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Pillole Di FEM #19 - Design to Formula e Design to Analysis - Quale dei due approcci è meglio?



Nella progettazione meccanica 3D, ma non solo, sono molte le volte in cui siamo combattuti dall'utilizzare una formula per risolvere il problema, oppure se aprire il nostro software fem alto prestazionale ed ottenere delle belle immagini da mostrare al cliente.


Tralasciando il fatto che al cliente dovrebbe solamente importare sapere che un progetto soddisfi certi requisiti a prescindere dalle modalità di rappresentazione dei risultati, vediamo se esiste un modo per stabilire a priori quale è il miglior metodo per poter effettuare la verifica.


I due approcci alla base della progettazione, tralasciando l'approccio zero del tipo "abbiamo sempre fatto così, quindi funziona sempre", sono

- Design to Analysis

- Design to Formula


Ma cosa significa? Quali sono le differenze?


Design to Analysis


Design-to-Analysis (DTA) si riferisce a un metodo di progettazione che si basa sull'analisi e sulla simulazione per valutare le prestazioni di un prodotto o di un sistema prima di passare alla fase di produzione.


In pratica, viene utilizzato un software di simulazione o modelli matematici per testare il comportamento del progetto e verificare se soddisfa i requisiti di prestazione desiderati. In questo modo, è possibile identificare e risolvere eventuali problemi o limitazioni prima che il prodotto venga effettivamente realizzato.


Il DTA aiuta a ridurre i rischi e i costi associati a errori di progettazione, consentendo un'ottimizzazione più accurata delle prestazioni.


I pro di questo approccio sono:

  • Valutazione accurata delle prestazioni: L'analisi e la simulazione consentono di valutare le prestazioni del prodotto o del sistema in modo dettagliato e accurato. Ciò consente di identificare eventuali problemi o limitazioni prima della produzione, riducendo i rischi e i costi associati a errori di progettazione.

  • Ottimizzazione delle prestazioni: L'utilizzo dell'analisi e della simulazione nel processo di progettazione consente di ottimizzare le prestazioni del prodotto. È possibile eseguire iterazioni e modifiche al progetto per raggiungere i migliori risultati possibili in termini di efficienza, robustezza, sicurezza, etc.

  • Riduzione dei tempi di sviluppo: L'analisi e la simulazione consentono di valutare diverse soluzioni di progettazione rapidamente, senza la necessità di costruire prototipi fisici. Ciò può ridurre notevolmente i tempi di sviluppo, accelerando il processo di progettazione complessivo.


Il lato corto della coperta è invece rappresentato dai seguenti punti:


  • Complessità computazionale: L'utilizzo di analisi e simulazioni può richiedere molto tempo e risorse computazionali significative, specialmente per sistemi complessi. Ciò potrebbe limitare la rapidità del processo decisionale o richiedere l'uso di potenti calcolatori.

  • Dipendenza dalla qualità dei modelli: I risultati delle analisi e delle simulazioni dipendono dalla qualità dei modelli utilizzati. Se il modello non rappresenta accuratamente il sistema reale o se le informazioni di input sono inaccurate, i risultati potrebbero essere inaffidabili.

  • Limitazioni nelle conoscenze di input: Alcuni progetti possono richiedere dati o conoscenze specifiche che potrebbero non essere facilmente accessibili o disponibili per l'analisi. Ciò potrebbe rendere difficile ottenere risultati accurati o completi.




Design To Formula

D'altra parte, Design-to-Formula (DTF) è un approccio di progettazione che si basa sull'applicazione di formule matematiche e di ingegneria per determinare le dimensioni, le specifiche e le caratteristiche del prodotto o del sistema. Invece di fare affidamento sull'analisi e sulla simulazione per valutare le prestazioni, il DTF utilizza equazioni e modelli matematici consolidati per determinare i parametri di progettazione.


Questo approccio può essere utile in situazioni in cui le formule sono ben note e testate nel tempo, come nel caso di strutture statiche o di componenti meccanici.


I lati positivi di questo approccio sono:

  • Efficienza: L'applicazione di formule consolidate e modelli matematici esistenti nel processo di progettazione può essere efficiente in termini di tempo e risorse. Le formule possono fornire direttamente i risultati desiderati senza la necessità di eseguire analisi e simulazioni complesse.

  • Conoscenza consolidata: Il DTF si basa su formule e modelli matematici consolidati, derivati da esperienze e pratiche passate. Ciò può fornire una base solida e affidabile per la progettazione, specialmente in settori in cui le conoscenze e le formule sono ben stabilite.

  • Affidabilità delle soluzioni: Le formule matematiche consolidate possono fornire soluzioni affidabili e ben testate per problemi di progettazione comuni. Ciò può ridurre il rischio di errori o problemi imprevisti associati a soluzioni innovative o complesse.

Dall'altro lato, come sempre dobbiamo sempre tenere conto dei limiti di tale approccio:


  • Applicabilità limitata: Il Design-to-Formula si basa sull'applicazione di formule consolidate e modelli matematici esistenti. Tuttavia, ciò può limitare la flessibilità e l'adattabilità del processo di progettazione per situazioni complesse o innovative in cui le formule non sono disponibili o non sono ancora state sviluppate.

  • Semplificazioni e assunzioni: Le formule matematiche possono richiedere semplificazioni e assunzioni per funzionare correttamente. Queste semplificazioni potrebbero non tener conto di tutte le variabili e i fattori che influenzano il sistema reale, portando a risultati approssimati o non del tutto accurati.

  • Limiti dell'esperienza passata: Il DTF si basa spesso su conoscenze e formule derivanti da esperienze e pratiche passate. Tuttavia, in situazioni nuove o innovative, potrebbe non esistere una base di conoscenze sufficiente per l'applicazione di formule predefinite.


Conclusione

In generale, sia il DTA che il DTF hanno i propri vantaggi e limiti. La scelta tra i due dipenderà dalle esigenze specifiche del progetto, dalla complessità del sistema e dalle risorse disponibili. Spesso, una combinazione di entrambi gli approcci può essere utile per ottenere una progettazione equilibrata e accurata.



Ing. Francesco Grispo

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