Progettare il futuro in 3D: automazione, simulazione e rendering in cloud

La quarta rivoluzione industriale ha radicalmente trasformato il paradigma produttivo. Per supportare i nuovi processi, è necessario ripensare profondamente la progettazione dei prodotti. Un obiettivo possibile, grazie alle tecnologie 3D digitali, all’additive manufacturing, all’Intelligenza Artificiale e al cloud computing. Ce lo spiega Gian Paolo Bassi, Executive VP of 3DEXPERIENCE Works at Dassault Systèmes

A seconda dei punti di vista, la chiamano quarta rivoluzione industriale, industria 4.0trasformazione digitale, transizione tecnologica: un lessico variegato e diffuso nel contesto della profonda metamorfosi socio-economica che stiamo vivendo. Il paradigma della produzione – e , con esso quello della progettazione riferita al futuro – sta cambiando per adattarsi alle nuove opportunità e alle esigenze di un mercato sempre più disaffezionato alle logiche tradizionali del possesso in favore della via dell’esperienza.

Concepire, progettare, ingegnerizzare e fabbricare un prodotto di moderna concezione è un concetto che va oltre la linearità con cui eravamo soliti identificarlo.

Il mercato richiede ormai risposte in tempo reale, con logiche on-demand che scardinano le dinamiche di time to market cui eravamo abituati. Le soluzioni hardware e software sono sempre più mature per abilitare uno scenario nuovo, in cui il ciclo di vita del prodotto diventa un processo simultaneo e integrato.

Per scattare una fotografia realistica dei principali trend in atto, ci siamo confrontati con una figura di grande esperienza, che segue sul campo, giorno per giorno, ogni tappa di questa radicale evoluzione: Gian Paolo Bassi, Executive VP of 3DEXPERIENCE Works at Dassault Systèmes, già CEO di Solidworks per moltissimi anni.

Dopo avere affrontato il tema chiave degli innovation lab e della capacità di innovare bottom-up, la riflessione prosegue sulle tecnologie legate alla progettazione del futuro, che vedono il proliferare di piattaforme cloud based in grado di garantire end-to-end lo sviluppo dell’intero product lifecycle.

Perché si parla sempre meno di software e sempre più di piattaforme per la progettazione?

Oggi il concetto di CAD come software 3D per la progettazione è in qualche modo limitante, se lo considerassimo semplicemente quale uno strumento in grado di produrre disegni. Oggi il digitale ci consente di fare molto di più, per creare un loop continuo dal concept alla produzione.

Questa pipeline coinvolge tantissimi processi che, per risultare coerenti, vanno tra loro funzionalmente collegati, Una piattaforma digitale non consiste in una semplice raccolta di software: il suo obiettivo è quello di farli lavorare insieme, di parlare la stessa lingua.

Il fulcro dei tool di progettazione è nel model space, sempre più dinamico e ricco di informazioni. Ormai, da diversi anni, stiamo portando 3DExperience Works in questa direzione, per mettere a disposizione delle aziende tutto ciò di cui necessitano realmente.

Hai citato il model space, un ambiente digitale vivo, intelligente, che supera la concezione statica del CAD tradizionale. Quali sono le potenzialità di questo nuovo paradigma?

Il model space dialoga direttamente con i sistemi a controllo numerico e garantisce, in tempo reale, la visibilità su tantissimi aspetti, che vanno ben oltre i semplici aspetti meccanici. Questa continuità digitale consente di automatizzare moltissime operazioni, perché il CAD, i sistemi di stampa 3D, i robot sulle linee di produzione parlano finalmente la stessa lingua senza che vi sia la necessità di complesse intermediazioni.

Le macchine sono sempre più in grado di programmarsi da sole. Oggi, la produzione deve continuamente rispondere a esigenze di personalizzazione: è una continua lotta contro il tempo, devi ottimizzare qualsiasi fase, per cui l’automazione diventa un aspetto fondamentale, anche nella logistica.

Ci sono troppi dati da gestire e non è pensabile che l’uomo possa farcela da solo. Per questo si rivela necessario un flusso interamente digitale, in cui i software che svolgono le varie funzioni necessarie dialoghino tra loro in tempo reale, per supportare i progettisti in tutte le fasi operative e decisionali.

L’automazione diventa la parola chiave, secondo una visione finalmente moderna, in cui tecnologie come l’Intelligenza Artificiale possono davvero aiutare l’uomo a diventare più efficiente, non soltanto facendo più velocemente ciò che già faceva, ma abilitando nuove possibilità. Questo concetto vale anche per la progettazione?

La necessità di ottimizzare si riflette sotto vari aspetti e durante la progettazione ci sono molte fasi a basso valore aggiunto che non ha alcun senso che sia l’ingegnere a dover effettuare. Deve pensarci il Machine Learning.

