La produzione automatizzata per tutti parte dal generative design
Se siete produttori, ormai conoscerete sicuramente il concetto del generative design. Tuttavia, regna ancora un po’ di confusione in merito alla sua vera definizione.
Molti di coloro che operano nell’industria manifatturiera vorrebbero farvi credere che il generative design rappresenti solo un ramo dell’ottimizzazione topologica o della modellazione procedurale. In realtà, però, il generative design implica un cambio di approccio molto più radicale. Si tratta di un processo basato sull’intelligenza artificiale che sfrutta il cloud per guidare l’innovazione – esplorando migliaia di possibilità, invece di limitarsi a rimuovere il materiale in eccesso da un’idea precedente. Questa è l’ottimizzazione della topologia.
Se ne eravate già a conoscenza, allora ci auguriamo che siate già convinti delle opportunità rivoluzionarie legate al generative design per il futuro della produzione automatizzata. Tuttavia, potreste anche pensare che la tecnologia sia utile solo per geometrie complesse che possono essere prodotte esclusivamente con tecniche di produzione additiva.
Ad essere sinceri, molti degli esempi di generative design che avete visto finora erano altamente complessi; elementi stampati in metallo, spesso dall’aspetto ultraterreno. Questo dipende principalmente dal fatto che l’output del generative design non sia stato combinato con i mezzi di produzione tradizionali. E se la vostra azienda manifatturiera non può permettersi una stampante 3D in metallo da quasi 2 milioni di euro, la tecnologia sembra essere difficilmente accessibile o di poca importanza.
Nella fase iniziale, molte forme di automazione della produzione sono troppo costose o complesse per poter essere adottate appieno. Negli anni ’60, quando i primi robot industriali si sono affacciati sul mercato, solo le aziende del calibro di GM potevano permetterseli. Il generative design, il processo automatizzato di creazione di una geometria del disegno basata sui risultati di simulazioni generati tramite la comprensione del processo di produzione, è solo l’ultima tecnologia che sembra essere irraggiungibile. Tuttavia, la buona notizia per i produttori è che l’ambito di applicazione dell’automazione tramite il generative design si sta espandendo a tal punto da includere nuovi processi produttivi a supporto della produzione tradizionale.
Con un limite alla produzione, come la fusione o la lavorazione meccanica, il software di generative design dà vita a risultati che sono possibili anche utilizzando strumenti ed attrezzature che probabilmente già avete a disposizione. Questi risultati non solo sono possibili, ma anche abbordabili.
Prendiamo, per esempio, tre versioni di un elemento metallico di supporto per sedie a rotelle, tutti provenienti dallo stesso output di generative design. Di base, tutti e tre degli elementi sono uguali: presentano gli stessi standard in termini di funzionalità e prestazioni, lo stesso materiale, la stessa forma grezza. L’unica differenza risiede nel processo di produzione. Come vedrete, però, non tutti i processi sono creati uguali.
La parte originale è in metallo pressofuso, a circa 13,50 euro, in cui i costi delle attrezzature sono completamente ammortizzati. Il processo iterativo di fresatura a 3 assi può avvenire su una piattaforma centrale di lavorazione più comune, ma il prezzo raggiunge quasi i 90 euro, per via del tempo di cui la macchina necessita per lavorare la forma organica. La terza opzione (asse 2,5 fresato) è un’utopia perché rappresenta un componente con la stessa identica funzione della parte pressofusa, ma al costo di circa 23 euro. Praticamente allo stesso prezzo, ottenete la soluzione migliore in assoluto per il vostro problema di progettazione, senza dover ricorrere ad attrezzature personalizzate, ma semplicemente utilizzando gli utensili già disponibili nella vostra officina meccanica.
Sicuramente il processo di produzione ha un grande impatto sul tipo di geometria prodotta. Ora, finalmente, tutti saranno in grado di applicare la tecnologia del generative design a mezzi di produzione accessibili. La promessa della produzione automatizzata, però, non si limita al generative design.
