Modeling and Simulation.
La modellazione e la simulazione.
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Summary. The increasing complexity of the systems, the ever shorter time available for product development (time-to-market), the reduction of the product life cycle, the increasing scarcity of financial resources, has forced developers to seek innovative development methodologies.
In the presence of complex problems, and for which the construction of the physical prototype would take too much time and would be economically expensive, it is appropriate and convenient to resort to simulation.
A fundamental phase of the simulation process is the prior definition of the model that will be used in the simulation process. The availability of electronic calculators with high computing power is favoring the spread of the application of simulation in a myriad of application fields. In this article we analyze the main ones. I also provide the testimony of my personal experiences to demonstrate in how many different sectors the simulation can find application.
{ La crescente complessità dei sistemi, i tempi sempre più ridotti a disposizione per lo sviluppo dei prodotti (time-to-market), la riduzione del ciclo di vita dei prodotti, la sempre maggiore penuria di risorse finanziarie, ha costretto gli sviluppatori a ricercare delle metodologie di sviluppo innovative.
In presenza di problemi complessi, e per i quali la costruzione del prototipo fisico richiederebbe troppo tempo e risulterebbe economicamente costoso, risulta opportuno e conveniente far ricorso alla simulazione.
Una fase fondamentale del processo di simulazione è la preventiva definizione del modello che sarà utilizzato nel processo di simulazione. La disponibilità di calcolatori elettronici dotati di elevate potenze di calcolo sta favorendo la diffusione della applicazione della simulazione in una miriade di campi applicativi. In questo articolo ne analizziamo le principali. Inoltre fornisco la testimonianza delle mie esperienze personali per dimostrare in quanti settori differenti la simulazione può trovare applicazione. }
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Article content index.Indice dei contenuti dell'articolo.
The topics treated in this article are summarized below by means of the list of the titles of its paragraphs.Gli argomenti trattati in questo articolo vengono di seguito sintetizzati mediante l'elenco dei titoli dei suoi paragrafi.
Competitività, Efficienza, Transizione Digitale, Problem Solving ed Ambiente.
§2. Numerical Simulation and Prototype Virtualization.
La Simulazione Numerica e la Virtualizzazione del Prototipo.
§3. Modeling.
La Modellazione.
§4. Automatic resolution.
Risoluzione automatica.
§5. Simulation applications.
Applicazioni della simulazione.
§6. My experiences on Simulation and Modeling technologies.
Le mie esperienze sulle tecnologie della simulazione e della modellazione.
§7. Simulation Tools.
Strumenti per la Simulazione.
§7.1. The "democratization" of simulation.
La "democratizzazione" della simulazione.
§7.3. Comsol.
Più in generale.
Rimani aggiornato.
Teniamoci in contatto.
updated July 13, 2022
§1. Competitiveness, Efficiency, Digital Transition, and Problem Solving and Environment.
Competitività, Efficienza, Transizione Digitale, Problem Solving ed Ambiente
Today, acquiring greater competitiveness and efficiency is essential for companies.
Gaining greater competitiveness in the market means obtaining significant advantages over competitors, meeting the needs and tastes of consumers. This must fundamentally and necessarily take place with regard to the functional aspect of the product, however today the design has also become fundamental.
An important aspect to leverage to be competitive is efficiency. Being efficient means introducing new products to the market, doing it as quickly as possible, i.e. reducing time-to-market, and reducing costs without compromising quality.
{Oggi, acquisire maggior competitività ed efficienza è fondamentale per le aziende.
Guadagnare maggiore competitività nel mercato significa ottenere vantaggi significativi nei confronti dei concorrenti, incontrando le esigenze ed i gusti dei consumatori. Ciò deve avvenire fondamentalmente e necessariamente per quanto riguarda l'aspetto funzionale del prodotto, tuttavia oggi è diventato fondamentale anche il design.
