Toyota e Maplesoft annunciano una partnership pluriennale per lo sviluppo di nuovi tool per la modellazione fisica di sistemi per veicoli
Gli strumenti sviluppati da Maplesoft costituiranno la struttura matematica di base per la modellazione fisica del processo di sviluppo model-based di Toyota. Il caso dimostra la debolezza delle soluzioni attuali, che, per rendere ancora più veloce il processo di progettazione e sviluppo, devono essere migliorate da una nuova generazione di tool di modellazione.
Introduzione
La modellazione fisica e la simulazione sono ormai una parte essenziale del processo di progettazione in ambito automotive. Grazie a potenti strumenti di modellazione matematica, l’accurata previsione del comportamento dei sistemi di ingegneria può far risparmiare milioni di dollari nella prototipazione e nelle fasi di realizzazione di un prodotto. Ciò ha spinto molte società a investire in modo ingente negli strumenti di progettazione model-based e di simulazione.
Inoltre, il numero dei controlli nei sistemi auto è fortemente aumentato negli ultimi vent’anni: dalla gestione dei sistemi di powertrain al controllo di stabilità, le automobili moderne possono avere oltre 20 sistemi di controllo diversi. Tale tendenza ha portato all’utilizzo di strumenti di modellazione fisica finalizzati all’accurata definizione dell’impianto e, in particolare, della prima fase dello sviluppo del sistema di controllo, tipicamente la più dispendiosa in termini di tempo.
Ad ogni modo, sta diventando evidente che gli strumenti di modellazione esistenti non possiedono i requisiti necessari a farlo in modo efficace.
Se consideriamo la storia della modellazione e della simulazione, possiamo constatare che l’approccio del diagramma a blocchi, impiegato da strumenti come Simulink di MathWorks, è un po’ cambiato negli ultimi cinquant’anni. Il paradigma a flusso di segnali che esso utilizza è un’eredità dei tempi del computer analogico. Avendo sempre meno tempo a disposizione, gli ingegneri ora trovano tale approccio alquanto dispendioso, in quanto richiede lo sforzo di preparare manualmente il modello per poi rappresentarlo come un diagramma a blocchi. Allo stesso tempo, si tratta di un approccio debole anche dal punto di vista matematico, se si considerano aspetti come la scarsa possibilità di controllo dei loop algebrici. Se si desidera una descrizione più efficace dei limiti di questo approccio alla modellazione fisica, è sufficiente provare a chiedere ad un utente di Simulink di elaborare un circuito elettrico!
I limiti di un approccio simile, tuttavia, non riguardano solo le difficoltà nell’elaborare circuiti elettrici. Cosa accadrebbe se si volesse collegare il circuito ad un motore elettrico, che a sua volta è collegato in ciclo ad un sistema di trasmissione, pneumatici inclusi, al fine di determinare l’effetto e le conseguenze di una modifica al circuito sulla dinamica complessiva di un veicolo? Creare modelli fisici in ambienti multipli è notoriamente difficile, ma le sfide nello sviluppo di prodotto in campo automotive impongono l’integrazione di più ambiti e livelli di progettazione, dall’idraulica alla termodinamica, dal flusso dei gas alle reazioni chimiche. Ciò non fa che aumentare la complessità dei modelli fisici, al punto tale che i tradizionali tool di modellazione fisica risultano oggi drammaticamente inadeguati.
La buona notizia è che nel settore sta iniziando ad emergere un nuovo approccio alla modellazione fisica, il quale utilizza una rappresentazione object-oriented (orientata all’oggetto) che si presta ad una semplice definizione di modello del sistema, attraverso la descrizione grafica della sua topologia: in parole più semplici, si possono mettere in relazione tra loro dei componenti, stabilendo una connessione senza doversi preoccupare del modo in cui avviene la trasmissione dei segnali. Tanto per fare un esempio, un circuito elettrico assomiglia ad un circuito elettrico sullo schermo del pc.
