Oggi parliamo di un tema un po’ particolare che è quello della simulazione idrodinamica nel settore Nautico e Marino.
Cominciamo con l’affrontare il perché si rende oggi necessario utilizzare un software di simulazione affidabile per gestire la simulazione del prodotto, per creare il Digital Twin di prestazione di un’imbarcazione. Le motivazioni sono tante:

• Regolamenti che prevedono regole sulle emissioni

Strettamente legati ai consumi di carburante, richiedono di rispettare requisiti sempre più stringenti per quanto riguarda i temi legati all’impatto ambientale all’inquinamento.

• Costi operativi

Lavorando sulle prestazioni di tipo idrodinamico dello scafo e del sistema di propulsione è possibile ridurre la resistenza che vuol dire aumentare l’autonomia dell’imbarcazione, ridurre i consumi e conseguentemente i costi nelle varie condizioni di funzionamento, quindi mare calmo, con moto ondoso, durante le manovre.

• Accorciare il più possibile il time-to-market

Il che vuol dire ridurre i test su modelli e prototipi, modelli in scala o prototipi il più delle volte in scala 1 a 1, richiedono quindi la realizzazione dell’imbarcazione e altra cosa importante attraverso la simulazione è possibile capire il funzionamento del prodotto nelle varie condizioni operative.

 
Tutte queste richieste possono essere soddisfatte attraverso la simulazione fluidodinamica, perché la simulazione idrodinamica permette di comprendere il comportamento del prodotto nel mondo reale. Vale a dire è possibile simulare l’idrodinamica del fenomeno in scala reale, mentre sappiamo che le prove in vasca tipicamente vengono realizzate su modelli in scala e pertanto richiedono delle traduzioni, delle adimensionalizzazioni per poter trasferire quei dati misurati in laboratorio su risultati, numeri che possono essere utilizzati in progettazione.

CMC Marine è un’azienda italiana leader nel settore della nautica, sia per tecnologia che offre, che per quota di mercato nel mercato dello Yachting, soprattutto nelle imbarcazioni tra 20 e 50 metri. La differenza tra nautica e navale è che navale sono le navi, nautica sono essenzialmente gli yacht, navi da piacere più che da lavoro.
 
L’azienda è stata fondata nel 2005, ha tre sedi operative in Italia, una a Milano, due a Pisa. Ha anche una sede operativa in UK, a Poole vicino Southampton, e negli Stati Uniti, a Fort Lauderdale in Florida. Inoltre vi è una rete di dealer, centri Service, che copre tutti gli Hotspot mondiali della nautica. Quindi tutta l’area di Mediterraneo, Italia, sud della Francia, Baleari, Grecia, Malta, Turchia, l’area del Golfo Persico, Stati Uniti tutta l’area Florida, Caraibi e l’area di Hong Kong, Taiwan e infine Australia, Nuova Zelanda. insomma tutte le zone importanti per la nautica, per lo Yachting mondiale.
 
CMC Marine fa sistemi di controllo per il movimento delle imbarcazioni. Sono sistemi di controllo dei timoni, sistemi di stabilizzazione del rollio, sia in navigazione che a zero speed e sistemi di eliche di manovra.
 
Per tutti questi sistemi l’azienda ha creato la prima versione full electric, ad oggi tendenzialmente commerciano quasi solo attuazione elettrica per tutti i sistemi con tutti i vantaggi in termini di ingombri, velocità di attuazione, efficienza energetica.
Oltre al fatto che si può collegare tutto un’unica centralina di comando, un unico PLC e in questo modo si ha anche un controllo sincrono tra timoni, stabilizzatori e tutto.

Il margine di errore è praticamente nullo
Non c’è modo di provarlo su nessun prototipo, perché nessuno ti lascia usare uno yacht di 40 metri dicendo “proviamo e al massimo se si rompe ne facciamo un’altra”. Quindi è fondamentale da parte nostra progettare sistemi molto robusti che devono funzionare fin da subito.
 
Un mercato molto esigente
Per esempio una delle spinte dal punto di vista dei costruttori di imbarcazioni è riuscire a mettere quanto più volume vivibile a bordo.
Quindi c’è questa spinta a portare all’estremo tutto quello che è dal pelo dell’acqua in su. C’è comunque la necessità di mantenere alti standard di navigabilità, di manovrabilità, di comfort a bordo soprattutto e ultimamente anche di efficienza energetica. Quindi la stabilizzazione e il controllo dell’imbarcazione diventa un aspetto cruciale per il successo dello yacht. E i clienti stessi diventano diventano sempre più esigenti, perché adesso il comfort è diventato un plus.