Ad esempio, nella progettazione meccanica, molto spesso, il gioco consiste nell’assemblare in modo differente elementi standard. Non è produttivo ridisegnare sempre le stesse cose. In molti casi, si tratta di comporre nuovi prodotti nel minor tempo possibile, senza inventare sostanzialmente nulla di nuovo. Questo è un contesto in cui le tecniche di Intelligenza Artificiale possono dare una risposta straordinariamente efficace. 

L’Intelligenza Artificiale diventa pertanto un prezioso assistente nell’effettuare le operazioni ripetitive…

Tali funzioni sono, infatti, sempre più diffuse nei software CAD 3D per la progettazione. Oltre a velocizzare le operazioni, l’AI contribuisce a ridurre sensibilmente gli errori umani. Pensiamo, ad esempio, al raccordo tra le superfici.

Un CAD oggi può automatizzare il chamfer dell’intero progetto, senza costringere un ingegnere a intervenire manualmente su ogni bordo, con il rischio di dimenticarne qualcuno e ritrovarsi un errore in fase di produzione. Esempi di questo genere potremmo citarne a centinaia e mettono in evidenza il valore dell’automazione nelle fasi di progettazione.

Nei processi creativi, l’AI assume un ruolo di primo piano nel cosiddetto Generative Design: quali sono gli sviluppi più interessanti sotto questo punto di vista?

Il progettista può finalmente concentrare tutti i suoi sforzi nell’identificare correttamente il problema, lasciando che sia la macchina a proporre le soluzioni per risolverlo. Questo credo sia l’aspetto più importante della modellazione generativa, in quanto si riflette concretamente nelle richieste che arrivano dal mercato, che sono sempre più di carattere funzionale.

In quali termini è variata la domanda?

Oggi si ragiona sempre più per obiettivi. Se un tempo chi intendeva costruire uno stabilimento industriale si preoccupava di cercare le macchine più idonee, oggi si presenta con una richiesta molto pratica, del tipo: devo produrre 10mila prodotti al giorno.

Sono i vendor e i progettisti a dover trovare le tecnologie e sviluppare una soluzione idonea sulla base di vincoli e requisiti che vengono imposti dal cliente.

Il Generative Design sposa alla perfezione questo approccio, in quanto è nativamente concepito per proporre più soluzioni a un problema noto, che viene identificato proprio attraverso una serie di vincoli.

La capacità dell’AI di analizzare molte variabili ed enormi quantità di dati consente, dunque, di trovare soluzioni nuove e sempre più efficienti a problemi molto specifici…

Non solo. Anzi, questo è soltanto l’inizio. Il Generative Design offre ai software CAD 3D di integrare nuovi strumenti per la simulazione avanzata. Questo costituisce un valore aggiunto enorme per la progettazione, in quanto sin dalla fase di concept, attraverso le soluzioni che l’AI ti propone, sei in grado di valutare puntualmente cosa succederà in tutte le fasi successive.

Un software per la progettazione moderno deve consentire qualsiasi approccio e superare la propria concezione parametrica tradizionale. Questo avviene osservando come si opera in altri ambiti, come quello dell’industria creativa, da cui abbiamo recepito le funzionalità di modellazione 3D organica.

Questo sarebbe uno degli esempi tangibili del concetto di integrazione a cui facevi accenno in precedenza. Proprio in termini di valore aggiunto, quali sono i fattori più rilevanti?

Per ottimizzare le fasi di progettazione, la simulazione costituisce un fattore fondamentale. Non è più sostenibile fare certe valutazioni dopo aver realizzato un prototipo formale.

Devi prevedere sin dall’inizio quali sono i possibili effetti di una soluzione di design, per capire se è fattibile o meno, quali complessità comporta dal punto di vista produttivo, se rientra nei budget previsti e moltissimi altri aspetti, come la logistica e, oggi, sempre più anche il marketing e le vendite. Automazione e simulazione sono due fattori decisivi nella progettazione.

A livello marketing in molti ambiti di business diventa sempre più essenziale la capacità di presentare il prodotto in maniera realistica. Come viene recepito questo aspetto in ambito industriale?

Il cliente non si accontenta più delle specifiche, come avveniva in passato. Vuole vedere concretamente come funziona un prodotto. Questo vale anche quando si tratta di progettare linee industriali: vuole vedere i rendering e le animazioni realistiche.

La simulazione non si limita più agli aspetti cinematici, alle qualità strutturali degli elementi, ad essere sicuri che funzioni. Occorre essere in grado di dimostrarlo visivamente. Diventano, pertanto, fondamentali anche gli aspetti dinamici della simulazione e i clienti sono sempre più attenti a questi aspetti, li chiedono espressamente e vogliono vedere nel dettaglio il funzionamento di una linea di produzione prima di realizzarla.