Un aspetto importante su cui fare leva per essere competitivi è l'efficienza. Essere efficienti significa introdurre nel mercato nuovi prodotti, farlo nel modo più veloce possibile, ossia riducendo il time-to-market, e ridurre i costi e senza compromettere la qualità.}
Another possibility that allows us to gain competitiveness today consists in the ability to quickly solve problems, identifying optimal solutions. Problem solving activity consists in using theoretical technical notions, ingenuity and creativity to search for a possible solution (idea).
Once a solution to the problem has been identified, its correctness and effectiveness must be verified.
The conventional verification method involves the physical implementation of the solution, the introduction of the prototype in the real context, and the measurement and verification of performance.
The obtained values of some key performances provides precious indications of the correctness and effectiveness of the tested solution. If the key indicators do not reach the expected and hoped-for values, then the solution will have to undergo a new cycle, which in the simplest case is solved with a refinement of the solution, and in the worst case with its complete re-design.
{Un'altra possibilità che permette di guadagnare competitività oggi consiste nella capacità di risolvere velocemente problemi, individuando soluzioni ottime. L’attività di risoluzione di un problema consiste nell'utilizzo delle nozioni tecniche teoriche, dell'ingegno e della creatività per la ricerca di una possibile soluzione (idea).
Una volta individuata una soluzione del problema occorre verificarne la correttezza e l'efficacia.
Il metodo di verifica convenzionale prevede la realizzazione fisica della soluzione, l'introduzione del prototipo nel contesto reale, e la misura e verifica delle prestazioni.
I valori ottenuti di alcune prestazioni chiave forniscono preziose indicazioni sulla correttezza ed efficacia della soluzione testata. Se gli indicatori chiave non raggiungono i valori attesi e sperati, allora la soluzione dovrà essere sottoposta ad un nuovo ciclo, che nel caso più semplice si risolve con un affinamento della soluzione, e nel caso peggiore con la sua completa re-progettazione}
§2. Numerical Simulation and Prototype Virtualization.
La Simulazione Numerica e la Virtualizzazione del Prototipo.
Knowing how to take advantage of the opportunities of the ongoing technological revolution is fundamental for companies. The Digital Enlightenment in progress will allow us to be more efficient and competitive: Robotics, Artificial Intelligence, 3D Printing, Big Data and the new production paradigms of Factory 4.0, such as the Internet of Things, are irreversibly transforming traditional manufacturing.
{Saper approfittare delle opportunità della rivoluzione tecnologica in atto è fondamentale per le imprese. L'Illuminismo Digitale in atto permetterà di essere più efficienti e competitivi: la Robotica, l'Intelligenza Artificiale, la Stampa 3D, i Big Data e ed i nuovi paradigmi di produzione della Fabbrica 4.0, come per esempio l'Internet delle Cose, stanno trasformando in maniera irreversibile la manifattura tradizionale}
“Simulate: reproduce the behavior of a specific system, process or phenomenon through a model that allows you to vary the parameters of the system or environment in a simpler way than the system you want to analyze or optimize.”
{Simulare: riprodurre il comportamento di un determinato sistema, processo o fenomeno tramite un modello che permetta di variare i parametri del sistema o dell'ambiente in maniera più semplice rispetto al sistema che si vuole analizzare o ottimizzare}
(cit. Treccani.it)
Complex Problem Solving. The application of conventional methods of problem solving, the so-called analytical methods, is convenient when the problem to be solved is standard, that is, it falls within one of the cases already analyzed and solved by the technique, and is not very complex.
{La risoluzione di problemi complessi. L'applicazione dei metodi convenzionali di risoluzione dei problemi, i così detti metodi analitici, è conveniente quando il problema da risolvere è standard, ossia rientra in uno dei casi già analizzati e risolti dalla tecnica, e non è molto complesso}
Under these conditions, the resolution process is quite deterministic and, unless errors, the desired solution and the expected result are obtained.
But as the complexity of the system and the problem increases, the risk of failure increases. In fact, in these cases, not only the research phase of the solution requires an enormous expenditure of energy and time, but also the process of physical realization of the prototype and verification of the solution could become very onerous, both in terms of time and money.