Star-CCM+ permette di analizzare quello che sono i carichi idrodinamici, le risposte del sistema, le condizioni di mare, valutare possibili interferenze tra superfici. Il software consente anche di vedere qual è, una volta messo un timone o uno stabilizzatore, l’interazione che c’è tra lo scafo e il mare, valutare fenomeni di cavitazione delle eliche di manovra o evidenziare possibili instabilità fluidodinamiche prima che si verifichino a bordo.
 
Inoltre l’analisi CFD permette di ridurre i tempi di progettazione, perché posso provare tutti i diversi profili o determinare il profilo ideale fin da subito prima ancora di mettermi a costruire o chiudere la fase di disegno e poi dover fare revisioni su revisioni.
 
Permette di ottimizzare il design delle superfici, perché appunto io posso avere una superficie immersa in acqua, quale può essere appunto una pala, un timone e voglio ottimizzare la portanza diminuendo al massimo la resistenza. Posso preparare per le geometrie per la produzione, perché una volta che con l’analisi CFD trovo la geometria ideale la posso esportare e avere direttamente il modello da cui fare lo stampo per la realizzazione dei componenti in vetroresina o materiali compositi.
 
Posso fare un’analisi delle prestazioni, inoltre, non è da sottovalutare, che l’utilizzo abbastanza diffuso del CFD e del software Star-CCM+ nella nautica permette di condividere informazioni velocemente con i clienti.
 
Come abbiamo messo in piedi la soluzione scelta?
C’è da dire che noi siamo, CMC Marine, già cliente di Oracle Cloud per altre applicazioni, il gestionale, abbiamo tutto sistema circolante già tutto su Oracle. Oracle ha una soluzione HPC che Hight Performance Computing studiata anche per le simulazioni CFD con Star-CCM+.

Quali possono essere i tempi di calcolo per queste simulazioni?
Dipende molto dalla complessità del modello, però diciamo che bisogna trovare il giusto equilibrio tra il numero di Core dedicati perché se si seleziona numero di Core eccessivo si perde molto in efficienza, perché si perde più tempo a far scambiare i risultati della simulazione tra un core e l’altro che a fare effettivamente la simulazione.
Per un modello relativamente semplice come può essere una pinna, però con un numero elevato di Celle, un quarto d’ora, venti minuti, un modello di imbarcazione completa credo che selezionando un numero di core elevato, anche overnight, la lancio la sera, torno alla mattina e ho il risultato pronto. Poi dipende se la simulazione è dell’imbarcazione completa con il moto ondoso, con delle movimentazioni, lì diventa già un pochino più complesso, però è molto flessibile lo strumento HPC quindi può anche permettere di spezzettare la simulazione in più modelli diversi e lanciarli in parallelo.
 
Qual è il criterio con il quale si decide il raffreddamento delle Celle?
essenzialmente un criterio è basato su uno studio di convergenza. Nel senso che come tutti i metodi numerici tendenzialmente la simulazione e il risultato tende a convergere verso quello che è la soluzione numerica del problema all’aumentare delle Celle. Vale a dire succede che all’aumentare del numero di Celle, quindi con Celle sempre più piccole, si arriva a un certo punto per cui dopo una certa dimensione i risultati non cambiano più o cambiano di poco.
Ecco vuol dire che si è andati a convergenza da un punto di vista numerico.
Quindi è cosa buona e giusta fare, all’inizio dell’implementazione del metodo fluidodinamico all’interno dell’azienda, uno studio per capire qual è la dimensione tipica di Cella necessaria per risolvere un determinato problema.
Tenete presente comunque che nella libreria di Star-CCM+ e soprattutto nell’area di supporto clienti di Siemens sono disponibili delle Best Practice.
 
Conferma che non avete uno strumento di deployment dei nodi e che tutto venga gestito da Oracle?
Allora confermo che è tutto gestito internamente da Oracle. Oracle nella sua soluzione ha dei Cluster predefiniti già preconfigurati con la loro memoria RAM coi loro processori e viene creato tutto in automatico.