAD con modellatore geometrico tridimensionale;

! sistema di simulazione del prodotto;

! sistema di simulazione dei processi.

Il CAD 3D

Il CAD tridimensionale consente di definire il modello geometrico che è alla base di tutte le attività

successive.

Un modellatore efficiente deve soddisfare almeno questi requisiti fondamentli:

1. consentire la descrizione, senza ambiguità, della geometria dell’oggetto;

2. catturare, in maniera non ambigua, l’intento dell’operatore CAD;

3. consentire la modellazione guidata da variabili (variable driven modeling), in maniera tale che dopo ogni

modifica introdotta sia possibile rigenerare automaticamente il modello;

4. supportare il concetto di associatività, ciò che consente la propagazione automatica delle modifiche

apportate in un dato stadio di sviluppo (es. nel CAD) a tutte le altre fasi (es. fabbricazione) costituenti il

ciclo di sviluppo del prodotto.

La modellazione solida, parametrica, basata su feature, è lo strumento di modellazione che consente più

di ogni altro, allo stato attuale, di soddisfare i requisiti sopra elencati.

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Gli strumenti di simulazione del prodotto

Questi strumenti, che consentono di simulare il comportamento fisico del modello geometrico realizzato con

il CAD 3D, nel caso specifico del sistema meccanico oggetto di benchmark sono:

! simulatore cinetodinamico;

! software Elementi Finiti.

L’analisi cinetodinamica multibody di un meccanismo è basata sulla formulazione e soluzione di un

sistema di equazioni differenziali accoppiate a equazioni algebriche vincolari di cui generalmente non è

possibile trovare la soluzione in forma chiusa. Il codice di calcolo, noti i vincoli, le proprietà di massa e i

carichi esterni, consente di valutare le reazioni vincolari e le forze di inerzia agenti sui membri del

meccanismo. Appare chiaro che per soddisfare i requisiti della prototipazione virtuale, il simulatore deve

fornire non solo la soluzione numerica delle equazioni di moto, ma deve anche essere in grado di:

! realizzare le analisi senza necessità di ricostruire il modello;

! supportare, mediante la ricognizione della geometria del modello CAD, l’automazione delle attività di

scrittura delle equazioni di moto (masse, momenti di inerzia, ecc.);

! supportare, mediante la ricognizione dei vincoli posti nel CAD durante l’assemblaggio, l’automazione

delle attività di scrittura delle equazioni vincolari o comunque permetterne la definizione mediante

approccio grafico;

! supportare il concetto di associatività e variable driven modeling;

! realizzare analisi di collisioni;

! fornire i risultati come simulazione realistica.

I risultati delle simulazioni cinetodinamiche definiscono, insieme ai vincoli ed alle forze esterne, le

condizioni al contorno per le analisi agli Elementi Finiti sui componenti del meccanismo.

Per essere usati come strumenti di prototipazione virtuale anche questi software devono avere, oltre alle

caratteristiche classiche (qualità del solutore, tipi possibili di analisi, metodi di convergenza, algoritmi di

generazione di elementi (mesh), possibilità di sottomodellazione o ottimizzazione, ecc.), requisiti specifici

per:


! supportare la possibilità di importare le condizioni al contorno dal simulatore cinematico;

! supportare il concetto di associatività e variable driven modeling.

Gli strumenti di simulazione dei processi

Gli strumenti di simulazione dei processi sono tutte quelle applicazioni che consentono di modellare i

procedimenti tecnologici necessari alla realizzazione del prodotto: ad esempio per un gruppo composto da

parti ottenute per fusione di leghe metalliche, per stampaggio di materie plastiche e per asportazione di

truciolo, sarà necessario disporre di software che consentano di realizzare analisi di castability, moldability e

di generare percorsi utensili e programmi NC. Anche tali applicazioni devono essere in grado di:


! supportare il concetto di associatività e variable driven modeling.

Problemi di base della prototipazione virtuale

Il prototipo virtuale è stato definito come un modello numerico contenente tutte le informazioni di prodotto e

di processo generate dai software utilizzati nelle diverse fasi di progettazione e di sviluppo. Ciò comporta

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un’organizzazione della progettazione ben definita e strutturata che si appoggia, in primo luogo, su un

sistema di programmi in grado di garantire:

! l’unicità del modello costituente il prototipo virtuale: tutte le applicazioni devono accedere ad un unico

modello numerico, sia per limitare il costo in termini di modellazione e occupazione di memoria sia per

evitare definizioni ridondanti di dati;

! l’accesso al modello numerico da parte delle varie applicazioni: sebbene il database debba essere unico,

non necessariamente le varie applicazioni devono utilizzare il modello numerico completo per le loro

analisi (ad esempio informazioni geometriche di dettaglio come smussi, raccordi, ecc. sono del tutto

inessenziali in analisi cinetodinamiche, ma fondamentali quando si utilizza un CAM). Sorge dunque la

necessità di estrarre dal modello numerico del prototipo virtuale, dei “sottomodelli”, qui intesi come

modelli “parziali” contenenti solo le informazioni necessarie alla varie analisi;

! l’associatività tra modello e sottomodelli: ogni modifica introdotta sul modello numerico completo si

deve ripercuotere su tutti i sottomodelli utilizzati nelle varie analisi e viceversa;

! la congruenza tra i modelli utilizzati: tutte le applicazioni, nello stesso istante di tempo, devono avere

accesso alla medesima e più recente versione del prototipo virtuale.

A questi aspetti di gestione del modello di prototipo virtuale si aggiunge, in vista dell’ottimizzazione

spinta del processo progettuale, l’opportunità di riorganizzare le attività avendo particolare riguardo alla

gestione dei documenti (file, report, archivi, ecc.) legati alle varie fasi di creazione e sviluppo del prodotto.

È di grande importanza, infine, tenere sempre ben presente che gli strumenti software per la

prototipazione virtuale, molto spesso dotati di interfacce verso l’utente sempre più “amichevoli”, allargano il

bacino di utenza delle analisi numeriche spinte anche a operatori non specialisti. Ciò naturalmente è un

rischio non indifferente, dal momento che i sistemi software non riconoscono la cultura di chi li usa e che

vale il principio “garbage in, garbage out”. Quindi è indispensabile che l’utente di questi strumenti abbia in

primo luogo una solida cultura tecnica di base oltre che un’adeguata formazione specifica. D’altra parte

esisteranno sempre molte difficoltà a definire con precisione il comportamento di gran parte dei sistemi fisici

e quindi a ottenere buoni modelli: allora può diventare utile l’esperienza, grazie alla quale si possono definire

procedure guidate per alcune attività quali la modellazione geometrica, la scelta e la generazione degli

elementi finiti, la schematizzazione dei vincoli, i criteri di analisi dei risultati e quindi di validazione del

modello.

Lo scambio dati tra programmi

L’utilizzo del modello CAD per simulazioni di prodotto e di processo in una catena di strumenti software

non ottimizzata fa nascere il problema dell’intellegibilità del database da parte dei vari componenti la catena

stessa. Allo stato attuale sul mercato si confrontano modi diversi di concepire l’accessibilità al database

comune basati su:

! Integrazione verticale con formati standard (Interoperability): ciascuna applicazione (CAD, CAM,

FEM, ecc.) è la più adatta, nel proprio settore, a soddisfare le esigenze dell’utente.

Vantaggi: ampia possibilità di scelta; garanzia dello sviluppo dei prodotti; ogni software è in grado di

funzionare autonomamente.

Svantaggi: tutti i limiti connessi allo scambio dati in formato neutro.

! Integrazione verticale basata su traduttori: i traduttori possono essere sviluppati da terze parti o da una

delle case produttrici dei prodotti che devono interagire tra loro (traduttori diretti).

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Vantaggi: ampia possibilità di scelta; ogni software è in grado di funzionare autonomamente;

associatività monodirezionale (nel caso di traduttori diretti).

Svantaggi: non sempre i traduttori sono di facile reperibilità e non sempre sono affidabili ed accurati.

! Sistemi a struttura modulare in cui tutti i moduli sono realizzati dalla stessa casa (per esempio

Pro/Engineer, Ideas, Cimatron)

Vantaggi: integrazione basata su di un solo database; associatività bidirezionale tra i moduli.

Svantaggi: non tutti i moduli hanno lo stesso livello di prestazioni e di sviluppo; scarsa possibilità di

scelta; non sempre i moduli sono in grado di funzionare autonomamente (per esempio se si acquista una

licenza di CAD/CAM non si può usare il CAM se si sta usando il CAD e viceversa).

! Sistemi a struttura aperta basati su un’unica interfaccia verso l’utente, sono costituiti da software,

prodotti da aziende diverse, che si collegano al CAD utilizzando lo stesso “ambiente” e lo stesso

database.

Vantaggi: utilizzo dello stesso database e della stessa interfaccia; associatività bidirezionale tra i vari

moduli; ampia scelta di prodotti.

Svantaggi: si tratta di sistemi in fase di rapido sviluppo, non sempre al livello di sistemi stand-alone; i

vari software integrati funzionano solo in concomitanza con il CAD.

Si deve osservare che, in generale, la traduzione dei dati in formati diversi provoca una corruzione, più o

meno importante, delle informazioni a causa sia della diversa precisione numerica con cui vengono

rappresentati i dati nei database dei vari sistemi, sia delle prestazioni dei traduttori. Tipicamente ciò si

concretizza in cancellazione di entità geometriche o in una errata definizione delle connessioni tra le entità

(errori sulla topologia). Gli errori più probabili si riscontrano naturalmente nelle geometrie complesse quali

superfici e raccordi, ma talvolta anche entità semplici vengono ricostruite in maniera non accurata: ad

esempio una segmento di retta può essere convertito in un insieme di segmenti più piccoli complicando

inutilmente il modello e rendendolo di difficile interpretazione ad esempio per un programma CAM.

Per chiarezza, è utile richiamare a questo punto alcune precisazioni sulla tecnica di trasferimento dei dati.

Il formato di scambio cosiddetto neutro permette la comunicazione tra programmi diversi per mezzo di un

pre-processore, che traduce le informazioni del database specifico nel formato comune, e di un post-

processore per il passaggio inverso. I formati neutri più usati sono IGES, il primo uscito sul mercato e il più

diffuso, STEP e VDA-FS.

I traduttori diretti hanno prestazioni superiori ma complicano la catena del software necessario per la

prototipazione virtuale, poiché per ogni coppia di applicazioni che debbano intercomunicare sono necessari

due traduttori, uno per direzione.

L’ultima grande categoria è rappresentata dai formati neutrali proprietari, che consentono agli utenti di

software diversi, ma fondati sugli stessi motori geometrici (ad esempio ACIS o Parasolid), di trasferire con

buona efficienza i relativi modelli geometrici.

Gestione elettronica dei dati (Pdm)

Un’azienda si trova a gestire un’enorme mole di documenti e modelli in diversi formati e spesso collegati tra

loro in virtù dell’associatività bidirezionale, per cui una modifica ad un documento si ripercuote su ogni

documento ad esso correlato. Ad esempio, la modifica ad un componente di un assieme implica la modifica

dell’assieme stesso, di eventuali altri assiemi contenenti la parte in questione, di disegni, manuali, tavole di

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montaggio ed eventualmente modelli di analisi e simulazione. Questi problemi sono ancora più rilevanti se si

lavora in ambiente multiutente ed in ambito di lavoro parallelo.

È chiaro che devono essere sempre rispettati i requisiti fondamentali dell’informazione: unicità, certezza e

reperibilità. Un importante passo in questa direzione è stato fatto con l’avvento dei sistemi PDM (Product

Data Management) per la gestione elettronica dei dati. Questi sistemi, nati negli anni ottanta come strumenti

per la grande azienda, hanno conosciuto recentemente un grande sviluppo e diffusione, venendo sempre più

incontro alle esigenze delle PMI.

Un software di PDM svolge i seguenti compiti:

! proteggere i documenti da sovrascritture, cancellazioni ed errori accidentali di ogni genere;

! regolamentare gli accessi ai documento, in modo che solo le persone autorizzate possano compiere

determinate operazioni;

! gestire l’archivio delle revisioni dei vari documenti (ciclo di vita);

! gestire i collegamenti tra i documenti;

! offrire sistemi di ricerca dei documenti nell’archivio completi e flessibili;

! condividere i dati anche al di fuori dell’ufficio tecnico.

Questo si traduce in vantaggi significativi, quali:

! riduzione dei tempi di progettazione, grazie alla eliminazione dei tempi morti dovuti a problemi nella

ricerca delle corrette revisioni dei documenti, perdita di informazioni, cattiva comunicazione tra reparti;

! ottimizzazione della progettazione, in quanto un utente ha facilmente a disposizione tutto il database

aziendale, e quindi il know-how, che può sfruttare per nuovi progetti ricorrendo all'innovazione o alla

riprogettazione ex novo dei particolari solo quando necessario; per gli stessi motivi è più facile

confrontare diverse alternative fino all’ottenimento della soluzione progettuale migliore. La

condivisione dei dati inoltre arricchisce la progettazione permettendo il simultaneo coinvolgimento di

reparti diversi, se non addirittura di clienti e fornitori.

La transizione dal 2D al 3D

Spesso il periodo di transizione dai CAD bidimensionali ai modellatori solidi o di superficie è estremamente

temuto in quanto rappresenta un’incognita e si pensa possa determinare una contrazione significativa della

produttività. In realtà, seguendo poche e semplici regole e consigli, tali timori si rivelano infondati.

La durata del periodo di transizione è variabile e dipende da diversi fattori:

! Corretta scelta del software: può sembrare superfluo dirlo, in quanto è ovvio che un software non

completamente adatto alle proprie esigenze necessita di più personalizzazioni, dello studio di procedure

e percorsi alternativi che inevitabilmente allungano questa fase; è tuttavia conveniente spendere qualche

risorsa in più in questa fase: si tratta di un investimento che ha sempre un ritorno vantaggioso. Nel caso

della PMI può essere opportuno rivolgersi a soggetti specializzati in questo tipo di attività, piuttosto che

basarsi sul confronto delle dichiarazioni dei venditori.

! Curva di apprendimento del software: descrive il tempo necessario ad un utente medio per raggiungere

una conoscenza ottimale del prodotto. È un fattore che deve essere tenuto in conto al momento della

scelta del software in quanto l’ordine di grandezza può variare dalle settimane ai mesi a seconda dei

prodotti.

! Tempo e risorse umane investite dall’azienda nell’utilizzo del nuovo software: non si può pretendere di

implementare il passaggio dal 2D al 3D senza una seria organizzazione e programmazione. In caso

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contrario i tempi di apprendimento si allungano oltre misura, eventuali problemi o strategie errate si

presentano con ritardi alle volte inaccettabili.

! Studio di strategie di modellazione e archiviazione corrette e funzionali: per quanto un CAD sia in

grado di funzionare da subito, occorre, via via che si prende confidenza col prodotto, focalizzare

l’attenzione sulla metodologia di lavoro e le procedure di archiviazione e gestione dei dati più adatte alle

proprie esigenze, in modo da non dover in seguito fare brusche inversioni di marcia. Questo è tanto più

importante quanto maggiore è il numero di utenti.

Si riportano di seguito alcuni suggerimenti per ottimizzare la durata del periodo di transizione e trarre da

esso i maggiori vantaggi per il futuro:

! Apprendimento: sia che si decida di seguire un corso, sia che si propenda per l’autoapprendimento, è

fortemente consigliabile approfondire la conoscenza di tutti gli aspetti e le funzioni del programma

acquistato, anche di quelli che si ritengono di scarso interesse per le proprie esigenze. Questa deve

essere l’occasione per iniziare a rivedere le proprie procedure di progettazione senza preclusioni e

preconcetti. Ci sono funzioni che non si sono mai utilizzate perché con il precedente software non erano

gestibili o di difficile utilizzo o addirittura non ipotizzabili.

! Quando iniziare: una buona occasione per iniziare a lavorare con il nuovo software può essere in

corrispondenza di un nuovo progetto. In questo modo si progettano nuove parti e si "solidifica" tutta e

sola la parte dell’archivio funzionale al nuovo progetto.

! Gestione dell’archivio di disegni 2D: non bisogna assolutamente farsi prendere dalla frenesia della

conversione dei disegni nel formato 2D del nuovo software. Un modellatore 3D raramente offre

all’interno del suo ambiente bidimensionale la stessa flessibilità di un software 2D. Valutare la

possibilità di tenere in funzione durante il periodo di transizione una o alcune stazioni del vecchio

software. Valutare inoltre se, piuttosto che convertire, non convenga "solidificare" alcune parti

strategiche dell’archivio.

! Chiarire i concetti fondamentali: le caratteristiche di associatività e bidirezionalità dei moderni sistemi

CAD, insieme a molte altre importanti funzioni, possono apportare vantaggi fondamentali a condizione

di sfruttarle correttamente. Per questo è importante familiarizzarsi subito non soltanto con le funzioni di

modellazione o assemblaggio, ma soprattutto con i concetti fondamentali che regolano la propagazione

delle modifiche tra ambienti diversi, la gestione di famiglie di progetti, la condivisione dei dati.

! La gestione dell’archivio: la mole di file che deve essere gestita utilizzando modellatori 3D è molto

maggiore che nel caso di sistemi 2D. Normalmente si ha a che fare con file di parti, assiemi che si

riferiscono a parti e tavole che si riferiscono a parti e assiemi. Per questo motivo occorre strutturare

correttamente l’archivio fin dall’inizio, in quanto si corre il rischio non soltanto di non trovare una certa

revisione di un documento, ma anche di perdere i riferimenti (e quindi l’associatività) tra parti, assiemi e

tavole. Un corretto modello di dati può avere in certi casi un impatto sulla produttività pari a quella del

CAD stesso. Per questa ragione si stanno diffondendo sempre di più sistemi di gestione elettronica dei

dati tecnici (PDM, Product Data Management) accessibili anche per piccole e medie aziende.

! Il supporto tecnico: avvalersi quanto più possibile del supporto tecnico fornito dal rivenditore di

software. Eventualmente valutare la possibilità di acquistare alcuni di giorni di consulenza in azienda di

un tecnico esperto del software acquistato.

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I SOFTWARE TESTATI

Quando un’azienda si appresta ad abbracciare la filosofia dello sviluppo elettronico del prodotto, la prima

scelta fondamentale che deve compiere è quella tra il ricorso a sistemi process centric – commercializzati

nella seconda metà degli anni ottanta e in grado di seguire l’intero sviluppo del prodotto al fine di soddisfare

le esigenze delle grandi industrie – e sistemi design centric – nati nella seconda metà degli anni ’90 essen-

zialmente come modellatori, integrabili con applicazioni sviluppate da terzi, al fine di estendere la modella-

zione 3D verso le piccole e medie imprese.

I sistemi process centric sono caratterizzati da una struttura modulare, in grado di coprire le varie esi-

genze che si presentano nel ciclo di sviluppo del prodotto, grandi prestazioni e prezzi elevati, sia a livello

d’acquisto che di manutenzione; sono inoltre generalmente complessi da usare e richiedono quindi tempi di

apprendimento lunghi.

I sistemi design centric sono principalmente focalizzati sulla progettazione, promettono buone presta-

zioni a prezzi accessibili, semplicità d’uso e tempi di apprendimento ridotti.

I sistemi che sono stati presi in esame sono quelli che, allo stato attuale, sono sembrati i più appetibili

per una piccola o media azienda, tenendo conto sia del prezzo (hardware più software), sia dell’attuale diffu-

sione sul mercato (e della tendenza per il futuro).

Tra i sistemi process centric è stato scelto un prodotto affermato da anni come Pro Engineer (rel. 20.0),

completo di modellatore solido, modulo di superfici, gestione dei grandi assiemi, Pro/Mechanica Structu-

re/Thermal per l’analisi agli elementi finiti e Pro/Mechanica Motion per la simulazione cinetodinamica.

Come sistemi design centric sono stati scelti SolidWorks (rel. 98plus e 99) e SolidEdge (rel. 5.0 e 6.0),

due modellatori di recente concezione, nativi Windows, che si stanno affermando sempre di più sul mercato,

anche come antagonisti dei sistemi di fascia più alta; infine è stato scelto Think Design (rel. 3.0.0.26),

l’unico prodotto italiano, anch’esso presente da anni sul mercato, avente la peculiarità di essere un modella-

tore ibrido solido-superficiale. Ad essi sono stati affiancati come programmi integrati, per quanto riguarda il

FEM, COSMOS (rel. 4.0) e DesignWorks 98, caratterizzati da una notevole velocità e semplicità d’uso; per

la simulazione cinetodinamica Working Model 3D (rel. 4.0).

Per arricchire la panoramica sulle possibilità di integrazione del CAD con applicazioni che assistono in

fase di progettazione, si è integrato il lavoro con un test, sia pure superficiale, di C-Mold 3D QuickFill, per lo

stampaggio a iniezione di materie plastiche e SmarTeam, PDM di moderna concezione.

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CAD BENCHMARKING

Introduzione

Il benchmarking è l’attività di prova di un prodotto per mezzo di specifici test (benchmark appunto), in modo

da individuarne i punti di forza ed i limiti. Le domande a cui il benchmarking su sistemi CAD si propone di

rispondere sono molteplici: si va dalla semplicità d’uso, alla completezza e all’efficienza delle funzioni di-

sponibili, alla velocità e facilità di gestione di parti complesse o grandi assiemi, e via dicendo.

La letteratura in questo campo è in netta evoluzione, a causa anche del ritmo frenetico con cui i prodotti

CAD appaiono e si evolvono sul mercato. Un’attività di benchmarking può essere condotta in vari modi; si

possono tuttavia identificare due principali tipologie:

! Benchmarking teorico, che analizza sistematicamente aspetti specifici del programma con una serie di

test mirati.

! Benchmarking applicativo, che analizza la risposta dei programmi a problemi di tipo pratico.

Benchmarking di tipo teorico

Secondo questa metodologia, il confronto dei software consiste nell'analizzarli funzione per funzione, indivi-

duando per ogni funzione uno o più test mirati. Per esempio la semplicità e la velocità di un’operazione pos-

sono essere valutate considerando il numero di operazioni atomiche necessarie a portarla a compimento. In

questo modo si ottiene, voce per voce, qual è il prodotto migliore, relativamente ai test effettuati.

Il benchmarking teorico viene inoltre effettuato per valutare le prestazioni dei programmi di analisi. In

questo caso si prende una serie di problemi di cui si conoscono le soluzioni e si confrontano con quelle forni-

te dai programmi con quelle teoriche. Un celebre esempio è fornito dai test NAFEMS per i programmi agli

elementi finiti.

Un benchmarking di tipo teorico fornisce dati quantitativi o comunque fortemente indicativi delle pre-

stazioni di un prodotto relativamente ad una precisa funzione o gruppo di funzioni. Tuttavia non sempre è

immediato trasporre queste indicazioni nella realtà aziendale, in cui i problemi trattati sono di più ampio re-

spiro e coinvolgono il programma nel suo complesso ed anche nella sua interazione con altri prodotti. Il limi-

te principale di questo tipo di valutazione risiede nel fatto che non viene dato alcun peso alla possibilità di

seguire strategie differenti nella modellazione di un medesimo oggetto.

Benchmarking applicativo

Il benchmarking applicativo confronta programmi diversi sulla base di problemi pratici: per esempio, volen-

do collaudare un CAD per la progettazione meccanica, si sceglie un complessivo da realizzare contenente

una serie di problematiche di interesse.

Il risultato che emerge da un confronto di questo tipo è meno quantitativo, in termini di valore assoluto

del prodotto, rispetto ad un benchmarking di tipo teorico, ma fornisce risposte più immediate relativamente a

problematiche reali di un’azienda.

Scelta e definizione dei benchmark

Questo lavoro ha tra i suoi obiettivi quello di fornire una panoramica sulla situazione dei principali prodotti

CAD destinati alla PMI, ma soprattutto quello di individuare una corretta metodologia di scelta del prodotto

più adatto alle specifiche esigenze.

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Per questo motivo il punto di partenza è stato inevitabilmente il benchmarking applicativo, in modo da

essere più vicini alla realtà aziendale. I benchmark sono stati scelti in modo da coprire non solo gli aspetti

tradizionali di modellazione, assemblaggio e messa in tavola, ma anche quelli più moderni dell’integrazione

del CAD con altri prodotti: il CAD non deve coprire il ruolo di generatore di disegni e/o viste tridimensionali

del prodotto, ma piuttosto va visto come strumento unificante all’interno dell’azienda di tutte le attività coin-

volte nello sviluppo del prodotto stesso.

Il primo benchmark ha avuto come tema le problematiche relative alla parametrizzazione spinta di un

modello e alla generazione di famiglie di prodotti sulla base di specifiche utente.

Il secondo, per mezzo dello studio di un tergicristallo di tipo automobilistico, ha inquadrato il modello

3D come prototipo virtuale da sottoporre ad una serie di analisi per ottimizzare la progettazione riducendo

drasticamente i tempi di sviluppo.

Infine, è stato scelto come benchmark un rubinetto, caratterizzato da pesanti specifiche di estetica, per

valutare le funzionalità di modellazione avanzata dei modellatori solidi in esame.

Il benchmark pompa ad ingranaggi

Molte aziende si trovano a gestire famiglie di macchine derivanti da un solo modello e che differiscono per

un numero limitato di parti o un numero limitato di variabili. Se tutte le parti sono tra loro simili per forma e

differiscono solo per alcune dimensioni, l’ottimizzazione delle risorse consiste nell’avere un solo modello

utilizzabile per un certo intervallo di valori delle specifiche tecniche.

Occorre tenere conto che all’interno di un assemblaggio vi sono sia parti i cui parametri possono variare

in maniera continua in un certo intervallo, sia parti i cui parametri possono assumere un numero limitato di

valori per esigenze economiche e tecnologiche (ad esempio un unico getto di fusione con differenti alesature

dei fori per essere adattato ad organi interni di dimensioni diverse), oppure perché acquistati a catalogo (ad

esempio cuscinetti o elementi di carpenteria), sia parti che presentano entrambe le caratteristiche.

Tutte le parti di tipo commerciale devono essere utilizzabili in assiemi diversi mediante apposite librerie

che rispettino le norme di riferimento. Qualora ve ne siano anche alcune che differiscano per forma oltre che

per dimensioni, deve essere possibile passare da un assieme ad un altro della stessa famiglia sostituendo sol-

tanto queste parti (questo aspetto è oggetto del benchmark tergicristallo).

Una pompa ad ingranaggi si presta bene per questo tipo di esame perché, data la sua semplicità geome-

trica, non pone difficoltà alcuna di modellazione per i vari CAD. È stato così possibile escludere tutti quegli

aspetti legati alle potenzialità puramente geometriche dei vari programmi.

Obiettivi

Due sono stati gli obiettivi principali. Il primo è stato la verifica delle potenzialità parametriche dei vari pro-

grammi in relazione alle problematiche precedentemente esposte, con particolare riguardo alla modellazione

top-down, alla definizione, alla modifica e alla visualizzazione di relazioni tra parametri di parti diverse. Tut-

to questo sia dal punto di vista delle funzioni offerte, sia dell’efficienza dei solutori durante la ricostruzione

del modello dopo l’effettuazione di modifiche.

Il secondo obiettivo è stato invece quello della verifica delle potenzialità di calcolo proprie del pro-

gramma ed eventualmente dello scambio di dati con altri fogli di calcolo e software di simulazione utilizzati.

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Il benchmark tergicristallo

Un gruppo tergicristallo, composto da motoriduttore, quadrilatero di azionamento, braccio portaspazzola e

spazzola è stato scelto come assieme moderatamente complesso, il cui modello CAD fosse utilizzabile come

prototipo virtuale in un ipotetico sistema di sviluppo elettronico del prodotto.

Vari sono stati i motivi hanno spinto a prendere in considerazione tale assieme meccanico. Anzitutto il

gruppo tergicristallo è composto, includendo la bulloneria, da un centinaio di pezzi e perciò è stato utilizzato

per testare le funzionalità di assemblaggio (approccio top-down, bottom-up, misto), la possibilità di lavorare

in sottoassiemi e le capacità del CAD di gestire un assieme moderatamente complesso. Il tergicristallo pre-

senta poi componenti da realizzare con vari procedimenti tecnologici: sono infatti presenti parti realizzate in

pressofusione, stampaggio di materie plastiche (molding), piegatura e stampaggio di lamiere, il cui ciclo di

sviluppo non si esaurisce con la modellazione del singolo pezzo, ma richiede la realizzazione di parti deriva-

te come modelli, conchiglie, sviluppo di lamiere ecc. Il gruppo tergicristallo è inoltre un cinematismo non

piano, dunque analizzabile solo come modello tridimensionale, su cui poter eseguire analisi cinetodinamiche

i cui risultati possono servire sia per la verifica della superficie del parabrezza detersa dalla spazzola, sia per

il rilevamento di interferenze tra parti mobili e parti fisse, sia per fornire le condizioni al contorno per even-

tuali analisi strutturali sulle parti componenti l’assieme.

