SSD: ING-IND/15
CFU:
Insegnamenti propedeutici (se previsti dall'Ordinamento del CdS)
Nessuno.
Eventuali prerequisiti
Concetti fondamentali della Meccanica Classica; conoscenze di base delle problematiche, legate al funzionamento delle macchine.
Obiettivi formativi
L’obiettivo del corso è quello di educare lo studente alle problematiche di progettazione di macchine e sistemi meccanici mediante l’impiego di prototipi virtuali. Al termine del corso lo studente sarà in grado di: Impostare e sviluppare i modelli 3D di assiemi meccanici. Leggere ed interpretare correttamente un disegno meccanico. Operare la scelta dei mezzi di comunicazione tecnica per la progettazione dei prodotti industriali. Rappresentare per esigenze costruttive particolari meccanici e per esigenze funzionali e di montaggio complessivi semplici. Realizzare in maniera interattiva disegni costruttivi e schemi di assemblaggio a partire dai modelli CAD tridimensionali. Assegnare e valutare caratteristiche e proprietà di sistemi meccanici in ambiente virtuale: forme, proporzioni, materiali, tolleranze. Riconoscere gli elementi normalizzati. Gestire protocolli di riferimento per lo scambio-dati. Simulare ed analizzare in ambiente virtuale il comportamento cinematico di sistemi meccanici. Eseguire analisi strutturali agli elementi finiti (FEM) in ambiente virtuale su parti ed assiemi meccanici. Conoscere i sistemi di gestione dei dati del prodotto (PDM) e del ciclo di vita del prodotto (PLM). Impiegare le tecnologie di prototipazione virtuale e di Human modeling per l’analisi e la validazione di prodotti industriali.
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Il percorso formativo intende fornire agli studenti gli strumenti metodologici per la progettazione e lo sviluppo di prodotti industriali mediante l’impiego di prototipi virtuali. Lo studente deve dimostrare di avere appreso quali sono i requisiti peculiari dei sistemi hardware e software dedicati alle varie fasi del processo di sviluppo prodotto ed alla gestione del suo ciclo di vita. Lo studente dovrà inoltre dimostrare la conoscenza delle fasi principali di progettazione di un sistema meccanico, dalla identificazione dei requisiti, alla costruzione del prototipo virtuale ed alla sua validazione mediante strumenti di simulazione.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente deve dimostrare di saper costruire prototipi virtuali mediante software specifici per la gestione del ciclo di vita del prodotto, la modellazione geometrica, la simulazione cinematica del modello digitale (DMU), l’analisi strutturale e la validazione ergonomica. Lo studente dovrà mostrare la capacità di sviluppare un progetto concettuale di un sistema meccanico in ambiente virtuale, identificando elementi normalizzati e parti da progettare, gestendo i protocolli di riferimento per lo scambio dati e valutando i sistemi di simulazione idonei allo sviluppo ed alla validazione del progetto.
Programma - Syllabus
- Introduzione al corso: Obiettivi, contenuti, modalità d'esame.
- Il Digital Mock-Up (DMU), Ingegneria sequenziale e concorrente, il ciclo di sviluppo prodotto basato sul DMU. Metodologie di progettazione e pianificazione delle attività di progetto.
- Richiami di disegno tecnico industriale: metodo delle proiezioni ortogonali, sezioni, quotatura.
- Metodi di modellazione assistita da calcolatore.
- Modellazione basata sulla geometria: Drafting 2D, Modellazione 3D Wireframe, Primitive di modellazione, B-Rep, CSG, per superfici, ibrida.
- Introduzione alla piattaforma CAD: Impostazioni di base, Descrizione Albero del modello.
- Modellazione basata sulla conoscenza: approccio parametrico e variazionale, Modellazione solida basata su caratteristiche (Feature Based).
- Paradigma parametrico-associativo. Struttura di prodotto: parti, componenti, assiemi.