Modellazione cinematica di una doppia forcella con Maple™
In termini tecnici, questo approccio topologico alla modellazione fisica è definito acausale e contribuisce ad eliminare molte delle limitazioni insite nel paradigma a flusso di segnali, definito invece causale. L’approccio topologico ha reso molto più semplice la formulazione matematica dei modelli di sistema, ma ha anche introdotto una classe diversa di modello matematico: il modello Dae, Differential Algebraic Equations (Equazioni Algebriche Differenziali) . Si tratta di sistemi di equazioni differenziali ordinarie con equazioni algebriche che sono date dai vincoli fisici aggiunti nel sistema.
Lo sviluppo di risolutori matematici generalizzati per Dae complesse è oggetto di gran parte della ricerca attuale ed è ormai riconosciuto dai maggiori leader del settore che il calcolo simbolico giocherà un ruolo sempre più importante nella modellazione del futuro. Per questo motivo, Maplesoft è attivamente impegnata nello sviluppo di risolutori che integrano il calcolo numerico con quello simbolico per risolvere Dae ad indice elevato.
Dalla collaborazione tra Toyota e Maplesoft, grazie all’utilizzo di questi nuovi tool di modellazione fisica, è stato possibile ottenere grandi benefici in tutte le principali aree dello sviluppo ingegneristico: motori, trasmissioni, sospensioni, sistemi di frenatura, sistemi di controllo della climatizzazione e sistemi elettronici a bordo veicolo.
“L’approccio model-based porrà le basi per nuovi standard industriali nell’utilizzo di tool e modelli software per lo sviluppo di sistemi nel settore automobilistico”, dichiara Akira Ohata di Toyota Motor Corporation. “Gli strumenti di calcolo simbolico, promossi da aziende come Maplesoft, aprono la strada a nuovi metodi di progettazione. Le case automobilistiche del calibro di Toyota potranno ottenere benefici molto importanti nell’ottimizzazione dei tempi di ciclo degli impianti e dei costi e nella semplicità d’implementazione di sistemi altamente complessi”.
Nell’ambito della loro partneship, Maplesoft e Toyota stanno collaborando alla creazione del Physical Modeling Consortium, con l’obiettivo di sensibilizzare tutti i leader dell’industria automobilistica ad unirsi per condividere idee e promuovere lo sviluppo di tecniche di modellazione rapida degli impianti basate sul calcolo simbolico. Per ricevere ulteriori informazioni su questa iniziativa, potete contattare .
Informazioni su Maplesoft™
Maplesoft™ è l’azienda leader nel settore della fornitura di strumenti software ad elevate prestazioni per la progettazione, la scienza e la matematica. Il portfolio di prodotti della Maplesoft™ riflette la filosofia dell’azienda: fornire strumenti eccellenti per consentire di realizzare prodotti eccellenti. Maplesoft™ ha trasformato il modo in cui progettisti, scienziati e matematici si avvalgono della matematica, consentendo loro di lavorare in modo migliore, più veloce ed efficace.
Nel mondo sono molte le organizzazioni che hanno applicato Maple™ in quasi tutti i settori tecnici (inclusi progettazione, ricerca operativa, ricerca scientifica e analisi finanziaria). I clienti commerciali di Maplesoft™ includono: Allied Signal, BMW, Boeing, BP, DaimlerChrysler, DreamWorks, EADS, Ford, General Electric, Hewlett Packard, Lucent Technologies, Met Office, Mitsubishi, Motorola, Raytheon, Renault, Sun Microsystems, Toyota, Tyco, Volvo Trucks.
Maplesoft™ offre strumenti potenti e semplici da utilizzare, in grado di ridurre tempi ed errori.
Maple™ è uno strumento potente per la risoluzione di problemi matematici complessi e la creazione di documenti tecnici dettagliati.
