lunedì 5 aprile 2021
Additive Manufacturing
domenica 11 agosto 2019
The importance of modeling in the simulation process
Per operare la simulazione, occorre innanzitutto operare una modellazione dell'oggetto fisico o del sistema che sarà oggetto della simulazione. In generale un modello è la rappresentazione di un oggetto fisico o di un intero sistema. Per modellazione si intende il processo di definizione della rappresentazione matematica, logica, informatica o probabilistica del sistema all'interno del calcolatore elettronico in modo da permettere la simulazione del suo comportamento in condizioni molto prossime e realistiche rispetto a quelle del sistema reale.
mercoledì 19 aprile 2017
🧪📐🛠️ Prototipazione rapida (♾️.SZ.3.12)
La prototipazione rapida, metodologia alternativa alla Simulazione
#simulation #modeling #rapidPrototyping #3dPrinting #additiveManufacturing #labView #matLab #Simulink
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§ Indice dei contenuti
§1. Accuratezza ed Affidabilità del modello
#simulation #modeling #complexity
La simulazione offre una metodologia comoda ed economica per la progettazione di sistemi complessi perché permette di verificare un ampio spettro di ipotesi e di rilevare eventuali errori prima di realizzare il sistema fisicamente.Tuttavia l’efficacia della simulazione dipende dalla affidabilità del modello utilizzato e poiché il modello è necessariamente una rappresentazione semplificazione del sistema, l’affidabilità della soluzione dipende dalla qualità di questa “semplificazione”.
Il grado di complessità del modello è frutto di un compromesso: esso deve essere sufficientemente vicino alla natura funzionale del sistema reale, senza però diventare troppo complesso.
Un modello spesso fornisce una rappresentazione parziale del sistema reale, ossia rappresenta soltanto gli aspetti utili per la simulazione. Per esempio se siamo interessati alla geometria di una nave, allora sarà sufficiente che il suo modello computerizzato contenga esclusivamente la sua rappresentazione 3D, tralasciando i colori ed i rendering delle superfici, in modo che l'utente possa ruotare e ingrandire facilmente il modello computerizzato.
Si evince quindi quanto sia fondamentale una buona modellazione per ottenere una simulazione efficace ed efficiente, ossia quanto sia importante saper decidere e dosare opportunamente gli aspetti del sistema fisico da includere nel modello, e quelli da escludere.
Fonti ed approfondimenti
§2. Costi e Time to Market
§3. Prototipazione Rapida
Sempre più frequentemente e per un numero crescente di applicazioni, si va prefigurando una opzione alternativa al connubio modellazione-simulazione che si chiama Prototipazione Rapida. Questa metodologia di progettazione consiste nel considerare il prototipo reale al posto del modello. Praticamente, a differenza della simulazione classica in cui il modello è una astrazione virtuale dei componenti fisici, il sistema sottoposto alla prototipazione rapida è realizzato con gli stessi componenti fisici che costituiranno il sistema finale oggetto dello studio. L'hardware utilizzato per la simulazione può diventare anche l'hardware del sistema finale, consentendo così un passaggio rapido e immediato alla fase di ingegnerizzazione e di produzione del sistema. Si osservi che anche se la simulazione è più economica in quanto la definizione e configurazione del sistema avviene in modo astratto all'interno del calcolatore, la prototipazione rapida offre il vantaggio di valutare la fattibilità e l'affidabilità del sistema finale.Oggi per numerose applicazioni, una delle opzioni di sviluppo alternative alla simulazione che permette di scongiurare rischi derivanti da errori di modellazione è quella basata sulla realizzazione fisica in tempi brevi del prototipo a partire da una sua definizione matematica che è scaturita da un sistema di progettazione assistita dal calcolatore (CAD). Questa metodologia è nota col termine di Prototipazione Rapida. Anche se la simulazione è più economica e rapida della prototipazione, l’avvento di sistemi di prototipazione rapida hanno reso conveniente questo tipo di approccio alla progettazione.
§4. Ambienti di Prototipazione Rapida
Questo approccio sta prendendo piede. Per esempio per la progettazione di sistemi elettronici embedded esiste oggi una ampia disponibilità di schede che permettono di realizzare direttamente il prototipo di quanto si sta progettando che ha il vantaggio di consentire la valutazione della fattibilità e affidabilità del sistema finale in quanto realizzato con gli stessi componenti fisici che invece nel simulatore sono virtuali.§5. Prototipazione Rapida di Sistemi Elettronici
#electronics #physicalPrototype #rapidPrototyping #modelling #simulation #microcontrollers #DSP #PLD
- Definizione del sistema: individuazione delle specifiche funzionali, dei requisiti prestazionali e dei vincoli progettuali.
- Modellazione: costruzione di una rappresentazione del sistema, dei suoi componenti e delle loro interazioni. [♾️SZ.3]
- Simulazione: analisi del comportamento del modello in condizioni operative differenti, per individuare criticità e confrontare possibili soluzioni. [♾️.SZ]
- Realizzazione del prototipo: implementazione della soluzione mediante componenti elettronici, schede di sviluppo, microcontrollori, DSP o dispositivi programmabili. [♾️SZ.3.12][♾️EL][♾️EL.4]
- Verifica e validazione: confronto tra i risultati sperimentali e quelli attesi, per valutare il rispetto delle specifiche.
