L’adozione di un software CAD parametrico quale ausilio per la progettazione è tendenzialmente un matrimonio indissolubile: Trovare il migliore software CAD parametrico per le proprie esigenze è difficile come trovare una buona moglie. Se sceglierlo ed apprenderlo può essere complicato, sostituirlo lo è ancora di più. Un cambiamento comporta infatti il rischio di vedere andare in fumo tutti gli investimenti fatti nella realizzazione di parti riutilizzabili. Senza contare, in diversi casi, i vincoli contrattuali…
Conviene quindi scegliere bene. Perché la scelta dovrà durare a lungo.
Allora, chiariamo innanzitutto cosa si intende per software CAD parametrico. Perché parametrico. A chi serve che sia proprio parametrico.
Modellatori parametrici VS modellatori free form
Guardando un modello finito, una parte meccanica, un edificio, un mobile, è difficile dire se è stato realizzato o meno con un software parametrico. I modelli possono apparire assolutamente identici.
La differenza salta invece all’occhio non appena ci accingiamo ad apportare una modifica. Immaginiamo che il modello contenga un ingranaggio con 36 denti. Ed immaginiamo di esserci resi conto che i denti dovrebbero essere invece 34. Se il modello è stato realizzato con un software free form, abbiamo poche chances: con ogni probabilità dovremo ricostruire da zero l’ingranaggio. Al contrario, se è stato utilizzato un decente software parametrico, sarà sufficiente modificare il parametro Numero denti e l’ingranaggio verrà rigenerato automaticamente con le nuove caratteristiche.
Questo è un caso molto semplice, utilizzato a puro titolo esplicativo. Un valido software CAD parametrico può controllare situazioni molto più complesse. Ad esempio, si potrebbe progettare un motore modulare che può prevedere configurazioni a 4,5 o 6 cilindri. A fronte della variazione di un semplice numero, la rigenerazione dovrebbe influire sulla struttura del monoblocco, dell’albero motore, dell’albero a camme, sul numero dei pistoni e bielle, delle valvole e degli iniettori, sui circuiti di alimentazione, di scarico, etc.
Un motore, modellato con un software parametrico
Cioè, nel caso in cui il numero di cilindri dovesse passare da quattro a sei, un valido software parametrico potrebbe risolvere la situazione in pochi secondi, risparmiandoci decine o centinaia di ore di lavoro. E allora, perché non utilizzare sempre e comunque software parametrici?
Tutto ha un prezzo. Per fare in modo che il programma possa risolvere un problema complesso come quello appena discusso, nel corso della progettazione il programma va istruito sulle circostanze, condizioni, regole e vincoli in modo che a fronte di una richiesta di cambiamento possa compiere le scelte corrette. In altri termini, la previsione di tutte le possibili varianti e l’attuazione di tutti gli accorgimenti necessari per risolverle implicana tempi di modellazione decisamente più lunghi rispetto a quelli necessari per un approccio free form.
In altre, più semplici parole, l’approccio parametrico è conveniente quando già in partenza si contempla la possibilità che il nostro progetto possa o debba subire variazioni.
I software parametrici rappresentano quindi la scelta ideale quando si prevede che il “prodotto” presenterà delle varianti, quando appartiene ad una “famiglia di prodotti” con caratteristiche comuni, o quando verrà riutilizzato nel contesto di assemblaggi più complessi di volta in volta con caratteristiche diverse. Un esempio semplice e calzante è quello di un bullone. Nell’ambito di una certa famiglia, ad esempio bulloni a testa esagonale, la geometria generale è sempre molto simile; tuttavia può variare il diametro, la filettatura, la lunghezza, la parte filettata etc. Ebbene, se dovessimo modellare un bullone, sicuramente sarebbe conveniente un approccio parametrico.
Il migliore software CAD parametrico: quanto “costa” definire le possibili varianti
Va bene. Abbiamo capito quali sono i casi in cui è preferibile utilizzare un software parametrico. Abbiamo anche capito che per fare in modo che il modello reagisca correttamente alle modifiche introdotte è necessario “insegnargli a comportarsi”, descrivendo delle regole, e che questo richiede tempo e una chiara visione progettuale.
Cerchiamo ora di capire come si svolge questo procedimento, se esistono metodi preferibili rispetto ad altri, a quanto esattamente ammonta lo sforzo aggiuntivo per fare in modo che il nostro modello possa adattarsi ai cambiamenti come previsto.
