Le applicazioni della simulazione

 

 

LA SIMULAZIONE COME ALTERNATIVA ALLA SPERIMENTAZIONE. La simulazione comincia ad essere riconosciuta dalle comunità scientifiche più avanzate tecnologicamente, come quella aeronautica ed aerospaziale, un valido complemento, ed in alcuni casi addirittura alternativa, alla sperimentazione reale. Ciò che ne ha limitato la diffusione in passato è stato principalmente la lunghezza dei tempi di elaborazione che potevano raggiungere anche la lunghezza di giorni o settimane.

 

LA SIMULAZIONE COME NECESSITÀ. Le simulazioni sono uno strumento sperimentale di analisi molto potente, utilizzato in molti ambiti scientifici e tecnologici dettato dalla difficoltà o impossibilità di riprodurre fisicamente in laboratorio reale le effettive condizioni da studiare e che si avvale delle grandi possibilità di calcolo offerte dall'informatica e dai sistemi di elaborazione. [2]

 

L’ESPERIMENTO COME MEZZO PER ARRIVARE ALLA VERITÀ. 

“Se t’avviene di trattar delle acque, prima l’esperienza e poi la ragione.” (cit. Leonardo da Vinci)

Per dirla più semplicemente, quello che Leonardo Da Vinci trovò motivo di scrivere a proposito dell’acqua sta a significare che quando si indagano le caratteristiche dell’acqua, anche se ti chiami Leonardo Da Vinci, è assai difficile teorizzare i risultati senza prima avere la possibilità di condurre esperimenti in merito.

Il detto di Leonardo da Vinci dovrebbe spingere a creare una nuova cultura del laboratorio, con un potenziamento degli stessi ricorrendo ad apparecchiature di prova e sperimentazione collegate anche con apparati di acquisizione dei dati e di simulazione (LABVIEW, SIMULINK, MATHWORKS, COMSOL, etc.) dei processi in modo che dalla sperimentazione e dalla simulazione dei fenomeni e processi si passi alla validazione reciproca degli stessi. [3]

“Ci sono tre cose che non puoi simulare e sono le erezioni, la competenza e la creatività.”(cit. Douglas Coupland)

La simulazione `e uno strumento molto flessibile: può essere utilizzata per studiare la maggior parte dei sistemi esistenti. E` impossibile enumerare tutte le aree specifiche in cui la simulazione può essere utilizzata. Come esempi, riportiamo, di seguito, solo alcune importanti tipiche categorie di applicazioni in cui si usa la simulazione. 

LA SIMULAZIONE PER REALIZZARE PRODOTTI DI SUCCESSO. In un mondo in cui i nuovi prodotti devono essere vincenti già al termine del primo ciclo di progettazione, le tecnologie e le applicazioni di simulazione (CAE) giocano un ruolo importante. Simulare i diversi aspetti d’uso direttamente sul modello digitale (virtuale) dell’oggetto e/o di sue parti, è oramai un passo fondamentale per la realizzazione di prodotti di successo.

LA SIMULAZIONE PER LA PROGETTAZIONE DI AEREI ED ELICOTTERI. La simulazione numerica ha un ruolo chiave nella progettazione dei velivoli del futuro. La progettazione di aerei ed elicotteri chiede infatti riduzione dei consumi e rispetto dell’ambiente con sempre più severi requisiti di sicurezza e comfort dei passeggeri. La simulazione numerica offre la possibilità di prevedere il comportamento fisico di un velivolo o di un suo componente, evitando tempi e costi legati a prototipi e test, rispondendo in maniera efficace ai trend in corso nel settore: incremento della complessità, dovuto a elettronica e software di controllo, robust design e riduzione costi di progettazione, operativi e di manutenzione.

Le funzioni automatiche dei software oggi disponibili agevolano lo scambio del know how che si sviluppa nel flusso di progettazione CAD-CAE-PLM, e lasciano più spazio agli analisti per svolgere indagini più complesse a livello di sistema, sempre più preziose. [5] [6]

RICERCA OPERATIVA. La simulazione è tra le tecniche più originali della Ricerca Operativa: quando non si sa come calcolare facilmente il comportamento di un insieme di fenomeni nelle più svariate circostanze, si simula il comportamento stesso, estendendo - di fatto - una antica pratica dell’ingegneria che consiste nel costruire modelli fisici (non matematici) a scala ridotta di un settore della realtà, e di sottoporli poi a prove dinamiche.

Se vuoi esaminare con un maggiore dettaglio la Ricerca Operativa ti invito a proseguire la consultazione della sezione “Simulazione” di Tateo-Blog con la lettura dell’articolo 
RICERCA OPERATIVA in cui ne ho approfondito la trattazione.