Tutti i modelli utilizzati nel ciclo di sviluppo del prodotto (modello CAD, modelli per analisi, modelli

derivati, ecc.) devono, per quanto possibile, essere tra loro associativi.

Il benchmark si propone, inoltre, non soltanto di emulare le fasi di progettazione e sviluppo ex-novo di

un sistema meccanico (progettazione per innovazione), ma anche di verificare come i vari CAD presi in e-

same si prestano a realizzare famiglie di sistemi meccanici andando a modificare componenti già esistenti

(progettazione per modifica); nel caso del tergicristallo, questa verifica si traduce nel realizzare, a ciclo di

sviluppo concluso, un secondo gruppo modificando elementi della spazzola, del braccio e del quadrilatero di

azionamento e valutando la corretta propagazione di tali modifiche ai modelli di analisi e ai vari modelli de-

rivati.

Obiettivi

Anche in questo caso due sono gli obiettivi principali: il primo è la valutazione delle capacità di modellazio-

ne ed assemblaggio di un assieme meccanico moderatamente complesso. Il secondo, e più importante, valu-

tare la possibilità di utilizzo del modello CAD come prototipo virtuale secondo requisiti di unicità, associati-

vità e congruenza tra i diversi modelli di analisi utilizzati nelle varie applicazioni software.

Il benchmark rubinetto

Il rubinetto è stato scelto come rappresentativo degli oggetti di forma libera. Tutti questi oggetti vengono

progettati a partire dal guscio esterno rispondente a criteri di estetica, ergonomicità, ecc. e che è solitamente

ideato da uno stilista. Questo disegnatore in molti casi dovrà rispettare soltanto dei vincoli di ingombro atti

ad ospitare gli organi interni, se presenti. Lo stilista comunica le proprie idee al modellista CAD tramite

schizzi e proiezioni a matita (il bozzetto).

A questo punto il lavoro passa al disegnatore CAD che cerca di definire un modello - solido o superfi-

ciale - che esternamente corrisponda il più possibile all’idea dell’architetto lavorando magari anche a stretto

contatto con quest’ultimo per la definizione dei raccordi, delle curvature, dei dettagli. Il lavoro procede in

questa direzione fino al raggiungimento di una estetica soddisfacente sia dal punto di vista stilistico (superfi-

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ci sculturate, effetti di luce ecc.), che di fabbricazione (angoli di sformo, ecc.). Il modello – o il guscio di su-

perfici – viene quindi approvato.

Inizia solo adesso, con il dettagliamento della parte interna, la parte veramente meccanica della model-

lazione e, se si tratta di un prodotto composto da più componenti, inizia anche il posizionamento dei vari or-

gani interni con successiva verifica delle interferenze. Al fine di rispettare il guscio esterno, il processo di-

venta anche progettuale perché gli attacchi filettati, le torniture e tutte le appendici necessarie ad ospitare gli

organi interni vanno in qualche modo “attaccate” al guscio esterno.

Obiettivi

L’obiettivo di questa benchmark è quello di riprodurre la procedura appena esposta secondo diversi aspetti:

modellazione avanzata, dettagliamento, assemblaggio, progettazione integrata di oggetti di fusione partendo

dal disegno costruttivo.

19

IL BENCHMARK POMPA AD INGRANAGGI

Introduzione

La parametrizzazione ad alto livello di un complessivo si articola nei seguenti passi:

1. progettazione del modello comune a tutta la famiglia;

2. identificazione del numero minimo di parametri dimensionali necessari a “guidare” l’assieme;

3. distinzione tra variabili che possono variare in maniera continua e variabili che possono assumere

un numero discreto di valori; in questo secondo caso identificazione o creazione di database contenenti

tali valori (ad esempio un database sui cuscinetti o uno contenente i valori del modulo di una ruota

dentata);

4. creazione di un programma che calcoli il valore dei parametri indipendenti precedentemente iden-

tificati in modo da soddisfare determinate specifiche tecniche assegnate;

5. creazione di un programma che assegni alle variabili del modello i valori calcolati e provveda alla

rigenerazione del modello stesso.

Fig. 4.1 - Pompa ad ingranaggi nelle due configurazioni a sei e ad otto bulloni di fissaggio della cassa.

La pompa ad ingranaggi (Fig. 4.1) è stata scelta per valutare le funzionalità di parametrizzazione dei

sistemi CAD, nel caso generale di modelli guidati direttamente dalla specifica di progetto. Data la

semplicità geometrica di questo benchmark, è possibile escludere tutti gli aspetti legati alle potenziali-

tà puramente geometriche dei vari programmi e viene focalizzata l'attenzione sull'obiettivo specifico di

questo test.

Due sono gli aspetti su cui si deve esprimere una valutazione: il primo è la verifica delle capacita’

parametriche dei CAD in esame, con particolare riguardo alla modellazione top-down ed alla associa-

tività (definizione, modifica e visualizzazione di relazioni tra parametri di parti diverse) sia dal punto

di vista delle funzioni offerte, sia dell’efficienza dei solutori durante la ricostruzione del modello in

seguito a modifiche. In secondo luogo occorre verificare le potenzialità di calcolo interne e di scambio

dati con altri programmi. Questo benchmark è stato utilizzato anche per verificare le capacità in termi-

ni di messa in tavola dei CAD esaminati.

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Si è dapprima individuato un algoritmo che, a partire dalla specifica, stima tutti i dati necessari

alla definizione di una pompa nel rispetto delle consuete verifiche di resistenza1. In generale i CAD di

fascia media non hanno funzionalità logico-matematiche sufficientemente avanzate per svolgere calco-

li di questo tipo; pertanto è necessario impiegare fogli di calcolo esterni. In questa ottica è importante

verificare se, e con quali modalità, è possibile automatizzare lo scambio di informazioni e

l’assegnazione dei valori ottenuti alle variabili indipendenti del disegno, ammesso che sia stata ottenu-

ta una completa parametricità del modello geometrico.

Si possono individuare tre livelli di integrazione:

Livello di integrazione basso: Il CAD non ha al suo interno sufficienti funzionalità logico-

matematiche. Si deve perciò ricorrere a programmi esterni, che però non sono in alcun modo collega-

bili al modello CAD. L’utente deve trascrivere manualmente i risultati del calcolo all’interno del

CAD.

Livello di integrazione medio: Rispetto al caso precedente, si riesce ad automatizzare il controllo del-

le variabili di disegno con i risultati del foglio elettronico. Tale comunicazione a sua volta può essere

mono- o bidirezionale: nel primo caso modifiche al foglio di calcolo si ripercuotono sul modello CAD,

ma non viceversa; nel secondo caso anche modifiche al modello CAD si possono ripercuotere sul fo-

glio di calcolo.

Livello di integrazione alto: Il sistema CAD ha al suo interno tutti gli strumenti di programmazione

necessari per scrivere l’algoritmo e per controllare il modello con i risultati del calcolo. Anche in que-

sto caso la comunicazione può essere mono- o bidirezionale.

In particolare, per quanto riguarda SolidEdge e SolidWorks, sono state sfruttate le potenzialità of-

ferte da OLE Automation per lo scambio dati con il codice di calcolo, mentre per Pro/Engineer si è

impiegato Pro/Programm, il modulo di programmazione disponibile con Pro Assembly e lo scambio

dati è stato realizzato mediante file ASCII. Come foglio di calcolo è stato utilizzato Microsoft Excel,

le cui celle costituiscono i dispositivi di input e di output per il dimensionamento di massima: in una

cartella di lavoro sono state infatti inseriti dei fogli contenenti la specifica di progetto, i risultati del

dimensionamento di massima e le dimensioni geometriche delle parti costituenti la pompa ad ingra-

naggi. Il codice di calcolo è stato realizzato con l’editor di Visual Basic for Applications contenuto in

Microsoft Excel. Il database aziendale è costituito anch’esso da una collezione di cartelle Excel, con-

tenenti le norme di unificazione interne ed internazionali, le dimensioni delle parti commerciali e i se-

milavorati utilizzabili.

A partire dalla specifica vengono dimensionati i seguenti componenti: albero di ingresso con spal-

lamenti, linguetta UNI 6604 per attacco al motore, linguetta UNI 6606 per collegamento

1 La specifica per la pompa ad ingranaggi consiste nella definizione di portata, pressione, velocità di rotazione. Sono i-

noltre assegnati i materiali e le loro caratteristiche meccaniche, i parametri fluidodinamici, l’angolo di pressione della

dentatura ed i rendimenti meccanico e volumetrico. Infine si sono assunti disponibili i database, compatibili con il

foglio di calcolo, relativi a tutti i componenti commerciali o normalizzati impiegati (gole UNI per rettifiche, linguette

UNI, getti disponibili, cuscinetti di strisciamento). Si è supposto che le famiglie di getti siano di due sole tipologie: il

test è comunque probante, ma la sua realizzazione risulta semplificata.

21

all’ingranaggio conduttore; parametri e dimensioni degli ingranaggi conduttore e condotto; linguette;

cuscinetti di strisciamento; cassa in tre pezzi (corpo superiore, intermedio e inferiore), ciascuno dispo-

nibile in due sole configurazioni di dimensioni esterne che differiscono per le dimensioni esterne e per

il numero di fori per le viti di serraggio (sei nella cassa piccola, otto in quella grande); viti di serraggio

della cassa (numero e lunghezza). Nel caso in cui l’editazione delle specifiche porti alla violazione dei

vincoli imposti implicitamente dal database aziendale (getti disponibili, boccole e linguette alloggiabili

e/o disponibili), le violazioni vincolari vengono comunicate con un messaggio di errore.

Con i valori così ottenuti il CAD deve essere in grado di aggiornare il modello ricostruendo cor-

rettamente file di assemblaggio, tutte le singole parti e le messe in tavola sia del complessivo, sia delle

parti.

Attività di modellazione

La strategia migliore per la modellazione di assemblaggi, nel caso in cui si abbiano esigenze di para-

metrizzazione spinta, è senza dubbio l'approccio top-down. Pertanto, la costruzione del modello della

pompa è stata eseguita quasi interamente nell’ambiente di assemblaggio. I vantaggi consistono soprat-

tutto nella possibilità di acquisire vincoli e riferimenti tra elementi appartenenti a parti diverse, talvolta

in modo automatico (coincidenza, endpoint e midpoint), in altri casi manualmente mediante i vincoli

geometrici riconosciuti dai diversi programmi. Inoltre è possibile legare con equazioni parametri di-

mensionali di parti diverse.

In generale è opportuno ridurre al minimo il numero di parametri indipendenti che costituiscono

le quote guida del modello2. Allo scopo, ove possibile, si fa ricorso ai comandi che consentono di in-

cludere associativamente nello sketch corrente la proiezione di elementi geometrici delle altre parti

dell’assieme. Una tecnica alternativa, alla quale si ricorre quando risulta impossibile l'imposizione di

vincoli geometrici tra elementi dello sketch corrente ed elementi ad esso esterni, consiste nell'impiego

dei layout di assemblaggio. Si tratta di profili tracciati in ambiente di assemblaggio e utilizzati dalle

parti, con un comando di inclusione o offset associativo, come porzioni di sketch o geometria di rife-

rimento per la realizzazione di feature.

Le parti realizzate in top-down sono normalmente posizionate all’interno dell’assemblaggio me-

diante gli stessi vincoli di inclusione associativa oppure dai layout di assemblaggio, che di fatto pon-

gono dei vincoli geometrici tra le parti; tali vincoli, però, possono essere all’occorenza rimossi consen-

tendo lo spostamento della parte (nel qual caso si perde, ovviamente, l’associatività).

Al contrario può risultare utile modellare con un approccio bottom-up i dettagli delle singole par-

ti. È fondamentale che il CAD disponga di strumenti per la visualizzazione delle relazioni geometriche

ed algebriche fra gli elementi costitutivi del modello.

Passando ad esaminare i risultati ottenuti con i CAD meccanici messi alla prova si rileva che sia

Pro/Engineer, sia SolidWorks hanno consentito un approccio ottimale alla modellazione: si è fatto ri-

corso con successo sia alle funzioni di inclusione associativa, sia ai layout di assemblaggio; le parti

2 La riduzione delle dimensioni indipendenti può avvenire mediante vincoli geometrici, o mediante equazioni e-

splicite. È consigliabile, quando possibile, fare ricorso alla prima soluzione.

22

non commerciali (alberino, ingranaggi, corpi inferiore, intermedio e superiore) sono state modellate

nel contesto dell’assemblaggio (approccio top-down), inizialmente definendole come ingombri genera-

li e poi, successivamente, dettagliandole prima della delibera finale (Fig. 4.2); le parti commerciali,

come boccole, linguette, viti, rondelle, dadi e spine sono stati invece inserite nell’assieme con proce-

dura bottom-up, supponendo di poter attingere ad una libreria di parti.

Quando il modello geometrico dell’assieme è completato si riduce, per quanto possibile, il nume-

ro di variabili indipendenti con l’uso di equazioni.

Fig. 4.2 - Due fasi della modellazione della pompa ad ingranaggi nell'ambiente di assemblaggio di

Pro/Engineer.

In SolidEdge è ammessa l'inclusione di tipo associativo di proiezioni di elementi geometrici sul

piano di sketch, ma solo se la geometria acquisita appartiene alla parte modificata o ad un layout di as-

semblaggio. Per altro, in SolidEdge, fino alla versione 5, il tracciamento dei layout di assemblaggio

poteva avvenire solo sui tre piani coordinati di default, non essendo possibile definire nell’ambiente di

assemblaggio ulteriori piani di riferimento, né utilizzare piani appartenenti a parti: ciò comportava

l’impossibilità di utilizzare utilmente profili appartenenti ai layout di assemblaggio per feature di parti,

il cui piano di sketch non fosse parallelo ai piani coordinati. A partire dalla versione 6.0, è possibile

definire piani in ambiente di assemblaggio e tracciarvi sopra dei layout di assemblaggio.

Nello sviluppo del modello, la strategia ottimale è consistita nel definire inizialmente le varie par-

ti come ingombri generali nell'ambiente assemblaggio e successivamente nel dettagliarle. Tutte le parti

utilizzanti i layout di assemblaggio sono state inserite facendo coincidere i piani coordinati di default

della parte con gli analoghi piani dell’assemblaggio. In Fig. 4.3 è mostrato l'inizio dell'iter di modella-

zione: sul piano x-y dell’assemblaggio si è tracciato un profilo rappresentante la vista dall’alto del

corpo intermedio (sinistra); questo layout di assemblaggio è stato poi incluso associativamente nella

parte ed estruso in direzione z. Sul piano x-z dell’assemblaggio, sono state tracciate le semisezioni di

ingranaggio conduttore, ingranaggio condotto, albero e boccole (destra) che, incluse associativamente

nei rispettivi file di parte e utilizzati come profili per feature di estrusioni circolari, hanno dato luogo al

meccanismo interno della pompa. Da segnalare che, nonostante il ricorso ai layout di assemblaggio, si

è verificato che alcune quote nominalmente uguali, ma appartenenti a layout diversi (ad esempio il

diametro delle ruote dentate e il diametro dell’alloggiamento delle stesse nel corpo intermedio), devo-

23

no essere rese associative mediante scrittura di equazioni nella tabella delle variabili. Inoltre, non è

stato possibile definire tutti i parametri di guida dell'assieme all'interno dell'ambiente di assemblaggio

per i limiti di SolidEdge relativamente all'associatività nella modellazione top-down.

Fig. 4.3: Approccio top-down alla modellazione in SolidEdge: piano x -y (sinistra), piano x -z (destra) dell'as-

semblaggio).

Con ThinkDesign non è stato possibile raggiungere nessuno degli obiettivi del benchmark, se non

quello della semplice modellazione geometrica. Questo è stato dovuto in parte alla totale mancanza di

alcune funzionalità, ma anche al fallimento di alcune operazioni nominalmente disponibili. In partico-

lare ThinkDesign offre ben poche potenzialità dal punto di vista della modellazione top-down: il pro-

gettista può disegnare parti direttamente su altre parti o anche su un assemblaggio a puntatori, senza

tuttavia avere la possibilità di sfruttare in maniera associativa le entità già presenti sul modello.

L’unica possibilità offerta è data dal possibile vincolamento dei nuovi profili su entità dell’assieme;

questa operazione permette di costruire parti già vincolate senza ricorrere ad operazioni di posiziona-

mento relativo.

Per questi motivi e anche per la semplicità delle singole parti, è stata adottata la modalità bottom-

up: ogni parte è stata modellata singolarmente e l’assemblaggio finale è stato il risultato del montaggio

di parti e di sottoassemblaggi. Dal momento che ThinkDesign è in grado di gestire modelli con più so-

lidi disgiunti fra loro, è possibile alternativamente realizzare assiemi non a puntatori, bensì costituiti da

più solidi posizionati fra loro, ognuno dei quali non corrisponde ad un file esterno, ma viceversa esiste

soltanto all’interno dell’assieme. L’utilizzo di un file unico di questo tipo è stato scartato a priori in

quanto: (i) è di difficile utilizzo per la produzione di modelli integrata con il CAM; (ii) il file raggiun-

ge ben presto un’estensione elevata in termini di byte per cui il modello è difficile da gestire; (iii) è

impensabile che l’eventuale corruzione del file comporti il rifacimento dell’intero lavoro.

Pur seguendo un approccio bottom-up, cioè una strategia non ottimale per questa particolare ap-

plicazione, si sono riscontrati pesanti difetti nella gestione delle variabili e delle relazioni. La modella-

zione bottom-up richiede un successivo collegamento fra le variabili guida di ciascuna parte. Queste

relazioni vengono imposte all’interno dell’assemblaggio dove sono presenti tutte le parti con i relativi

parametri di controllo. ThinkDesign possiede al suo interno l’ambiente spreadsheet (Fig. 4.4, sinistra)

che però ha palesato le seguenti limitazioni:

24

1. lo spreadsheet è gerarchico e non ereditario; questo implica che, per quanto riguarda le variabili,

il foglio delle variabili del file di assemblaggio non “vede” le variabili delle parti contenute

nell’assieme, ma sta “sopra” a queste ultime permettendo di definire ulteriori variabili che però sono

definite solo all’interno dell’assemblaggio;

2. esiste la possibilità di riferirsi alle variabili di una parte tramite un’opportuna sintassi anche

all’interno dello spreadsheet dell’assieme e al tempo stesso esiste il modo di fare l’inverso: riferirsi ad

una variabile definita nell’assemblaggio all’interno di una parte sempre con una opportuna sintassi; di

fatto si è verificato che ThinkDesign possiede queste capacità solo in casi banali e che niente di tutto

questo ha funzionato per la pompa a ingranaggi.

Per tutti questi motivi non si è di fatto realizzato un modello completamente dimension driven:

ogni parte è guidata dal numero minimo possibile di quote funzionali grazie alle relazioni scritte nello

spreadsheet all’interno di ognuna; non è stato possibile però scrivere alcuna relazione fra parti. L'as-

semblaggio di per sé è statico: bisogna modificare prima tutte le parti una ad una e poi ricaricarle

nell’assieme. Anche questa procedura è risultata spesso affetta da errori: più volte vengono persi i vin-

coli di assemblaggio dopo alcune modifiche, apparentemente (secondo il sistema) per la presenza di

vincoli in conflitto.

Fig. 4.4 - L'ambiente spreadsheet di ThinkDesign (sinistra) e la Variables Table di SolidEdge (destra).

25

Anche relativamente alla gestione dei vincoli geometrici e dimensionali si hanno delle differenze

fra i vari software CAD. Di ThinkDesign si è già parlato descrivendo le caratteristiche dello spread-

sheet interno. In SolidEdge tutti i vincoli geometrici e dimensionali posti su uno sketch sono mostrati

graficamente sul profilo una volta entrati nell’ambiente di sketcher; manca uno strumento che fornisca

una lista dei vincoli geometrici e dimensionali applicati al profilo, anche se con il comando show va-

riability è possibile esaminare se lo sketch (o anche parte di esso) sia labile, ben vincolato o ipervin-

colato. Tutte le relazioni per il posizionamento delle parti in un assieme sono modificabili direttamente

dall’Assembly Pathfinder. Punto di forza di SolidEdge è la gestione tabellare, mediante la Variables

table (Fig. 4.4, destra), dei parametri del documento su cui si sta operando: la tabella delle variabili

non solo mostra e consente di nominare le variabili definite dal sistema, ma ha anche funzionalità di

foglio elettronico: si possono infatti definire variabili utente, scrivere relazioni tra le variabili apparte-

nenti allo stesso documento, collegare (tramite operazioni di copia/incolla collegamento) le variabili

del documento al contenuto di celle di un foglio Excel o le variabili delle parti costituenti un assieme

alle variabili appartenenti all’assemblaggio; non è invece possibile collegare direttamente variabili di

parti diverse (anche se appartenenti allo stesso assieme); le relazioni tra le variabili di uno stesso do-

cumento possono essere di tipo algebrico, trigonometrico e, tramite funzioni scritte in moduli Visual

Basic, logiche.

Anche in Pro/Engineer tutti i vincoli geometrici e dimensionali posti su un sketch sono mostrati

graficamente sul profilo una volta entrati nell’ambiente di sketcher. Questo è parametrico, e come tale

non consente di operare con profili sottovincolati; tuttavia, attraverso i vincoli “deboli” definiti auto-

maticamente dal sistema, l’operatore non è costretto a bloccare i gradi di libertà residui.

Tutte le relazioni per il posizionamento delle parti in un assieme sono modificabili direttamente

dal Model Tree. In Pro/Engineer è possibile scrivere relazioni tra parametri dimensionali di parti di-

verse sia in ambiente di assemblaggio, sia in ambiente di parte. Ogni volta che il modello, sia esso un

assieme o una parte, viene rigenerato, le relazioni vengono risolte prima di qualsiasi altra operazione;

generalmente le equazioni vengono risolte sequenzialmente, nel qual caso l’ordine di scrittura riveste

un’importanza notevole, ma è possibile anche risolvere sistemi lineari di equazioni. Le relazioni pos-

sono utilizzare operatori aritmetici, trigonometrici, logaritmici e logici; è possibile anche definire dei

parametri utente che possono essere di tipo numerico, booleano o stringa.

In SolidWorks le relazioni applicate ad uno sketch possono essere visualizzate (ed eventualmente

eliminate) su un'apposita finestra; tutti i vincoli geometrici possono essere rimodificati sia

nell’ambiente di assemblaggio, sia in quello di parte, una volta che viene aperto lo sketch in cui sono

stati applicati. Analogamente tutte le relazioni per il posizionamento delle parti in un assemblaggio

sono modificabili direttamente dal Feature Manager. Tutte le equazioni che vengono inserite in un

documento (parte, assemblaggio o disegno) sono poste in una cartella posta nell’albero appena al di

sotto della radice (e quindi prima di ogni operazione eseguita all’interno del documento); per questo

motivo ogni volta che viene lanciato il comando di aggiornamento del modello le equazioni vengono

risolte prima di ogni altra operazione. L’ordine in cui le equazioni sono inserite può rivestire

un’importanza notevole se vi sono in qualche modo legami tra equazioni. Il limite principale del gesto-

re di equazioni di SolidWorks sta nel fatto che tutte le equazioni devono avere come parametri dei

vincoli dimensionali e devono essere esplicitate rispetto ad uno di essi: non si possono cioè definire

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delle variabili diverse dalle quote assegnate al modello. Le potenzialità matematiche non vanno molto

oltre la soluzione di equazioni algebriche e trigonometriche.

Integrazione con fogli di calcolo

Un altro aspetto fondamentale riguarda la caratteristiche di scambio dati con codici di calcolo esterni.

Quanto maggiori, infatti, sono le potenzialità di interfacciare un CAD con altri programmi, tanto più si

può pensare di superare alcuni suoi limiti. Per esempio, una volta constatate le limitazioni di ThinkDe-

sign nella creazione di assiemi dimension driven, sarebbe stato possibile aggirare il problema realiz-

zando una routine che, oltre a calcolare le dimensioni a partire dalla specifica tecnica, fosse in grado di

modificare in automatico le parti una per una, in modo da ridurre al minimo i tempi di aggiornamento

dell'assemblaggio. Tuttavia, anche questa operazione non è realizzabile se non da un programmatore

esperto: ThinkDesign non supporta OLE, ma è accessibile dall'esterno solo tramite LPG (il linguaggio

di programmazione nato in Cadlab insieme ad ThinkDesign) o con routine in C++ che sfruttino la API

di ThinkDesign. Questa caratteristica risulta senza dubbio estremamente discriminante per un pro-

gramma funzionante su piattaforme Windows3. Per altro lo spreadsheet interno non consente di im-

plementare un algoritmo di calcolo basato anche su operazioni logiche, ad esempio per la scelta di e-

lementi da un database aziendale o da norme UNI come era definito negli obiettivi. Di fatto l'aggior-

namento di un modello quale quello della pompa ad ingranaggi, realizzato con ThinkDesign, richiede

le seguenti operazioni:

1. calcolo dei parametri a partire dalla specifica tecnica tramite un foglio di calcolo esterno;

2. aggiornamento manuale di tutte le variabili da eseguirsi parte per parte;

3. apertura del file di assemblaggio e successivo ricaricamento di tutte le parti.

La durata complessiva di tutte queste fasi è molto lunga: circa quindici minuti per un modello

semplice come la pompa ad ingranaggi se non si commettono errori. Sui programmi che svolgono in

automatico queste funzioni, l’immissione dati, il calcolo e la rigenerazione richiedono sempre meno di

due minuti.

Decisamente più efficaci sono risultati SolidEdge e SolidWorks, entrambi capaci di supportare lo

scambio dati con protocollo OLE e di consentire all'utente la personalizzazione e l’esecuzione di ma-

cro in Visual Basic, Visual Basic for Applications (VBA), Visual C++.

In SolidEdge la guida del modello geometrico da parte di un foglio Excel può avvenire con due

modalità: la prima consiste nel collegare le celle della variables table, contenenti le variabili indipen-

denti del modello, alle celle dei fogli Excel contenenti i risultati del dimensionamento di massima e le

dimensioni delle parti costituenti la pompa ad ingranaggi; la seconda consiste nel modificare diretta-

mente, all’interno del programma di calcolo scritto in VBA, le variabili indipendenti del modello me-

diante i metodi e le proprietà messe a disposizione dagli oggetti OLE SolidEdge PartDocument e Soli-

dEdge AssemblyDocument. La seconda modalità consente, una volta eseguita la rigenerazione, di la-

3 Anche sistemi CAD di fascia bassa, come il ben noto AutoCAD, sono integrati con VBA (Visual Basic for Appli-

cations) per la scrittura di macro e per collegamenti ad altre applicazioni.

27

sciare il modello privo di collegamenti ai fogli Excel, e quindi pienamente modificabile per

un’ulteriore personalizzazione dell’assieme.

In SolidWorks il trasferimento dei dati può essere realizzato unicamente assegnando ai parametri

indipendenti il contenuto delle corrispondenti celle dei fogli di Excel per mezzo di istruzioni in Visual

Basic

I tempi di rigenerazione del modello sono leggermente superiori per SolidEdge, ma comunque

comparabili, con i tempi richiesti da SolidWorks, nonostante sia stato necessario definire come oggetti

OLE tutte le parti componenti dell’assieme a causa dell’impossibilità di SolidEdge di guidare il

modello con le sole variabili definite nell’ambiente di assemblaggio; il tempo di rigenerazione del

modello seme è mediamente compreso tra i 120 e i 150 secondi con una macchina della terzultima

generazione (un Pentium 166 MMX con 64 Mb di RAM), mentre sono sufficienti circa 20 secondi con

un PentiumII Xeon 450 MHz, con 256 Mb di RAM.

In Fig. 4.5 sono riportate alcune immagini relative alla ricostruzione di modelli di pompe corri-

spondenti a specifiche tecniche diverse.

Fig. 4.5 - Pompa ad ingranaggi costruite con specifiche differenti in SolidEdge (alto) e SolidWorks (basso); si

noti la parametrizzazione anche del numero di bulloni della cassa.

Per Pro/E il discorso è più articolato; in ogni caso della rigenerazione del modello se ne occupa il

modulo Pro/Program, che consente con un numero limitato di istruzioni di guidare , tramite relazioni, i

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parametri dimensionali del modello e tramite istruzioni condizionali (del tipo if…then… else) soppri-

mere feature, parti, componenti appartenenti a gruppi di scambio o a famiglie di parti. Per quanto con-

cerne l’algoritmo di calcolo se ne può “tentare” lo sviluppo direttamente in Pro/Programm, oppure può

essere implementato con uno strumento esterno, con le variabili guida del modello che devono poi es-

sere importate in Pro/Program con un file formato “ASCII”. Diversi, e sostanziosi, i vantaggi della se-

conda soluzione: è possibile impiegare linguaggi di programmazione di uso comune, database di com-

ponenti standardizzate contenuti in fogli Excel, interfaccia uomo-macchina più amichevole nella defi-

nizione della specifica.