Consider, for example, the design of the hull of a racing sailboat, or the design of the fairing of a racing car. Well, realizing after the physical realization of the prototype that the solution betrays the expectations of the project is a real problem, because a large part of the economic budget and time has already been used for the realization of the experimental prototype. And perhaps you no longer have the time and resources necessary to re-design and reproduce a new solution that corrects errors made on the prototype.
This is why in problems with complexity of this magnitude it becomes opportune and convenient to resort to the aid of simulation.
{In queste condizioni, il processo di risoluzione è abbastanza deterministico e, a meno di errori, si ottiene la soluzione ricercata ed il risultato atteso.
Ma quando la complessità del sistema e del problema aumenta, il rischio di fallimento aumenta. In questi casi infatti, non solo la fase di ricerca della soluzione richiede un dispendio enorme di energia e di tempo, ma anche il processo di realizzazione fisica del prototipo e di verifica della soluzione potrebbe diventare molto onerosa, sia in termini temporali che economici.
Si pensi, per esempio, alla progettazione dello scafo di un'imbarcazione a vela da regata, oppure alla progettazione della carenatura di una auto da corsa. Ebbene, accorgersi dopo la realizzazione fisica del prototipo che la soluzione tradisce le aspettative del progetto costituisce un vero guaio, perché gran parte del budget economico e del tempo è già stato impiegato per la realizzazione del prototipo sperimentale. E forse non si ha più il tempo e le risorse necessarie per re-progettare e riprodurre una nuova soluzione che corregga gli errori commessi sul prototipo.
Ecco perché In problemi con complessità di questa portata diventa opportuno e conveniente ricorrere all'ausilio della simulazione}
Virtualization of the prototype and Environment. Another reason that makes the simulation tool modern and current consists in the attention that today we have for the environment and ecology, in fact today it has become customary to design and evaluate the various possible solutions to a problem, avoiding as much as possible to build physical prototypes of the product, because such prototypes would constitute waste in the event of failure. Moreover, the construction of a physical prototype certainly requires more time and higher costs than its simulation inside a computer. In fact, the virtualization of the prototype and the numerical simulation allows to study various operational scenarios and, starting from the idea, it allows to modify the virtual prototype as often as necessary until obtaining satisfactory results.
{Virtualizzazione del prototipo ed Ambiente. Un altro motivo che rende moderno ed attuale lo strumento della simulazione consta nella attenzione che oggi si ha per l'ambiente e l'ecologia, infatti oggi è diventata consuetudine progettare e valutare le varie soluzioni possibili di un problema, evitando il più possibile di costruire prototipi fisici del prodotto, perché tali prototipi costituirebbero degli scarti nel caso di fallimento. Ed inoltre la costruzioni di un prototipo fisico richiede certamente più tempo e costi maggiori rispetto alla sua simulazione all'interno di un calcolatore. Infatti la virtualizzazione del prototipo e la simulazione numerica permette di studiare vari scenari operativi e, partendo dall'idea, permette di modificare il prototipo virtuale tutte le volte che è necessario fino ad ottenere risultati soddisfacenti}
§3. Modeling.
La Modellazione.
“Modeling: representing a system, a machine, a phenomenon, etc. using a model”
{Modellare: rappresentare un sistema, una macchina, un fenomeno, ecc. mediante un modello}
( author: Treccani.it )
To design with the aid of simulation, as an alternative to the conventional analytical method, it is first of all necessary to create a model of the real system, which is the object of the study.
The model, in order to simplify the verification and testing phase, is defined in a domain that is different from that of the real system, and of which it constitutes an appropriate abstraction and simplification. In computer-aided simulation, for example, the domain is electronic and computer science consisting of processors and software.
Once the model of the real system has been defined, every possible solution that can arise from the minds of the designers can be realized in a synthetic form and verified on the model, immediately and at a negligible cost, as everything happens in the model domain, and therefore still without any implementation of a real, ie physical, prototype.
The following diagram represents the main steps in the process of solving a problem with the aid of simulation.