SIMULAZIONE ED OTTIMIZZAZIONE. I metodi convenzionali che sono utilizzati per il miglioramento dei prodotti non sono più sufficienti per rimanere competitivi nel mercato moderno e tenere il passo della concorrenza. Un metodo sperimentale basato sulla Simulazione, invece, permette di velocizzare il processo di evoluzione dei prodotti, limitando i rischi dovuti alla complessità dei sistemi ed eventuali errori di progettazione. Se vuoi analizzare questo particolare campo applicativo della Simulazione, ti invito a proseguire la consultazione della sezione “Simulazione” di Tateo-Blog con la lettura dell’articolo SIMULAZIONE ED OTTIMIZZAZIONE in cui ne ho approfondito la trattazione. 

ARTIFICIAL LIFE. L’uomo da sempre si è interrogato sulla natura della vita e dei processi che caratterizzano gli organismi viventi, per comprendere come, attraverso i processi evolutivi, le forme di vita hanno raggiunto la complessità attuale seppur partendo dal brodo primordiale di forme di vita unicellulari. L’uso estensivo di calcolatori elettronici e di programmi di simulazione e di calcolo evolutivo (algoritmi genetici, programmazione genetica, intelligenza di sciame o star intelligence, ottimizzazione basata sui formicai o ant colony optimization),i modelli basati agenti e gli automi cellulari hanno permesso agli studiosi di osservare il comportamento di organismi ed ecosistemi reali. Da questa interazione tra simulazione, ricerca evoluzionista ed informatica nasce l’Artificial Life (o Alife dalla sua abbreviazione).

Come si può notare questo virtuoso ambiente di sperimentazione è ottenuto attraverso la contaminazione dell’informatica con la biologia, ossia con i meccanismi della vita. Ma l’aspetto più affascinate della questione è costituito dal processo inverso, ossia dalla contaminazione della realtà biologica con creature virtuali ottenute come risultato (soluzioni che si sono distinte per efficacia) del processo di evoluzione e simulazione della vita artificiale. L’aspetto più affascinante di questi sistemi risiede nel fatto che essi sono in grado di fornire soluzioni imprevedibili ed incomprensibili agli stessi programmatori che hanno implementato il meccanismo. Se vuoi approfondire questo particolare campo applicativo della Simulazione, ti invito a proseguire la consultazione di Tateo-Blog con la lettura dell’articolo INTELLIGENZA ISPIRATA AI MECCANISMI DELLA VITA: ARTIFICIAL LIFE della sezione “Intelligenza Artificiale” di Tateo-Blog.

 

 

SIMULAZIONE E VR. La simulazione unita alla Realtà Virtuale (VR) è utilizzata come valido supporto per la progettazione di nuove linee di lavorazione e/o di produzione, oppure per la ottimizzazione di impianti già esistenti su esigenze specifiche.

Per esempio nella progettazione dei sistemi di movimentazione controllata di linee di lavorazione e/o di produzione. Permette di ottenere una gestione più flessibile del funzionamento degli impianti in modo che sia più rispondente alle esigenze produttive. Innanzitutto occorre realizzare attraverso software specialistici un modello in realtà virtuale del funzionamento dell’intero sistema controllato, il più efficace e verosimile possibile. La realtà virtuale offre un valido ed immediato strumento di verifica delle scelte progettuali, permettendo di valutare in tempo reale l’opportunità e la convenienza di applicare le innovazioni che si pensa possano elevare la qualità e le prestazioni della linea di lavorazione rendendola più competitiva. [7]

 

ALTRE APPLICAZIONI. Altre importanti categorie di applicazioni in cui si utilizza efficacemente la simulazione sono:

 

FONTI ED APPROFONDIMENTI. In seguito ho riportato alcuni riferimenti alle fonti che ho consultato durante la redazione di questo articolo e che ti suggerisco di utilizzare per approfondire gli argomenti che ho trattato al suo interno.

 

• (1). Divertimento su temi di ricerca opera­tiva - immersione del­ mondo reale nell'uni­verso matematico, Vit­o Ozzola, Alinea edit­rice, ISBN 978-88-605­5-121-4
• (2). Simulazione, Wikipedia
• (3). La simulazione e la sperimentazione, labuonascuola.gov.it
• (4). Miracolo simulazione (CAE) : prodotti perfetti di Massimo Fucci
• (5). Progettare velivoli del futuro, meccanica-plus.it
• (6). Ansys e gli aerei del futuro, Automazione Industriale
• (7). Trasmissioni meccaniche & motion control, 295 Dicembre 2005
• (8). La simulazione ad eventi discreti, Fulvio Corno, Politecnico di Torino

 

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Ultimo aggiornamento: 30 Gennaio 2019 (v4)