I tempi di rigenerazione del modello sono stati estremamente contenuti: sono sufficienti media-

mente 19÷22 secondi, di cui 7 richiesti per lo shading del modello, anche con una macchina oramai

“obsoleta” (Pentium 166 MMX con 64 Mb di RAM); per altro, tali tempi risultano appena dipendenti

dalle caratteristiche dell'hardware. La notevole rapidità di rigenerazione è da imputarsi senz’altro

all’architettura completamente parametrica di Pro/Engineer.

In Fig. 4.6 sono riportate due immagini relative a modelli di pompe generati in Pro/E a partire da

specifiche tecniche diverse.

Fig. 4.6 - Pompa ad ingranaggi costruite con specifiche differenti in Pro/Engineer; si noti la parametrizzazione

anche del numero di bulloni della cassa.

Messa in tavola

L’ultimo aspetto analizzato mediante questo benchmark è la messa in tavola del modello, funzione che

comporta notevoli problemi, seppure di natura ed entità differenti, su tutti i sistemi CAD esaminati,

tanto che nessuno di essi ha superato completamente la prova, se si esclude Pro/Engineer mediante ri-

corso ad una routine in Pro/Programm.

L’ambiente di drawing di Pro/E si compone di due moduli: il modulo base e il modulo opzionale

Pro/Detail che consente di estendere le funzionalità per la messa in tavola di modelli 3D; avendo a di-

sposizione entrambi i moduli si riesce a realizzare delle tavole bidimensionali di ottimo livello, utiliz-

zando le viste e le sezioni strettamente necessarie. Il sistema si è anche mostrato estremamente veloce

nel generare le viste e le sezioni richieste; unico appunto riguarda il settaggio dell’ambiente di dra-

wing, che avviene tramite file di configurazione in maniera decisamente poco intuitiva (per questo

motivo le tavole mostrate di seguito seguono le normative nordamericane ANSI).

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Unico dei CAD esaminati, Pro/E consente la rappresentazione 2D non solo di viste complete, in-

terrotte e ausiliarie, dettagli in scala ingrandita, sezioni, ma anche di sezioni parziali (“rotture”) su vi-

ste non sezionate e già sezionate; inoltre, anche la prima vista inserita nel modello può essere parziale,

interotta, sezionata ed è possibile generare sezioni da sezioni senza incorrere in problemi (Fig. 4.7).

Le quote (comprensive di tolleranze dimensionali), le tolleranze geometriche, i simboli di finitura

superficiale, le annotazioni, i trattamenti cosmetici di filettatura posti sul modello 3D possono essere

importate nella messa in tavola; tali quote sono quote guida e, se modificate, portano

all’aggiornamento del modello 3D; se non si desidera tale bidirezionalità è necessario intervenire sul

file di configurazione della messa in tavola. Ovviamente sulla messa in tavola si possono aggiungere

ulteriori quote (guidate) e simboli per completare, come desiderato, il disegno.

Per quanto concerne la messa in tavola di assiemi, quando si generarno delle sezioni l’utente ha la

facoltà di decidere quali parti sezionare, non sezionare o nascondere; è inoltre concesso assegnare stili

di tratteggio differenti a parti appartenenti alla stessa sezione e “annerire” sezioni sottili. L’unico difet-

to in assoluto riscontrato relativemante alle campiture riguarda il mancato sfalsamento del tratteggio in

corrispondenza del cambio di sezione in presenza di piani concorrenti (Fig. 4.7). E’ possibile, infine,

generare automaticamente la distinta e la pallinatura automatica dell’assieme.

L’aggiornamento della messa in tavola conseguente alla modifica della specifica di progetto della

pompa ad ingranaggi non ha avuto esiti del tutto soddisfacenti, poiché alcune sezioni non vengono ri-

generate correttamente: il difetto è da imputare al fatto che il sostituire la cassa con sei bulloni con la

cassa con otto bulloni comporta il passaggio di sezioni realizzate con piani concorrenti a sezioni da re-

alizzarsi con un sol piano; la sezione non rigenerata può però essere editata molto velocemente

dall’utente ridefinendone il tipo e il piano di sezione; come già detto, il problema può essere risolto ri-

correndo a Pro/Program, disponibile anche nell’ambiente di messa in tavola.

I CAD nati in ambiente Windows si distinguono anche nella messa in tavola per l’immediatezza

dell’interfaccia utente: in SolidWorks è sufficiente un drag and drop dalla finestra del modello a quel-

la della tavola per realizzare le tre viste principali. Inoltre, è possibile importare sulle tavole in maniera

efficiente tutti i parametri dimensionali che sono stati usati nella modellazione 3D. Essendo le viste

associative con il modello da cui sono state generate, è possibile modificare il modello stesso diretta-

mente dalla tavola (bidirezionalità modello-tavola). Analogamente possono essere importate altre in-

formazioni quali rugosità, simboli di saldatura, tolleranze geometriche, filettature cosmetiche, eccete-

ra. Sulla tavola, infine, si possono inserire altre viste del modello (ad esempio una vista isometrica,

oppure viste in esploso per schemi di montaggio). La compilazione dei cartigli può avvenire in auto-

matico, sfruttando le proprietà di personalizzazione dei template (schemi di cartiglio): si possono inse-

rire quindi dati relativi al progettista, ai materiali, a revisione, eccetera, qualora siano stati inseriti tra le

proprietà del modello 3D.

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Fig. 4.7 - La tavola della boccola è stata realizzata con una sola semisezione (sinistra, in alto); la tavola del

corpo superiore è stata realizzata con tre sole viste grazie alla possibilità di generare la sez. I-I (evidenziata)

dalla sez. H-H (destra, in alto); sezione parziale sulla vista principale del corpo superiore (sinistra, in basso);

tavola d’assieme della pompa ad ingranaggi (destra, in basso).

La pallinatura degli assiemi è di tipo semiautomatico, nel senso che bisogna cliccare su di un

componente perché appaia il corrispondente numero di posizione. Questo può comportare il rischio di

tralasciare qualche particolare in assiemi di grandi dimensioni (nella pallinatura, ma non nella distin-

ta). La numerazione per default corrisponde all’ordine con cui sono stati inseriti i particolari

nell’assieme (e quindi non avviene né in ordine progressivo, né secondo l’ordine di montaggio), ma è

tuttavia possibile sostituire ai numeri assegnati di default altri stabiliti dall’utente. Nella release 99 è

stata aggiunta la possibilità di ristrutturare l'ordine dei componenti dell'assieme e nella distinta si può

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richiedere un riordino automatico su ciascuna colonna (cioè anche secondo il nome delle parti, la nu-

merosità ecc.)

Per quanto riguarda la distinta dei materiali (BOM, Bill of Material), è necessaria la presenza di

Excel 97 per la generazione. Tale distinta è personalizzabile è può contenere informazioni relative a

tutte le proprietà assegnate al file; essa viene aggiornata ad ogni rigenerazione del disegno.

Se nominalmente le funzionalità offerte sono soddisfacenti (manca tuttavia la possibilità di ese-

guire sezioni di sezioni e sezioni parziali in loco o ribaltate in loco), nella pratica si riscontrano difetti

non da poco. Il limite più evidente si è riscontrato nell’esecuzione della sezione di un assieme secondo

due o più piani consecutivi (quindi con parti della sezione ribaltate): dovendo escludere un componen-

te dalla sezione (un albero, o un perno, come da normativa), si è verificato che il componente non se-

zionato non viene neanche ribaltato (Fig. 4.8). In seguito a segnalazione di questo difetto da parte di

uno degli autori, è stata apportata una correzione già presente nella release '99.

Fig. 4.8 - Nel realizzare la sezione evidenziata nell’immagine in alto, i perno inizialmente è ribaltato

correttamente e sezionato (sinistra); quando, secondo le norme del disegno meccanico, si dichiara di non voler

sezionare tale elemento, il perno non viene neanche ribaltato (destra).

Anche nella rappresentazione di accoppiamenti filettati vi sono dei problemi: le filettature cosme-

tiche risultano sempre in vista, anche nei tratti in cui sono nascoste da altri componenti; gli accoppia-

menti filettati non sono contemplati, per cui si assiste a intersezioni di solidi con relativi tratteggi, co-

me mostrato in Fig. 4.9 (lo stesso problema è stato riscontrato anche in SolidEdge e Pro/E).

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La rigenerazione automatica delle messe in tavola al variare della specifica di progetto ha fornito

risultati analoghi a Pro/E, con i medesimi errori nella modifica del numero di bulloni della cassa.

Anche in Solid Edge le funzioni per la messa in tavola sono limitate rispetto a Pro/Engineer: in

particolare, non sono realizzabili viste interrotte, sezioni parziali in loco (“rotture”), sezioni ribaltate in

luogo e sezioni da sezioni. Dato che la prima vista posta nella messa in tavola deve essere non

sezionata, congiuntamente all’impossibilità di eseguire rotture e sezioni di viste sezionate, si genera un

numero di viste e sezioni decisamente superiore al necessario.

Le quote (comprensive di eventuali tolleranze dimensionali) utilizzate nella realizzazione del mo-

dello possono essere importate nella messa in tavola su viste parallele ai piani di sketch in cui sono

state definite; tali quote non sono però quote guida: la messa in tavola di SolidEdge è infatti solo mo-

nodirezionale (dal modello verso la tavola). Ovviamente nella messa in tavola si possono aggiungere

quote, tolleranze geometriche e di posizione, simboli di rugosità e saldatura, annotazioni.

Fig. 4.9 - Le filettature cosmetiche sono sempre in vista e con linee errate (sinistra); gli accop-

piamenti filettati non sono realizzati correttamente (destra).

Fig. 4.10 - Parti sezionate adiacenti ma con stesso stile di campitura (sinistra); rappresentazione

simbolica delle ruote dentate non corretta, con denti che si presentano campiti; si notino, inoltre,

le linee di sezione senza estremità marcate (destra).

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Nella messa in tavola di assiemi, se da una parte si apprezza la facoltà di decidere quali parti se-

zionare, non sezionare o nascondere, da un’altra si lamenta l’impossibiltà di assegnare stili di tratteg-

gio diversi alle diverse parti di una medesima sezione (Fig. 4.10, sinistra). Le linee di sezione non

hanno le estremità con tratto grosso secondo quanto prescritto dalle norme UNI-ISO. Non è possibile

eliminare manualmente porzioni di tratteggio, anche esplodendo la vista; pertanto la rappresentazione

simbolica delle ruote dentate risulta non corretta, con denti campiti, al contrario di quanto prescritto

dalle norme UNI-ISO (Fig. 4.10, destra).

La distinta base può essere generata automaticamente, con uno stile del tutto personalizzabile;

come nel caso dei report generati nell’ambiente di assemblaggio, le informazioni contenute nelle celle

della BOM (Bill of Material) provengono dalle proprietà dei file costituenti l’assieme. Contemporane-

amente alla generazione della distinta del complessivo è possibile eseguire la pallinatura automatica

dell’assieme; è interessante notare che i ballon generati automaticamente sono modificabili e il cam-

biamento del numero d’ordine si riflette nella distinta di assieme che viene aggiornata e riordinata.

SolidEdge ha presentato poi un noiosissimo problema nel trascinamento delle viste e delle sezio-

ni: talvolta infatti le quote di riferimento, le tolleranze geometriche, i simboli di rugosità e saldatura,

le annotazioni, gli assi e le linee di riferimento aggiunte dall’utente non seguono lo spostamento della

vista o della sezione, obbligando alla cancellazione di tali elementi non più associati, di fatto, alla vista

o alla sezione d’origine.

L’aggiornamento della messa in tavola conseguente alla modifica della specifica di progetto della

pompa ad ingranaggi ha avuto esito negativo, con il fallimento di buona parte delle sezioni (Fig. 4.11);

oltre alle difficoltà riscontrate anche in Pro/E per il passaggio da sezioni realizzate con piani concor-

renti a sezioni da realizzare con un sol piano, in funzione del numero di bulloni della cassa, si sono

talvolta manifestati anche nella rigenerazione delle tavole i già esposti problemi di dissociazione tra

viste e sezioni e relative quote, simboli, annotazioni poste dall’utente.

Fig. 4.11 - Messa in tavola del corpo inferiore (sinistra); alcuni errori rilevati in seguito alla

rigenerazione dopo la modifica della specifica di progetto (destra).

Analoghi limiti nella messa in tavola si sono riscontrati con ThinkDesign: il problema maggiore

si è verificato nella realizzazione della sezione del collo del corpo superiore: alla richiesta di generare

tale sezione il programma si blocca ed esce. Il problema deriva dal voler sezionare una vista già sezio-

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nata. Si può generare la sezione a partire da una vista non sezionata creata ad hoc e poi cancellata per

evitare di appesantire la messa in tavola con viste inutili, ma in tal modo questa parte della tavola

risulta scollegata dal modello e quindi non associativa. Lo stesso tipo di problema si verifica anche per

altre sezioni. Un’altra grossa limitazione proviene dall’ambiente di PDM: nella realizzazione del carti-

glio e delle bollature i sottoassiemi sono considerati come un unico elemento, come evidenziato in Fig.

4.12.

Fig. 4.12 - ThinkDesign: la tavola del corpo superiore (sinistra) e del complessivo di montaggio (destra).

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IL BENCHMARK TERGICRISTALLO

IntroduzioneL'impiego di sistemi CAD di fascia media come strumenti di prototipazione virtuale è stato verificato con il benchmark tergicristallo, realizzando un gruppo composto da motoriduttore, quadrilatero di a-

zionamento, braccio portaspazzola e spazzola. Allo stesso tempo si sono messe alla prova le capacità di modellazione ed assemblaggio di un assieme meccanico moderatamente complesso.

Simulando un iter completo di sviluppo elettronico del prodotto, la progettazione ha seguito i se-

guenti passi:1. realizzazione dei gruppi motoriduttore, quadrilatero di azionamento, braccio portaspazzola, spaz-zola, sia per quanto riguarda i modelli costruttivi, sia per quelli necessari nelle fasi di analisi, tooling e

manufacturing;2. studio di un modello e realizzazione di un’analisi cinetodinamica approfondita per mezzo disimulatori multi-body, con schematizzazione del contatto spazzola-parabrezza come vincolomonolatero con attrito (cinetico e di primo distacco), i cui risultati potessero essere utilizzati come

condizioni al contorno per la verifica strutturale delle parti costituenti il gruppo tergicristallo;3. verifica strutturale di alcuni componenti ed ottimizzazione del progetto con utilizzo di software FEM;

4. studio dei vari processi produttivi: stampaggio a iniezione, pressofusione, piegatura delle lamiere ed ottimizzazione del progetto;5. definizione di una famiglia di tergicristalli utilizzabili per automobili diverse realizzando più

configurazioni per spazzola, braccio portaspazzola e quadrilatero di azionamento.

Fig. 5.1 - Il tergicristallo (modelli generati con Pro/E e SolidWorks)

Un prototipo virtuale di un sistema meccanico è un modello numerico non ambiguo e sufficien-temente dettagliato da contenere tutte le informazioni geometriche, fisiche e tecnologiche necessarie

alle applicazioni software (simulatori cinematici, CAE, CAM, ecc.) utilizzate nelle varie fasi diprogettazione e di sviluppo del prodotto. Indipendentemente dal numero e dalla delocalizzazione deimembri dell’ufficio tecnico o dei partecipanti al team di sviluppo, il ricorso allo sviluppo elettronico

del prodotto e ai prototipi virtuali pone delle problematiche di base che riguardano anche le piccole e medie imprese.

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Innanzi tutto, per motivi legati in maniera non esclusiva ai costi in termini di modellazione, calco-lo e occupazione di memoria, si pone il problema dell'unicità del modello numerico che costituisce ilprototipo virtuale: tutte le applicazioni devono accedere ad un unico database globale e non vi debbo-

no essere, per quanto possibile, duplici definizioni di dati.In secondo luogo occorre realizzare una corretta ed efficiente gestione del flusso di informazioni

tra il prototipo virtuale ed i vari software utilizzati nello sviluppo elettronico del prodotto: infatti, seb-

bene il database debba essere unico, le varie applicazioni non necessariamente devono utilizzare ilmodello numerico completo ed avere accesso a tutte le informazioni geometriche, fisiche e tecnologi-che contenute nel prototipo virtuale. Ad esempio, le informazioni geometriche di dettaglio comesmussi, raccordi, ecc. o le informazioni tecnologiche (tolleranze geometriche e dimensionali, rugosità

ecc.) sono spesso superflue in analisi cinetodinamiche, ma fondamentali quando si utilizza un CAM; c’è dunque la necessità di gestire, ed è di fondamentale importanza per l’efficienza del sistema,l’estrazione dei modelli “parziali” necessari alle varie analisi a partire dal modello “completo”, indi-

pendentemente dal fatto che ciò avvenga tramite un’applicazione specifica o mediante un’opportuna strategia di gestione del modello CAD da parte dell’utilizzatore (ad esempio mediante opportune con-figurazioni di parti o assiemi).

La natura iterativa di un processo quale la progettazione o lo sviluppo di un prodotto, pone inoltre il problema dell’associatività, preferibilmente bidirezionale, tra il modello numerico completo e i varimodelli parziali: ogni modifica introdotta sul prototipo virtuale si deve ripercuotere su tutti i modelliutilizzati e, possibilmente, viceversa.

Inoltre, per l’utilizzo di più applicazioni software, nasce l’esigenza di garantire la congruenza tra i modelli utilizzati nelle varie applicazioni: tutti i membri del team di sviluppo devono poter accedere contemporaneamente al medesimo prototipo virtuale, senza per questo creare conflittualità di compe-

tenza e problemi di versione.A queste problematiche di base se ne aggiungono altre al crescere del numero delle persone coin-

volte nello sviluppo del prodotto e all’aumentare della loro delocalizzazione, che rende impossibile icontatti diretti: in tale caso, non solo crescono i problemi di coerenza dei modelli utilizzati, ma anche i

problemi di gestione (accesso, classificazione, revisione, ecc.) di tutti i documenti (archivi, file, report) legati al prodotto.

Un vincolo ulteriore lo hanno poi le piccole e medie imprese che operano come committenti non

abbastanza forti da imporre all’indotto il proprio sistema software o come terziste di più committenti, Si deve notare come lo sviluppo elettronico del prodotto non possa prescindere, allo stato attuale, dall’interoperabilità attraverso file in formato neutrale (iges, step, vda, sat, dxf, ecc.) o, addirittura, ta-

vole cartacee.Nell'ottica di garantire unicità, associatività e congruenza tra i diversi modelli impiegati nello svi-

luppo di un prodotto mediate strumenti di prototipazione virtuale, i CAD meccanici di fascia media offrono la possibilità di realizzare configurazioni di parti e assemblaggi. Le configurazioni consentono

di rappresentare (nello stesso file e dunque garantendo unicità, associatività e coerenza) parti e assiemi che si differenziano per la soppressione rispettivamente di feature e parti ed eventualmente per il valo-re numerico dei parametri del modello. Le applicazioni integrate operano sul modello geometrico rap-

presentato dalla configurazione corrente; pertanto tali funzioni possono essere sfruttate dall’utente non solo per realizzare librerie o famiglie parametriche di parti e assiemi, ma anche per generare i vari mo-delli necessari alle diverse applicazioni. Ad esempio, per ogni componente di un sistema meccanico si

può definire una configurazione completa da impiegare per la messa in tavola o per le successive fasi

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di tooling e manufacturing, ed una configurazione semplificata (priva di smussi, raccordi, fori e angoli di spoglia) da impiegare in analisi FEM. Analogamente, per ogni assieme costituente il sistema, larappresentazione completa (con viti, bulloni, rondelle, spine, molle ecc.) può essere utilizzata per la

messa in tavola, la verifica delle interferenze tra parti statiche, la generazione di distinte di montaggio, esplosi, manualistica ecc.; una configurazione semplificata, ottenuta mediante soppressione delle partistatiche e della bulloneria e in cui le parti compaiono a loro volta in configurazione semplificata, può

costituire il modello da impiegare nelle analisi cinetodinamiche. Allo stesso modo, l’uso delle configurazioni può risultare utile anche nelle fasi di tooling e manu-

facturing: si consideri, ad esempio, una parte ottenuta per fusione; è possibile disporre in un unico file di una rappresentazione del pezzo finito e del grezzo smaterozzato, mediante soppressione delle featu-

re di lavorazioni meccaniche e incremento delle quote delle superfici lavorate di una quantità pari alsovrametallo. Tale modello non solo potrà essere utilizzato come feature base di una parte derivata per ottenere il modello da fonderia, ma è anche richiesto dalle applicazioni CAM per la realizzazione del

cosiddetto “grezzo dinamico”, che consente di visualizzare gli effetti delle lavorazioni sul modello,aiutando nella scelta delle strategie di taglio più indicate.

Struttura del benchmark - Specifiche tecnicheLa modellazione e l’analisi del gruppo tergicristallo è stata effettuata sulla base delle seguenti specifi-che tecniche:

! Dimensioni del parabrezza, a semplice curvatura, per autovettura di classe utilitaria (es. Auto-

bianchi Y10, Fiat Punto, ecc.)

! Tipo di tergicristallo (monospazzola)

! Posizione di massima, riferita rispetto al parabrezza, del gruppo tergicristallo all’interno dellascocca dell’autoveicolo

! Frequenza di battuta della spazzola in condizioni di funzionamento non intermittente (max.

70 battute/minuto)Sulla base di costruzioni simili sono stati scelti i materiali, le tecnologie costruttive ed il layout

dell’assieme. Per la modellazione del motoriduttore si è proceduto al rilievo delle misure su un moto-

riduttore per tergicristalli di vettura utilitaria.In dettaglio, il benchmark tergicristallo è stato così definito:

! gruppo tergicristallo da realizzare assemblando bottom-up i quattro sottoassiemi: motoriduttore, quadrilatero di azionamento, braccio portaspazzola, spazzola; per ciascuno di questi sottoassiemi

l’assemblaggio poteva essere realizzato con approccio di tipo misto (top-down e bottom-up);

! il motoriduttore è composto da 37 parti; quelle strettamente elettromeccaniche (avvolgimentodell’indotto, pacco lamellare e collettore) sono state rappresentate in maniera semplificata, inte-ressando i soli ingombri esterni; per lo stesso motivo sono state omesse la dentatura della coppia

vite senza fine-ruota elicoidale e la rullatura dei millerighe conici;

! la campana costituente l’alloggiamento della ruota elicoidale, della vite senza fine e del cuscinetto lato collettore del rotore, realizzata con una pressofusione in zama, doveva essere completa dismussi, raccordi, nervature di irrigidimento e angoli di sformo per rendere il pezzo sformabile se-

condo un’assegnata linea di divisione della conchiglia; per tale particolare dovevano essere rea-lizzate, se il sistema CAD in esame lo permetteva, anime, modello da fonderia e conchiglia;

! le parti in lamiera stampata di quadrilatero, braccio portaspazzola e spazzola potevano essere mo-dellate omettendo particolari quali scarichi, impronte di irrigidimento, ecc. limitandosi agli in-

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gombri ed alla forma generale in quanto tali parti e i relativi stampi sono generalmente modellatiricorrendo a moduli specifici;

! le parti in plastica, realizzate mediante stampaggio ad iniezione, dovevano essere complete di rac-

cordi, smussi, nervature di irrigidimento per l’eventuale realizzazione di stampi e analisi di mol-dability.Inoltre, in virtù della parcellizzazione del processo produttivo tipica della piccola e media impre-

sa, per le parti geometricamente più complesse coinvolte nelle fasi di tooling e manufacturing, come

per esempio la campana, si è valutata la possibilità e l’efficienza dell’esportazione della geometria ditali parti verso altri sistemi tramite file in formato neutrale (iges, vda, ecc.). Analogamente, durante lo sviluppo del tergicristallo si sono testate, per l’intero gruppo e per i sottoassiemi quadrilatero, braccio

portaspazzola, spazzola, il passaggio della geometria, delle configurazioni, dei vincoli di assemblag-gio, delle proprietà di massa verso i sistemi software per analisi cinetodinamiche presi in esame (Wor-king Model 4.0 e ProMechanica 20.0). Fra gli obiettivi del benchmark anche la realizzazione diun’analisi cinetodinamica approfondita, con schematizzazione del contatto spazzola-parabrezza come

vincolo monolatero con attrito (cinetico e di primo distacco), i cui risultati potessero essere utilizzaticome condizioni al contorno per la verifica strutturale delle parti costituenti il gruppo tergicristallo.

Con i sistemi CAD messi alla prova si è seguito un ipotetico iter progettuale per lo sviluppo del

gruppo tergicristallo: le verifiche hanno inizio con un'analisi cinematica del meccanismo, rifacendosituttavia ad un modello esistente per i componenti statici. Tutti gli organi in movimento, invece, sono riprogettati in base alle specifiche cinematiche ed alle interferenze. I risultati della simulazione cineto-

dinamica possono essere utilizzati come condizioni al contorno per le verifiche strutturali.Un iter di questo tipo richiede un'integrazione spinta fra CAD e simulatore cinematico, requisito

essenziale che non tutti i sistemi testati hanno soddisfatto. È fondamentale, inoltre, disporre di strumenti per la gestione dell'assieme da parte di un gruppo di

lavoro: lo sviluppo di un prodotto coinvolge, evidentemente, diverse persone.Ad esempio, in SolidEdge a ciascun file si può assegnare un attributo che controlla l’accesso al

documento e ai documenti figli; il documento può essere infatti available (disponibile), in work (cor-

rentemente in lavorazione; tale stato può essere cambiato solo dall’utente che ha posto il documentoin work), in review (il documento è correntemente in revisione), released (il documento è stato appro-vato e consente di accedervi solo come documento di sola lettura) e baselined (indica che il documen-

to è congelato ma non approvato definitivamente; tale stato può essere cambiato solo dall’utente che ha posto il documento baselined). SolidEdge viene inoltre fornito con il Revision Manager: tale appli-cazione consente di rinominare, spostare documenti, trovare i documenti collegati, creare revisioni di parti, aggiornare i numeri di documento e di revisione, sostituire una parte con una revisione in un as-

sieme mantenendo i collegamenti e le relazioni gerarchiche tra i documenti.

Attività di modellazione

L'attività di modellazione non comporta in questo benchmark particolari difficoltà se si individua per ciascun CAD la strategia ottimale. Innanzi tutto occorre scegliere fra un approccio top-down ed uno bottom-up in funzione delle caratteristiche del software impiegato: fra i sistemi qui testati, Soli-

dEdge ed ThinkDesign si sono rivelati più orientati alla modellazione bottom-up (in SolidEdge l'asso-ciatività è limitata al ricorso ai lay-out di assemblaggio, ThinkDesign non consente un approccio top-

down associativo - si veda il benchmark pompa ad ingranaggi), Pro/E è sicuramente più valido per iltop-down che per il bottom-up. Infatti, oltre alla necessità di doversi dotare del modulo Pro/Assembly

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con costi aggiuntivi notevoli, sono da segnalare alcuni limiti importanti: un componente non comple-tamente vincolato non può essere usato come riferimento per il montaggio di altri pezzi; la funzione di mating fra due piani, accoppiata ad una coassialità, comporta l’annullamento di tutti i gradi di libertà

(il componente risulta fully constrained) quando, invece, è ancora possibile definire in qualche modo l’angolo di rotazione intorno all'asse; per questo stesso motivo non è possibile realizzare catene cine-matiche se non ricorrendo alla funzione skeleton, che può rendere il processo di assemblaggio più len-

to rispetto ai CAD più recenti.In generale, il gruppo tergicristallo è stato realizzato assemblando bottom-up i sottoassiemi moto-

riduttore, quadrilatero di azionamento, braccio portaspazzola e spazzola; per la realizzazione di cia-

scuno di questi assiemi è stata utilizzata una procedura di tipo misto, cercando di modellare top-down,possibilmente in maniera associativa, le parti non commerciali, e assemblando bottom-up la bulloneriae le altre parti commerciali.

Fig 2 - Gruppo motoriduttore (SolidEdge, SolidWorks)

Il gruppo motoriduttore è il sottoassieme con il maggior numero di componenti e presenta il com-

ponente più complesso dal punto di vista della modellazione: il carter del motoriduttore. Alcune partidel motore vero e proprio, come l’albero motore, il pacco lamelle, gli avvolgimenti e il collettore sono stati volutamente rappresentati in forma semplificata. Non sono stati rappresentati i cablaggi relativialla parte elettrica.

Nel modellare il carter è necessario porre particolare attenzione ai raccordi ed alla sformabilità del pezzo, una pressofusione in zama in cui sono ricavati gli alloggiamenti per la ruota elicoidale ed ilcuscinetto lato collettore del rotore. Seguendo un iter tradizionale di sviluppo del prodotto, è logico

aspettarsi che l'esperto di produzione intervenga in un secondo momento introducendo gli opportuniangoli di sformo sul modello generato dal progettista. Tutti i CAD dispongono della funzione di draft,tuttavia non tutte le strategie di modellazione risultano compatibili con la successiva applicazione de-

gli angoli di sformo, pertanto è necessario tenere conto delle problematiche relative alla produzione fin dall'inizio della fase di progettazione.

