Il Digital Mock-up

I nuovi obiettivi della qualità, la crescente competitività e la contrazione del "time to market" impongono oggi alle aziende produttrici decisioni strategiche già nelle prime fasi del ciclo di vita del prodotto, quando gli investimenti sono ancora relativamente ridotti e quindi l'onere di eventuali “correzioni di rotta” non è troppo elevato.

 Ne consegue che la fase di progettazione/prototipazione viene ad assumere in misura sempre crescente il ruolo di guida dell'intero ciclo di sviluppo e costringe le aziende ad utilizzare le sempre più emergenti tecnologie nell'area della progettazione e produzione (Computer Aided Design - CAD, Computer Aided Manufacturing - CAM, Design for Assembly - DFA, Design for Manufacturing - DFM).

L’obiettivo dichiarato è quello di trasformare eccellenti strumenti di progettazione, analisi e simulazione in un ambiente integrato di sviluppo prodotto/processo basato sull'approccio digital mock-up DMU. La strada per giungere a tale risultato sarà la realizzazione di un'efficace integrazione degli strumenti CAx e di nuove interfacce per il trasferimento delle informazioni da e verso il prototipo digitale.                                                                                                             

La tecnologia DMU permette di aggiungere con l’aiuto del computer componenti ad un veicolo virtuale. In precedenza si dovevano aspettare anche molte settimane prima che semplici parti fossero realizzate come prototipi fisici seguendo i disegni.

Il sistema si basa su una completa raccolta di tutte le informazioni tridimensionali riguardanti un veicolo e le sue componenti. Uno dei principali vantaggi offerti dal DMU è il cosiddetto "design in context", in altre parole la distribuzione del lavoro su un singolo modello. Ogni modifica apportata ad un particolare provoca un aggiornamento immediato della documentazione.

Le attuali tecnologie informatiche mettono dunque a disposizione del progettista una serie di strumenti validi ed efficaci per perseguire l’obiettivo, non più remoto, di una progettazione ossequiosa dei principi ergonomici fin qui esposti.

I software CAD sono in grado di ricostruire al computer ambienti tridimensionali virtuali utilizzabili per poter eseguire in real-time e durante la fase di prototipazione tutte le verifiche necessarie per lo sviluppo del prodotto (vedi fig. 1).

La progettazione ergonomica trae indubbi vantaggi da queste tecnologie, tant’è che verifiche di visibilità, di accessibilità, di raggiungibilità possono essere

condotte con relativa facilità nell’ambiente virtuale ricostruito al computer, qui ribattezzato come digital mock-up (DMU).

Con il CAD è possibile realizzare, per esempio, le superfici di ingombro generate dal movimento del capo del guidatore o degli eventuali passeggeri. Tale software permette, inoltre, di verificare l’accessibilità delle porte anteriori e posteriori, di visualizzare il portellone e i cofani motore e bagagliaio; consente una analisi di raggiungibilità comandi principali e ausiliari.

Con il CAD si possono altresì realizzare le superfici per la definizione dei profili sedili anteriore e posteriore; monitorare sulle schede le variazioni dei dati di progetto, rispetto agli obiettivi ergonomici;  

effettuare le verifiche:

1. Degli spazi di libertà attorno all’occupante

2. Dell’accessibilità parte superiore anello porta anteriore e posteriore.

3. Degli angoli di visibilità esterna, sul piano verticale e orizzontale.  

4. Dell’accessibilità verso il sedile, il rivestimento piantone, la plancia, il mobiletto, il pannello porta.

5. Del posizionamento dei dispositivi di apertura porte e portellone

6. Di visibilità della prima impostazione quadro strumento.

7. Di visibilità/raggiungibilità della prima impostazione dei comandi ausiliari.

8. Di raggiungibilità della prima impostazione delle regolazioni sedile

9. Di accessibilità anelli porta anteriore e posteriore, conformazione delle porte anteriori e posteriori, angoli di apertura porte, portellone e cofano motore per tutte le varianti previste.

10. Dei campi di visibilità esterni.

11. Dei riflessi della plancia sulle vetrate.

12. Di primo posizionamento degli specchi retrovisori esterni e relativi angoli morti.

13. Del posizionamento dei dispositivi interni/esterni di apertura porte e portellone.

Tali verifiche risultano laboriose e non semplici da realizzare, ma gli indubbi vantaggi che procurano compensano ampiamente il lavoro svolto e gli investimenti correlati.

Per progettare il posto di guida e la posizione dei passeggeri nel modo più ergonomico possibile e poter raggiungere gli obiettivi di comfort e di praticità, si può ricorrere dalle fasi preliminari alla tecnologia dei manichini virtuali, sistemi di simulazione a computer della posizione degli occupanti che tiene conto di considerazioni antropologiche e matematiche.

Il cuore di questi programmi è un modello realistico dell’essere umano dotato di un proprio scheletro e di numerosi punti di giuntura. Le loro banche dati contengono molti tipi differenti di corpi che rappresentano il cento per cento della popolazione. Con questi software, non solo si possono vedere gli occupanti dall’esterno della vettura, ma è anche possibile vedere l’ambiente dal punto di vista del guidatore.

Molto prima che esista un modello fisico, i ricercatori possono pertanto valutare, con più semplicità ed immediatezza rispetto alle simulazioni CAD, la leggibilità e la facilità d’uso della strumentazione e lo spazio a disposizione per testa, spalle, braccia, gambe e ginocchia, così come possono rendersi contro di quanto sia facile entrare ed uscire dalla vettura (importante motivazione d’acquisto della clientela) (vedi fig 2).

La maggior parte di questi programmi, è dotata di potenti programmi di animazione che consentono di simulare i movimenti più disparati, come l’accesso in vettura o come tirare la leva del freno a mano.

Molti di questi prodotti possono inoltre essere impiegati per effettuare analisi ergonomiche particolareggiate in merito agli sforzi sostenibili dall’uomo nell’atto di compiere determinate azioni. I manichini virtuali rappresentano l’ultima frontiera del digital mock-up, perché semplificano notevolmente la prototipazione e la rendono più attenta ai problemi ergonomici.Del resto l’uso dei manichini nell’industria automobilistica non è nuovo, perché si è passati dall’uso di manichini in cartone bidimensionali negli anni 20, a software via via più complessi e realistici a partire dagli anni ‘80, capaci di soddisfare le esigenze progettuali maturate all’ombra dell’ingegneria umana.