Sperimentate come Leonardo da Vinci

L'eterna saggezza e le nuove tecnologie stanno rivoluzionando il mondo della sperimentazione, portandoci più rapidamente dall'idea al prodotto finito. 

Ritenete che le prove e verifiche di un prodotto siano solo un male necessario? Ecco alcuni elementi utili per farvi comprendere il loro valore aggiunto e come monetizzarlo a favore dello sviluppo della Vostra azienda! Nel lungo processo dall'ideazione alla realtà di un prodotto, risulta indispensabile la sperimentazione efficiente ed intelligente. I più recenti strumenti metrologici favoriscono l'inizio dello sviluppo di un prodotto fin dalla prima fase del concepimento.

Ci aiutano le ultime tendenze della tecnologia, insieme ad alcune verità senza tempo, per cui ci rivolgiamo nientemeno che a Leonardo da Vinci.

Il Rinascimento fu un periodo spettacolare in cui l'intero mondo del pensiero venne capovolto. Per la prima volta furono poste domande mai prima ponderate, mentre accelerò il passo dello sviluppo culturale, scientifico e tecnologico.

Fra i tanti protagonisti del Rinascimento, Leonardo da Vinci occupa una posizione unica. Egli fu in grado, come quasi mai nessuno prima (e pochissimi dopo), di combinare la bellezza e l'eleganza dell'arte con il progresso tecnologico e lo spirito inventivo.

Forse avete letto che Leonardo aveva già concepito numerosi prodotti dell'era moderna, come l'elicottero od il paracadute. Osservando i radicali cambiamenti nella società e nella tecnologia del nostro tempo, talvolta ci possiamo sentire molto vicino al grande inventore. Anche oggi il mondo viene reinventato e, attraverso la tecnologia, si devono continuamente trovare nuove soluzioni alle grandi questioni dell'umanità.

Vale quindi la pena di guardare indietro ai progressi ed alle idee che Leonardo ha sviluppato mezzo millennio fa. Pur non realizzando molte delle proprie idee durante la propria vita, egli ha concluso e reso operative numerose invenzioni, effettuando un reale progresso.

Egli procedeva seguendo propri principi fondamentali, concentrandosi su ordinate prove e verifiche dei suoi pensieri e progetti. Le sue idee ci aiutano ancor'oggi nella sperimentazione e nella progettazione.

Come effettuare lo sviluppo di un prodotto, dalla prima visione ed ideazione alla sua realizzazione? Milioni di ingegneri si pongono ogni giorno questo quesito. Ciò perché oggi il successo delle aziende si basa sull'innovazione tecnologica molto più che in passato. Solo i nuovi prodotti con elevato valore aggiunto ci consentiranno di soddisfare le crescenti necessità dei clienti, oltre alle generali condizioni sociali e politiche.

Quest'intuizione può sembrare scaturire dalla situazione odierna, ma in realtà non è affatto nuova. I visionari dello sviluppo tecnologico hanno sempre preferito la pratica alla teoria, ottenendo grandi risultati.

Le sfide concernenti le prove, dall'idea iniziale al prodotto finito, stanno diventando sempre più poliedriche. Consideriamo il motore elettrico. Per restare competitivi nel settore dei veicoli elettrici del nuovo secolo, i produttori devono offrire ai propri clienti il massimo  comfort insieme al più ampio campo d'impiego. Oltre al miglioramento delle batterie, una delle ricette di successo consiste nel perfezionare l'efficienza della conversione dell'energia degli invertitori e dei motori. Solo le aziende in grado di verificare l'affidabilità di questi componenti potranno immettere sul mercato prodotti di successo con un obiettivo determinato: l'automobile elettrica. 

Oppure si può prendere in considerazione la struttura leggera. È in continuo aumento l'impiego di nuovi prodotti, molto più leggeri e realizzati con svariati materiali compositi a fibre. Gli ingegneri hanno oggi possibilità pressoché illimitate per operare con questi materiali. Ma come si comportano, in realtà, tali materiali? Qual'è la loro durata? Come devono essere progettati per ottenere prodotti di successo nei diversi settori, da quello automobilistico all'aeronautico fino ai beni di consumo?

E che dire dell'ingegneria medicale? Sempre più prodotti vengono impiegati all'interno del corpo umano. Il nostro corpo è un sistema complesso che risponde in modo sensibile alle influenze esterne, senza accennare all'implantologia. I banchi prova moderni tentano di simulare nel miglior modo questa complessità allo scopo di fornire i migliori prodotti finali per il settore  medicale. Ciò non sarebbe possibile senza sistemi di alta qualità per i sensori, specialmente sistemi di acquisizione dati (DAQ) e software intelligenti.

Anche qui è valida la medesima regola: per padroneggiare i vostri affari, dovete essere abili nel provare i vostri componenti. Non è pertanto una sorpresa che la giusta scelta della tecnologia di misura (in questo caso riferita ai sensori, sistemi di acquisizione dati e relativi software) stia diventando un fattore fondamentale per determinare il successo di un prodotto nel mercato. Il successo è possibile solo a condizione che la strumentazione risulti perfettamente integrata nel ciclo di sviluppo.

Ne consegue che viviamo in tempi di profondo cambiamento della tecnologia di misura: sono necessarie soluzioni completamente nuove, poiché quelle convenzionali non sono più adeguate.