Per altro, l’applicazione di angoli di sformo ha mostrato talvolta i limiti dei CAD testati: ad e-sempio in SolidEdge, fino alla versione 5.0, poteva avvenire soltanto assumendo come curva neutra

delle curve planari composte da catene di spigoli appartenenti alla parte e di fatto il pezzo così model-lato risultava non sformabile. A partire dalla versione 6.0, è possibile dare angoli di sformo rispetto ad una parting line.

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Per realizzare la conchiglia i CAD, che non supportano operazioni booleane, devono disporre diuna funzione per la generazione di cavità; in ogni caso sono necessari strumenti per la maggiorazionedel volume sottratto, in modo tale da tenere conto dei ritiri. Anche in questo SolidEdge si è mostrato

deficitario, pur disponendo della funzione fattore di scala, con parametri indipendenti nelle tre direzio-ni coordinate.

Fig. 5.3 - Impronta e stampi realizzati con SolidWorks: pur essendo dotato della funzione cavità che consente la generazione della conchiglia a differenza di altri sistemi, SolidWorks non mette a disposizione nessuno strumen-to specifico per verificare la sformabilità di un pezzo; si opera quindi analizzando visivamente il pezzo o gli stampi, oppure utilizzando un assieme costituito da pezzo e stampi e studiando la presenza di interferenze durante l’estrazione del pezzo.

Fig. 5.4 - Configurazione del carter da cui sono state ricavate le anime e anime (SolidWorks). Le anime sono realizzate a partire da una configurazione diversa da quella usata per modellare i due semistampi; le impronte per i supporti delle anime sui due semistampi possono ancora essere ricavate in maniera associativa, sebbene l'utilizzo di riferimenti esterni con contesti multipli possa creare problemi di controllo da parte dell'utente.

Le nervature e i raccordi sono gli altri aspetti che complicano la modellazione di questo compo-nente: mentre sulle prime non ci sono stati problemi, sull’addolcimento di alcuni spigoli sia Pro/E, sia SolidEdge hanno fallito anche dove altri sistemi hanno avuto successo. In particolare in Pro/E non è

stato possibile effettuare i raccordi sulle formelle con i fori filettati per l’ancoraggio del cofano: si è rilevato che il motore geometrico di Pro/E tenta sempre di propagare il raccordo oltre le facce interes-sate dallo spigolo.

Altro tipo di problematiche si riscontrano nel modellare le parti in lamiera presenti nei vari sotto-assiemi. L'argomento richiederebbe un benchmark appositamente dedicato, ma si possono comunque

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trarre informazioni interessanti. È innanzi tutto necessario operare una distinzione fra lamiere piegate e lamiere stampate: non sempre i moduli Sheet-Metal dispongono di funzioni per la modellazione diqueste ultime. In mancanza di funzioni orientate, le lamiere stampate possono essere realizzate diret-

tamente come estrusioni sottili (spessoramento di superfici), oppure per svuotamento mediantel’operazione di shelling. Il risultato finale è normalmente corretto, a condizione di posizionare tutti iraccordi costituenti le piegature della lamiera prima dell’operatore di shelling nel Feature Manager.

Fig. 5.5 - Il carter realizzato con SolidEdge, SolidWorks, Pro/E ed ThinkDesign.

In pratica, per la modellazione del quadrilatero composto da staffa, manovella, biella e bilanciere (Fig. 5.6), non si è potuto ricorrere in nessun caso alle funzioni di Sheet Metal. Questo gruppo presen-tava le maggiori problematiche relative agli studi di interferenza, risolti apportando modifiche alle di-

mensioni della staffa e realizzando opportuni intagli. Per ciò che riguarda lo studio cinematico si ri-manda al paragrafo successivo.

La staffa si è rivelata un componente dalla modellazione complessa: in SolidWorks e SolidEdge è

stata realizzata svuotando un volume pieno raccordato in corrispondenza delle piegature, in ThinkDe-sign mediante estrusione generalizzata con superfici esterne Hermitiane (Fig. 5.7). Questo secondo approccio consente una rappresentazione fedele dell'originale: si noti per confronto delle Figg. 5.6 e 5.7, che la modellazione mediante svuotamento non consente di rappresentare l'irrigidimento nella zo-

na centrale della staffa.

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Fig. 5.6 - Quadrilatero: staffa, manovella, biella e bilanciere (SolidEdge).

Fig. 5. 7 - Staffa del quadrilatero articolato (ThinkDesign).

Anche la biella richiede un'analisi adeguata per la scelta della migliore strategia di modellazione, trattandosi di una lamiera stampata con una sezione a C al centro e piatta alle estremità. In ThinkDe-

sign si è utilizzata la stessa tecnica con cui si è modellata la staffa; in SolidWorks e SolidEdge è stato necessario ricorrere ad una procedura di loft per le zone di passaggio tra le zone piatte e con sezione a C, utilizzando le opzioni di tangenza in partenza ed arrivo (Fig. 5.8).

Fig. 5.8 - Biella del quadrilatero articolato (ThinkDesign - sinistra, SolidWorks - destra)

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La modellazione del gruppo spazzola non ha presentato difficoltà di rilievo: tutti i particolari sono stati realizzati mediante shelling di estrusioni lineari o loft. Con SolidEdge le operazioni disvuotamento su estrusioni loft sono fallite, ma è stato comunque possibile ottenere un modello

sufficientemente accurato. In merito alle operazioni di assemblaggio i CAD provati hanno mostrato buone capacità di ese-

guire le operazioni fondamentali di aggiornamento parti modificate, modifica di parti, unload, reload,

aggiunta di componenti, ecc., pur con un numero relativamente alto di particolari. Per impegnare al minimo le risorse hardware, risultano utili le rappresentazioni "leggere" delle

parti disponibili in SolidEdge e SolidWorks: in pratica nell'ambiente di assemblaggio si carica la sola geometria, ma non la storia parametrica delle parti "inattive". Queste sono comunque utilizzabili nelle

verifiche di interferenza e nel calcolo delle proprietà di massa e possono essere attivate o inattivate, singolarmente o per assiemi; il caricamento del gruppo tergicristallo con tutte le parti attivate richiede circa 2.5 volte il tempo necessario nel caso di parti inattive. SolidEdge e SolidWorks si distinguono

per il fatto che solo il primo è in grado di rendere "leggera" una parte di cui è stata caricata anche lastoria parametrica, mentre solo il secondo ha la funzione di soppressione di parti in ambiente di as-semblaggio.

Sostanzialmente equivalenti per i vari CAD gli strumenti per mostrare/nascondere parti e sotto-gruppi e per trovare/selezionare parti dall'albero di montaggio mediante criteri di varia natura. Interes-sante la funzione di report di SolidEdge che genera file di testo contenenti la lista delle parti e dei sot-toassiemi correntemente visualizzati, selezionati o contenuti nell’assemblaggio; i report generati sono

ampiamente personalizzabili: a seconda del tipo di report generato (liste di parti e sottoassiemi, liste esplose di parti e sottoassiemi, liste atomiche di parti, liste degli assiemi in cui le parti e i sottoassiemisono utilizzate); l’accesso al generatore di report è consentito anche senza riaprire l’assemblaggio di

cui si vuole generare la lista di componenti. A SolidEdge va fatto anche un appunto: per ciascuna parte e per ciascun sottoassieme sono state realizzate una configurazione completa ed una semplificata, con feature o parti soppresse, destinate alle analisi cinematiche o strutturali; le configurazioni di parti e di assieme di SolidEdge non soddisfano però del tutto, poiché a livello di parte non è possibile far sì che

le feature aggiunte al modello vengano automaticamente soppresse nelle configurazioni già definite e, a livello di assemblaggio, non è possibile al momento del salvataggio della configurazione specificare quale configurazione di parte dovrà essere utilizzata (viene utilizzata l’ultima configurazione di parte

salvata o richiamata). In alternativa è possibile salvare le configurazioni come parti derivate (in file di-stinti); queste possono essere caricate nell'assieme (eventualmente ricorrendo alla funzione di replace

della parte, senza dover ridefinire i vincoli di mate), ma nel caso di aggiornamento della parte non si

ha alcuna propagazione sull'assemblaggio fino a quando non vengono riaperti i file delle parti derivate.Più efficace la gestione delle configurazioni di SolidWorks: oltre che manualmente possono esse-

re definite mediante tabelle di dati opportunamente formattate, create con Excel. Le differenze princi-pali tra l’uso di una tabella dati e la creazione manuale di configurazioni stanno nella maggiore siste-

maticità e velocità di preparazione propria di una tabella, specialmente quando il numero di configura-zioni o di modifiche tra una configurazione ed un’altra è molto elevato. Nel caso di assemblaggi, le configurazioni create con tabelle dati permettono anche di scegliere quale configurazione di un com-

ponente deve essere caricata in una determinata configurazione dell’assieme.Le principali limitazioni evidenziate dal benchmark tergicristallo relativamente agli assemblaggi

sono le seguenti:

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! ThinkDesign non ammette, in fase di assemblaggio, la definizione di catene chiuse come un qua-drilatero articolato; è necessario impiegare un apposito comando, ma la definizione è un po' labo-riosa.

! In SolidEdge, nell’assemblare i componenti della spazzola non è stato possibile posizionare cor-rettamente il tergente sui relativi archetti: l’applicazione dei vincoli di mate (o di connect) tra le superfici (o le coppie superfici/punti) di contatto tra tergente e archetti ha infatti sistematicamente portato a messaggi di incogruenza tra vincoli, benchè gli archetti fossero vincolati in modo da

ruotare attorno ai propri fulcri e dunque soddisfare i vincoli richiesti.

! Sempre in SolidEdge, nell’assemblaggio dei quattro sottoassiemi non è stato possibile realizzare gli accoppiamenti tra superfici coniche ruota elicoidale/manovella e bilanciere/braccio portaspaz-zola con un vincolo di mate (coincidenza tra superfici); tale tipo di accoppiamento forzato è stato

pertanto realizzato approssimativamente mediante vincoli di aligned tra gli assi delle superficiconiche di accoppiamento e di mate tra due superfici piane normali a tali assi.

Fig. 5.9 -Gruppo spazzola (SolidWorks, sinistra) e spazzola (ThinkDesign, destra)

Strumenti di prototipazione virtuale

Una delle principali caratteristiche dei moderni sistemi M-CAD di modellazione solida, parametrico-variazionali è quella di essere applicazioni orientate agli oggetti (object oriented); tale architetturaconsente la realizzazione di sistemi “aperti”, ovverosia di applicazioni capaci di permettere ad altre

applicazioni – generalmente sviluppate da terzi e non necessariamente implementate attraversol’utilizzo dello stesso linguaggio – di accedere al proprio database mediante standard industriali (si ve-da, come esempio elementare, l’uso di OLE Automation per la realizzazione del benchmark pompa):ciò consente di realizzare un’interoperabilità tra applicazioni basata non sullo scambio dei dati tramite

file in formato neutrale (iges, step, vda, ecc.), ma sulla condivisione di un unico database. Tali caratte-ristiche permettono, almeno in linea di principio, l’uso del modello CAD come prototipo virtuale per lo sviluppo elettronico del prodotto.

Una azienda che decida di impegnarsi nell’acquisto di un sistema CAD dovrà quindi sceglierlo anche in base alla presenza sul mercato di moduli integrati (scambio diretto e associatività) relativi alcampo di produzione.

Si rimanda a pubblicazioni successive un'analisi dettagliata di questi strumenti software; tuttavia si è cercato di evidenziare le funzionalità da richiedere ad un sistema CAD per consentire studi di que-sto tipo.

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Cinematica e studi di interferenzaNello sviluppo di un prodotto quale il tergicristallo assume un'importanza fondamentale la verifi-

ca dell'assenza di interferenze e possibilmente uno studio cinematico del meccanismo. I risultati del-l'analisi cinematica e dinamica possono essere impiegati come condizioni di carico per le verifichestrutturali.

Una elementare verifica di interferenza può essere effettuata direttamente all'interno del CAD se esso dispone di strumenti adeguati nell'ambiente di assemblaggio. Ad esempio, SolidWorks consente di movimentare le catene cinematiche di un assieme, sfruttando i gradi di libertà lasciati al sistema in esame.

I movimenti avvengono per trascinamento oppure variando il valore di alcuni vincoli (angoli o distanze); pur non trattandosi di una vera e propria simulazione cinematica, è possibile il più delle vol-te realizzare uno studio sufficientemente accurato delle interferenze esistenti nelle varie configurazioni

di posizione assunte dal sistema. La procedura da seguire consiste nel muovere il cinematismo, una volta definiti i vincoli di assemblaggio; si determinano quindi le configurazioni a rischio di interferen-za mediante esame visivo delle posizioni assunte ed in tali posizioni si opera la verifica dell'interferen-

za. Da segnalare che nella versione SW99 è presente anche una funzione di verifica dinamica dell'in-terferenza che tuttavia non è stato possibile testare.

Passando alle analisi cinematiche vere e proprie, è importante sottolineare come il grado di inte-grazione con prodotti esterni quali i simulatori cinematici non dipenda dal sistema CAD in sé, quanto

piuttosto dalla presenza sul mercato di prodotti integrati tramite API o interfaccia diretta. Quando que-sto non avviene è necessario ricorrere a formati neutri di scambio dati. Questa seconda via, però, pre-giudica l'efficace ricorso a strumenti di prototipazione virtuale in fase di progettazione, in quanto le

inevitabili iterazioni del processo risultano notevolmente più complesse e comunque richiedono tempimaggiori. Il ricorso a formati neutrali può eventualmente dare buoni frutti in fase di verifica finale delprogetto.

Infatti, se anche il trasferimento di dati è corretto, cioè tutte le singole parti del cinematismo sono

importate senza errori dal simulatore cinematico, è necessario effettuare l'assemblaggio all’interno diquesto tramite l’imposizione di vincoli cinematici, operazione decisamente più laboriosa rispetto ad un assemblaggio all’interno di un CAD. Inoltre, non viene mantenuto alcun tipo di associatività con il

modello di partenza.Ovviamente questi problemi non si hanno nel caso di sistemi come Pro/E che hanno un modulo

interno per analisi cinematiche e dinamiche (Pro/Mechanica Motion). Nel caso specifico, tuttavia, non

è stato possibile effettuare alcuna simulazione con il gruppo tergicristallo perché con Pro Motion non è possibile gestire collisioni, ma al più problemi statici di contatto herziano fra superfici cilindriche e/o piane. Esiste anche la possibilità di studiare un meccanismo che presenta una camma, ma solo grazie ad una funzione apposita che utilizza regole specifiche per l'analisi e la sintesi di questo cinematismo.

Il software impiegato per questa analisi è Working Model 4.0 di Knowledge Revolution di cui e-siste una versione integrata sia con SolidEdge, sia con SolidWorks. Al contrario, non esistono attual-mente simulatori cinematici di questo tipo per ThinkDesign.

Di fatto Working Model si è rivelato inutilizzabile se accoppiato al CAD di ThinkDesign median-te formato neutro STL (l'unico disponibile). Il traduttore STL del CAD è stato in grado di esportaresolo alcuni fra i componenti più semplici, probabilmente perché il traduttore va in crisi sui file di

grandi dimensioni, indipendentemente dalla complessità topologica. Per altro, in caso di fallimento

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dell'operazione si sono riscontrate non solo cadute del sistema CAD, ma anche ripercussioni sul siste-ma operativo.

Fig. 5.10 - Semplificazione della geometria per lo svolgimento delle analisi cinematiche: biella del quadrilatero di azionamento in configurazione “completa” (a sinistra) e “semplificata” (a destra); le due configurazioni s o-no state realizzate mediante le “Family parts” di SolidEdge e appartengono allo stesso file .prt

Con gli altri due CAD Working Model è stato impiegato sia per rilevare le interferenze tra le parti fisse e mobili del quadrilatero di azionamento del tergicristallo (Fig. 5.11), sia per uno studio cinetodi-namico approfondito del gruppo (Fig. 5.12).

Fig. 5.11 - Modello CAD (sinistra) e modello per analisi cinetodinamica (destra) del quadrilatero di azionamento.

Fig. 5.12 - Modello CAD (sinistra) e modello per analisi cinetodinamica (destra) del gruppo tergicristallo.

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È interessante analizzare il grado di integrazione relativamente al passaggio di geometria, confi-gurazioni, vincoli, proprietà di massa e associatività con il modello CAD originario. Per quanto con-cerne il passaggio dei vincoli, l’Automatic Constraint Mapping generalmente interpreta correttamente

i vincoli posti in ambiente CAD sull’assieme che si sta importando; se l’assieme contiene però dei sot-toassemblaggi, la mappatura automatica dei vincoli su tali gruppi non viene eseguita e le varie particostituenti i sottoassiemi vengono sistematicamente vincolate con dei giunti rigidi la cui locazione non

ha alcun senso fisico (impedendo di fatto una modifica manuale del vincolo). Tale problema può esse-re aggirato importando i sottoassiemi che devono avere parti mobili come file .wm3 e assemblandolipoi in Working Model; con tale procedura si perde però l’associatività diretta modello CAD-modelloWM poiché le modifiche effettuate sui modelli CAD dei sottoassemblaggi si rifletteranno solo sui file

.wm3 dei sottoassiemi ma non sul file .wm3 contenente i sottoassiemi assemblati, che dunque va rias-semblato.

In Working Model (fino alla release 4, oggetto di questa prova) i corpi sono rappresentati con

mesh poligonali, caratteristica questa che può comportare errori non trascurabili nel caso di contatto fra corpi con superfici non piane (è il caso del contatto spazzola/parabrezza o camma/punteria); per minimizzare questi errori è opportuno impostare una faccettizzazione con risoluzione più fine all'inter-

no del CAD. A partire dalla release 5, la geometria di Working Model è basata su NURBS, pertanto i problemi e gli errori di seguito descritto non dovrebbero sussistere.

L'acquisizione del modello geometrico viene effettuata da Working Model importando tutte leparti definite nel file di assemblaggio, ciascuna nell’ultima configurazione salvata e non sulla base di

eventuali configurazioni di assieme (opportunamente semplificate) realizzate in ambiente CAD; lacancellazione di una parte all’interno di Working Model viene interpretata come soppressione della parte dal modello di analisi e dunque, come tale, ignorata nelle importazioni successive. Queste carat-

teristiche consentono sì di alleggerire il modello utilizzato nella simulazione cinetodinamica manta-nendone l’associatività con il modello CAD di origine, ma tali operazioni di semplificazione del mo-dello avvengono a valle dell’importazione dell’assieme (con tanto di importazione di eventuali partistatiche e bulloneria) e consentono soltanto la soppressione di parti, ma non di feature.

Il passaggio del modello non riguarda infine le proprietà di massa o la densità; questo è decisa-mente sorprendente dato che tra le proprietà delle parti che vengono mantenute nel passaggio vi è, in-vece, il colore!

Nel corso del benchmarking si sono utilizzati due modelli di analisi cinetodinamica; uno per la verifica di eventuali interferenze tra le parti mobili e le parti statiche del cinematismo di azionamento del tergicristallo, l’altro per uno studio cinematico approfondito dell’intero gruppo.

Il primo modello è stato ottenuto importando in Working Model l’assemblaggio CAD delcinematismo (Fig. 5.11, sinistra) in cui erano state preventivamente caricate, una per una, le partisemplificate; all’interno del simulatore è stata poi soppressa la bulloneria; ne è risultato un modello, associativo con il modello CAD, composto da 8 parti (Fig.11, destra), in cui per quattro di esse (biella,

manovella, bilanciere e staffa) era settata la proprietà collide. Applicando alla manovella una velocità angolare di 1 giro/s ed utilizzando un passo di integrazione di 0.005 s il tempo necessario al completa-mento dell’analisi (costituito da un giro della manovella) è risultato di 30 s.

Il secondo modello, utilizzato per l’analisi cinetodinamica dell’intero gruppo tergicristallo (Fig.5.12, sinistra), è stato realizzato importando e assemblando in Working Model, per i problemi sopra esposti riguardanti la mappatura dei vincoli nei sottoassiemi, i file cinematismo.wm3, braccio porta-

spazzola.wm3, spazzola.wm3 e parabrezza.wm3; a tali assiemi è stato poi aggiunto il parabrezza, mo-

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dellato a parte e importato come file SAT; ne è risultato un modello, non direttamente associativo con l’assemblaggio CAD, composto da 18 parti.

Il contatto parabrezza-spazzola è stato simulato eliminando il tergente in gomma della spazzola e

vincolando, con dei giunti rigidi, sei sfere alle estremità degli archetti che fisicamente vincolano il ter-gente; il vincolo parabrezza/spazzola è stato poi schematizzato come monolatero impostando la pro-prietà collide di parabrezza e sfere; la simulazione è stata eseguita considerando l’attrito gomma/vetro

(il coefficiente di attrito tra superfici asciutte è stato stimato in 0.6): la possibilità di fornire il coeffi-ciente di attrito mediante una formula ha consentito di considerare sia l’attrito cinetico, sia l’attrito diprimo distacco. La faccettizzazione del parabrezza ha però generato delle discontinuità nella curvatura del cristallo che, introducendo urti e forze impulsive non presenti nella realtà fisica, può falsare o addi-

rittura impedire l’esecuzione dell’analisi. Il problema può essere limitato, ottenendo così risultati sod-disfacenti, intervenendo in tre direzioni:

! impostando a zero il coefficiente di restituzione dei corpi che collidono; in questo modo, impe-dendo eventuali rimbalzi della spazzola sulla superficie del parabrezza, si limita localmente

l’effetto degli urti sulla soluzione;

! settando in maniera appropriata il tipo di solutore ed il passo di integrazione;

! controllando la risoluzione della meshatura del parabrezza; per controllare la mesh del cristallo, tale parte è stata modellata in un CAD con uscita .sat, e poi convertito in file .wm3 mediante

l’Acis Converter fornito con Working Model che consente di controllare la densità globale della mesh settando i parametri di deviazione dalla superficie e di deviazione normale.

Fig. 5.13 - Forze di reazione sulla cerniera di collegamento spazzola/braccio; in rosso la componente assiale, in verde la componente normale al vetro (sinistra). Area del parabrezza detersa dalla spazzola (destra).

Il modello è stato poi validato applicando un motore di rivoluzione alla manovella del quadrilate-

ro (velocità angolare di 60 giri/min) e andando a misurare le reazioni sulla cerniera di collegamento tra spazzola e braccio. Il tempo necessario ad ottenere la soluzione per 360° di rotazione della manovella è risultato di circa 40 minuti; ulteriori riduzioni dell’ampiezza del passo di integrazione non hanno

portato ad un aumento significativo della continuità e della precisione delle stime a fronte diun’aumento dei tempi necessari all’ottenimento della soluzione; un’aumento della densità della poli-gonazione della superficie del parabrezza (ad esempio ricorrendo all’importazione del vetro come file

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.stl con diverse centinaia di facce) ha portato, invece, ad un aumento degli urti e dunque ad una mag-giore discontinuità e illeggibilità dei risultati.

Come si può vedere dal diagramma di Fig. 5.13 (sinistra), l’effetto di una discretizzazione così

grossolana del parabrezza fa sentire i suoi effetti solo nella parte centrale del cristallo, dove i sei punti di contatto vengono a trovarsi contemporaneamente su un’unica superficie piana; qualitativamente e-satto comunque l’effetto delle forze di attrito sulla reazione assiale della cerniera. Il simulatore cine-

matico è stato poi utile anche per verificare l’area del parabrezza detersa dalla spazzola (Fig. 5.13, de-stra).

Studio FEM della biella del Cinematismo

In fase di progetto la scelta della soluzione ottimale fra più alternative possibili dipende spesso da re-quisiti di resistenza/rigidezza; il progettista può in questo caso fare ricorso a software per analisi FEM. Come nel caso dei simulatori cinematici, piuttosto che la precisione dei risultati interessa, in un primo

momento, soprattutto la velocità di analisi e l'integrazione con il CAD tale da rendere possibili e con-venienti eventuali iterazioni del processo. A titolo di esempio si è realizzata una analisi FEM dellabiella del cinematismo per confrontare una biella in lamiera piegata con una biella più rigida di lamie-

ra stampata (Fig. 5.14). I software impiegati sono Cosmos e DesignWorks , che esistono nelle versioni integrate con SolidEdge e SolidWorks, ma non per ThinkDesign; anche in questo caso per Pro/E si è fatto ricorso al modulo interno per analisi FEM (Pro/Mechanica Structure/Thermal).

In merito alle differenze fra il ricorso a file in formato neutrale per lo scambio dati e l'interazione

diretta fra i software valgono le stesse considerazioni fatte nel paragrafo precedente.Non è questa la sede per una analisi dettagliata dei risultati ottenuti con i diversi software per ana-

lisi FEM; per il caso specifico qui descritto non si sono riscontrate differenze di rilevo, ma il confronto

richiederebbe un'indagine più approfondita.Il carico massimo di trazione agente sulla biella è stato stimato con Working Model e quantificato

in 167N. Per la biella di lamiera stampata, dello spessore di 2 mm e del peso di 42.7 g, è stato adottato un modello a piastre meshato con 1924 elementi triangolari del secondo ordine; per la biella di lamiera

stampata, sempre di 2 mm di spessore e del peso di 44.2 g, è stato invece adottato un modello solido da 6555 elementi piramidali del secondo ordine. I tempi di soluzione sono stati estremamente ridotti, pochi secondi per il primo, due minuti per il secondo. Come prevedibile la biella di lamiera stampata

presenta una rigidezza maggiore di un ordine di grandezza rispetto a quella di lamiera piegata.

Fig. 5 .14 - Spostamento risultante della biella di lamiera piegata (sinistra) e della biella di lamiera stampata (destra).

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A puro livello indicativo si riportano i risultati in termini di spostamenti massimi e l’andamento della risultante degli spostamenti:

Ux-max (m) Uy-max (m) Uz-max (m)

Biella lam. piegata 73.964e-06 330.00e-06 0.3320e-006

Biella lam. stampata 18.829e-06 35.196e-06 1.3626e-006

Studio di moldability con C-Mold 3D QuickFill

L'individuazione della migliore soluzione progettuale deve tenere conto della fabbricabilità del pezzo meccanico: accanto ai già parzialmente diffusi CAM, si stanno diffondendo strumenti software per ve-rificare quanto una forma favorisca o meno il riempimento di uno stampo e la pressione di iniezione

richiesta, per simulare lo scambio termico e prevedere l'insorgere di ritiri indesiderati durante il raf-freddamento, ecc. Ancora una volta sono da privilegiare la rapidità e la semplicità d'uso piuttosto che la precisione dei risultati, trattandosi di strumenti dedicati al progettista piuttosto che al resposabile di

produzione.Come esempio di questa categoria di prodotti è stato testato C-Mold 3D QuickFill per analizzare

il coperchietto della spazzola. In effetti l'uso è agevole anche per utenti non esperti; le impostazioni di default relative ai principali materiali consentono agevoli simulazioni di processo, per cui le uniche

"difficoltà" riguardano il posizionamento di uno o più gate. In questo caso, date le dimensioni del pez-zo, è stato posto un unico gate sulla superficie superiore del coperchio.

In merito al posizionamento bisogna lamentare il mancato riconoscimento dei punti notevoli del

modello CAD, per cui, se non si ritiene soddisfacente un puntamento qualitativo con un "clic" di mou-se, è necessario calcolare e specificare la posizione in termini di coordinate assolute.

Al contrario, i report di risultati sono molto completi: nel case study affrontato si è verificata la

fattibilità del processo, senza degradazione della resina e con una ragionevole pressione di iniezione, pur con alcuni problemi legati alla non uniformità degli spessori del pezzo in esame. Sarebbero neces-sarie alcune modifiche per uniformare gli spessori e quindi il tempo di raffreddamento. In sede distampaggio sarebbero necessari alcuni punti di sfogo per l’aria. L’unico punto di iniezione evita il

formarsi di linee di saldatura.

Fig. 5.15 - Avanzamento del fronte (sinistra) e tempo di raffreddamento (destra).

51

Fig. 5.16 - Distribuzione di pressione (sinistra) e zone a rischio di formazione di sacche d’aria (destra).

52

IL BENCHMARK RUBINETTO

Introduzione

Il benchmark rubinetto è stato scelto come rappresentativo degli oggetti di forma libera. Oggetti di

questo tipo sono normalmente modellati per mezzo di CAD specializzati nella gestione di superfici

(modellatori di superfici), con tecniche diverse da quelle impiegate nella modellazione solida.

L’obiettivo di questo benchmark è quello di impiegare modellatori solidi nella definizione di forme e

geometrie complesse. In particolare gli aspetti che si intende mettere alla prova sono le caratteristiche

dei CAD meccanici di fascia media in termini di modellazione avanzata, assemblaggio, progettazione

integrata di oggetti di fusione partendo dal disegno costruttivo.