Per realizzare il prossimo passo significativo verso l’automazione, è necessaria una filiera digitale che garantisca un flusso di lavoro continuo, dall’idea al prodotto fisico. Prendiamo in considerazione il flusso di lavoro base che abbiamo oggi per lo sviluppo di un prodotto: un ingegnere completa una parte della geometria del progetto, per poi passarla a chi si occupa delle simulazioni. Quest’ultimo deve completare le simulazioni e convalidarle prima di consegnarle a una terza persona, responsabile della creazione delle istruzioni di lavorazione meccanica, sotto forma di codice G (codice preparatorio). In molti casi, il file con il codice G viene copiato su un supporto di memoria esterno e portato nel reparto di produzione, dove l’operatore può caricarlo sull’unità di controllo della macchina e iniziare a tagliare il metallo.
Il flusso di lavoro a cascata (waterfall workflow) è lineare e altamente inefficiente. Un modo migliore di procedere consiste in un processo agile e automatizzato di sviluppo del prodotto, che consente l’esecuzione di più processi concorrenti, in modo che una persona possa iniziare a lavorare alle simulazioni, prima ancora che il progetto sia stato terminato. Sulla base del feedback delle simulazioni, un altro operatore potrà già iniziare a lavorare alle istruzioni di produzione, prima ancora che l’intero progetto sia completato.
In questo modo, la vostra azienda non lavorerà più tanto come una fabbrica del XIX secolo, ma piuttosto come una squadra sportiva altamente competitiva. La concorrenza dei processi va a ridurre il tempo totale necessario per la realizzazione di un prodotto, garantendone una maggiore innovazione, migliori prestazioni, costi inferiori e tempi di commercializzazione (time to market) più rapidi; tutte qualità essenziali per un’azienda di successo.
Per far sì che questo funzioni veramente, è necessario creare la filiera digitale di cui si è detto poco fa: un collegamento diretto tra le istruzioni di produzione create nel software e la macchina utensile. In questo contesto, il codice G viene creato in background ed inviato direttamente alla macchina utensile, senza che il progettista ne sia consapevole. Immaginatelo in questi termini: se volete stampare qualcosa su carta, inviate il documento in rete, direttamente dall’elaboratore di testi; non copiate i file in rete o inserite una chiavetta USB per far capire alla stampante cosa avete inserito nel vostro elaboratore di testi. Lo stesso dovrebbe valere per la produzione, con una rete di macchine ed applicazioni CAD/CAM.
Per quanto prezioso sia questo tipo di automazione, è comunque lineare ed incompleto: le informazioni vengono trasmesse alla macchina utensile, ma non ci sono feedback di ritorno. Il tutto sarebbe più stimolante se le unità di controllo della macchina utensile potessero anche acquisire informazioni sulle prestazioni dell’utensile. Questo tipo di automazione garantirebbe un feedback a circuito chiuso, consentendovi così di ottenere informazioni dalla macchina utensile e di aggiornare le istruzioni di lavorazione in tempo reale.
Quando una macchina CNC taglia il metallo, il mandrino gira, inserendo la fresa nel metallo. L’unità di controllo conosce il livello di pressione che c’è sul mandrino e la sua capacità massima. Il dispositivo di controllo sa, per esempio, durante un’operazione, se il mandrino sta sfruttando meno del 50% della propria capacità massima di carico supportato; ciò significa che il 50% della capacità non viene sfruttata.
Grazie a un collegamento diretto in rete con l’unità di controllo della macchina, è possibile “ascoltare” l’unità e, sulla base di tali informazioni, aggiornare in tempo reale la strategia di lavorazione che è stata generata automaticamente nel software di progettazione. Se sapete che state sfruttando solo il 50% della capacità complessiva di carico del mandrino, avete due possibilità: aumentare la velocità di avanzamento in modo che la fresa tagli più velocemente il materiale, oppure tagliare più in profondità per rimuovere più materiale. In entrambi i casi, andrete ad aumentare la forza del mandrino, con un maggiore sfruttamento delle capacità della macchina. Il risultato è un processo di produzione più rapido ed una migliore efficienza operativa in fabbrica.
Nel complesso, quindi, queste tre forme di automazione della produzione (generative design, filiera digitale e feedback a circuito chiuso) sono un’incredibile dimostrazione di un nuovo modo di lavorare. Oggi è possibile inserire, nel software Fusion 360 di Autodesk, i tradizionali vincoli di produzione e utilizzarne le funzioni di generative design per dare vita a soluzioni di progettazione ottimali. Presto, la filiera digitale e la capacità di reperire le informazioni attraverso la connettività nel reparto di produzione daranno sicuramente una svolta positiva ai vostri risultati aziendali. Per i produttori, il meglio deve ancora arrivare.