Con progettazione guidata dall’ottimizzazione, appunto in inglese Optimization Driven Design si indicano quei processi attraverso i quali l’azienda riesce a utilizzare le tecniche numeriche di ottimizzazione nel lavoro quotidiano, con la solita immediatezza e usabilità degli altri strumenti di progettazione come il CAD 3D o l’analisi agli elementi finiti.
 
Quali sono i benefici dell’Optimization Driven Design?
Per prima cosa l’ottimizzazione consente un concreto accorciamento dei tempi di sviluppo del prodotto. Grazie all’uso precoce dell’ottimizzazione è possibile evitare costose e spesso imprevedibili iterazioni di progetto che possono portare a ritardi nella delibera e che poi si possono ripercuotere nelle fasi a valle del progetto.
 
Il fatto di poter utilizzare l’ottimizzazione per valutare e confrontare rapidamente la fattibilità di molteplici idee concettuali permette alle aziende di inserire contenuti innovativi nel prodotto in maniera sicura rendendolo quindi più apprezzabile dal mercato. Tutti i progettisti sanno quanto sia difficile gestire i conflitti tra obiettivi concorrenti in termini di resistenza, rigidezza, frequenza e massa del prodotto, l’ottimizzazione consente di impostare dei target da raggiungere e dei vincoli da rispettare, poi è il compito del software in base all’approccio selezionato, fare in modo di rispettarle, tutte queste condizioni, risolvendo i conflitti tra gli obiettivi e trovando una soluzione di compromesso.
 
Ultimo, ma non ultimo, l’ottimizzazione strutturale è un processo standardizzabile, ripetibile, automatico, che può essere realmente inserito nel workflow della progettazione allo scopo di guidarne le scelte. Visti dal punto di vista dell’azienda tutti questi benefici si traducono in riduzione dei costi di sviluppo, mitigazione dei rischi e aumento dei margini di profitto. In altre parole l’Optimization Driven Design garantisce un vantaggio competitivo alle aziende.

OptiAssist è di fatto uno strumento che si aggancia a Simcenter 3D per la gestione dell’ottimizzazione.
 
Con la realizzazione di OptiAssist GRM Consulting aveva l’obiettivo di sviluppare un ambiente unificato che permettesse agli utilizzatori di Simcenter di massimizzare il potenziale espresso dal modulo Nastran Optimization, ovvero la famosa SOL 200. Per raggiungere questo obiettivo GRM Consulting ha lavorato in due ambiti, il primo è stato quello di semplificare l’interfaccia per pilotare la SOL 200 rendendola meno complicata e quindi accessibile al progettista proprio per venire incontro alle esigenze dell’optimization driven design, il secondo è stato quello di portare sulla piattaforma Simcenter e Nastran tutta l’esperienza maturata con il solutore Genesis, un altro ambiente di ottimizzazione, ad esempio tutta una serie di strumenti legati all’ottimizzazione dei compositi ma non solo anche molte altre funzioni.
 
Dentro questa piattaforma è possibile impostare studi di ottimizzazione topografica è uno strumento che permette di sviluppare strutture di rinforzo locali su strutture in piccolo spessore modellate on elementi shell è molto utile per avere indicazioni su come massimizzare la rigidezza e le frequenze di risonanza del sistema per minimizzare gli stress.
 
L’ottimizzazione dello spessore dei lamierati o Sizing optimization, permette di individuare la migliore configurazione di spessore per gli assiemi modellati con gli elementi piastra, anche in questo caso ci permette di massimizzare rigidezza e frequenza e di ridurre gli stress.
 
L’ottimizzazione free-size o ottimizzazione topometrica è un ibrido delle due tecniche precedenti e si utilizza sempre sugli elementi shell ed in particolare è utile per parti ottenute ad esempio per fusione, stampaggio o per asportazione di truciolo dove ho la possibilità di tenere conto di variazioni di spessore legate magari al processo produttivo con il quale è stato realizzato il componente.
 
Altro tipo di ottimizzazione la shape optimization, ottimizzazione di forma, mi permette di introdurre variazioni geometriche locali, modificando la posizione dei nodi della mesh, questo tipo di ottimizzazione è utile per risolvere problemi di concentrazioni locali di stress.
 