All’atto pratico l’obiettivo è risultato troppo ambizioso: con l’uso della sola modellazione solida

parametrica non è ancora possibile raggiungere risultati soddisfacenti nella generazione di forme libere

complesse con nessuno dei sistemi CAD messi alla prova. Non essendo stato raggiunto il livello este-

tico richiesto, e trovandosi talvolta con modelli di oggetti di fatto non realizzabili, le fasi successive

alla modellazione non sono state affrontate. In definitiva questo lavoro è servito a collaudare tutte le

funzionalità normalmente più critiche per un modellatore solido e per il proprio motore geometrico:

l’estrusione generalizzata (sweep/loft), la generazione di raccordi (filleting), la creazione di gusci a

partire da solidi pieni (shelling). In questa ottica si è curata con la massima attenzione la realizzazione

delle superfici esterne dei pezzi, trascurando in parte il dettaglio dell’interno dei vari modelli.

Tre sono le parti su cui si è concentrata l’attività di modellazione: la vela (Figg. 6.1-6.8), il corpo

(Figg. 6.9-6.13) e la maniglia (Figg. 6.17) del rubinetto. Di seguito verranno descritte separatamente le

strategie impiegate nella modellazione di ciascuno di questi particolari, sottolineando le differenze di

approccio fra i software provati. Al riguardo è importante sottolineare che il tempo dedicato alla ricer-

ca della strategia ottimale per ciascun particolare, su ciascun software, è stato di gran lunga superiore a

quanto potrebbe essere ammesso in ambito industriale

La vela

La forma della vela, apparentemente la più semplice del gruppo vasca da modellare, suggerisce

l’impiego di una protrusione di loft con linee guida; il numero di sezioni e linee guida ottimale dipen-

de dal CAD impiegato. Per la definizione di sezioni e linee guida si è fatto riferimento alle tavole 2D

fornite da una rubinetteria.

In SolidEdge i risultati migliori sono stati ottenuti con tre sezioni e due linee guida (Fig. 6.1);

permane un indesiderato spanciamento della superficie fra la prima e la seconda sezione. L’incremento

del numero di sezioni utilizzato dal loft porta, in generale, a risultati peggiori, con la presenza di punti

angolosi sulla superficie della vela (Fig. 6.2)

Seguendo lo stesso approccio in SolidWorks si hanno risultati negativi anche impiegando tre sole

sezioni per la definizione del loft: la superficie superiore è estremamente antiestetica e quella inferiore

assolutamente non conforme all’originale (Fig. 6.3).

53

Paradossalmente si ottiene un risultato esteticamente accettabile, sia pure non rispondente alle

specifiche per quanto riguarda la vista dall’alto, definendo il loft unicamente mediante le superfici di

partenza e di arrivo e le due linee guida (Fig. 6.4).

Fig. 6.1 – Vela realizzata in SolidEdge mediante protrusione di loft; si noti l’indesiderato spanciamento fra la

prima e la seconda sezione.

Fig. 6.2 – L’incremento del numero di sezioni con cui viene generata la protrusione di loft ha come conseguenza

la nascita di punti angolosi sulla superficie.

54

Fig. 6.3 – Vela realizzata in SolidWorks mediante loft definito da tre sezioni e due linee guida.

Fig. 6.4 – Vela realizzata in SolidWorks mediante loft definito da tre sezioni e due linee guida.

Seguendo una strada molto laboriosa, che consiste nel realizzare le superfici di loft utilizzando le

due curve prima definite per la guida delle sezioni come profili, e viceversa le tre sezioni come curve

guida, si è raggiunto un risultato molto vicino a quanto richiesto, se non fosse per due fastidiose cuspi-

di sulle superfici superiore e inferiore della vela che possono essere ridotte, ma non eliminate, con de-

gli smussi. Il risultato finale è visibile in Fig. 6.5.

Fig. 6.5 – Vela realizzata in SolidWorks mediante superfici di loft definite da due profili e tre linee guida. Le cu-

spidi possono essere parzialmente ridotte mediante smussi.

55

In ThinkDesign il modello è stato ottenuto tramite uno sweep su cinque profili ed una curva spine

di guida (Fig. 6.6). Si è presentata la necessità di sostituire una sezione con un’ellisse regolare perché

veniva generata una geometria non-manifold che ThinkDesign è in grado di gestire, ma che mal si a-

datta all’integrazione con altri software di prototipazione virtuale.

Fig. 6.6 – Vela realizzata in ThinkDesign mediante sweep: sono visibili i cinque profili e la spine impiegate per

la costruzione.

Le maggiori incongruenze con l’originale si hanno all’attacco della vela, dove le superfici esterne

partono a tangente orizzontale (Fig. 6.7). Questo avviene a causa del fatto che ThinkDesign è in grado

di usare la curva guida centrale solo se questa è perpendicolare al piano di giacitura del profilo.

Fig. 6.7 – Attacco della vela realizzata in ThinkDesign: le superfici partono necessariamente a tangente orizzon-

tale, in modo non conforme all’originale.

La realizzazione delle sezioni e delle linee guida non ha posto problemi in nessuno dei CAD te-

stati; unico appunto da segnalare l’impossibilità in SolidEdge di riordinare sketch e piani con il Featu-

re Pathfinder e di vincolare sezioni e linee guida mediante vincoli di appartenenza posti al di fuori

dell’ambiente di sketcher 2D.

56

Passando alla modellazione dell’interno, la strategia nominalmente più idonea consiste nello

svuotare il solido, mediante le funzionalità di shelling, assegnando uno spessore che in questo caso è

di 3 mm. L’unico CAD che ha raggiunto il risultato secondo questo approccio è SolidWorks (Fig. 6.8,

sinistra). Un’alternativa ragionevole, seppure meno immediata, consiste nel realizzare uno scavo loft

utilizzando sezioni e linee guida realizzate applicando un offset di 3mm agli sketch utilizzati per la re-

alizzazione della protrusione base (Fig. 6.8, destra). ThinkDesign non possiede una funzione di svuo-

tamento potenzialmente analoga a quella di estrusione generalizzata. In pratica l’interno può essere re-

alizzato solo con una cava tubolare di sezione costante.

I dettagli interni rimanenti non presentano difficoltà di rilievo.

Fig. 6.8 – Modellazione dell’interno della vela: in SolidWorks è stato possibile svuotare il solido con

un’operazione di shelling (sinistra); in SolidEdge si è realizzato uno scavo loft mediante sketch definiti con un

offset dei profili definiti per la modellazione della superficie esterna (destra).

Il corpo

Il corpo è la parte più impegnativa del benchmark; per la modellazione della sua parte esterna è utile

scomporlo in elementi da realizzare separatamente. La scomposizione può avvenire con diverse filoso-

fie: un elemento centrale e due bracci, oppure tre elementi (un “corno di bue”, un elemento centrale e

un cono superiore). Per la scelta della strategia ottimale occorre basarsi da una parte sulle funzionalità

di generazione di solidi, dall'altra sulle risorse per la modellazione dei raccordi (filleting).

Fig. 6.9 – Modellazione del corpo del rubinetto in SolidEdge (sinistra) e SolidWorks (destra).

57

Sia in SolidWorks, sia in SolidEdge si è preferito il primo approccio: l’elemento centrale è stato

realizzato, nella parte superiore con una estrusione lineare di una sezione circolare, imponendo un an-

golo di sformo, nella parte inferiore mediante l’utilizzo di una protrusione loft tra tre sezioni con tre

linee guida ricavate dai disegni originali; i bracci sono invece stati realizzati mediante una protrusione

loft (SolidEdge) o come sweep (SolidWorks) tra due sezioni con l’uso di due linee guida (Fig. 6.9).

In ThinkDesign è necessario scomporre il corpo del rubinetto in tre elementi, realizzati come se-

gue, in quanto non sono ammesse curve guida nella definizione di uno sweep:

! "corno di bue": estrusione generalizzata su curva spine in modo da realizzare metà elemento, poi

duplicato con una operazione di mirror;

! elemento centrale: sweep di tre profili su una curva spine;

! corpo superiore: estrusione di una circonferenza con dato angolo di sformo.

In Fig. 6.10 sono riportati i risultati parziali ottenuti con SolidEdge e ThinkDesign.

Fig. 6.10 – Modelli del corpo del rubinetto realizzati in SolidEdge (sinistra) e ThinkDesign (destra) prima della

definizione dei raccordi.

Gli spigoli vivi che si hanno all’intersezione dei solidi che formano il corpo del rubinetto devono

essere eliminati con raccordi che, secondo i disegni originali, dovrebbero essere a raggio variabile. È

proprio il raccordo a raggio variabile di catene chiuse di spigoli a rappresentare l’ostacolo maggiore.

Questa esigenza ha messo in crisi tutti i CAD testati e di fatto nessuno ha raggiunto il risultato voluto:

seppure i modelli generati ricordano la forma generale del rubinetto di riferimento, ne differiscono so-

stanzialmente nelle quote e nella gradevolezza dell’aspetto.

Dato che l’aspetto più interessante di questo banchmark è la modellazione della superficie ester-

na, non si riportano i dettagli relativi alla definizione dell’interno. Secondo i disegni originali si tratta

di un guscio a spessore approssimativamente costante in cui compaiono setti e nervature per

l’alloggiamento e il funzionamento del miscelatore. Ne segue che la soluzione ottimale consiste nel

modellare l’interno mediante un’operazione di shell o, qualora le funzionalità del CAD non lo consen-

tano (come di fatto è avvenuto), mediante uno scavo/sottrazione booleana di un volume generato con

una procedura del tutto analoga all’esterno (Fig. 6.12, sinistra).

58

Fig. 6.11 – Modelli del corpo del rubinetto realizzati in SolidEdge (sinistra) e SolidWorks (destra) si noti la

mancata riuscita dei raccordi.

Fig. 6.12 – Modellazione dell’interno del corpo sel rubinetto. Nonostante si tratti di un guscio di spessore co-

stante, nessuno dei CAD testati ha portato a termine la funzione di shell.

Da sottolineare l’impossibilità di realizzare alcuni setti necessari al funzionamento del miscelato-

re e del deviatore della corrente di acqua verso la doccia: data la complessità del solido, non sempre il

kernel di modellazione trova un volume valido su cui aggiungere le nervature.

Fig. 6.13 – Modellazione dell’interno del corpo sel rubinetto: anche la definizione delle nervature non ha rag-

giunto l’obiettivo prefissato.

59

La maniglia

Per la maniglia sono state tentate due diverse strategie di modellazione, nessuna delle quali ha portato

a risultati soddisfacenti con nessuno dei software provati.

Una prima possibilità consiste nel realizzare la parte ellissoidale centrale della maniglia mediante

protrusione circolare e la leva mediante protrusione lineare, raccordando poi gli spigoli risultanti me-

diante fillet a raggio costante e variabile (Fig. 6.14). Le principali differenze con il modello originale

riguardano la zona di attacco della leva.

Fig. 6.14 – Maniglia realizzata in SolidEdge mediante unione di una protrusione circolare con una protrusione

lineare, raccordate con fillet a raggio variabile.

In alternativa la maniglia può essere realizzata mediante protrusione loft con linee guida (Fig.

6.15). In pratica il numero dei profili deve essere limitato a due (quelli estremi), perché altrimenti si

hanno torsioni inaccettabili delle superfici del solido risultante.

Fig. 6.15 – Profili e curve guida per la realizzazione della maniglia mediante loft (a sinistra SolidEdge, a destra

SolidWorks).

Anche in questo caso le principali differenze con il modello originale si localizzano nella zona di

attacco e nella sezione centrale della leva; di fatto i modelli costruiti, pur simili all’originale, risultano

più spigolosi, meno gradevoli esteticamente e pertanto complessivamente inaccettabili (Fig. 6.16)

60

Fig. 6.16 – Modello della maniglia realizzato in SolidWorks (alto) e SolidEdge (basso).

Dato che ThinkDesign non dispone di curve guida per la generazione di un solido mediante sweep

è necessario seguire una terza strada per la modellazione dell’esterno della maniglia: si costruisce un

prisma da tagliare successivamente con le curve di contorno presenti in vista e in pianta sul bozzetto

bidimensionale. In questo modo è possibile ottenere la forma esatta e la continuità necessaria fra lo

stelo e la parte centrale almeno in vista in pianta. Le superfici esterne definitive sono infine raccordate

con fillet a raggio variabile (Fig. 6.17). Le differenze con l’originale risiedono nella superficie esterna

perché con la strategia seguita (smusso a raggio variabile) non è possibile ottenere la continuità di cur-

vatura desiderata.

Fig. 6.17 – Modello della maniglia realizzato in ThinkDesign.

61

L’interno della maniglia non comporta problemi di alcun tipo ed è realizzato mediante svuota-

mento della parte centrale ospitante il fulcro della maniglia.

Conclusioni

I risultati ottenuti non hanno permesso per nessuno dei pezzi principali che componevano il rubinetto

il rispetto delle specifiche estetiche. Questo benchmark ha ben evidenziato i limiti attuali dei modella-

tori solidi. In particolare sono da sottolineare due aspetti:

• la funzione di loft con l’ausilio di linee guida permette di controllare con certezza soltanto i punti

guidati dalle linee guida; per tutti gli altri il controllo è lasciato all’algoritmo del solutore che non

sempre porta ai risultati attesi. Per avere buoni risultati con i loft occorrono sezioni abbastanza si-

mili tra loro e in numero sufficientemente grande per ricostruire correttamente il solido, anche se

talvolta si vengono a formare delle cuspidi proprio in corrispondenza delle sezioni;

• la funzione di fillet non può in nessun caso portare risultati comparabili con le superfici generate

da modellatori superficiali. In particolare quando si hanno intersezioni laboriose che portano alla

nascita di numerosi spigoli, l’operazione può fallire.

Se i modellatori solidi presentano limiti ancora determinanti nella modellazione di oggetti di for-

ma libera, con i modellatori di superficie si possono ottenere in tempi relativamente rapidi risultati

molto soddisfacenti: come esempio si riportano i modelli di vela e maniglia realizzati mediante super-

fici con ThinkDesign, unico modellatore ibrido del lotto di CAD provati (Figg. 6.18-6.19).

Fig. 6.18 – Vela realizzata in ThinkDesign mediante modellazione superficale.

62

Fig. 6.19 – Maniglia realizzata in ThinkDesign mediante modellazione superficale.

Infine si suggerisce una particolare attenzione nell’esaminare quanto dichiarato dalle case produt-

trici di modellatori solidi riguardo alla modellazione di forme libere: i tipici esempi esposti nelle fiere,

o illustrati nei depliant, sono sì di forma complessa, ma rientrano nella categoria di oggetti facilmente

realizzabile con operazioni di sweep e loft (Fig. 6.20) in quanto non presentano sezioni fortemente va-

riabili o dissimili tra loro.

Fig. 6.20 – Esempi di oggetti di forma complessa che non mettono in crisi i modellatori solidi, in quanto facil-

mente modellabili mediante sweep e loft.

63

VALUTAZIONE DEI SW TESTATI

La strategia di valutazione

L'approccio applicativo all'attività di benchmarking ha senza dubbio il vantaggio di rendere realmente pro-

banti i test effettuati sui CAD in esame. Tuttavia non è compito facile quantificare le impressioni avute dagli

utenti per poter esprimere un giudizio, o addirittura operare una scelta. Evidentemente la valutazione deve

essere strettamente correlata all'attività produttiva dell'azienda che vuole procedere all'acquisto di un sistema

CAD.

Nell'esprimere un giudizio su un software è necessario, inoltre, distinguere due aspetti fondamentali: da

una parte si devono valutare le potenzialità delle funzioni messe a disposizione, dall'altra la facilità d'uso.

Questa è sicuramente una qualità da apprezzare, ma non deve essere il criterio base con cui operare la scelta

(un CAD di cui si diventa padroni in un'ora, ma che non soddisfa affatto le esigenze dell'azienda è una spesa

inutile!). Per questo stesso motivo è opportuno che la valutazione sia effettuata da utenti esperti di sistemi

CAD.

Per raccordare le conoscenze dell'attività produttiva e dell'organizzazione dell'azienda con l'esperienza

nel campo degli strumenti software che assistono la progettazione meccanica, si è definito un sistema di

valutazione pesato.

Gli esperti si sono pronunciati in merito a ciascuna delle funzioni elementari dei CAD, non considerate

come a se stanti, ma inserite nelle migliori procedure seguite per i test. L'elenco delle funzioni elementari dei

CAD è riportato nel paragrafo seguente; per ognuna è stata data una definizione e sono state indicate le linee

guida con cui si è operata la valutazione; per ogni voce è stato dato un giudizio su ogni prodotto ed un giudi-

zio comparativo. Le funzioni sono state distinte per ambiente di impiego, secondo l'organizzazione più diffu-

sa negli attuali sistemi CAD: ambienti di sketching, modellazione di parti, assemblaggio, messa in tavola. Di

ciascuna funzione è stata espressa una valutazione con un voto compreso fra 1 e 4: il valore 1 è indice di as-

senza della funzionalità o della completa inefficienza, il valore 4 rappresenta la completa rispondenza alle

aspettative illustrate nella descrizione dei benchmark.

Parallelamente ad ogni funzione è stato associato un peso che ne esprime l'importanza e la frequenza

d'uso attribuita dagli utenti finali del sistema (il personale dell'azienda). In particolare, negli esempi di valu-

tazione riportati, i pesi assumono valori compresi fra 0 e 3, secondo la graduatoria seguente: funzione assolu-

tamente inutilizzata, funzione utilizzata solo sporadicamente, funzione utilizzata, ma non determinante per

l'acquisto del sistema, funzione utilizzata assiduamente e assolutamente determinante per l'acquisto del si-

stema. Volendo mantenere un carattere generale alla trattazione, per le voci relative alla modellazione di par-

ti si sono definite tre diverse colonne di pesi, rappresentativi di tre settori distinti dell'industria meccanica: la

fonderia, la fabbricazione di macchinari, lo stampaggio. Tali pesi sono frutto di una serie di interviste effet-

tuate presso piccole e medie aziende toscane, ma sono ovviamente il risultato di una mediazione fra diverse

esigenze.

In generale il confronto fra i sistemi CAD sarà tanto più efficace quanto più dettagliatamente si riescono

a formalizzare i bisogni dell'Azienda interessata all'acquisto del CAD. Questo vuol dire che, se l'ufficio tec-

nico ha già una certa dimestichezza con i CAD, può risultare vantaggioso estendere la scala di valori dei pe-

si, in modo da sottolineare la diversa importanza delle funzioni e delle caratteristiche dei software rispetto

alla produzione dell'Azienda stessa.

64

Nelle tabelle 7.2-7.5 sono riportate le griglie di valutazione in cui compare il giudizio degli esperti su

ciascun CAD in merito alle funzioni considerate; il risultato finale è una media dei voti ottenuti, pesata se-

condo le indicazioni dei futuri utenti; i pesi sono riportati nella colonna di destra.

La griglia della tabella 7.6 esprime una pur sintetica valutazione sulle potenzialità dei software testati in

termini di scambio dati ed integrazione con strumenti di prototipazione virtuale.

È importante notare che la struttura data al sistema di valutazione consente ulteriori personalizzazioni,

considerando le sole voci relative ad un aspetto specifico su cui si vuole concentrare l'attenzione. A titolo di

esempio si riporta la tabella 7.7 in cui, a prescindere dall'ambiente cui le funzioni appartengono, sono state

considerate tutte e sole le voci che descrivono le caratteristiche di parametricità, associatività ed editabilità

dei CAD.

SKETCHER

Con il termine di sketch si indica un profilo bidimensionale, generalmente da utilizzarsi per la creazione di

feature; può essere eseguito su un piano o su di una faccia planare di un solido. Per quanto riguarda Pro/E il

giudizio si riferisce allo sketcher “intent manager” presente nella release 20.

Selezione ed orientazione del piano di sketch

Uno sketch deve essere semplice da posizionare e deve permettere al progettista, se necessario, di ruotare lo

sketch nello spazio, cambiando il suo punto di vista.

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano le specifiche richieste.

Dipendenza sketch-feature

La dipendenza feature/sketch è di tipo padre/figlio; è preferibile, però, che la cancellazione della feature non

porti all’automatica perdita del profilo; deve essere inoltre possibile decidere di cambiare il tipo di feature a

cui uno sketch è associato senza che lo sketch vada perso.

Giudizio comparativo: SolidWorks e Think Design soddisfano le specifiche richieste; Pro/E e SolidEdge

soddisfano quanto richiesto solo tracciando lo sketch come feature (SketchDatum in Pro/E, Feature di Sketch

in SolidEdge) ed includendolo associativamente nelle feature definite in seguito.

Riutilizzo e derivazione di sketch

Deve essere possibile utilizzare più volte uno sketch, anche per feature diverse, oppure generare sketch che

siano copie associative di un altro sketcth (sketch derivati); in questo modo basta modificare un solo sketch,

perché la modifica si ripercuota automaticamente in tutti gli sketch derivati. Deve essere possibile in qualun-

que momento eliminare o riattivare tale associatività.

Giudizio comparativo: SolidWorks consente di generare sketch derivati e di salvare profili su file attraverso

la feature palette; Think Design, Pro/E e SolidEdge (a partire dalla release 6) consentono, salvando il profilo,

di utilizzare lo sketch più volte, anche se i profili così generati non sono associativi.

Cattura automatica dei vincoli

Durante la fase di disegno, il puntatore deve riconoscere automaticamente alcune relazioni geometriche tra

elementi dello sketch, oppure tra un elemento dello sketch ed altre entità (feature appartenenti alla stessa par-

te o anche ad altre parti se si opera nel contesto di un assemblaggio). Il programma deve, in altre parole, “co-

gliere l’intento del progettista”.

65

Alcune relazioni che devono essere riconosciute sono: Orizzontalità, Verticalità, Parallelismo, Perpen-

dicolarità, Punto medio (mid-point), Punto terminale (end-point), Coincidenza, Concentricità, Tangenza, In-

tersezione, Allineamento. Il riconoscimento di tali relazioni non deve diventare un ostacolo per il progettista,

che non riesce più a posizionare il cursore dove vuole. Deve essere possibile disattivare, se necessario, questa

funzione.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks e Think Design soddisfano tutte le specifiche richieste; SolidE-

dge soddisfa tutte le specifiche richieste solo nel contesto della parte.

Vincoli geometrici

Deve essere possibile imporre manualmente delle relazioni geometriche, sia tra elementi dello sketch, sia tra

elementi dello sketch ed altre entità. Le relazioni geometriche, sia che siano imposte manualmente o rilevate

automaticamente, devono essere visualizzabili su richiesta dell’utente ed editabili.

Deve essere possibile, oltre alle relazioni precedentemente menzionate, imporre simmetrie, fissare dei

punti (ground) ed utilizzare opportune geometrie di costruzione. Deve essere possibile proiettare entità (cur-

ve, contorni, spigoli, ecc.) sul piano di sketch. Tale proiezione deve poter essere associativa con l’entità che

la ha generata.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks soddisfano tutte le specifiche richieste, SolidEdge solo nel conte-

sto della parte, Think Design ha un limitato numero di vincoli a disposizione.

Completezza degli strumenti di disegno

Deve essere possibile disegnare profili comunque complessi. Devono essere disponibili tutti gli strumenti di

disegno 2D necessari a tal fine, quali: linee, cerchi, ellissi, rettangoli, smussi, raccordi, archi, spline, ecc.;

particolarmente importante è la gestione delle spline, mediante i punti di controllo; deve essere possibile ag-

giungere, togliere, modificare i punti di controllo.

Strumenti di automazione del disegno: offset, sia rispetto ad elementi dello sketch, che ad altre entità;

array, trim, extend ed altro.

Giudizio comparativo: Think Design offre nello sketcher tutti gli strumenti di un CAD bidimensionale; gli

altri sistemi, per vari motivi, non soddisfano completamente tutte le specifiche richieste.

Quotatura

Deve essere semplice, efficace e modificabile in ogni momento; deve essere possibile quotare come diametri

le dimensioni di entità geometriche dello sketch misurate normalmente ad assi di rivoluzione.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidEdge e SolidWorks soddisfano tutte le specifiche richieste; Think Design

solo parzialmente.

Determinazione dei gradi di libertà

Il programma deve fornire indicazioni chiare sui gradi di libertà di uno sketch e su come una struttura si mo-

difica variando tali gradi di libertà. Deve avvertire se uno sketch è sovravincolato, sottovincolato o comple-

tamente vincolato.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e ThinkDesign soddisfano tutte le specifiche richieste, sia pure

con approcci differenti; SolidEdge solo parzialmente.

Efficienza del solutore

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E’ un elemento di grande importanza; il solutore si occupa di ricalcolare la geometria quando alcuni parame-

tri vengono variati. La geometria deve essere ricostruita velocemente, in modo realistico e conforme agli in-

tenti del progettista.

Giudizio comparativo: I sistemi provati sono sostanzialmente equivalenti. .

Obbligo di vincolare completamente uno sketch

È conseguenza dell’architettura, variazionale o relazionale, di un CAD. In generale può essere utile, nelle

prime fasi di un progetto (conceptual design) non doversi soffermare a vincolare completamente uno sketch.

Giudizio comparativo: Il solo sketcher non variazionale è quello di Pro/E, tuttavia attraverso i vincoli “debo-

li”, definiti automaticamente dal sistema, l’operatore non è costretto a bloccare i gradi di libertà residui.

Geometria di costruzione

Deve essere possibile trasformare ogni entità o profilo in una geometria di costruzione per la realizzazione di

entità dello sketch.

Giudizio comparativo: SolidWorks e Think Design soddisfano tutte le specifiche richieste; leggermente più

laboriosa la costruzione di geometrie di riferimento in SolidEdge (nella selezione di catene di entità) e Pro/E

(richiede l’uso di sketch datum per tracciare entità geometriche di riferimento di forma generale).

Equazioni

Deve essere possibile scrivere equazioni che leghino i parametri (quote) appartenenti ad uno stesso sketch. È

utile anche utilizzare parametri che non siano quote: ad esempio, assegnare come vincolo il perimetro o

l’area di un profilo.

Giudizio comparativo: Si veda il paragrafo "Relazioni tra elementi di parti diverse".

Editabilità

Capacità di apportare modifiche al sistema in momenti successivi alla generazione delle entità da modificare.

Qualunque sia la modifica effettuata, il programma deve essere in grado di rigenerare l’intero sistema nella

sua nuova configurazione nel minor tempo possibile. Si distinguono due voci: editabilità dello sketch ed edi-

tabilità di equazioni.

Editabilità dello sketch

Uno sketch deve essere modificabile in qualunque momento della storia di una parte o nel contesto di un as-

semblaggio. E’ estremamente utile avere a disposizione sia un sistema che consenta di cambiare le quote di

uno sketch senza doverlo riaprire, sia la riapertura vera e propria di uno sketch. Una volta che uno sketch è

utilizzato per una certa feature deve essere possibile modificare non soltanto le quote, ma anche la geometria,

ad esempio sostituendo una linea retta con una spline.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design soddisfano tutte le specifiche richieste; SolidEdge

solo nel contesto della parte.

Editabilità di equazioni

Deve essere possibile editare un’equazione contenente parametri di sketch.

Giudizio comparativo: Tutti i sistemi consentono la modifica di equazioni in cui compaiono parametri di

sketch; i sistemi si differenziano per la praticità dell’operazione.

67

MODELLAZIONE SOLIDA DI PARTIPer la modellazione solida di parti si sono raggruppate le funzioni nei seguenti gruppi: features, primitive so-

lide, operazioni booleane tra solidi, geometrie di riferimento, utilità di automazione, configurazioni, parti de-

rivate, equazioni, modifica di parti ed equazioni, gestione delle operazioni, proprietà di massa e calcolo di

volumi e superfici laterali.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: nei sistemi dove, per alcune voci di

modellazione, non esistono funzioni specifiche (vedi protrusioni e scavi elicoidali, nervature ecc.) deve esse-

re presa in esame la capacità del modellatore di realizzare ciò che la funzione specifica esegue; esempio: se

non è disponibile la funzione rib si deve valutare la possibilità di realizzare nervature mediante estrusioni o

altro.

Feature

Con il termine di feature si indica una primitiva di alto livello, ovverosia un’insieme di entità topologiche e

geometriche aventi un significato funzionale; i diversi tipi di feature sono stati classificate in: protrusioni,

scavi, chamfer, fillet, forature, nervature, angoli di sformo, thickening, shelling.