Il migliore software CAD parametrico: le tipologie di variazione
Facciamo subito una debita premessa, o meglio una distinzione. Un conto sono le variazioni dimensionali; un altro conto sono le variazioni geometriche, e un altro conto ancora le variazioni logiche. Si tratta di tre livelli totalmente diversi che richiedono la presenza di differenti risorse da parte del software CAD.
Nel primo caso – variazioni dimensionali – l’aspettativa appare relativamente semplice. Variando dei valori, dovrà essere possibile allungare o accorciare il nostro modello, cambiare uno spessore o il diametro di un foro. In realtà, ho usato volutamente il termine appare, poiché non si tratta di un banale intervento di scala: ci attendiamo che variando una lunghezza, non accada magari che un foro presente sul modello divenga ovale. Quindi anche in questo caso, delle regole che specifichino come le nostre variazioni dimensionali dovranno modificare il modello saranno comunque necessarie. Ma certo, questo risulta comunque il caso più semplice.
Nel secondo caso – variazioni geometriche – il livello di complessità aumenta. E’ il caso dell’ingranaggio, menzionato all’inizio dell’articolo. Il cambiamento del numero di denti, modificando il valore di una variabile, comporta una geometria totalmente diversa del modello. E’ intuibile che le regole che dovremo introdurre per prevedere tale cambiamento, e fare in modo che venga risolto correttamente, saranno decisamente più articolate e complesse.
Nel terzo caso – variazioni logiche – pensiamo a qualcosa che introduce una sorta di “intelligenza” nel modello. Può funzionare l’esempio del motore. La variazione del numero di cilindri implica ripercussioni sull’intera catena cinematica, un aumento del numero di parti coinvolte, magari dovrà riflettersi anche su interventi relativi al telaio piuttosto che la trasmissione.
Questi diversi livelli di complessità evidenziano che i software CAD parametrici non sono tutti uguali: la capacità di reagire ad un cambiamento può propagarsi, a seconda delle rispettive potenzialità, sino al primo, al secondo o al terzo di questi livelli. Ed anche ad altri, che per semplicità non sono stati citati in questa trattazione.
Il migliore software CAD parametrico: la definizione delle regole
Tutto ciò che abbiamo fin qui discusso conduce al sostanziale interrogativo: come si fa, e quanto è difficile definire le regole di comportamento del modello a fronte di variazioni?
Sino ad oggi, si sono distinti due fondamentali approcci. Quello basato sulla creazione di entità di costruzione, e quello parametrico-variazionale (basato su sketch). Discutiamone.
Il primo metodo ricorda, almeno nella forma, l’approccio “classico” al disegno tecnico. Che come qualcuno può ricordare, presupponeva il tracciamento di linee/archi di costruzione a matita, che venivano successivamente parzialmente “ricalcate” a china con dei tiralinee, ormai del tutto scomparsi.
Il tiralinee Graphos con una serie di pennini
Nella sostanza, questo metodo è basato sul rapporto gerarchico tra gli elementi successivamente creati, che sono legati tra loro da una relazione parentale e da un vincolo parametrico.
Ad esempio, tracciando una linea di costruzione parallela ad una linea già esistente, questa diviene “figlia” della precedente, controllata da un vincolo di parallelismo e caratterizzata dal parametro “distanza”, che può assumere valori costanti, o venire associato ad una variabile attualizzata da un’espressione o una funzione. Il sistema aggiorna costantemente una rigorosissima “anagrafe”, nella quale registra tutte le “nascite” dei nuovi elementi, le relazioni che hanno con l’elemento genitore e i parametri che le regolano.
A fronte di un cambiamento di parametri, la risposta del sistema è immediata e sicura, poiché questa sorta di “albero genealogico” non ammette ambiguità. L’approccio basato su entità di costruzione corrisponde da un punto di vista figurato ad un edificio costruito su solide fondamenta, che ne determinano contemporaneamente la struttura e la stabilità. E’ l’approccio preferito per applicazioni ingegneristiche, nelle quali nulla deve essere lasciato al caso, e particolarmente indicato nel caso di grandi assemblaggi (migliaia di parti) a causa della sua intrinseca velocità di ricalcolo. Può essere impiegato sia per la realizzazione di modelli 3D complessi, ma anche per disegni 2D parametrici che contengono migliaia di entità.