Maple Toolbox for MATLAB® integra una combinazione dei migliori strumenti di calcolo simbolico e numerico per lo sviluppo di soluzioni matematiche.
BlockBuilder™ for Simulink® è un ambiente per la creazione e modellazione di sistemi dinamici che permette la generazione di S-Function per Simulink®.
MapleNet™ consente agli utenti di Maple™ di pubblicare i propri documenti Maple™ sul Web.
I Professional Toolbox Series sono strumenti dedicati a specifiche aree d’applicazione.
Per ulteriori informazioni, visitare il sito Maplesoft
Testo: a cura dell’azienda
Archivio immagini: Toyota, Maplesoft
Bill Mitchell e Zora Arkus Duntov
Stilisti ed ingegneri in lotta per far prevalere le proprie idee. Quello che vi racconto è lo scontro culturale tra un designer innamorato delle proprie creazioni ed un ingegnere di fama mondiale che voleva far prevalere praticità e razionalità. Ecco la breve storia di una discussione tra Bill Mitchell e Zora Arkus Duntov, due uomini che hanno fatto la storia della Corvette. Lo scontro di opinioni tra stilisti e ingegneri è un argomento che ricorre spesso quando si parla di automobili; alcune di queste discussioni passano però alla storia. Io che ho un debole per la produzione automobilistica americana voglio ricordare ciò che accadde quando fu il momento di sviluppare la nota Corvette Stingray del 1963. I personaggi in questione sono due figure leggendarie dell’automobilismo americano: il primo, Bill Mitchell, allora vice Presidente del Centro Stile di General Motors verrà certamente ricordato come uno dei più grandi designer americani. L’altro, Zora Arkus Duntov fu un ingegnere di indubbie capacità che diede un contributo di notevole portata al prodotto Corvette. Bene, due uomini incredibili ma molto diversi tra loro; sta di fatto che nel 1963, quando fu il momento di concretizzare il prodotto Stingray, nacque un’animata discussione oggetto della quale era proprio il lunotto posteriore sdoppiato che rese famosa la Stingray di quel periodo. Ad intervenire per sedare gli animi fu un personaggio al di sopra di tutti e dotato dei necessari poteri per mettere a tacere i due. Il suo nome era Ed Cole e lui era il General Manager del Gruppo Chevrolet. Mitchell, e il suo uomo di fiducia Larry Shinoda, allora chief designer, avevano sviluppato un linguaggio formale che esigeva per la Stingray del 1963 il noto lunotto sdoppiato. La costola di lamiera che separava i due vetri posteriori era il perfetto completamento di ciò che si poteva osservare guardando la parte frontale della vettura. Dal canto suo Duntov non era granché interessato all’espressione artistica che i due avevano sviluppato ed era, al contrario, seriamente preoccupato per i problemi di visibilità posteriore che tale soluzione offriva. La cosa era ancora più preoccupante se si pensa che la vettura doveva essere impiegata anche nelle competizioni. Fu così che in breve tempo quelle linee e quello stile che erano la passione di Mitchell divennero il tormento per Duntov. L’intervento di Ed Cole fu decisivo e fondamentale; ricordiamo a questo proposito che Ed Cole fu capo ingegnere del gruppo Chevrolet dal 1952 al 1956 data nella quale venne nominato General Manager. La decisione che Cole prese accontentò entrambi i contendenti e creò, allo stesso tempo, un mito: la Stingray del 1963. Ciò che Cole decise, infatti, fu che entrambi i partecipanti alla discussione avevano ragione e pertanto, senza scontentare nessuno, decise che la Stingray con lunotto posteriore splittato sarebbe stata costruita per un solo anno, il 1963 e mai più. Questa fu anche l’ultima decisione che Cole prese nei panni di General Manager del gruppo Chevy visto che nel novembre del 1961 fu promosso executive vice president al posto di Semon E. Knudsen, un altro illustre personaggio di cui avrò modo di parlare.
Archivio immagini: General Motors