Protrusioni

Con il generico termine di protrusione si indica la realizzazione di un solido (sottile o pieno) partendo da un

insieme di profili disgiunti; i diversi tipi di protrusioni sono stati classificati in: lineare (estrusione di un pro-

filo lungo una direttrice rettilinea), circolare (estrusione di rivoluzione attorno ad un asse), elicoidale (estru-

sione del profilo lungo una direttrice elicoidale), sweep (estrusione del profilo lungo una direttrice di forma

qualsiasi), loft (realizzazione di un solido da un insieme ordinato di profili disgiunti). Le funzionalità prese in

esame per la valutazione sono le seguenti:

lineare: tipologie (cieco, dal piani medio, fino ad un vertice, fino ad una superficie, offset da una super-

ficie ecc.), possibilità di fornire parametri di definizione diversi nelle due direzioni, possibilità di applicare

angoli di sformo, possibilità di generare solidi sottili, possibilità di realizzare protrusioni da profili multipli,

disgiunti o aperti.

Giudizio comparativo: SolidWorks è il sistema più completo. Più limitate le potenzialità di SolidEdge che

non consente di realizzare, ad esempio, solidi sottili o protrusioni da profili multipli.

circolare: tipologie (dal piano medio, in una direzione, completa), possibilità di generare solidi sottili,

possibilità di estrudere profili multipli, disgiunti e aperti.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design sono i sistemi più completi; si ripete quanto detto

precedentemente per SolidEdge.

elicoidale: parametri di definizione dell’elica (a passo costante o variabile, a raggio costante o variabile)

e parametri di definizione della protrusione (altezza, passo e giri, altezza e giri, ecc.) , possibilità di generare

solidi sottili.

Giudizio comparativo: Pro/E è il sistema più completo; SolidEdge ha un comando specifico; SolidWorks

consente di realizzare protrusioni elicoidali, ma genera file molto pesanti; Think Design consente di realizza-

re eliche non parametriche.

sweep: modalità di controllo dell’orientazione e della torsione del profilo, possibilità di generare solidi

sottili, possibilità di estrudere profili multipli o aperti.

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Giudizio comparativo: il sistema più completo è SolidWorks; Pro/E, pur consentendo la generazione di swe-

ep a sezione variabile con linee guida ha un controllo dei parametri di sweep non molto semplice; Solid- E-

dge non ha la possibilità di controllare lo sweep, Think Design consente di realizzare solo sweep a sezione

variabile.

loft: modalità di controllo della forma e delle condizioni di tangenza del solido generato tra le sezioni di

definizione; possibilità di generare loft con sezioni costituite da un numero di entità geometriche diverse,

possibilità di generare solidi sottili, possibilità di estrudere profili aperti o multipli.

Giudizio comparativo: SolidWorks è il sistema più completo; SolidEdge consente di eseguire loft con tre so-

le linee guida (planari), Pro/E e Think Design non dispongono di tale possibilità (è possibile solo definire la

linea dei centri)

Scavi

Con il generico termine di scavo si indica la sottrazione di un volume, ottenuto da uno o più profili disgiunti,

da un solido; i diversi tipi di scavi, in base alla modalità di ottenimento del volume, sono stati classificati in:

lineare (estrusione di un profilo lungo una direttrice rettilinea), circolare (estrusione di rivoluzione attorno ad

un asse), elicoidale (estrusione del profilo lungo una direttrice elicoidale), sweep (estrusione del profilo lun-

go una direttrice di forma qualsiasi), loft (realizzazione del volume da un’insieme ordinato di profili disgiun-

ti). Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti:

lineare: tipologie (cieco, dal piani medio, fino ad un vertice, fino ad una superficie, fino al prossimo,

offset da una superficie ecc.), possibilità di fornire parametri di definizione diversi nelle due direzioni, possi-

bilità di applicare angoli di sformo, possibilità di generare scavi sottili, possibilità di estrudere profili

disgiunti o aperti.

Giudizio comparativo: nessun sistema soddisfa completamente le specifiche richieste.

circolare: tipologie (dal piano medio, in una direzione, completa), possibilità di generare solidi sottili,

possibilità di generare scavi sottili, possibilità di utilizzare profili aperti.

Giudizio comparativo: si ripete quanto detto per la protrusione circolare, ma SolidWorks non può realizzare

gole da profili aperti; il sistema più completo è Pro/E

elicoidale: parametri di definizione dell’elica (a passo costante o variabile, a raggio costante o variabile)

e parametri di definizione della protrusione (altezza, passo e giri, altezza e giri, ecc.), possibilità di generare

scavi sottili

Giudizio comparativo: vale quanto detto per la protrusione elicoidale.

sweep: modalità di controllo dell’orientazione e della torsione del profilo, possibilità di generare scavi

sottili, possibilità di utilizzare profili aperti.

Giudizio comparativo: vale quanto detto per la protrusione sweep.

loft: modalità di controllo della forma e delle condizioni di tangenza del solido generato tra le sezioni di

definizione; possibilità di generare loft con sezioni costituite da un numero di entità geometriche diverse,

possibilità di generare scavi sottili, possibilità di utilizzare profili aperti.

Giudizio comparativo: vale quanto detto per la protrusione loft.

Smussi (Chamfer)

Con il termine di chamfer si indica l’esecuzione di smussi su spigoli e vertici del modello solido.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: tipologie di smussi (distanza-angolo,

angolo-angolo, vertex-chamfer ecc.)

69

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano le specifiche richieste ma Pro/E e Solidworks in più consen-

tono di smussare anche i vertici; gli smussi generati con Think Design non possono essere ridefiniti.

Raccordi (Fillet)

Con il termine di fillet si indica l’esecuzione di raccordi su spigoli e vertici del modello solido.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: tipologie di raccordi (a raggio costan-

te, a corda costante, variabile linearmente, variabile secondo cubica, entity-entity, ecc.), modalità di selezio-

ne delle entità da raccordare (selezione di singoli spigoli, catene di spigoli tangenti, loop, facce, ecc.), con-

trollo dell’interazione spigoli fra intersecati e superfici del raccordo (rounding overflow), possibilità di defi-

nire esplicitamente la spring line (o hold line), possibilità di eseguire raccordi di superfici disgiunte.

Potenzialità: risoluzione di fillet sovrapposti, comportamento nella risoluzione di più spigoli concorrenti

(patches di Coons, ecc.), raggio variabile (anche su loop o solo su catene aperte di spigoli; piena libertà di

scelta dei punti di controllo), vertici con più di tre spigoli concorrenti, vertici topologicamente complessi, uti-

lizzo della spring line, propagazione alle entità tangenti (deve essere sempre possibile escludere questa fun-

zione).

Giudizio comparativo: SolidEdge e SolidWorks e Think Design sono abbastanza completi e affidabili nella

realizzazione di raccordi; Pro/E, pur avendo a disposizione molte opzioni, talvolta fallisce nell’esecuzione di

semplici raccordi.

Fori

Con il termine di fori si indicano le feature associate all’omonima operazione tecnologica di asportazione di

truciolo.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: deve essere possibile eseguire tutte le

tipologie di fori (semplice, lamato, svasato, filettato, con profondità cieca o passante sia per il foro sia per la

filettatura); fondamentali per la valutazione sono state le modalità di posizionamento del foro. Sono inoltre

importanti le funzionalità che facilitano l'esecuzione di un elevato numero di fori su una medesima parte.

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano le richieste di base, però Pro/E non ha di default una libreria

di fori tecnologici, che deve essere definita dall'utente.

Nervature

Con il termine di nervatura si indicano elementi solidi di rinforzo a spessore sottile.

È auspicabile creare una nervatura con una funzione dedicata: in tal caso deve essere realizzabile da pro-

fili aperti, di forma qualsiasi e disgiunti dal solido di base; sarebbe opportuno realizzare più nervature con

un’unica funzione. Utile l’introduzione diretta di un angolo di sformo.

Giudizio comparativo: Ogni sistema ha un suo punto di forza: SolidEdge (a partire dalla release 6) nella fun-

zione web network che consente di realizzare delle nervature partendo da un profilo costituito da un reticolo

di linee; Pro/E nelle nervature di rivoluzione; SolidWorks nell’angolo di sformo automatico; Think Design

non ha un comando specifico.

Angolo di sformo (Taper o draft)

Con il termine taper o draft si indica l’applicazione di angoli di sformo su facce di solidi

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Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: deve essere possibile applicare angoli

di sformo a solidi preesistenti mediante funzione specifica. Possibilità di sformare a partire da una linea di

divisione (parting line).

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidEdge e SolidWorks sono i sistemi più completi; Think Design non con-

sente di applicare sformi a partire da una linea di di visione.

Thickening

Con il termine di thickening si indica la possibilità di realizzare solidi o scavi a spessore sottile applicando

uno spessore a delle superfici.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: identificare i cambi topologici con-

cessi

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design soddisfano le specifiche richieste; lo spessoramen-

to non è possibile in SolidEdge.

Shelling

Con il termine di shelling si indica l’ottenimento di solidi sottili a parete sottile, con o senza facce aperte, da

un’esistente parte solida.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: deve essere possibile dare alle pareti

spessori differenti; identificare quali sono i cambi topologici concessi

Giudizio comparativo: SolidEdge e Think Design soddisfano tutte le specifiche richieste; Pro/E e Soli-

dWorks non consentono di realizzare la funzione di hollowing (esecuzione lo shelling senza rimuovere fac-

ce).

Dome

Con il termine di dome si indica la possibilità di costruire delle cupole di curva semisferica o ellissoidale su

superfici piane.

Giudizio comparativo: Solo Pro/E e SolidWorks dispongono della funzione.

Primitive solide

Con il termine di primitive solide si indicano delle entità geometriche solide elementari.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: parametrizzazione, applicabilità di

feature, completezza (devono essere almeno presenti: parallelepipedi, cilindri, coni, sfere, tori).

Giudizio comparativo: nessun sistema dispone di primitive solide.

Operazioni booleane

Con il termine di operazioni booleane si indicano le operazioni di unione, sottrazione e intersezione di solidi;

ai corpi coinvolti nelle operazioni booleane si danno i termini di blank body e di tool body: il blank body è il

corpo sul quale viene eseguita l’operazione mentre il tool body è il corpo con il quale si realizza

l’operazione. In generale le operazioni booleane si possono eseguire sia tra primitive sia tra solidi B-Rep:

quest’ultima possibilità è subordinata alla possibilità di realizzare solidi disgiunti nell’ambiente di modella-

zione.

Giudizio comparativo: Solo Think Design consente di realizzare operazioni booleane.

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Geometria di riferimento

Con il termine di geometria di riferimento si indicano tutte quelle entità geometriche (assi, piani, curve e su-

perfici) che non sono utilizzate direttamente per rappresentare il modello, ma sono di ausilio per la modella-

zione; tali entità geometriche sono state raggruppate in 3 gruppi: punti, assi e piani; curve; superfici.

Punti, assi e piani

Gli assi di riferimento sono generalmente usati come: assi per estrusioni circolari, riferimenti per array pola-

ri, riferimenti per definizione di piani di riferimento, ecc.; i piani sono generalmente usati come riferimenti

per mirror, piani di sketch, ecc.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: modalità di costruzione degli assi e

dei piani di riferimento (in particolare quali e quante entità geometriche possono essere utilizzate per la rea-

lizzazione dei riferimenti)

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design sono sistemi completi; SolidEdge presenta invece

molti limiti: non può definire assi e punti (se non come intersezione di curve), la casistica di piani definibili è

limitata allo stretto necessario.

Curve di riferimento

Le curve di riferimento sono generalmente usate come sostegno per direttrici e curve guida nelle operazioni

di estrusione, sweep, loft; le curve di riferimento sono state classificate in: spline (piane, 3D), curve analiti-

che, curve analitiche da espressione utente ( y= f(x) ), da nuvola di punti, da file, da proiezione, da interse-

zione di superfici, altri tipi.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: vale quanto detto per gli sketch.

Giudizio comparativo: Pro/E e Think Design offrono un insieme di curve di riferimento veramente comple-

to; SolidWorks offre i tipi più comuni, ma a partire dalla release 99 offre la funzione di sketch 3D, che per-

mette di tracciare uno sketch su più piani, sia pure limitati a piani paralleli ai piani coordinati del sistema di

riferimento; SolidEdge è più limitato.

Superfici di riferimento

Le superfici di riferimento sono generalmente utilizzate per il taglio dei solidi e per realizzazione di solidi

sottili mediante operazione di spessoramento; tali superfici sono state classificate in: di estrusione (generate

dall’estrusione di un profilo lungo una direttrice rettilinea), di rivoluzione (generate dalla rivoluzione di un

profilo attorno ad un asse), sweep (generate dall’estrusione di un profilo lungo una direttrice di forma generi-

ca), loft (generate da un’insieme disgiunto di profili), skin (generate da un reticolo costituito da due insiemi

disgiunti di profili), per punti (generate da una nuvola di punti), importate (tramite file in formato neutro).

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: deve essere possibile operare sulle

superfici di riferimento con funzioni di filleting, extending, trimming, merging ecc.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design sono sistemi completi per le esigenze di un

modellatore solido; limitate le superfici in SolidEdge, sia per i tipi a disposizione, sia perché possono essere

utilizzate solo per limitare l’estensione di una feture solida..

Utilità di automazione

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Con tale termine si indica l’insieme, piuttosto eterogeneo, di operazioni di modellazione e di ausilio alla mo-

dellazione utilizzate negli ambienti CAD; tali funzioni sono classificate in: array, mirror, scalatura, surface

trimming/extending, undo/redo, windows-like (move, taglia, copia, incolla, drag and drop ecc.), macro.

Array

Con il termine di array si indica la funzione che consente di realizzare delle serie di feature; tale serie posso-

no essere rettangolari o polari.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: deve essere possibile, nelle serie po-

lari, specificare sia l’angolo compreso tra due elementi sia il numero di elementi all’interno di un assegnato

angolo (altrimenti la disposizione di elementi dispari all’interno di un angolo giro è approssimata); verificare

se è possibile eseguire una serie lungo una linea di forma qualunque; verificare se è possibile eseguire delle

serie di serie o di elementi copiati con la funzione mirror; verificare se gli elementi generati con la serie sono

delle semplici copie o vengono ricalcolate dal modellatore.

Giudizio comparativo: Pro/E è sufficientemente completo, ma la realizzazione dell’array circolare è piuttosto

macchinosa; SolidWorks offre la possibilità di scegliere tra il ricalcolo o meno degli elementi della serie e di

eliminare delle singole istanze (funzione questa presente anche in SolidEdge a partire dalla versione 6); Soli-

dEdge consente inoltre di definire serie di fori utente (ovviamente non parametrici per quanto concerne il

numero); Think Design non consente di eseguire serie di elementi specchiati.

Mirror

Con tale termine si indica la funzione che consente l’operazione di copia di una feature rispetto ad un asse o

un piano assunto come elemento di simmetria.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: verificare se è possibile eseguire dei

mirror di mirror o di elementi appartenenti ad una serie; verificare se gli elementi generati con il mirror sono

delle semplici copie o vengono ricalcolate dal modellatore.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks soddisfano tutte le specifiche richieste; SolidEdge e Think De-

sign non consentono di scegliere tra il ricalcolo o meno dell’elemento specchiato; inoltre ThinkDesgn non

consente di specchiare serie o elementi già specchiati.

Scalatura

Con il termine di scalatura si intende la possibilità di applicare dei fattori di scala (possibilmente con valori

diversi nelle tre direzioni) ad una parte o ad un feature, sia per modificare la parte, sia per ottenere parti deri-

vate.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: possibilità di applicare fattori di scala

differenti nelle tre direzioni, associatività con l’originale nel caso di parti derivate.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks e Think Design soddisfano tutte le specifiche richieste; SolidE-

dge offre la possibilità di scalare parti solo come parti derivate.

Surface trimming/extending

Con il termine di surface trimming/extending si indicano le operazioni per il taglio e l’estensione di superfici.

Giudizio comparativo: Pro/E e Think Design hanno tali funzioni (che consentono di riparare manualmente

file neutrali); SolidEdge e SolidWorks non ne dispongono.

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Windows-like

In questa voce sono raggruppati i comandi di automazione che consentono di operare su entità grafiche e

geometriche con comandi tipicamente windows (taglia, copia, incolla, drag and drop, ecc.)

Giudizio comparativo: SolidWorks offre utilità di automazione in pieno stile Windows; SolidEdge è appena

più limitato nell’immediatezza delle operazioni; Think Design solo a solidi interi; Pro/E non dispone di utili-

tà di automazione Windows-like.

Macro e feature definite dall'utente

Con il termine macro si indicano degli script realizzati utilizzando un qualsiasi linguaggio di programmazio-

ne, generalmente supportante OLE (ad esempio Microsoft Visual Basic), che consentono di combinare più

comandi e automatizzare una serie di compiti. Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le se-

guenti: possibilità di eseguire e registrare macro, associarvi una toolbar ecc.

Per feature definite dall’utente si intende la possibilità di definire features mediante combinazione di feature

già esistenti. Per la valutazione si sono verificate presenza della funzione, rapidità e facilità di creazione ed

utilizzo.

Giudizio comparativo: Pro/Program si è rivelato interessante non tanto per l’automazione delle attività di

modellazione quanto per la gestione di progetti parametrici; svariate le possibilità offerte da SolidWorks, che

registra le macro in Visual Basic e consente la definizione di feature utente; Think design consente di regi-

strare macro; SolidEdge consente il lancio, ma non la registrazione di macro, caratteristica questa che ne

pregiudica l'utilizzo da parte di operatori non esperti.

Undo/Redo

Con il termine di Undo/Redo si indica la funzione che consente di ritornare allo stato del modello precedente

alla ultima operazione eseguita.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: valutare non solo se esiste ma dove è

disponibile (se solo nello sketcher o anche durante le operazioni di modellazione) e la capacità del buffer.

Giudizio comparativo: Think Design ha un utile comando di undo/redo, SolidWorks solo di undo; Pro/E ha

comandi di undo solo per lo sketch e quando si ha un fallimento nella rigenerazione del modello; SolidEdge

solo in ambiente di sketcher.

Configurazioni e famiglie di parti

Con tale termine si indica la possibilità di definire all’interno dello stesso file di parte più “versioni” della

medesima parte, che possono differire per la soppressione di feature o per parametri dimensionali; tipico uti-

lizzo: finito/grezzo, parte dettagliata/parte semplificata, libreria di parti, ecc.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: modalità di realizzazione e controllo

dell’elemento della famiglia sia all’interno della parte, sia negli assemblaggi in cui la parte viene utilizzata.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidEdge e SolidWorks soddisfano le specifiche richieste; Think Design di-

sporrà di famiglie di parti (a partire dalla release 4).

Parti derivate e cavità

Con il termine di parti derivate si indica la possibilità di creare, a partire da parti preesistenti, delle feature

base da utilizzarsi in altri documenti di parti; tipiche applicazioni: ottenimento del modello dal grezzo, parti

simmetriche, ecc.

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Con il termine di cavità si indica la possibilità di creare il negativo di parti preesistenti; tipico utilizzo:

realizzazione di stampi per molding, fusioni in conchiglia ecc.

Le funzionalità prese in esame per la valutazione sono le seguenti: associatività con le parti originali,

possibilità di generare parti simmetriche rispetto ad un piano (solo per parti derivate), di applicare fattori di

scala, ecc.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks soddisfano tutte le specifiche richieste; SolidEdge consente solo

di ottenere parti derivate da utilizzare come feature base; Think Design non dispone di tale funzione.

Equazioni

Deve essere possibile scrivere equazioni che leghino parametri (quote) diversi, appartenenti ad uno stesso

sketch o ad una stessa parte.

Giudizio comparativo: si veda la voce "Relazioni fra parti diverse".

Editabilità

Capacità di apportare modifiche al sistema in momenti successivi alla generazione delle entità da modificare.

Qualunque sia la modifica effettuata, il programma deve essere in grado di rigenerare l’intero sistema nella

sua nuova configurazione nel minor tempo possibile. Si distingue fra editabilità di una feature ed editabilità

di equazioni.

Editabilità di una feature

In qualunque momento della storia di una parte deve essere possibile modificare una feature in tutti i parame-

tri che la costituiscono (profili, linee guida, quote, altre caratteristiche).

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano le specifiche richieste per la modifica di una feature

nell’ambiente di modellazione di parti.


Analogamente in qualunque momento della storia di una parte deve essere possibile modificare un’equazione

in tutti i parametri che la costituiscono.


sketch o di parte; i vari sistemi si differenziano per la praticità dell’operazione.

Gestione delle operazioni

Si articola nelle seguenti voci: riordinamento, soppressione, segnalazione di errori, playback e roll-back.

Riordinamento

La posizione di una feature nell’albero che rappresenta la storia di una parte può determinare significativi

cambiamenti. Deve pertanto essere possibile spostare una feature in entrambe le direzioni, verso l’alto o ver-

so il basso, una per volta o a gruppi, compatibilmente con eventuali gerarchie esistenti tra feature. È impor-

tante che la procedura sia intuitiva, ma soprattutto che la rigenerazione abbia tempi contenuti.

Operazioni di riordinamento devono essere possibili anche nel contesto di un assemblaggio.

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Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design consentono il riordinamento delle feature, ma si

distinguono per la praticità d’uso; SolidEdge consente anch’esso il riordinamento, ma solo verso l’alto e non

su piani e sketch.

Soppressione

La soppressione di una feature in una parte permette di lavorare sul modello con la feature selezionata tem-

poraneamente rimossa dal modello. Sopprimere una feature non significa soltanto nasconderla alla vista, ma

anche rimuoverla da tutti i calcoli in cui è coinvolta, al fine di agevolare la rigenerazione del modello. La

soppressione di una feature comporta la soppressione di tutte le feature che da essa dipendono.

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano le specifiche richieste.

Segnalazione di errori

Talvolta, effettuando modifiche o cancellazioni su entità precedentemente create, sia nel contesto di parti o

assemblaggi, si violano delle relazioni o delle dipendenze. In questo caso il compito del gestore degli eventi

è quello di informare l’utente in modo sintetico e chiaro, in modo da permettere la correzione degli errori ge-

nerati; è particolarmente utile, ai fini della facilità di correzione degli errori, la capacità del sistema di com-

pletare comunque la ricostruzione del modello.

Giudizio comparativo: SolidEdge e SolidWorks arrivano al termine della rigenerazione comunque; Pro/E e

Think Design interrompono invece la rigenerazione. Da notare che SolidEdge non ha la possibilità di esegui-

re undo.

Playback e Roll-back

Deve essere possibile ripercorrere a ritroso la storia parametrica di una parte o assieme, in modo da poter vi-

sualizzare tutti gli stati che hanno portato alla generazione della situazione finale (playback) oppure posizio-

narsi in una certa posizione dell’albero (roll-back): lo scopo principale di questa funzione è quello di permet-

tere l’inserimento di nuove feature in un punto qualunque dell’albero.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidEdge e SolidWorks consentono di utilizzare il roll-back per inserire fea-

ture nel punto della storia del modello desiderato; in Think Design ciò però comporta la perdita della storia a

valle. Per quanto concerne il playback solo SolidEdge e Pro/E hanno una funzione dedicata che non compor-

ta la rigenerazione del modello feature dopo feature.

Efficienza e tempi di rigenerazione del modello

Le parti parametriche si rigenerano ad ogni modifica delle quote di guida o dei vincoli geometrici; la rigene-

razione può essere automatica, ad ogni modifica della parte, o avvenire su richiesta dell’utente al termine

della fase di editing. La rigenerazione del modello deve avvenire correttamente e in tempi rapidi. Il giudizio

sull'efficienza si basa sulla capacità del sistema di effettuare la rigenerazione del modello per qualsiasi modi-

fica (lecita) operata dall'utente sulla singola parte. In questo contesto rientra anche la capacità di catturare i

cambi topologici.

Per la rigenerazione del modello in seguito a modifiche effettuate in ambiente di assemblaggio si riman-

da alla voce dedicata nella sezione seguente.

Giudizio comparativo: in generale tutti i sistemi soddisfano le specifiche richieste differenziandosi essen-

zialmente per i tempi di rigenerazione del modello: tra Pro/E e gli altri sistemi sono emerse differenze talvol-

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ta rilevanti. In alcuni casi Think Design fallisce la rigenerazione, quando in seguito ad un cambio topologico

viene a mancare il riferimento alla entità sparita.

Proprietà di massa e misure geometriche

Funzioni che consentono il calcolo di volumi, superfici, lunghezze, masse, momenti di inerzia.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks soddisfano tutte le specifiche richieste; Think Design non consen-

te di calcolare le proprietà di massa per sezioni trasversali; Solid Edge presenta il difetto di calcolare le pro-

prietà di massa solo rispetto al sistema di riferimento di default.

FUNZIONALITÀ DI ASSEMBLAGGIOTop-Down

Metodo di progettazione che, partendo da caratteristiche di massima dell’assieme (ad es.: ingombri esterni,

disposizione relativa di alcuni componenti, ecc.), arriva a definirlo in ogni suo particolare; nei sistemi CAD

richiede che si possa modellare nel contesto dell’assieme.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: possibilità di modellare parti

nell'ambiente di assemblaggio in maniera associativa (si veda la voce: relazioni tra elementi di parti diverse);

modalità di apertura parti (assorbimento risorse, operazioni “Windows-like”, eventuale utilizzo di applica-

zioni esterne all’ambiente di assemblaggio ad esempio tramite server OLE); utilità per la visualizzazio-

ne/soppressione di parti.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks soddisfano tutte le specifiche richieste; SolidEdge consente di

lavorare top-down associativamente solo ricorrendo ai lay-out di assemblaggio, Think Design consente di

lavorare top-down nel contesto dell’assieme, ma non in maniera associativa.

Relazioni tra elementi di parti diverse

Non tutti i pacchetti software prevedono la possibilità di imporre relazioni (geometriche, dimensionali, equa-

zioni) fra elementi appartenenti a parti diverse nel contesto dell’assemblaggio. Come a livello di sketch e di

parte deve essere possibile utilizzare, per l’imposizione di vincoli tramite equazioni, parametri che non siano

quote: ad esempio, assegnare come vincolo il perimetro o l’area di un profilo.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: capacità di gestione parame-

trica di tali relazioni nel contesto dell’assieme con particolare attenzione alla possibilità di imporre vincoli

tramite equazioni.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks soddisfano tutte le specifiche richieste, visto che dall’assieme è

possibile imporre vincoli geometrici, dimensionali e scrivere equazioni tra elementi appartenenti a parti di-

verse; SolidEdge consente ciò solo ricorrendo ai lay-out di assemblaggio o a opportuni link tra i fogli di cal-

colo di parti e assieme; Think Design consente di imporre vincoli geometrici e dimensionali tra elementi a

parti diverse, ma presenta grossi problemi quando si devono scrivere equazioni tra parametri appartenenti a

parti diverse.

Bottom-Up

Tecnica di modellazione che consiste nell'assemblare parti costruite separatamente.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: modalità di inserimento del-

le parti nell’assieme, possibilità di lasciare le parti non completamente vincolate.

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Giudizio comparativo: tutti i sistemi consentono di realizzare un assieme montando parti; SolidWorks, Soli-

dEdge e Think Design soddisfano tutte le principali specifiche richieste; Pro/E richiede che le parti siano

completamente vincolate, altrimenti non consente il montaggio di altre parti sulle parti labili.

Possibilità di lavorare in sottoassieme e ristrutturazione assiemi

Lavorare in sottoassieme significa poter disporre di sottogruppi creati all’interno dell’assieme ognuno dei

quali sia manipolabile in modo analogo ad un assieme.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: creazione di sottogruppi,

possibilità di definire un sottogruppo utilizzando parti già inserite, possibilità di ristrutturare assiemi, cioè di

ridefinire a posteriori i sottogruppi.

Giudizio comparativo: tutti i sistemi consentono di lavorare per sottoassiemi; Pro/E, Think Design e Soli-

dWorks (a partire dalla release '99) consentono anche la ristrutturazione di assiemi.

Associatività con le parti

Caratteristica che indica l’associazione di ogni parte dell’assieme con il file originario di definizione. La

modifica della parte si ripercuote sull’assieme; viceversa, quando il programma lo consente, la modifica del-

la parte in ambiente di assemblaggio aggiorna automaticamente anche il file della parte.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: propagazione bidirezionale

delle modifiche fra parte e assieme.

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano le specifiche richieste

Efficienza e tempi di rigenerazione dell’assemblaggio

Gli assiemi parametrici realizzati associativamente si rigenerano ad ogni modifica della parte o dei vincoli di

assemblaggio; la rigenerazione può essere automatica, ad ogni modifica dell’assieme, o avvenire su richiesta

dell’utente al termine della fase di editing. La rigenerazione dell’assieme deve avvenire correttamente e in

tempi rapidi.

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano le specifiche richieste differenziandosi soltanto per i tempi

di rigenerazione del modello: Pro/E è più veloce rispetto agli altri di un fattore cinque.

Relazioni tra parti (mating)

E’ l’insieme di tutti i vincoli che fissano le parti all’interno di un assemblaggio.