Il rendering fotorealistico rappresenta ormai una condizione necessaria per comunicare le qualità e il funzionamento di qualsiasi progetto, dal singolo prodotto alle linee di produzione del grande stabilimento industriale.
Il rendering fotorealistico rappresenta ormai una condizione necessaria per comunicare le qualità e il funzionamento di qualsiasi progetto, dal singolo prodotto alle linee di produzione del grande stabilimento industriale (Credit: Solidworks, Dassault Systèmes).

A differenza di altri ambiti, in primis quello architettonico, in cui pre-visualizzare gli spazi abitativi costituisce da tempo un’attività fondamentale nelle campagne commerciali real estate, la progettazione industriale vedeva il rendering del progetto come un “di più”, mentre ora sta diventando parte integrante della simulazione…

Assolutamente. Oggi siamo chiamati a realizzare delle vere e proprie virtual room, utilizzando varie tecnologie di rendering per far capire in maniera estremamente realistica come funziona il tutto. Il rendering diventa un ulteriore aspetto della simulazione.

Chi progetta una linea di produzione ha l’esigenza di mostrare al proprio cliente molti aspetti di dettaglio. Non basta, ad esempio, dimostrare che una linea può realizzare 10mila prodotti, occorre mostrare come questo accade, ad esempio rassicurando il cliente che i 10mila prodotti non verranno sbalzati ovunque nello stabilimento a causa di velocità troppo elevate. L’attenzione al dettaglio sta diventando sempre più rilevante e abbiamo le tecnologie per simulare in maniera sempre più realistica ogni aspetto. Anche la realtà virtuale e la realtà aumentata ci aiutano molto.

In questi concetti ritroviamo perfettamente la concezione di virtual twin cui fate riferimento ormai da moltissimo tempo, risultando a tutti gli effetti dei pionieri in questo ambito…

Un gemello digitale evoluto consente di simulare ogni aspetto del prodotto e del funzionamento della linea di produzione necessaria per fabbricarlo. Non ci sono davvero limiti nella scala di dettaglio.

Inoltre, la capacità di prevedere ogni aspetto in maniera realistica consente indubbi vantaggi anche nella programmazione della logistica e delle supply chain. Pensiamo al discorso legato alle forniture. Oggi alcuni componenti vanno ordinati con un anno di anticipo. Il ruolo della simulazione digitale diventa pertanto sempre più decisivo nell’anticipare le mosse, pianificare tutti i dettagli e ridurre il time to market dei prodotti.

Tornando al discorso piattaforma, il cloud si sta rivelando sempre più il principale abilitatore di questa nuova visione del software CAD 3D per la progettazione. Alcune funzionalità sarebbero impensabili senza le risorse del cloud computing, a partire da quelle basate sull’Intelligenza Artificiale…

Ancor prima di entrare nel merito delle possibili soluzioni, era chiaro che Internet avrebbe cambiato per sempre il nostro modo di lavorare. Era soltanto questione di capire come ciò sarebbe avvenuto.

Cosa avremmo potuto fare noi, come produttori di software, per consentire ai progettisti di lavorare meglio in un contesto sempre più complesso in termini di esigenze? La soluzione è arrivata appunto dal cloud, che ci consente di rendere molto più semplice lo sviluppo di un progetto, a partire dalla sua gestione.

Il modello di distribuzione “as-a-Service” si imporrà quale standard anche in un contesto “conservativo” come quello del software per la progettazione?

Ne siamo fermamente convinti e lavoriamo su questo ogni giorno per sviluppare il portfolio di 3DExperience Works. Siamo in una fase ibrida, di transizione, ma il cloud offre sin d’ora una serie di vantaggi cruciali. Il fatto di pagare soltanto per ciò di cui si necessita consente anche alle PMI di affrontare dei progetti altrimenti difficilmente sostenibili.

Ma persino le grandi aziende, se possono sfruttare la scalabilità del cloud, lo fanno sempre più spesso. Accollarsi tutto l’investimento iniziale su un progetto costituisce un rischio enorme.

Il cloud consente di scalare risorse e licenze in funzione degli effettivi carichi di lavoro, riducendo sensibilmente i margini di rischio sull’investimento.

Se un progetto, per qualsiasi motivo, dovesse fallire, il danno che ne deriva sarebbe per fortuna limitato. Se dovesse avere successo, basterebbe aumentare le risorse che il cloud offre per sostenerne la crescita nel tempo. In ogni caso, decade la necessità di sovradimensionare le risorse IT a monte di un progetto, tipica dei sistemi tradizionali.

Quali sono i principali vantaggi tecnici che derivano dal cloud?

Cambia radicalmente l’esperienza d’uso del software, per cui il progettista può concentrarsi esclusivamente su ciò che deve fare, senza preoccuparsi della manutenzione, degli aggiornamenti e di tutto ciò che può comportare in termini di retrocompatibilità.