{ Per progettare avvalendosi dell'ausilio della simulazione, in alternativa al metodo analitico convenzionale, occorre innanzitutto realizzare un modello del sistema reale, che è oggetto dello studio.
Il modello, al fine di semplificare la fase di verifica e di test, è definito in un dominio che è diverso da quello del sistema reale, e di cui ne costituisce una opportuna astrazione e semplificazione. Nella simulazione assistita dal calcolatore, per esempio, il dominio è quello elettronico e informatico costituito dai processori e dal software.
Una volta che è stato il modello del sistema reale è stato definito, ogni possibile soluzione che può scaturire dalle menti dei progettisti può essere realizzata in forma sintetica e verificata sul modello, immediatamente ed a costo irrisorio, in quanto il tutto avviene nel dominio del modello, e quindi ancora senza nessuna implementazione di un prototipo reale, cioè fisico.
Il seguente schema rappresenta le fasi principali del processo di risoluzione di un problema con l'ausilio della simulazione. }
Simulation is the process that puts the model into operation and allows us to evaluate its behavior under certain conditions. Simulation is the equivalent of prototyping to traditional design for modeling.
{ La simulazione è il processo che mette in funzione il modello e che consente di valutarne il comportamento sotto determinate condizioni. La simulazione è per la modellazione l'equivalente della prototipazione per la progettazione tradizionale }
So, if you want to deepen the study of the Modeling, then allow me to suggest you the reading of the following article that:
§ describes in detail the modeling phase of the real system, which constitutes the preliminary phase of the simulation;
§ expounds the importance of balancing the simplicity and accuracy of the model;
§ exposes the added value offered by modeling in terms of design flexibility or automation of optimization processes;
§ exposes the advantages of the modeling-simulation combination compared to the traditional design approach based on physical prototyping;
§ offers an overview of the main modeling and simulation environments, such as, for example, Matlab / Simulink and LabVIEW;
§ offers an overview of the main modeling applications such as, for example, finite element analysis, reverse engineering and Rapid Prototyping.
{ Quindi, se vuoi approfondire lo studio dell’argomento della Modellazione, allora permettimi di suggerirti la lettura del seguente articolo che:
§ descrive in dettaglio la fase della modellazione del sistema reale, che costituisce la fase preliminare della simulazione;
§ espone l'importanza del bilanciamento tra la semplicità e l'accuratezza del modello;
§ espone il valore aggiunto offerto della modellazione in termini di flessibilità di progettazione oppure di automatizzazione di processi di ottimizzazione;
§ espone i vantaggi del connubio modellazione-simulazione rispetto all'approccio tradizionale di progettazione basato sulla prototipazione fisica;
§ offre una panoramica delle principali ambienti di modellazione e simulazione, come, per esempio Matlab/Simulink e LabVIEW;
§ offre una panoramica delle principali applicazioni della modellazione come, per esempio, l'analisi agli elementi finiti, il riverse engineering e la Prototipazione Rapida. }
(SZ.3)
§4. Automatic resolution.
Risoluzione automatica.
The use of simulation, as well as being advantageous compared to the conventional method for designing or solving a problem, becomes indispensable if you want to automate the entire problem solving and optimization process, that is, if you want to delegate to the electronic computer also the task of proposing possible solutions and evaluating the best of them.
{ Il ricorso alla simulazione, oltre che essere vantaggiosa rispetto al metodo convenzionale per la progettazione o la risoluzione di un problema, diventa indispensabile nel caso in cui si voglia automatizza tutto il processo di problem solving ed ottimizzazione, ossia nel caso in cui si voglia delegare al calcolatore elettronico anche il compito della proposta di possibili soluzioni e della valutazione della migliore di esse}
§5. Simulation applications.
Applicazioni della simulazione.
La disponibilità di calcolatori elettronici con elevate potenze di calcolo sta favorendo la diffusione della applicazione della simulazione ad una miriade di campi applicativi.