L’ottimizzazione dei compositi che è una delle peculiarità della suite di OptiAssist non solo con Simcenter 3D, ma anche con altri ambienti di ottimizzazione, permette di sviluppare forme delle pelli e sequenze di laminazione ottimali. Può essere utilizzata per conseguire le prestazioni desiderate di rigidezza, resistenza e frequenza, ma con un occhio particolare a tutti quei vincoli di realizzazione e produzione di una parte in composito il bello di OptiAssist per Simcenter 3D è che questi strumenti vengono abilitati all’interno di fatto di un modellatore CAD, perché il modellatore geometrico di Simcenter 3D è basato su modellatore NX di Siemens.

Si può usare OptiAssist per eseguire l’ottimizzazione di una struttura di lamiere elettrosaldate per aumentare le frequenze di risonanza e contemporaneamente diminuire gli spessori?
Sì, certamente, questo è un caso di applicativo abbastanza comune che può essere affrontato con OptiAssist e la SOL 200, in questo caso può essere dato un vincolo sulla frequenza da rispettare, ad esempio la prima frequenza propria deve che so passare da 15 a 20 hertz per evitare magari che si accoppi con la rotazione di parti in movimento nella macchina, a noi è capitato un caso simile anni fa su una macchina di taglio, una macchina diciamo a portale dove c’era esattamente questo problema. In questo caso si può impostare l’ottimizzazione con variabili discrete, ovvero l’ottimizzatore si può assegnare uno spessore variabile dando spessori da 5, 8, 10, 12, 15 mm e così via in base a quelli che sono i materiali che posso utilizzare o che il mio fornitore è in grado di gestire e durante l’ottimizzazione il software, il solutore, cercherà la configurazione di spessori che minimizza la massa complessiva della macchina, ma al tempo stesso rispetta i vincoli di frequenza che ho assegnato o eventualmente contemporaneamente frequenza di risonanza e spostamenti in certi punti particolari.
 
OptiAssist è in grado di considerare condizioni al contorno differenti per obiettivi differenti?
Sì, con OptiAssist è possibile impostare ad esempio uno studio di ottimizzazione nel quale impongo delle condizioni al contorno differenti sia di carico che di vincolo dando degli obiettivi da rispettare o sulle frequenze di risonanza, per cui posso avere più storie di carico come abbiamo visto nel caso di INEOS della bulkhead, della paratia del piede d’albero, ho delle condizioni di carico differenti a cui do obiettivi diversi, alla fine è il solutore che si preoccuperà di variare in quel caso la laminazione, ma può essere lo spessore dei lamierati rispettando i vincoli imposti.
 
OptiAssist può eseguire l’ottimizzazione di un modello FEM non lineare?
Purtroppo no, OptiAssist utilizza la SOL 200 di Nastran che esegue l’ottimizzazione, quindi l’ottimizzazione è eseguita da Nastran, quindi nel bene e nel male i limiti di funzionamento sono quelli della SOL 200 di Nastran, che usa il metodo del gradiente ed è implementata nel solutore lineare di Nastran. Di fatto questo è un limite che è allineato un po’ con la maggior parte dei software di ottimizzazione strutturale. È però possibile con Simcenter, se si utilizzano le licenze a gettone, utilizzare il modulo di Design Sweep e di ottimizzazione integrato all’interno di Simcenter o il Design Exploration che è un altro strumento avanzato del quale eventualmente parleremo in un prossimo seminario.
 
Con OptiAssit si può eseguire anche l’ottimizzazione topologica?
Anche in questo caso la risposta è no, però la risposta è un po’ articolata. Di per sé OptiAssit non esegue l’ottimizzazione topologica, però OptiAssit è qualcosa che funziona in sinergia con l’ottimizzazione topologica. Visto che OptiAssit per funzionare si appoggia a Simcenter 3D o diciamo la versione Genesis si appoggia a Genesis, entrambe queste due piattaforme hanno l’ottimizzazione topologica integrata. Quindi questo vuol dire che si può usare prima l’ottimizzazione topologica, prima di entrare in OptiAssit, dopodiché uno volta che è stata concepita la geometria è possibile fare un’ottimizzazione fine di tipo Free Shape dentro OptiAssit per migliorare i dettagli e eseguire il dimensionamento dei dettagli geometrici.
 
Come viene determinato il numero di iterazioni?
In due maniere, di fatto l’ottimizzatore, sono io a imporre al solutore quante iterazioni deve fare, quindi dopo quante iterazioni deve uscire con i risultati. Altra cosa si può definire il criterio di convergenza, quando tra due iterazioni consecutive o quando la funzione obiettivo ha raggiunto il target il software interrompe l’analisi prima di completare il numero di iterazioni.