Le funzionalità di mating sono state valutate nel loro insieme tenendo conto di alcune caratteristiche

fondamentali. Tali valutazioni si trovano sotto la voce "Efficienza del mating". Le funzioni di mating nor-

malmente presenti sono queste:

Complanarità: vincola in maniera relativa due oggetti tramite due piani di riferimento ad essi solidali

che vengono resi coincidenti. Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità:

corretto funzionamento e parametricità

Parallelismo: vincola in maniera relativa due oggetti tramite due piani di riferimento ad essi solidali

che vengono resi paralleli. Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: corret-

to funzionamento e parametricità

Tangenza: vincolo di tangenza fra due facce. Per la valutazione della funzione si sono verificate le se-

guenti funzionalità : corretto funzionamento e parametricità

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Coassialità: rende coassiali due oggetti assialsimmetrici. Per la valutazione della funzione abbiamo ve-

rificato le seguenti funzionalità : corretto funzionamento e parametricità

Riferimenti inclinati: vincola due piani di riferimento ad essere inclinati fra loro di un certo angolo as-

segnato. Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: corretto funzionamento

e parametricità

Riferimenti conici e sferici: relazioni di coincidenza/tangenza tra superfici coniche e sferiche (es: cono

morse, molle a tazza, giunto sferico)

Ground: ancoraggio di una parte al sistema di riferimento. Per la valutazione della funzione si sono ve-

rificate le seguenti funzionalità: modalità di impiego, da parte dell’utente oppure ground automatico sulla

prima parte dell’assemblaggio

Efficienza del mating

Si sono verificate le seguenti funzionalità: corretto funzionamento e parametricità di tutte le funzioni di ma-

ting; modalità di applicazione (qualità dell’interfaccia, numero di operazioni atomiche ed elasticità nella se-

quenza di esecuzione); “smart mate” (relazioni intelligenti), vale a dire la possibilità di applicare automati-

camente dei vincoli in fase di assemblaggio a partire dalla selezione di opportune coppie di superfici (Es.:

faccia cilindrica + faccia cilindrica = concentricità).

Giudizio comparativo: SolidWorks soddisfa tutte le specifiche richieste; SolidEdge e Think Design sono più

limitate per il numero di vincoli a disposizione; Pro/E presenta dei grossi limiti di praticità sull’uso delle re-

lazioni di mating.

Editabilità

Possibilità di modificare feature, parti e equazioni nel contesto dell’assemblaggio. Qualunque sia la modifica

effettuata, il programma deve essere in grado di rigenerare l’intero sistema nella sua nuova configurazione

nel minor tempo possibile. Si fa distinzione fra "editabilità di feature e di parti" e "editabilità di equazioni".

Editabilità di feature e di parti

In qualunque momento della storia di una parte deve essere possibile editare una parte o una sua feature in

tutti i parametri che la costituiscono (profili, linee guida, quote, altre caratteristiche); la modifica di feature e

parti deve essere permessa direttamente nel contesto dell’assieme, senza aprire il file della parte.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design soddisfano tutte le specifiche richieste; SolidEdge

consente di editare le feature di una parte appartenente all’assieme solo editando la parte.


In qualunque momento della storia di una parte deve essere possibile editare un’equazione in tutti i parametri

che la costituiscono.


sketch o di parte; i vari sistemi si differenziano per la praticità dell’operazione.

Assembly features e features multiparte

Possibilità di effettuare lavorazioni (cut, hole) nell’ambiente di assemblaggio e possibilità di realizzare pat-

tern di parti al momento del montaggio

79

Per la valutazione della funzione si sono verificate la presenza e l'efficienza delle seguenti funzioni: "fe-

ature di assemblaggio"e "pattern di parti" (si vedano la voci omonime nella modellazione di parti).

Feature di assemblaggio (cut, hole, ecc.)

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks dispongono di tali funzioni; SolidEdge V6.0 consente di ese-guire in ambiente di assemblaggio delle “Multiparts features”; tali feature sono visibili, ma non editabili nel-la parte; Think Design non dispone di tali funzioni.

Pattern di parti

Giudizio comparativo: Nella realizzazione di pattern di parti SolidWorks è il più flessibile; SolidEdge e, di

fatto, Pro/E sono limitati dalla necessità di appoggiarsi a pattern già esistenti, Think Design non ha tale fun-

zione associativa con pattern già esistenti.

Saldature

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: presenza della funzione; visua-

lizzazione; generazione automatica annotazioni a norma; parametricità e modifica.

Giudizio comparativo: Pro/E (con modulo opzionale) e SolidWorks mettono a disposizione le saldature in

ambiente di assieme, per quanto in maniera incompleta; SolidEdge e Think Design non dispongono di tali

funzioni.

Configurazioni e famiglie di assiemi

Alcuni sistemi CAD offrono la possibilità di creare diverse configurazioni dello stesso file di assemblaggio.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: modalità di realizzazione e di

controllo della configurazione; possibilità di creare configurazioni di assieme che carichino, conseguente-

mente, configurazioni di parti diverse.

Giudizio comparativo: Pro/E presenta il sistema di Family Parts più versatile; leggermente meno versatile

SolidWorks; le configurazioni in SolidEdge consentono solo di nascondere parti; del tutto assente la funzio-

ne in Think Design.

Insiemi di interscambio

Possibilità di sostituire un assieme con un componente mantenendo le relazioni esistenti. Valutazione: pre-

senza, efficienza, facilità di applicazione della funzione.

Giudizio comparativo: Pro/E è l'unico sistema che dispone della funzione.

Replace di componenti

Possibilità di sostituire un componente con un altro simile mantenendo le relazioni esistenti con gli altri

componenti. Linee giuda per la valutazione: presenza ed efficienza della funzione.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidEdge e SolidWorks soddisfano le specifiche richieste.

Gestione delle operazioni d’assemblaggio.

In ambiente di assemblaggio deve essere possibile ristrutturare, sopprimere e nascondere le parti costituenti

l’assemblaggio; per le possibilità di ristrutturazione si veda la voce dedicata.

80

Soppressione

Nel contesto di un assemblaggio deve essere possibile sopprimere componenti o sottoassemblaggi, che ven-

gono così esclusi da calcoli di massa, interferenza, cartigli, e tutto quanto li riguarda; deve anche essere pos-

sibile operare soppressioni di singole feature di parti appartenenti all’assieme senza dover per ciò aprire il

componente; si ricorda che sopprimere una parte o una feature non significa soltanto nasconderla alla vista,

ma anche rimuoverla da tutti i calcoli in cui è coinvolta, al fine di agevolare la rigenerazione del modello.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e Think Design soddisfano le specifiche richieste; SolidEdge solo

parzialmente.

Hide/Show

Nell’ambiente di assemblaggio in genere sussiste la possibilità di scegliere tra sopprimere e nascondere una

parte o sottoassieme: in quest’ultimo caso la parte viene nascosta alla vista, ma rimane presente in tutti i cal-

coli e le informazioni che la coinvolgono.

Giudizio comparativo: SolidEdge, SolidWorks e Think Design soddisfano le specifiche richieste; Pro/E E dispone della possibilità di nascondere delle parti, ma richiede una procedura complessa: (i) creare un layer, (ii) mettere la parte sul layer, (iii) nascondere il layer.

Funzioni di verifica

Insieme di funzioni atte al controllo del montaggio e funzionamento cinematico dell'assieme. Gli aspetti presi

in esame riguardano il controllo delle interferenze, la gestione della cinematica e lo smontaggio dell’assieme.

Controllo Interferenze

Capacità del sistema di individuare interferenze.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: presenza della funzione;

possibilità di rilevare parti che distano tra loro meno di una quantità definita dall’utente, test su assieme che

presenta pezzi con compenetrazioni.

Giudizio comparativo: Pro/E soddisfa tutte le specifiche richieste; gli altri sistemi non consentono di rilevare

parti che distano tra loro meno di una quantità prefissata dall’utente.

Cinematica avanzata (catene cinematiche)

Possibilità di verificare i gradi di libertà dell’assieme tramite movimenti elementari. Alcuni sistemi permet-

tono anche la completa movimentazione di catene chiuse o comunque complesse, consentendo analisi (sia

pure qualitative) di interferenza tra le parti in movimento.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: presenza della funzione e

sua efficienza; rapidità dell’aggiornamento sulle nuove posizioni.

Giudizio comparativo: SolidWorks rispetta tutte le specifiche richieste, compresa (a partire dalla release '99)

la possibilità di individuare le collisioni tra pari diverse, impedendo la compenetrazione; SolidEdge consente

di muovere le catene cinematiche solo in shading, il che non consente di comprendere chiaramente se le parti

mobili e fisse collidono tra loro; Pro/E deve ricorrere allo skeleton, non consentendo di muovere le parti con

azioni di trascinamento, ma solo variando i parametri dimensionali del lay-out; Think Design non soddisfa

alcuna specifica richiesta.

81

Smontaggio

Alcuni sistemi offrono la possibilità di verificare la smontabilità dell’assieme creato spostando i componenti

selezionati lungo traiettorie tracciate dall’utente.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: presenza della funzione e

sua efficienza.

Giudizio comparativo: nessun sistema preso in esame dispone di questa funzione.

Calcolo volume e superficie laterale

Si tratta delle medesime funzioni elencate relativamenyte alla modellazione di parti; è importante verificare

la possibilità di effettuare il calcolo solo per superfici o volumi selezionati.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks e Think Design rispettano tutte le specifiche richieste; SolidEdge

non consente il calcolo delle superfici in ambiente di assemblaggio.

Proprietà di massa

Linee guida di valutazione: vedere la voce precedente.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks sono i più completi, potendo calcolare le proprietà anche per le

sezioni; Think Design non dispone di questa possibilità; SolidEdge non consente di fornire il tensore di iner-

zia rispetto ad un sistema di riferimento user-defined.

Distinte

Creazione automatica di distinte (BoM) per la fornitura di componenti e materiali.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: contenuto della distinta base

e sua effettiva utilità in ambito aziendale.

Giudizio comparativo: Pro/E soddisfa tutte le specifiche richieste; interessanti le possibilità offerte da Solid-

Edge; possibilità di generare report di assieme assente su SolidWorks, che però, a partire dalla release '99,

consente il riordinamento della distinta con vari criteri.

Funzionalità per il caricamento e la gestione di grandi assiemi

Con questa voce si esprime un giudizio su tre aspetti specifici: il "congelamento della storia parametrica", la

disponibilità di "parti semplificate", la “gestione di zone di lavoro”. Il primo consiste nella possibilità di evi-

tare il caricamento della storia parametrica della parte riservando all’utente la possibilità di farlo in un se-

condo momento per eventuali modifiche. Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti fun-

zionalità: presenza della funzione, possibilità di caricare selettivamente uno o un gruppo di componenti. So-

stanzialmente equivalente la funzione di creazione ed inserimento di parti o sottoinsiemi semplificati, che

rappresentino gli ingombri e le proprietà di massa degli originali. La gestione di zone di lavoro consiste nella

possibilità di definire, visualizzare e memorizzare all’interno di un assieme delle zone di lavoro in modo da

caricare e visualizzare soltanto i componenti interessati; possibilità di passare facilmente da una zona ad u-

n'altra dell’assieme o all’assieme intero.

Giudizio comparativo: SolidEdge e Think Design soddisfano completamente le specifiche richieste in temini

di congelamento della storia parametrica, ma non dispongono della funzione "parte semplificata", né sono in

grado di emularla. Pro/E, al contrario, gestisce "parti semplificate", ma non consente il congelamento della

storia parametrica. SolidWorks ammette il caricamento di una parte senza la sua storia parametrica, ma una

volta acquisita anche questa, non è in grado di tornare indietro; la funzione "parte semplificata" può parzial-

82

mente essere emulata tramite le configurazioni di assieme. La gestione delle zone di lavoro è possibile solo

in SolidWorks tramite configurazioni ed in Pro/E mediante un comando specifico.

Esplosi

Funzione che permette la creazione automatica di esplosi utili per la redazione di manuali o altro.

Per la valutazione della funzione si sono verificate le seguenti funzionalità: presenza della funzione, ef-

ficacia, modalità di applicazione (totalmente automatica, semiautomatica o guidata, personalizzabile)

Giudizio comparativo: Pro/E consente di realizzare viste esplose di ottima fattura; SolidWorks non consente

di applicare linee di montaggio, spesso presenti sulla manualistica, se non manualmente sulla tavola; per So-

lidEdge si deve aggiungere l’impossibilità di esplodere le viste imponendo valori numerici; Think Design

consente la realizzazione di viste esplose solo esplodendo manualmente uno per uno le parti.

Albero di assemblaggio

L’albero di assemblaggio contiene informazioni sui componenti che compongono un assieme e possibilmen-

te anche sulle feature di ogni componente e sulle relazioni di assemblaggio. La valutazione è stata effettuata

in base al livello di informazione fornito ed alla possibilità di identificare un componente o una relazione in

un assieme complesso.

Giudizio comparativo: Pro/E, SolidWorks e ThinkDesign soddisfano le specifiche richieste; SolidEdge non

dà accesso alle feature delle parti.

Gestione dei file

In questa voce si intende raggruppare le funzioni di base per la manutenzione dei file di parti assiemi e tavo-

le. Situazioni tipiche sono la rinomina dei file, la gestione dei riferimenti esterni tra parti, assiemi, tavole,

parti derivate, ecc., la gestione di revisioni, la creazione di nuovi assiemi a partire da assiemi esistenti modi-

ficando solo alcuni componenti.

La valutazione è stata effettuata in base ad efficienza, quantità e qualità degli strumenti a disposizione.

Giudizio comparativo: SolidEdge dispone di un mini PDM (ma è più giusto chiamarlo gestore di file avanza-

to), SolidWorks ha gli strumenti di base per le operazioni suddette ed in particolare è molto efficiente nel ri-

trovare i riferimenti a documenti che vengono spostati manualmente da gestione risorse o affini; Pro/E è più

rigido e laborioso, Think Design dispone di funzionalità limitate.

MESSA IN TAVOLA

Associatività e bidirezionalità

Modello 3D e tavole devono essere associativi. Ad ogni modifica del modello deve corrispondere una modi-

fica di tutte le tavole relative al modello in esame. Deve essere possibile anche il viceversa: modificando una

delle quote guida in una tavola si deve avere la modifica del modello. Deve essere comunque possibile disa-

bilitare questa opportunità qualora si voglia impedire a chi maneggia le tavole di intervenire modificando il

modello.

Bidirezionalità e importazione delle quote dal modello

La possibilità di modificare il modello cambiando le quote in una tavola è in genere conseguenza

dell’importazione nella tavola di tutte o parte delle quote che sono state inserite nel modello 3D. Solo queste

83

quote infatti possono essere quote guida, avere cioè il potere di modificare il modello 3D. Tutte le altre quote

della tavola non possono essere che guidate, e il cambiamento del loro valore non ha effetto né sul modello,

né sulla tavola.

Giudizio comparativo: Solo SolidEdge non offre l’associatività bidirezionale tavola/modello; inoltre il recu-

pero di quote e parametri dal modello non è a livello dei sistemi concorrenti; gli altri sistemi soddisfano le

specifiche richieste.

Gestione configurazioni

Deve essere possibile decidere, nel caso si esegua la messa in tavola di una parte o di un assieme realizzato

in più configurazioni, di quale elemento eseguire le tavole senza che ciò comporti l’apertura del file sorgente.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks consentono di gestire, per la messa in tavola, le configurazioni di

parti e assiemi generate nei rispettivi ambienti; SolidEdge lo consente per gli assiemi (dove tale possibilità di

fatto non interessa poiché le configurazioni, in SolidEdge, non danno luogo a famiglie di assiemi), ma non

per le family parts; Think Design non ha configurazioni.

Tavola multiparte

Possibilità di associare una tavola a più modelli solidi.

Giudizio comparativo: Solo Pro/E e SolidWorks dispongono di questa funzione.

Generazione di tavole e conformità alle norme

Deve essere possibile generare tavole che identifichino in modo univoco il modello solido, complete cioè di

tutti gli elementi e informazioni necessari all’interpretazione, secondo le norme internazionali.

Pertanto è necessario: riuscire a rappresentare la geometria del modello per mezzo di viste e sezioni op-

portunamente quotate; fornire tutte le informazioni, viste, quote, tolleranze, simboli di finitura superficiale o

di saldatura e quant’altro sia necessario conformemente alle norme internazionali; nel caso di assemblaggi

permettere una corretta generazione della lista delle parti.

E’ inoltre necessario che tutte le funzioni relative alla messa in tavola siano quanto più intuitive, sempli-

ci ed automatizzate possibile, in modo da impedire che la generazione di tavole diventi un’attività più di-

spendiosa in termini di tempo e risorse, della progettazione stessa. Ovviamente l’automazione non deve an-

dare a discapito dell’efficienza e delle possibilità di intervento dell’operatore in tempi successivi.

Si riporta di seguito un elenco di funzioni e relativi riferimenti a norme:

Tipi di linee (UNI 3968)

Deve essere possibile utilizzare i tipi di linee previsti dalla norma, rispettando le priorità nel caso di sovrap-

posizione e permettendo di editare (cambiare tipo di linea, modificare un tipo di linea) facilmente i tipi di li-

nea assegnati; e preferibile avere una rappresentazione di tipo what-you-see-what-you-get.

Giudizio comparativo: tutti i sistemi soddisfano i requisiti minimi richiesti, ma solo SolidEdge e SolidWorks

hanno linee di tipo what-you-see-what-you-get.

Viste (UNI 3970; UNI 3977)

Deve essere possibile disporre automaticamente le viste secondo i metodi del primo o terzo diedro, eseguire

viste ausiliarie, parziali e/o di parti simmetriche, locali, ribaltamenti, conformemente alla norma.

Deve essere possibile realizzare viste interrotte e particolari in scala ingrandita.

84

Giudizio comparativo: Pro/E consente di usare il numero strettamente necessario di viste per la realizzazione

di tavole; Think Design ha nominalmente un buon numero di opzioni a disposizione; meno soddisfacenti So-

lidEdge (che talvolta presenta problemi di rimozione di linee nascoste) e SolidWorks.

Sezioni (UNI 3971)

Conformemente alla norma deve essere possibile generare automaticamente sezioni secondo un piano, se-

condo due o più piani concorrenti, secondo piani paralleli, secondo superfici cilindriche di direttrice assegna-

ta, sezioni parziali (o locali), di parti simmetriche, ribaltate in luogo o in vicinanza. I tratteggi devono essere

conformi alla norma UNI3972.

Giudizio comparativo: Pro/E consente di usare il numero strettamente necessario di sezioni per la realizza-

zione di tavole; nettamente meno soddisfacenti SolidEdge e SolidWorks; Think Design ha problemi di affi-

dabilità sulla generazione di sezioni.

Efficienza e tempi di generazione di viste e sezioni

La generazione di viste e sezioni deve avere buon esito anche in seguito a modifica del modello di parte o di

assieme. I tempi necessari sono un altro elemento di confronto fra i diversi software.

Giudizio comparativo: Pro/E si è dimostrato estremamente veloce anche nella messa in tavola; seguono Soli-

dEdge, SolidWorks e Think Design. SolidEdge manifesta problemi nello spostamento di viste con il mancato

aggiornamento di alcune quote che rimangono nella posizione precedente lo spostamento.

Quotatura (UNI 3973; UNI 3974; UNI 3975)

Tutte le convenzioni relative a quote, linee di misura e riferimento devono essere rispettati. Deve essere pos-

sibile adottare sistemi di quotatura in serie, parallelo, misti, in coordinate cartesiane o polari.

Per quanto riguarda la quotatura, oltre alla già citata importazione delle quote del modello 3D, sono

molto utili le possibilità di segnalare la ripetizione di quote in viste diverse e di spostare quote da una vista

ad un’altra senza doverle cancellare da una vista e rifare in un’altra.

Giudizio comparativo: Pro/E e SolidWorks hanno capacità sostanzialmente identiche; in SolidEdge e Think

Design la quotatura, per i limiti del comando retrieve dimensions, è di fatto solo manuale; SolidEdge presen-

ta grossi problemi di affidabilità quando le viste sono spostate.

Tolleranze geometriche (UNI 7226)

Deve essere disponibile un’ampia libreria di tolleranze geometriche; i simboli devono essere posizionabili

correttamente

Giudizio comparativo: Tutti i sistemi soddisfano i requisiti richiesti per la corretta rappresentazione simboli-

ca delle tolleranze geometriche; SolidEdge ha presentato talvolta problemi di affidabilità quando si spostano

le viste.

Simboli di finitura superficiale (UNI 4600)

Deve essere disponibile una libreria dei simboli di finitura superficiale; tali simboli devono essere posiziona-

bili correttamente.

Giudizio comparativo: Tutti i sistemi soddisfano i requisiti richiesti per la corretta rappresentazione simboli-

ca delle finiture superficiali; SolidEdge ha però problemi di affidabilità quando si spostano le viste.

85

Filettature (UNI 3978)

Deve essere possibile in modo automatico una corretta rappresentazione di filettature in vista, nascoste, in

sezione, di accoppiamenti filettati.

Giudizio comparativo: Tutti i sistemi generalmente richiedono azioni di modifica manuale sullo schermo o

sulla carta per ottenere rappresentazioni di filettature e accoppiamenti filettati corretti.

Accoppiamenti scanalati e dentati (UNI-ISO 6413)

Deve essere possibile la rappresentazione corretta di questi accoppiamenti nel modo quanto più automatico

possibile

Giudizio comparativo: Nessun sistema ha trattamenti cosmetici per tale rappresentazione simbolica.

Saldature (UNI1310)

Deve esistere una libreria contenente i simboli di saldatura conformi alle norme e posizionabile correttamen-

te.

Giudizio comparativo: ProE e SolidWorks soddisfano i requisiti richiesti per la corretta rappresentazione dei

simboli di saldatura; SolidEdge soddisfa nominalmente tali requisiti però ha problemi di affidabilità quando

si spostano le viste; Think Design non consente di apporre simboli di saldatura sulla tavola 2D.

Complessivi

Deve essere possibile una numerazione delle parti e creazione della lista conforme alle norme; è importante

che tali funzioni siano automatizzate, ma soprattutto efficienti, soprattutto nel caso di grandi assemblaggi.

Giudizio comparativo: Pro/E consente di realizzare tavole di assiemi di buona fattura per pallinatura, distinta

e scelta dei pezzi da sezionare; SolidEdge e SolidWorks presentano maggiori problemi; in Think Design le

personalizzazioni di distinte e pallinatura richiedono procedure laboriose.

Gestione dei working-sheet e dello sheet-setup

Per una migliore gestione delle tavole bidimensionali è preferibile, anche se non essenziale, disporre nello

stesso file di più fogli (come ad esempio in Microsoft Office) in maniera tale da avere nello stesso file di

draft tutte le tavole relative ad un assieme.

La messa in tavola deve poi essere conforme alle norme internazionali e aziendali non solo per ciò che

concerne la rappresentazione grafica bidimensionale del modello solido, ma anche per quanto riguarda il

formato, la squadratura ed il cartiglio dei fogli: è preferibile perciò, anche se non essenziale, che esista una

libreria di formati e cartigli, ampiamente personalizzabili e salvabili come template; interessante anche la

possibilità di far comparire nel cartiglio opportune proprietà della parte o dell’assieme.

Giudizio comparativo: Pro/E (con i moduli Pro/Detail e Pro/Report) e SolidWorks consentono un’ottima ge-

stione dello sheet, l’ultimo sistema in maniera molto semplice e con procedure tipiche di Office Automation;

più deludente, soprattutto per la personalizzazione del cartiglio, SolidEdge; Think Design non permette la

personalizzazione del cartiglio.

SCAMBIO DATI ED INTEGRAZIONE

L’integrazione dei vari sistemi CAx oggi disponibili è fondamentale per garantire la massima produttività e

flessibilità di un’azienda e per sfruttare appieno le potenzialità nascoste dietro la “A” di CAx (Aided, ma an-

che Automation). L’integrazione impone la condivisione delle informazioni fra le diverse applicazioni usate

86

per la progettazione e la fabbricazione di un prodotto, in modo tale che le esigenze dei processi di produzione

siano tenute in conto fin dalle prime fasi della vita del prodotto stesso. È necessario, insomma, che le diverse

applicazioni CAx condividano lo stesso modello di prodotto. Per il raggiungimento di questo risultato è indi-

spensabile la massima compatibilità dei vari sistemi, ovvero la possibilità di effettuare un completo, facile e

veloce scambio di dati.

Formati neutri

Le capacità dei CAD di importare ed esportare file nei più comuni formati neutri di scambio dati è di fonda-

mentale importanza; un sistema che non disponga di traduttori efficienti impone il ricorso a traduttori diretti,

che tuttavia comportano un aggravio, talvolta significativo, di spesa. Per la valutazione si è fatto distinzione

fra due voci: “Dotazione di traduttori” ed “Efficienza e gestione della traduzione”. Quest’ultima voce, oltre

che sull’efficienza del traduttore, esprime un giudizio sulla possibilità di personalizzare la traduzione, in fun-

zione delle caratteristiche del software destinato ad importare il modello (es. entità geometriche supportate).

In tabella 7.1 sono riportati per ciascun CAD i traduttori disponibili (I = solo in ingresso, O = solo in u-

scita, I/O sia in ingresso, sia in uscita).

IGES STEP STL VRML VDA-FS DXF DWG ACIS ParasolidPro/E I/O I/O O O I/O

SolidEdge I/O O I I I/O

SolidWorks I/O I/O O I/O I/O I I I/O I/O

ThinkDesign I/O I/O I/O O I/O I/O I/O

Tab. 7..1 – Formati di scambio dati disponibili nei CAD testati.

Interfacce dirette e disponibilità di software di prototipazione virtuale

Con questa voce si è espresso un giudizio sulla disponibilità sul mercato di applicativi per la prototipazione

virtuale dotati di interfacce dirette o integrati con i CAD testati. Rispetto allo scambio dati per mezzo di un

formato neutro, si ha la condivisione di un maggior numero di informazioni. Ad esempio, nello scambio dati

fra un CAD ed un codice multibody per simulazioni cinematiche un formato neutro consente la trasmissione

della geometria, ma non dei vincoli di assemblaggio.

Giudizio comparativo:

Integrazione verticale

È la caratteristica tipica dei sistemi process-centric che dispongono di moduli integrati di ausilio alla proget-

tazione (es. analisi FEM, codici multibody ecc.). Si veda il Capitolo 1 per maggiori dettagli.

Giudizio comparativo: l’unico sistema process-centric testato nel corso di questo studio è Pro/E, che dispone

di una dotazione molto ricca di moduli opzionali di prototipazione virtuale.

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. 7.3

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. 7.7

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95

CONCLUSIONI

La tecnica di benchmarking adottata in questo lavoro ha messo in evidenza sia le diverse e

specifiche potenzialità dei software nel modellare prodotti reali sia le loro diverse

impostazioni di base. In particolare sono stati presi in considerazione i modellatori solidi: è

interessante notare a questo proposito come abbiano mostrato limiti ben precisi quando

sono stati impiegati per realizzare forme libere. Naturalmente ciò a priori sembra scontato;

però è altrettanto vero che in molte comunicazioni, anche a carattere tecnico, diffuse dai

fornitori di sistemi CAD solidi sono mostrati oggetti così raffinati esteticamente da far

pensare alla possibilità di gestione delle superfici sculturate. Con un test ad hoc è stato

possibile localizzare il confine di convenienza ad usare modellatori solidi piuttosto che di

superfici.

Inoltre è apparso come i modelallatori dei vari CAD – intesi in senso stretto, cioè

come generatori di descrizioni geometriche di parti – abbiano tutti prestazioni di alto

livello e non molto diverse tra loro. Nella gestione dell’assemblaggio di parti emergono

invece differenze di qualità; è stato verificato anche come le prestazioni si diversifichino

ulteriormente quando si vogliano sfruttare a fondo le capacità parametriche per progettare

famiglie di prodotti composti da molte parti.

Infine, tenendo presenti le esigenze delle tecniche di Prototipazione Rapida, è stata

controllata la facilità di integrazione del database geometrico con alcuni programmi di

simulazione tipicamente usati nella progettazione meccanica e rilevando anche in questo

caso prestazioni molto diversificate.

Dalle descrizioni dettagliate delle modalità di esecuzione dei vari test, risulta chiaro

che il benchmarking su oggetti richiede una cultura tecnica di base e un addestramento

specifico sui software superiori a quanto richiesto dal più tradizionale benchmarking

teorico. L'aspetto culturale diventa tanto più importante quando si vogliano utilizzare a

pieno le potenzialità connesse con le modalità di test messe a punto. Infatti, le voci che

sono state valutate possono essere combinate in vari modi per formare un giudizio globale

su una funzionalità complessa del sistema CAD come è avvenuto, ad esempio, nel caso

della progettazione ad alto gradi di parametricità.

D’altra parte, i risultati ottenuti mostrano che ogni programma rivela ad un esame

approfondito caratteristiche e prestazioni ben definite: di conseguenza ogni Azienda deve

individuare con precisione e in tempi non troppo lunghi il software che meglio soddisfa le

specifiche esigenze tra i moltissimi (e apparentemente simili) presenti sul mercato.