Vincoli geometrici e dimensionali in uno sketch
Sul fronte opposto, il secondo metodo si basa sulla creazione di uno sketch, costituito da linee grafiche tracciate senza il supporto di entità di costruzione. I vincoli che legano gli elementi vengono introdotti successivamente, in relazione alle esigenze. Ad esempio, la linea a è parallela alla linea b, o passa per il punto C e termina nel punto D. Questo sistema, che è largamente il più diffuso nei CAD parametrici, risulta ad un primo sguardo più veloce (non è necessario creare prima linee di costruzione e poi ricalcarle). Non implica la necessità di rispettare una sequenza temporale nella creazione degli elementi: sostanzialmente, non ci sono genitori e figli, ma piuttosto “coniugi”: i vincoli sono imposti alle coppie di elementi coinvolti. E’ meno rigoroso rispetto al precedente metodo, e sottintende il rischio che il modello possa essere troppo poco o troppo vincolato (sotto-sovravincolato). Si presta più per la realizzazione di parti “semplici” (generalmente gli sketch sono costituiti da un numero limitato di linee), soprattutto quando l’intento progettuale non è del tutto definito dall’inizio, e non viene generalmente utilizzato per complessi disegni parametrici 2D. Volendo riutilizzare anche in questo caso un paragone figurato, se l’uso delle linee di costruzione corrisponde alla edificazione con fondamenta, l’impiego degli sketch somiglia più a quella di case prefabbricate.
La maggiore velocità di descrizione del disegno con il metodo “Sketch” è in realtà soltanto apparente. In alcune circostanze, le priorità univoche che possono venir attribuite agli elementi attraverso l’uso delle linee di costruzione, consentono un’esecuzione più veloce e “robusta”.
Ad esempio, immaginiamo di dover costruire il seguente profilo, per realizzare una semplice staffa.
Profilo di una staffa
In un caso come questo, la realizzazione attraverso linee di costruzione risulta molto più veloce che non attraverso l’imposizione di vincoli geometrici e dimensionali
Questi sono i vincoli ai quali il modello è sottoposto:
Le dimensioni iniziali sono 100 mm x 50 mm. L’angolo è di 45°. Il raccordo deve essere tangente alla base e al lato obliquo. Il foro interno è concentrico con il raccordo, con un offset iniziale di 10 mm. rispetto a quello esterno. A fronte di variazioni dimensionali, le condizioni di tangenza del raccordo e la concentricità del foro debbono venire mantenute.
I due seguenti video mostrano la differenza tra i due approcci.
Il migliore software CAD parametrico: quale approccio scegliere?
A questo punto, risulta evidente che i due metodi possiedono entrambi specifiche peculiarità, che possono renderli più o meno adatti ad affrontare i differenti casi.
Mentre in passato i diversi programmi erano legati ad uno dei due modi, che veniva difeso ad oltranza come l’approccio in assoluto preferibile, T-FLEX CAD, da sempre sostenitore della superiorità dell’approccio tramite linee di costruzione, ha introdotto nella versione 16 anche la possibilità della parametrizzazione variazionale basata su sketch. In aggiunta, cosa decisamente interessante, i due metodi possono convivere in T-FLEX persino nel medesimo disegno, consentendo al designer di esprimere i propri intenti progettuali con la modalità di volta in volta preferita.
Il migliore software CAD parametrico: gli altri fattori di scelta
Naturalmente, oltre all’aspetto che riguarda la modalità di gestione delle regole e dei vincoli, che risulta in ogni caso basilare, moltissimi altri fattori possono determinare la scelta di un programma piuttosto che un altro. Ne elenco alcuni, che saranno oggetto di approfondimenti separati:
Costo
Tipo di licenza (es. con scadenza, perpetua, etc.)
Frequenza degli aggiornamenti
Costi di manutenzione (gratuita, obbligatoria, facoltativa etc.)
Disponibilità di moduli aggiuntivi (dinamica, analisi, CAM/CAE, stampi etc.)
Filtri di import/export, compatibilità con altri applicativi
Interfaccia, facilità d’uso, curva di apprendimento
Assistenza
L’elenco è lungo, e potrebbe proseguire con molti altri criteri di selezione. La scelta non è facile: come ho affermato all’inizio, si tratta di un matrimonio più che di un fidanzamento. Dunque armiamoci di santa pazienza. Prepariamoci a partecipare a dimostrazioni, possibilmente mirate sulle proprie esigenze di modellazione. Proviamo a pretendere che il rivenditore ci mostri come risolverebbe i nostri problemi. Questo almeno ci consentirà di valutare la professionalità del nostro interlocutore, alla quale potremmo in futuro dover ricorrere.