{La disponibilità di calcolatori elettronici con elevate potenze di calcolo sta favorendo la diffusione della applicazione della simulazione ad una miriade di campi applicativi}
Quindi, se vuoi approfondire lo studio delle applicazioni della Modellazione, allora permettimi di suggerirti la lettura del seguente articolo che contiene per l’appunto una panoramica delle principali applicazioni di questa metodologia.
{So, if you want to deepen the study of the applications of Modeling, then allow me to suggest you reading the following article which contains an overview of the main applications of this methodology.}
§6. My experiences on Simulation and Modeling technologies.
Le mie esperienze sulle tecnologie della simulazione e della modellazione.
“It's your last chance, if you give up you won't get any more. Blue pill, end of story: tomorrow you'll wake up in your room, and believe what you want. Red pill, stay in wonderland, and you'll see how deep the White Rabbit hole is. I'm only offering you the truth remember that. Nothing more than that.”
{È la tua ultima possibilità, se ti arrendi non ne avrai più. Pillola blu, fine della storia: domani ti sveglierai nella tua stanza e crederai a quello che vuoi. Pillola rossa, resta nel paese delle meraviglie e vedrai quanto è profonda la tana del Bianconiglio. Ti sto solo offrendo la verità, ricordalo. Niente di più.}
( cit. Morpheus nel film “Matrix” )
If you are interested in deepening my personal experience on Simulation and Modeling technologies, allow me to invite you to read the following article, which I have dedicated precisely to this purpose.
{ Se sei interessato ad approfondire la mia esperienza personale sulle tecnologie di Simulazione e Modellazione, permettimi di invitarti a leggere il seguente articolo, che ho dedicato proprio a questo scopo. }
Le mie esperienze didattiche, ludiche e lavorative a riguardo della simulazione.
The article contains some hints to my experiences on the application of simulation and modeling, which I came across during the course of my studies and my professional experiences.
The article mentions the applications of modeling and simulation techniques in various sectors: from the design and testing of combinatorial networks to the simulation of control processes, from simulation applied to artificial intelligence systems to the creation of network frameworks for the shared design of artifacts. in carbon fiber, from discrete event simulation to simulation applied to the optimization processes of image processing algorithms.
The various experiences are mentioned in purely chronological order, in order to also give an idea of the path I followed in dealing with this technology.
{L’articolo contiene alcuni cenni alle mie esperienze sulla applicazione della simulazione e della modellazione, in cui mi sono imbattuto durante il corso dei miei studi e delle mie esperienze professionali.
L'articolo cita le applicazioni delle tecniche della modellazione e della simulazione in vari settori: dalla progettazione e test delle reti combinatorie alla simulazione di processi di controllo, dalla simulazione applicata a sistemi di intelligenza artificiale alla realizzazione di framework network per la progettazione condivisa di manufatti in fibra di carbonio, dalla simulazione ad eventi discreti alla simulazione applicata ai processi di ottimizzazione di algoritmi di image processing.
Le varie esperienze sono menzionate in ordine puramente cronologico, al fine di dare anche una idea del percorso che ho seguito nel confrontarmi con questa tecnologia}
§7. Simulation Tools.
Strumenti per la Simulazione.
Riferimenti a fonti utili per approfondimenti.
updated July 13, 2022
In the current article, which is the main one of the thematic area dedicated to Modeling and Simulation, we talked about main features and the most interested applications of these technologies.
However, I would like to remind you that one of the main features of the “Tateo ~ LifeLong Learning” (T-LLL) project is interdisciplinarity. So if you want to know what are the other thematic areas that flank the Modeling and Simulation in T-LLL, then allow me to suggest reading the following article which, being dedicated to the "Encyclopedia" section of the LLL project, lists them all.
{ Nell'articolo corrente, che è il principale dell’area tematica dedicata alla Modellazione e Simulazione, abbiamo parlato delle caratteristiche principali e delle applicazioni più interessanti di queste tecnologie.