Mentre le Imprese di grandi dimensioni possono imporre ai fornitori test comparativi

personalizzati per verificare la rispondenza delle caratteristiche dei software alle esigenze

96

aziendali, quelle di piccole dimensioni non hanno nè il potere contrattuale per imporre

questa strada nè il personale tecnicamente in grado di intraprenderla in modo autonomo.

Potrebbero allora essere utili centri specializzati –espressione ad esempio di consorzi

tra associazioni di categoria, istituzioni per la formazione professionale, università- che,

coagulando e organizzando le risorse ed il personale ora sparsi sul territorio, fossero in

grado di fornire alle PMI consulenze efficaci e tempestive sugli strumenti aggiornati per

progettare e fabbricare.

A-1

APP. A - STRUTTURA E COMPONENTI DI UN SISTEMA CAD

In questa appendice si riporta una descrizione sintetica della struttura e dei principali componenti di un

moderno CAD di modellazione solida, parametrico-variazionale, basato su feature, distinguendo

l'architettura del sistema (motore geometrico, solutore variazionale e gestore degli eventi) dai componenti

dell'interfaccia grafica utente.

ARCHITETTURA DI UN SISTEMA CAD

Il motore geometrico

Con il termine di motore geometrico (o kernell di modellazione) si indicano le librerie di oggetti, classi e

funzioni, generalmente in C++, che gli sviluppatori dei sistema CAD utilizzano per creare e gestire la

geometria e la topologia del modello.

I kernell di modellazione si possono classificare in motori geometrici proprietari, sviluppati in proprio

dalle software-house che commercializzano il sistema CAD, e motori gemetrici commerciali, sviluppati da

terze parti.

Allo stato attuale i motori geometrici commerciali più diffusi sono: ACIS della Spatial Technology,

CAS.CADE della Matra Datavision, DesignBase della Ricoh, Parasolid della EDS-Unigraphics.

Il solutore variazionale

Le descrizioni geometrica e topologica del modello non sono sufficienti da sole a supportare le funzionalità

variable-driven richieste ai modellatori, siano essi parametrici, variazionali o parametrico/variazionali; sono

necessarie altre informazioni relativamente a ciò che deve rimanere invariante rispetto alla modifica delle

variabili: tali aspetti invarianti vengono definiti dall’utente imponendo dei vincoli, che possono essere

classificati in geometrici e dimensionali.

Il solutore variazionale è il componente che, nei CAD variazionali e parametrico/variazionali, ha il

compito di valutare le geometrie variazionali del modello, risolvendo il sistema di equazioni algebriche non

lineari derivato dalla definizione dei vincoli imposti dall’utente.

Tale componente non è presente nei CAD parametrici (ad esempio Pro/E della PTC), in cui la

rigenerazione del modello è strettamente procedurale.

Il gestore degli eventi

Nei CAD parametrico/variazionali l’insieme di tutte le operazioni che concorrono alla creazione di un

singolo sketch o alla applicazione di una singola feature viene comunemente definito evento; poiché gli

eventi si susseguono in ordine cronologico e facendo riferimento a entità preesistenti fino al completamento

della parte ogni evento è relazionato agli altri secondo un ben preciso legame gerarchico, dando luogo ad una

struttura ad albero: per ogni evento si può distinguere un evento padre ed eventuali eventi figli, con i figli che

non hanno più ragione di esistere qualora il padre venga cancellato.

Il gestore degli eventi è il componente che, nei CAD parametrico/variazionali, si occupa di creare

(memorizzando sequenzialmente gli eventi), gestire (consentendo la modifica, la rimozione, la copia, il

riordino degli eventi) ed eseguire (rieseguendo sequenzialmente gli eventi) la procedura necessaria alla

rigenerazione del modello; è anche talvolta possibile memorizzare, per la stesso modello e nello stesso file di

definizione, più alberi degli eventi in modo da poter generare più configurazioni dello stesso modello

A-2

differenti tra loro per la presenza o meno di determinati eventi o per il valore assunto da determinati

parametri.

Nei CAD parametrici (ad esempio Pro/E della PTC) il gestore degli eventi si occupa anche della

rigenerazione degli sketch (la cui rigenerazione non è di tipo variazionale, ma procedurale).

INTERFACCIA GRAFICA UTENTE

L’interfaccia grafica utente (GUI) di un corrente sistema CAD di modellazione solida,

parametrico/variazionale, basato su feature si compone generalmente di più ambienti dedicati rispettivamente

alla generazione di profili bidimensionali, modellazione di parti, realizzazione di assemblaggi e messa in

tavola del modello 3D; di seguito vengono brevemente descritte le caratteristiche generali di ciascuno di

questi ambienti.

Lo sketcher

Lo sketcher o generatore di profili, generalmente accessibile sia dall’ambiente di modellazione di parti sia da

quello di assemblaggio, è lo strumento che consente all’operatore CAD di generare i profili bidimensionali

da utilizzare come base per la creazione di superfici isoparametriche e solidi parametrici.

La geometria del profilo non è però sufficiente per le funzionalità variable-driven dei modellatori

parametrico/variazionali; come già detto in precedenza sono necessarie altre informazioni che forniscano gli

aspetti del profilo che devono risultare invarianti rispetto alle modifiche delle variabili; per fare ciò i

generatori di profili consentono l’applicazione di vincoli (geometrici, dimensionali o relazionali); tali vincoli

possono essere imposti esplicitamente per via grafica dall’operatore CAD o acquisiti automaticamente dal

sistema realizzando così la “cattura automatica degli intenti” dell’operatore.

Gli sketcher possono essere parametrici o variazionali; negli sketcher variazionali il profilo è controllato

dalla simultanea soluzione (di cui si fa carico il solutore variazionale, v. sopra) di un sistema di equazioni

algebriche non lineari, derivato dalla definizione dei vincoli, mentre negli sketcher parametrici il profilo è

controllato in maniera procedurale dalla sua storia di costruzione; la differenza più evidente per l’utente

CAD è la possibilità, nel caso di generatori di profili variazionali, di generare profili sottovincolati e

aggiungere e modificare successivamente i vincoli.

Ambiente per la modellazione di parti

Questo ambiente mette a disposizione le funzioni per la modellazione delle singole parti; per un elenco delle

funzioni di modellazione si veda il glossario.

Nell’ambiente dedicato alla modellazione di parti si trova generalmente il Model Tree, che costituisce

l’interfaccia grafica del gestore degli eventi; tale interfaccia non solo visualizza la gerarchia degli eventi, ma

ne consente, operando per via grafica, la modifica, la rimozione, la copia e il riordino.

Ambiente di assemblaggio

Gli utenti dei sistemi CAD generalmente non progettano singole parti, ma assiemi di parti; nella pratica

progettuale esistono due possibili approcci per la realizzazione di macchine:

! top-down, nel quale viene definito uno studio di assieme da cui vengono poi estratti e successivamente

dettagliati i singoli particolari; tale approccio è tipico della progettazione ex-novo;

A-3

! bottom-up, nel quale le singole parti vengono modellate e dettagliate e solo successivamente inserite

nell’assemblaggio; tale approccio viene utilizzato nel caso si ricorra a parti già esistenti o nella

progettazione di assiemi costituiti da più sottoassiemi strutturati ciascuno realizzato da un progettista.

Anche nell’ambiente di assemblaggio è generalmente presente il Model Tree, che in tale ambiente

visualizza la gerarchia e le relazioni tra le parti costituenti l’assieme permettendone anche l’editazione, la

rimozione e la soppressione.

I correnti sistemi CAD trattano le singole parti costituenti l’assieme attraverso due modalità:

localizzando la parte nel file di assieme o mediante puntatori. Nel primo caso il file di assieme contiene la

definizione (perché importata o definita in loco) della parte; file di assemblaggio e parti hanno la stessa

struttura e stessa estensione (si veda Mechanical Desktop della Autodesk o Think Design).

Nel secondo caso parti e sottoassiemi vengono utilizzati come file di riferimanto, apparendo

nell’assieme soltanto come rappresentazione grafica; il tipo di collegamento consente al file di assemblaggio,

pur non contenendo la definizione delle parti e dei sottoassiemi, di avere accesso alla geometria, alla storia

parametrica e alle proprietà e attributi dei componenti costituenti l’assieme. Questo secondo approccio,

decisamente più diffuso, porta a file di assemblaggio di dimensioni ridotte ed evita la possibilità di avere

duplici definizioni per una medesima parte.

Ambiente di messa in tavola

I correnti sistemi CAD sono dotati di funzionalità, più o meno automatizzzate a seconda del grado di

completezza del software, per ottenere dal modello solido 3D, disegni di parti e assiemi in accordo con i più

diffusi standard (ISO, ANSI, UNI, JIS, DIN) e viste esplose di assemblaggi; taluni CAD offrono la

possibilità di variare i parametri di governo del modello geometrico anche dalla tavola bidimensionale.

A-4

Glossario tecnico CAD

A

ASSIEME A PUNTATORI

Tipo di file di assemblaggio che non include al suo interno i database geometrici dei vari com-

ponenti, ma solo le informazioni di posizionamento e i puntatori ai file dei componenti.

ACIS

Il kernel della Spatial Technology, introdotto sul mercato nel 1990.

ANTIALIASING

Tecnica di raffinamento del rendering per ridurre le scalinature sui bordi inclinati.

ACCURACY SETTING

Tolleranza numerica assegnata a una singola entità o all’intero disegno. Ogni oggetto 3D viene

definito all’interno di valori di tolleranza accettabili

ACS, ARS (ACTIVE COORDINATE/REFERENCE SYSTEM )

Sistema di riferimento corrente per l’input e l’output. Ogni CAD è dotato di utilità per il posi-

zionamento dell’ARS.

ANSI (AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE)

Istituto Nazionale Americano per la Standardizzazione. Nei sistemi CAD è uno standard di quo-

tatura e rappresentazione in tavola.

API (APPLICATION PROGRAMMING INTERFACE)

Insieme di istruzioni (solitamente in linguaggio C) fornite e documentate dal produttore del si-

stema che consentono di accedere alle funzioni del kernel scavalcando l’interfaccia. Vedi anche

macro.

ASSEMBLY MODELING

Processo che consente di montare solidi separati (ed eventualmente residenti su diversi file)

tramite operazioni parametriche di montaggio con riferimenti (mating).

ASSOCIATIVA, geometria

Sono associative tutte le entità che, una volta apportate modifiche al modello, non perdano

eventuali riferimenti ad altri elementi grafici (ad es. parallelismo, coincidenza, riutilizzo di bordi

di un solido, ecc.)

ASSOCIATIVITA’

All’interno di un database integrato, l’associatività è quella proprietà che consente la propaga-

zione delle modifiche a tutti i documenti derivati (figli) da un documento master (o padre). Il

A-5

processo può essere mono o bidirezionale a seconda dei limiti del sistema e delle limitazioni

imposte un particolare utente all’interno di un particolare processo.

B

BENCHMARK

Programmi di lavoro scelti per provare, comparare e valutare le performance di sistemi CAD

prima dell’acquisto.

BEZIER CURVES

Forma poliniomale per descrivere curve e superfici.

BOM (BILL OF MATERIALS )

Lista dei componenti presenti all’interno di un assemblaggio o di un intero progetto.

BITMAP

Metodo più elementare per immagazzinare su file immagini raster. Questo formato non offre

compressione.

B-REP (BOUNDARY REPRESENTATION)

Metodo di descrizione della matematica di un solido tramite un insieme di vertici, spigoli e fac-

ce (punti, linee, curbe e superfici) che definiscono completamente il suo volume.

C

MACCHINE PER LA MISURAZIONE DI COORDINATE (CMM).

Apparecchiatura per la misurazione delle superfici esterne di un oggetto sotto forma di nuvole di

punti.

COONS PATCH

Superficie definita da tre o quattro curve di bordo. Fra le patch può essere mantenuta continuità

di tangenza e di curvatura.

CSG (CONSTRUCTIVE SOLIDS GEOMETRY)

Schema di rappresentazione di oggetti solidi. Consiste di un albero contenente gli eventi di co-

struzione: unione, intersezione e differenza fra solidi.

CURVE FITTING

Processo di creazione di una curva interpolante punti e/o vettori di tangenza.

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D

DATUM

Entità di riferimento: solitamente punti, assi e piani.

DXF (DATA EXCHANGE FORMAT)

Formato di scambio per trasferire dati da e verso Autocad.

E

EXPORT

Invio di un modello a un file di formato standard (IGES, DXF, STEP…) per poterlo passare ad

altri sistemi CAD. Talvolta è possibile anche salvare schermate in formati raster (jpg, tiff, ecc.).

F

FEM, FEA

Acronimi che indicano il metodo agli elementi finiti per l’analisi strutturale di componenti.

FAMILY OF PARTS

Insieme di parti di forma simile che differiscono solo per il valore di parametri numerici.

FEATURES

Entità che include al suo interno l’aspetto e il comportamento del modello attraverso regole che

definiscono i vincoli, il comportamento e la geometria. Le F. si ripercuotono no solo sulla geo-

metria ma anche su un insieme di attributi che possono risultare utili anche al processo manifat-

turiero. Esempi di feature sono: fori, tasche, nervature, ecc.. Certi sistemi offrono la possibilità

di feature definite dall’utente.

FEATURE-BASED, modellazione

Questo modo di operare è presente su tutti i CAD moderni e sostituisce le operazioni booleane

fra primitive. Una feature è un evento di lavorazione del solido e non perde mai le caratteristi-

che intrinseche. Ad esempio: un foro passante resterà tale anche se il modello cambia dimensio-

ni e non diventerà mai un foro cieco.

FREE-FORM GEOMETRY

Geometria definita per mezzo di curve e superfici. Queste entità possono essere espresse in for-

ma generale (NURBS).

FREE-FORM SURFACE

Superfici di forma generica non limitate a formulazioni analitiche ma anche generali (NURBS).

A-7

G

GUI (GRAPHIC USER INTERFACE)

Interfaccia grafica. Il termine si può riferire a un singolo comando o all'intera interfaccia di un

software.

GUSCIO (SHELL )

Modello solido definito da superfici, spessori e normali delle superficie.

H

HISTORY TREE

Struttura ad icone che rappresenta la storia di modellazione di un oggetto. Solitamente consente

alcune funzioni sulle feature (edit, cancellazione, attivaz./disattivaz., riordinamento, selezione,

ecc.)

HARDCOPY

Tipo di stampa che tramite una funzione dedicata invia alla stampante l’area grafica visualizzata

sullo schermo.

HIDDEN LINE

Visualizzazione wireframe che nasconde le linee in secondo piano. Questa visualizzazione sfrut-

ta in realtà gli stessi poligoni dello shading.

I

IGES (INITIAL GRAPHICS EXCHANGE SPECIFICATION)

Standard molto diffuso per lo scambio di disegni 2d e 3d.

INTERFERENZE, controllo delle

Funzionalità che consente la verifica di eventuali interferenze fra due o più solidi.

J

JAVA

Linguaggio di programmazione a oggetti derivato da C++ ideato da Sun Microsystem

K

KNOWLEDGE BASE DESIGN

Insieme di regole, dati e fatti da utilizzare nel processo di disegno.

A-8

KERNEL

Vedi “motore geometrico”

L

LINUX

Sistema operativo analogo e compatibile con piattaforme UNIX ma progettato per macchine

compatibili IBM. Attualmente esistono pochi sistemi CAD per questa piattaforma. Vedi anche

"UNIX".

M

MACRO

Si tratta di una routine che esegue una serie di istruzioni in maniera automatica. Tali istruzioni

sfruttano l’interfaccia del programma: una macro esegue una sequenza di comandi che anche

l’utente potrebbe eseguire. Per questo gli strumenti per realizzare macro prevedono anche le i-

struzioni di “record” e “play”. Le routine che sfruttano le API, invece, scavalcano l’interfaccia

accedendo direttamente al kernel per l’input, le istruzioni e l’output.

MODELLATORI PARAMETRICI

I modellatori parametrici eseguono la rigenerazione del modello con un approccio di tipo proce-

durale, cioè catturano la storia delle operazioni di modellazione e le relazioni parametriche in

ordine sequenziale. All’atto della rigenerazione, ricalcolano il modello usando la sequenza defi-

nita dei parametri.

MODELLATORI VARIAZIONALI

Nei modellatori variazionali i vincoli geometrici e non geometrici che caratterizzano il modello

sono rappresentati da equazioni analitiche; la rigenerazione del modello perciò comporta la riso-

luzione di un sistema non lineare.

MOTORE GEOMETRICO (O KERNEL DI MODELLAZIONE)

Componente software che si occupa direttamente della modellazione geometrica. Costituisce

l’elemento centrale di un qualunque sistema CAD; costituito generalmente da librerie di codici

oggetto che creano e gestiscono la geometria, la topologia e i parametri associati al modello.

M-CAD

Acronimo di Mechanical CAD

MANIFOLD, solido

A-9

Solido per cui è possibile definire una regione di spazio ad esso interna ed una esterna. Un soli-

do non manifold, ad esempio, è un cubo con una superficie appesa, oppure un soolido a cui

mancano delle facce (oggetto aperto).

MODEL TREE

Vedi “History tree”.

MULTIDOCUMENT, interfaccia

Tipo di interfaccia che consente di tenere aperti più documenti contemporaneamente.

MATEMATICA

Elementi che costituiscono un modello (punti, linee, superfici, solidi).

MODELLATORE SOLIDO IBRIDO

Sistema che mantiene al suo interno più tipi di rappresentazioni di entità solida come CSG e B-

Rep.

MODELLAZIONE SUPERFICIALE E MODELLAZIONE SOLIDA

Tecniche di modellazione che descrivono gli oggetti per mezzo di superfici o di solidi

N

NURBS (NON-UNIFORM RATIONAL B-SPLINES)

Descrizione matematica generalizzata di curve e superfici.

O

OPENGL

API per la manipolazione grafica di oggetti 3D. OpenGL di Silicon Graphics è stato il primo

grande set di strumenti grafici a disposizione dei programmatori ed è attualmente lo standard per

la visualizzazione di tutti i sistemi CAD.

OLE

Object Linking and Embedding. Fornisce alle applicazioni che lo supportano un metodo coeren-

te di condivisione di oggetti tramite funzioni che possono essere chiamate da Visual Basic o

C++, consentendo alle diverse applicazioni OLE di interfacciarsi; consente ad un’applicazione

di accedere agli oggetti contenuti in altre applicazioni, denominate server OLE. Una applicazio-

ne comune è il “copia-incolla” nella sua accezione più vasta.

A-10

P

PARASOLID

Kernel di modellazione della Unigraphics

PHONG

Algoritmo di rendering

PDM

Acronimo di Product Data Management: tecnologia per la gestione integrata dei dati di prodot-

to e di processo

PICK

Selezione di un oggetto col cursore del mouse

PDES/STEP

Standard di scambio dati.

PLOTTAGGIO

Processo di stampa che sfrutta le informazioni vettoriali derivanti dal disegno. Si contrappone

all’hardcopy.

R

RE (Reverse Engineering)

Ricostruzione del modello digitale a partire dal modello fisico. Si compone di due fasi:

l’acquisizione dei punti esterni tramite CMM e la ricostruzione delle superfici.

RAPID PROTOTYPING

Insieme di tecniche per realizzare tramite stampanti “solide” modelli fisici utili per la verifica di

proprietà estetiche o ergonomiche di un modello.

RASTER

Immagine computerizzata costituita da informazioni relative al colore di ogni pixel. I formati

raster più noti sono BMP, GIF, JPG, ecc.

RASTERIZZAZIONE

Processo per passare da immagini vettoriali a raster. Questa operazione viene normalmente

svolta “on the fly” nel processo di stampa.

RENDERING

Processo di visualizzazione che consente di assegnare luci, riflettività, brillantezza e materialità

al modello.

A-11

S

SAT

Formato di file di scambio nativo ACIS.

SHADING

Tipo di visualizzazione per la modellazione. Si affianca al wireframe.

SIMULAZIONE CINEMATICA/DINAMICA

Programmi in cui i meccanismi vengono schematizzati come corpi rigidi collegati tra loro da

vincoli e azionati da forze, attuatori o motori. Il software costruisce e risolve con metodi nume-

rici il sistema di equazioni differenziali fornendo il comportamento nel tempo del sistema.

SKETCH

Nei moderni sistemi è riferito all’insieme di strumenti per il disegno di profili 2D utilizzati per

realizzare feature.

STL

Formato di scambio dati. Schematizza il modello con superfici discretizzate con facet triangola-

ri. Questo formato è lo standard de facto per la prototipazione rapida.

SUPERFICIE SCULTURATA

Superficie dotata di continuità di curvatura.

T

TOPOLOGIA CELLULARE

Caratterizza la possibilità di avere più solidi fra loro disgiunti all’interno dello stesso modello.

TOP-DOWN, modellazione

Approccio alla modellazione di assiemi che introduce relazioni di dipendenza gerarchica fra i

componenti. Un sistema che permette tale tipo di approccio consente di creare in loco i compo-

nenti (cioè direttamente nella posizione di montaggio) e di catturare in fase di disegno le rela-

zioni associative fra le varie geometrie.

TRIMMED SURFACE

Superficie definita da bordi che la delimitano oltre che dalla formulazione matematica. Tali bor-

di possono essere curve o altre superfici.

TRATTAMENTI COSMETICI

Funzioni che realizzano lavorazioni che non influenzano la geometria del modello 3D ma che

aggiungono informazioni per la corretta realizzazione delle tavole.

A-12

U

UNIX

Sistema operativo multi-utente, multi-threading e multi-tasking. Nato esclusivamente per mac-

chine dedicate (processori RISC) e non su PC1. Esistono molte versioni proprietarie di UNIX

create dai maggiori produttori di hardware (Sun, Hp, Digital, IBM)

V

VARIABLE-DRIVEN

Modello parametrico, guidato cioè dai parametri di definizione delle feature.

VDA

Standard di scambio di dati geometrici (solo curve e superfici) sviluppato in Germania.

VRML

Formato per la pubblicazione di modelli 3D manipolabili con un browser web.

VISUAL BASIC

Linguaggio di programmazione di Microsoft. A differenza di C++ consente di realizzare age-

volmente solo semplici routine.

W

WORKSTATION

Computer dotato di un sistema operativo in grado di servire un solo utente alla volta operante ai

comandi della macchina stessa. Termine correlativo di server.

X

.X_T , .X_B

Estensione dei file in formato Parasolid.

Termini di modellazione

SOLIDICreazione

ESTRUSIONE LINEARE

A-13

Creazione di solidi di base o appendici partendo da un profilo bidimensionale e muovendolo

lungo una direzione rettilinea.

ESTRUSIONE DI RIVOLUZIONE

A differenza della lineare, il profilo viene ruotato intorno a un’asse

ESTRUSIONE GENERALIZZATA (SWEEP E LOFT)

Definizione generalizzata di un solido di base o di un’appendice: a partire da n profili interpolati

(loft) oppure con un profilo guidato su una traiettoria generica (sweep). Solitamente si può di-

sporre di curve guida per la realizzazione delle superfici esterne.

FORO

Feature per la realizzazione di fori tecnologici (lamatura, svasatura, ecc.)

CHAMFER

Realizzazione di smussi

FILLET

Realizzazione di raccordi

GUSCIO

Realizzazione di un solido definito dalle superf. esterne e da uno più spessori assegnati a partire

dal solido pieno. L’utente sceglie quali facce rimuovere.

ANGOLO DI SFORMO

Realizzazione di angoli di sformo su solidi già esistenti

SIMMETRIA (DI SOLIDI O DI FEATURE)

Creazione di solidi e/o appendici come simmetrici di altri già esistenti.

PATTERN

Creazione di solidi e/o di appendici come copie di altri già esistenti. La copia viene effettuata

lungo direzioni e valori di offset scelti dall’utente.

OPERAZ. BOOLEANE

Unione, differenza, intersezione di solidi.

ENTITA’ DATUM

Punti, assi, curve, piani, superfici di riferimento.

MATING

Insieme delle operazioni di posizionamento fra componenti di un assemblaggio.

SVILUPPO IN PIANO

Sviluppo in piano di superfici o di gusci.

1 La nuova versione 7 di Solaris di Sun funziona su PC ed è distribuita gratuitamente.

A-14

FILETTATURA

Trattamento cosmetico di filettatura.

TAGLIO CON SUPERFICI

Taglio di solidi con superfici. Utile per realizzare forme solo localmente complesse.

IMPLOSIONE DI SUPERFICI

Composizione di superfici per realizzare un solido che può essere aperto o chiuso a seconda di

come sono le superfici. Nel primo caso si ha un guscio a spessore nullo.

SPESSORAMENTO (THICKENING).

Operazione che permette di realizzare gusci a partire da superfici.

SWEEP

Vedi estrusione generalizzata

LOFT

Vedi estrusione generalizzata

Modifica

ATTIVAZ./DISATTIVAZ. DI FEATURE

Consente di disattivare momentaneamente delle feature

CANCELLAZ. FEATURE

Eliminazione di feature. Se esistono relazioni parentali che coinvolgono le feature eliminate, il

sistema avverte.

RIORDINAM. FEATURE

Possibilità di cambiare l’ordine delle lavorazioni. Anche questa operazione è limitata da legami

parentali

RIDEFINIZ. FEATURE ED EVENTI

Ogni evento parametrico può essere ridefinito

ROTTURA LEGAMI PARENTALI

Rottura legami fra entità. Questa operazione può risultare molto utile quando il sistema crea le-

gami indesiderati solitamente fra componenti.

SUPERFICI

Creazione

PIANO

Creazione superficie piana delimitata da curve complanari

SUPERFICI GUIDA, DI COSTRUZIONE, DI APPOGGIO

A-15

Sono tutte le superfici che vengono utilizzate come bordi per realizzare o “trimmare” altre su-

perfici. Rispetto a delle semplici curve, consentono il controllo di tangenza e curvatura in ogni

punto.

SUPERFICIE RIGATA

Creazione di superfici rigate a partire da due curve

ESTRUSIONI LINEARE, DI RIVOLUZIONE GENERALIZZATA (SWEEP E LOFT)

Operazioni analoghe a quelle solide

SUP. TESA

Patch che costituisce la superficie più tesa realizzabile fra tre o quattro curve aperte o chiuse.

SUP. PROPORZIONALE

Superficie definita da uno/due bordi e una/due guide. Possibilità di assegnare pesature diverse

alle curve e continuità sui bordi.

OFFSET

Superficie definita come luogo dei punti terminali delle normali di lunghezza assegnata di

un’altra superficie

SUP. DI COLLEGAMENTO

Superficie realizzata collegando due o più superfici disgiunte in maniera ponderata.

SUP. DI RACCORDO (FILLET)

A differenza del fillet solido, il fillet fra superfici crea una ulteriore superficie che, a seconda dei

casi, va trimmata a posteriori.

SUP. TUBOLARE

Operazione analoga a quella solida

SUP. ELICOIDALE

Operazione analoga a quella solida

CURVE U, CURVE UV

Realizzazione di una superficie su un reticolo di curve che, concettualmente, rappresentano le

isoparametriche. Nel caso UV il reticolo è completo, nel caso U si dispone solo delle curve di

un tipo (u o v)

PRIMITIVE

Cubo, parallelepipedo, prisma, piramide, cilindro, cono, sfera, toro

DA NUVOLA DI PUNTI

Superficie interpolante una nuvola di punti

A-16

ESPLOSIONE DI SOLIDI

Operazione che, applicata ad un solido, fornisce l’insieme di superfici che ne costituiscono la

frontiera. Può essere totale o locale.

Modifica

TRIM CON LIMITI (CURVE/SUPERFICI)

Taglio di superfici con curve o altre superfici

TRIM RECIPROCO

Trim fra superfici

UNIONE

Unione di superfici per formarne una sola. L’operazione è consigliabile solo in certi casi per non

“sporcare” la matematica delle superfici

IMPOSIZIONE CONTINUITA’

Imposizione di continuità di posizione, tangenza o curvatura (se il sistema lo prevede) con pos-

sibilità di modificare una o entrambe le superfici

RIGENERAZIONE (UNTRIM)

Operazione che ricrea la superficie come si presentava prima dei trim

PUNTI DI CONTROLLO

Modifica di superficie per punti di controllo

MODIFICA FLESSIBILITA’

Operazione che agisce sul grado dei polinomi aggiungendo o togliendo punti di controllo

PASSAGGIO ATTRAVERSO PUNTI/CURVE

Imposizione di passaggio attraverso punti o curve

INVERSIONE ORIENTAMENTO

Inversione dell’orientamento della superficie (destrorso o sinistrorso) e della normale.

ANGOLO DI SFORMO

Assegnazione di uno sformo rispetto a un piano neutro

CONVERSIONE IN NURBS

Conversione in forma matematica generale. Alcune operazioni di modifica e di esportazione ri-

chiedono obbligatoriamente questa operazione.

Metodologie Di Impiego

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