Continuiamo con l'esempio dei motori elettrici. Fino a poco tempo fa, il rendimento della conversione di energia veniva calcolato utilizzando analizzatori di potenza ed oscilloscopi - metodo che è stato “abbastanza buono” per un lungo periodo, ma oggi non è più praticabile a causa delle grandi sfide tecnologiche in atto.

Ad esempio, i dati meccanici ed elettrici vengono rilevati separatamente e non possono essere sincronizzati. Per spremere l'ultima goccia di efficienza dai motori elettrici, gli utenti dei banchi prova abbisognano dell'effettiva vista della realtà (seguendo così una delle regole di Leonardo da Vinci). Questa vista è possibile solo accedendo ai dati grezzi nel sistema di misura, dati che non vengono mostrati dagli analizzatori di potenza insieme agli oscilloscopi. Per tale ragione, diventa necessaria una soluzione più progredita in cui tutti i dati vengano registrati sicronicamente e si abbia pieno accesso ai dati grezzi.

In generale e con l'attuale visione della realtà, oggi si denotano tre tendenze principali nella fase di prova dei prodotti.

 Le prove stanno diventando (parzialmente) virtuali

Un buon consiglio può essere costoso, specialmente nella fase preliminare di sviluppo del prodotto quando si stanno ancora raccogliendo e valutando le idee e, spesso, non vale ancora la pena di condurre una lunga serie di prove.

Le prove virtuali di fatica e carico rappresentano un'affascinante alternativa.Per guidare ancor più rapidamente un prodotto dalla versione iniziale (virtuale) a quella reale (fisica), si possono effettuare le prove iniziali basate sui dati CAE con un software appropriato.

A suo tempo, Leonardo abbozzava le sue idee più audaci con carta e penna, una fonte affascinante per le nostre menti e percezioni. Cosa avrebbe detto delle possibilità fornite dall'era dei calcolatori e di Internet? Sospettiamo che anch'egli si sarebbe affidato alle prove virtuali sviluppate oggigiorno. Questo è un altro elemento per migliorare l'innovazione nello sviluppo dei prodotti.

 Le prove stanno diventando sempre più flessibili, come lo sviluppo dei prodotti

La flessibilità e la rapidità stanno diventando sempre più importanti nella sperimentazione. I dispendiosi banchi prova dovrebbero venir utilizzati nel modo migliore. Sempre più misurazioni vengono eseguite sincronicamente o con cicli estremamente ristretti: ciò provoca la richiesta di sistemi di acquisizione dati tanto flessibili quanto lo sono le prove stesse.

 Ora la sperimentazione non avviene solo sui banchi prova

Le misurazioni sui banchi prova sono un elemento essenziale, man non esaustivo, dello sviluppo dei prodotti. Continuando ad osservare i dettami di Leonardo, per sviluppare l'effettiva entità della produzione di serie dobbiamo effettuare anche le prove nella realtà. 

Un banco prova si basa sempre su alcune ipotesi concernenti la realtà o l'impiego del prodotto. Queste ipotesi vengono determinate basandosi sul meglio delle capacità e conoscenze possedute, ma le effettive condizioni d'impiego che determinano il successo o il fallimento di un prodotto, possono essere del tutto differenti.

Questa è la ragione per cui le prove sugli oggetti effettivi e nelle applicazioni reali stanno diventando una parte importante del lavoro di sviluppo. I nuovi sistemi mobili di amplificatori di misura rappresentano la risposta a tale requisito. Essi garantiscono la precisione nelle applicazioni mobili, sono compatti ed estremamente robusti. Questi sistemi sono anche molto facili da controllare e parametrizzare con adeguati software.

Alcune aziende si spingono fino ad installare amplificatori di misura mobili e sensori nei veicoli effettivamente impiegati dai loro clienti (ad esempio sugli escavatori). Ciò  fornisce continuamente i dati concernenti le correnti condizioni dell'applicazione sui loro veicoli che, in alcuni casi, sono fortemente in contrasto con le ipotesi assunte nel loro banco prova. Integrando in tal modo la realtà nelle vostre misurazioni, diventa molto più facile pianificare la successiva generazione di veicoli e prodotti, realizzando nuove versioni molto più adatte a soddisfare le effettive necessità degli utenti. Questo è un nuovo passo nel trasformare un'idea in realtà e migliorare le proprie invenzioni un poco alla volta.

L'osservazione della realtà non si limita ai prodotti “mobili” come le auto, i veicoli da lavoro, gli aerei ed i treni. Gli stessi principi fondamentali valgono anche per le esistenti infrastrutture quali i ponti e gli oleodotti - misurando invece di speculare. I moderni sistemi di monitoraggio della sicurezza strutturale basati sulla tecnologia a fibre di Bragg sono la giusta risposta a questa richiesta. Dalle prove virtuali dei component intelligenti su banchi prova con i più recenti sistemi DAQ, alla prova di applicazioni in esercizio reale, i prodotti diventano sempre più complessi e le sfide tecnologiche sempre più di vasta portata. La strumentazione della moderna tecnologia di misura aiuta a realizzare prodotti sempre migliori ed introdurli più rapidamente sul mercato.

Inoltre essa rende possibile un reale progresso. È sorprendente che le futuristiche invenzioni di Leonardo da Vinci non siano diventate una realtà fino ai nostri tempi? Niente affatto. Ora disponiamo dei metodi e dei mezzi necessari per condurre i nostri prodotti al successo e delle prove sperimentali che ce ne offrono la certezza.

Quest'articolo è già stato pubblicato nelle NASA Tech Briefs, www.techbriefs.com.