Vorrei ricordarvi però che una delle caratteristiche principali del progetto “Tateo ~ LifeLong Learning” (T-LLL) è la interdisciplinarietà. Quindi se vuoi conoscere quali sono le altre aree tematiche che affiancano la Modellazione e la Simulazione in T-LLL, allora permettimi di suggerirti la lettura del seguente articolo che, essendo dedicato alla sezione "Enciclopedia" del progetto LLL li elenca tutti.}
THE ENCYCLOPEDIC SECTION OF THE TATEO LIFELONG LEARNING PROJECT
La sezione enciclopedica del progetto di apprendimento continuo (Lifelong Learning) di Tateo
(TB.2)
updated July 13, 2022
~ o ~
§11. Something about me, the founder and author of Tateo~Blog Project.
Qualcosa su di me, il fondatore e sull'autore del progetto Tateo~Blog.
First of all, thank you for visiting one of the pages of my project for Interdisciplinary Continuous Learning (TILLL which stands for Tateo's Interdisciplinary LifeLong Learning), of which I am the founder and author.
My name is Giovanni Battista Tateo (shortly Bat).
Innanzitutto ti ringrazio per aver visitato una delle pagine del mio progetto per l'Apprendimento Continuo Interdisciplinare (TILLL che sta per Tateo's Interdisciplinary LifeLong Learning), di cui io sono lil fondatore e l'autore.
Mi chiamo Giovanni Battista Tateo (brevemente Bat).
The Tateo~Blog (link) is an integral part of the project constitutes the means of sharing all updates.
I was initially an Information Technology expert, and later I became an electronic engineer, specializing in industrial Automation. I'm passionate about Artificial intelligence, Virtual Reality, Simulation, and I'm an expert in Artificial Vision applied to industrial Automation. Currently, and starting four years ago, I am employed as a Proposal Engineer at Mer Mec S.p.A. (:::) company. Previously, starting in 2004, I was employed, always at the same company, as a Designer of Artificial Vision Systems and Image Processing Algorithms, applied in particular to Railway Diagnostics. I am a supporter and promoter of Lifelong Learning, Social Networking and Knowledge Sharing by means of the web. If you want more details about me, visit the About Me (:::) page.
Il blog Tateo~Blog (link) è parte integrante del progetto costituisce il mezzo di condivisione di tutti gli aggiornamenti.
Sono stato in principio un esperto di Informatica, e in seguito sono diventato un Ingegnere Elettronico, specializzato in Automazione Industriale. Sono un appassionato di Intelligenza Artificiale, Realtà Virtuale, Simulazione, e sono un esperto di Visione Artificiale applicata all'Automazione Industriale. Attualmente, ed a partire dall'anno 2016, sono impiegato come Proposal Engineer presso la società Mer Mec S.p.A. (:::). Precedentemente, a partire dal 2004, sono stato impiegato, sempre presso la stessa società, come Progettista di Sistemi di Visione Artificiale e di Algoritmi di Elaborazione delle Immagini, applicati in particolare alla Diagnostica Ferroviaria. Sono un sostenitore e promotore dell'apprendimento permanente, dei social network e della condivisione delle conoscenze tramite il web. Se vuoi ulteriori dettagli su di me, visita la pagine About Me (:::).
Contact me. Following you can find my personal references that you can use if you want to contact me directly, and the links to my social accounts that you can use to follow me or to keep in touch with me by means of social media networks.
Contattami. Per chi scrive non c’è soddisfazione maggiore di quella che si prova sapendo di essere stato letto e di aver ispirato e fornito esperienze e pratiche utili. Per cui, chiunque contattarmi utilizzando uno dei riferimenti seguenti. Sarò felice di poterti leggere e di confrontarmi con te, di poter leggere le tue critiche, i tuoi suggerimenti, le tue riflessioni e, spreto anche i tuoi complimenti.
Giovanni Battista Tateo (aka Bat)
- e-mail: tateogb@libero.it (send e-mail)
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Originally published August 23, 2019,
updated July 13, 2022
into the Learning section of
TILLL
the Lifelong and Interdisciplinary Learning project of Giovanni Battista Tateo
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