- Modellazione di parti: concetti di Feature, Body, Gruppi Geometrici. Strumenti per la gestione delle Feature Basate su schizzi. Gestione dei Vincoli. Strumenti di analisi dello schizzo.
- Strumenti per la creazione e la gestione delle feature avanzate: Feature di dettagliatura, Feature di trasformazione, Feature booleane, Modellazione Multi-Body. Principi di corretta modellazione.
- Metodi di rappresentazione di Curve e Superfici a forma libera: Rappresentazione analitica e parametrica, Curve e superfici di HERMITE, BEZIER, B-SPLINE, NURBS. Strumenti CAD per la creazione, l’analisi e la manipolazione di superfici.
- Modellazione di Assiemi. Approcci Bottom-Up e Top-Down. Gestione del salvataggio. Analisi dell’assieme. Feature d’assieme. Configurazione di prodotto e tabelle di progetto. Problematiche di scambio dati.
- Generazione di disegni e documentazione di prodotto a partire da modelli CAD. La distinta base.
- Richiami sulle tolleranze dimensionali. Catene di tolleranze. Analisi e sintesi delle tolleranze. Cenni di GD&T.
- Richiami sui collegamenti albero-mozzo. Dimensionamento di chiavette e linguette.
- La trasmissione del moto: dimensionamento e modellazione di ruote dentate.
- Simulazione di cinematismi.
- Sistemi per la gestione dei dati di prodotto (PDM) e per la gestione del ciclo di vita del prodotto (PLM): Definizioni e scopi; Funzionalità; Architettura.
- Applicazione di metodologie di progettazione: modellazione, dimensionamento preliminare e verifiche nominali di organi meccanici. Indicazioni generali per individuare i criteri di scelta di diversi componenti e dispositivi meccanici.
- Verifica strutturale nominale assistita da calcolatore; preprocessing: realizzazione della mesh, condizioni vincolari, applicazione dei carichi; post-processing: valutazione dello stato tensionale e delle deformazioni.
- Legame CAD-CAM.
- Digital Human modeling: misure antropometriche convenzionali e task oriented; modelli cinematici; assegnazione di compiti umani e metodi di valutazione delle performance; analisi delle forze e dei momenti; indici di valutazione posturale.
- La Realtà Virtuale nella progettazione industriale: la visione stereoscopica, sistemi di visualizzazione, sistemi di tracking, sistemi di navigazione, sistemi di manipolazione, sistemi haptic. Elaborazione dei modelli geometrici per la prototipazione virtuale: tassellazione, Rendering e Texture mapping. Applicazioni in ambito ferroviario, automobilistico, aeronautico ed energetico. Augmented e Mixed Reality.
Materiale didattico
Si veda il sito web del docente della materia.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il docente utilizzerà: a) lezioni frontali per circa il 60% delle ore totali, b) esercitazioni in aula mediante l’utilizzo di tool di progettazione (modellazione geometrica CAD 3D e 2D, simulazioni cinematiche, analisi strutturali FEM, analisi ergonomiche) per circa il 40% delle ore totali.
Verifica di apprendimento e criteri di valutazione
Modalità di esame
L'esame si articola in prova scritta e orale e discussione di elaborato progettuale. In caso di prova scritta i quesiti sono: a risposta libera.
La prova scritta è rivolta a verificare la capacità dello studente di sviluppare prototipi virtuali di semplici assiemi meccanici, simularne il comportamento cinematico, analizzarne le caratteristiche strutturali e generare la documentazione di prodotto e la relativa distinta base. Tipicamente lo studente ha a disposizione 3 ore per la prova scritta.
Il colloquio orale segue la prova scritta ed è rivolto ad una discussione critica della/e soluzione/i data/e dallo studente ai problemi proposti nella prova scritta, alla presentazione di un elaborato progettuale ed all’accertamento dell’acquisizione dei concetti e dei contenuti introdotti durante le lezioni.