Con Solidworks stiamo proponendo, ad esempio, nuove soluzioni per quanto riguarda la gestione documentale dei progetti. La tradizionale struttura a file e cartelle è qualcosa a cui siamo abituati da sempre, ma presenta oggettivamente dei limiti.

Per cui abbiamo lavorato su un nuovo sistema che, dal punto di vista dell’interfaccia utente, rimane simile alla struttura tradizionale ma, sotto il profilo dell’applicazione automatizza, offre una serie di passaggi per archiviare i dati in cloud in maniera molto più robusta, evitando il noto problema dei “broken links” e qualsiasi rischio di perdita accidentale dei dati.

È una delle classiche cose che magari l’utente finale coglie meno, ma che il cloud consente di implementare per facilitare la vita a chi lavora.

Le piattaforme cloud consentono di gestire i progetti con funzioni molto efficaci nel garantire la collaborazione da remoto tra differenti team, anche in tempo reale.
Le piattaforme cloud consentono di gestire i progetti con funzioni molto efficaci nel garantire la collaborazione da remoto tra differenti team, anche in tempo reale (Credit: Solidworks, Dassault Systèmes).

Il cloud stravolge anche la concezione IT lato hardware, dove i software CAD 3D richiedono tradizionalmente workstation molto potenti, se non addirittura delle render farm dedicate…

Anche in questo caso, parliamo di risorse estremamente costose, energivore e che dopo qualche tempo diventano obsolete. Grazie al cloud computing, un giorno potremo ridurre sensibilmente l’esigenza di avere delle workstation in house e gestire progetti anche molto complessi con un semplice chromebook, allocando le risorse computazionali in cloud. Questo sia per quanto riguarda le fasi di modellazione, che per effettuare rendering realistici in tempo reale. Senza dimenticare le simulazioni avanzate, che costituiscono un altro processo che necessita di una grande potenza di calcolo.

In ambito industriale, una barriera storica all’adozione del cloud è il fatto di dover mettere i propri dati sui sistemi di terzi. Assolutamente legittimo, quando si parla di informazioni riservate dei clienti e proprietà intellettuali di enorme valore. Oggi finalmente sono disponibili varie soluzioni per ovviare in buona parte a questo problema, ma qual è la percezione diffusa nelle aziende?

Il crescente rischio, in termini di sicurezza informatica, ha contribuito a ribaltare questa visione in favore del cloud. Oggi, mantenere in sicurezza un’infrastruttura IT on-premise è sempre più complesso e oneroso.

Sempre meno aziende possono permetterselo. Tornadi, incendi, ransomware, le minacce nei confronti dell’on-premise sono innumerevoli. Gli imprenditori si stanno rendendo conto che l’infrastruttura on-premise costituisce ormai l’anello debole della loro continuità di business.

Purtroppo ci è capitato più di una volta di dover assistere dei clienti che sono rimasti vittime di gravi incidenti nei data center proprietari, anche indipendenti dalla loro responsabilità, come nel caso di una grave calamità naturale. Il cloud è un ambiente IT genericamente più sicuro, ovviamente se strutturato con le competenze necessarie.

Sono, quindi, le aziende stesse a chiedere di migrare in cloud le proprie applicazioni?

Sempre più aziende ce lo chiedono. Ma, sinceramente, era qualcosa che ci saremmo aspettati, fermo restando tutti gli aspetti da considerare quando si parla di una migrazione in cloud. Ricorderò sempre un episodio, per certi versi premonitore di questo scenario, avvenuto circa sette o otto anni fa.

Eravamo in Germania da un cliente come Bosch per valutazioni in merito ad alcuni nuovi progetti. Finimmo col parlare proprio di questo aspetto. Chiesi loro: “cosa ne pensate del cloud?” Uno dei loro responsabili mi disse: “guarda Gian Paolo, siamo stati in visita al laboratorio di ricerca sulla sicurezza di Google. Abbiamo visto come lavorano ma soprattutto abbiamo saputo che, per raggiungere certi obiettivi, dedicano ogni anno due miliardi di dollari. Anche volendo, non potremmo mai permetterci di destinare quella cifra per la sicurezza informatica, per cui preferiamo fidarci di loro”.

Ai tempi rimasi sorpreso da questa affermazione, un po’ in controtendenza. Ma devo dire che ci è stata di grandissima ispirazione.

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Francesco La Trofa

Da vent’anni attivo nella ricerca relativa alle tecnologie 3D, divulgatore sul tema delle applicazioni enterprise di tali tecnologie e autore di “VR Developer. Il creatore di contenuti in realtà virtuale ed aumentata” (2018), edito da Franco Angeli (vrdeveloper.info). Scrive di IT anche per il portale https://www.sergentelorusso.it/

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