- Ottimizzazione: modifica del progetto e ripetizione delle verifiche fino al raggiungimento dei risultati desiderati.
- Prototipazione di sistemi elettronici analogici: riguarda la progettazione e la verifica di circuiti che elaborano segnali continui, attraverso simulazioni circuitali e realizzazioni sperimentali.
- Prototipazione di sistemi elettronici digitali: riguarda la progettazione e la verifica di sistemi basati su elaborazione numerica, microcontrollori, DSP e dispositivi logici programmabili (PLD).
🔍 Approfondimenti consigliati:
- [♾️SZ.3.12] TILLL — 🧪📐🛠️ La prototipazione rapida, metodologia alternativa alla Simulazione; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/2017/04/sz-03-la-prototipazione-rapida.html; La Simulazione presenta dei limiti nello scenario economico e tecnologico attuale. La Prototipazione Rapida costituisce già una valida alternativa
- [♾️SZ.3] TILLL — 🧪📐 Modelli, modellazione e prototipazione; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/p/sz3-modellazione.html; La modellazione del sistema come fase preliminare della simulazione.
- [♾️SZ] TILLL — 🧪 Le tecnologie di modellazione e simulazione; 👉 http://tateoblog.blogspot.com/p/blog-page_15.html; La simulazione, basata su modelli accurati e resa possibile dai moderni calcolatori ad alte prestazioni, consente di testare scenari complessi senza ricorrere a costosi prototipi fisici.
- [♾️EL.4] TILLL — 🔌 Programmazione dell'hardware; 👉https://tateoblog.blogspot.com/2017/01/el-07-arduino-e-raspberry-pi.html; Presentazione del microcontrollore e del microcomputer più famoso, e di alcuni progetti interessanti che ambiscono ad unire in un unico prodotto le caratteristiche peculiari deI due.
- [♾️EL] TILLL — 🔌 Le tecnologie elettroniche del futuro; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/p/elettronica.html; Nell’immaginario comune il cuore dell’era digitale coincide con l’informatica. Eppure, senza l’elettronica, nulla di ciò che oggi definiamo “intelligente”, “connesso” o “automatico” potrebbe esistere.
- [1] 🌐 Mario Malcangi — L'unico limite è l'immaginazione; 👉 https://www.elettronicanews.it/lunico-limite-e-limmaginazione/
- [2] 🌐 Mario Malcangi — Dalla modellazione alla simulazione; 👉 http://www.elettronicanews.it/dalla-modellazione-alla-simulazione/
- [3] 🌐 Juergen Jaeger — La nuova era della prototipazione rapida; 👉 https://www.elettronicanews.it/la-nuova-era-della-prototipazione-rapida/
- [4] 🌐 Progettazione rapida basata su FPGA — Selezione di Elettronica; 👉 https://www.elettronicanews.it/progettazione-rapida-basata-su-fpga/
- [15] 📖 Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, Benjamin J. Blalock — Microelettronica — McGraw-Hill Education — 6ª edizione italiana, 2023; Paragrafi consigliati: elettronica analogica, elettronica digitale, progettazione e simulazione dei circuiti; Lingua: italiano.
§5.1 – Prototipazione rapida di sistemi elettronici analogici
#electronics #physicalPrototype #analogic #simulation #SPICE #rapidPrototyping #LTspice #KiCad #ngspice #NImultisim
- Analisi del punto di lavoro (Operating Point): verifica delle tensioni e delle correnti in condizioni statiche.
- Analisi in continua (DC): studio del comportamento del circuito al variare di una o più grandezze continue.
- Analisi transitoria (Transient): osservazione dell'evoluzione dei segnali nel dominio del tempo.
- Analisi in frequenza (AC): valutazione della risposta del circuito al variare della frequenza.
- Analisi del rumore (Noise): valutazione delle componenti di rumore generate o introdotte dal circuito.
- LTspice: ambiente di simulazione SPICE con editor di schemi elettrici e visualizzatore delle forme d'onda, particolarmente utilizzato per lo studio dei circuiti analogici. [7]
- KiCad con ngspice: soluzione open source che integra la simulazione SPICE nell'ambiente di progettazione degli schemi elettrici. Consente di eseguire analisi del punto di lavoro, in continua, transitorie e in frequenza. [6]
- NI Multisim: ambiente di progettazione e simulazione elettronica basato su SPICE, utilizzabile per lo studio di circuiti analogici e digitali. [5]
🔍 Approfondimenti consigliati:
- [♾️SZ.3.12] TILLL — 🧪📐🛠️ La prototipazione rapida, metodologia alternativa alla Simulazione; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/2017/04/sz-03-la-prototipazione-rapida.html; La Simulazione presenta dei limiti nello scenario economico e tecnologico attuale. La Prototipazione Rapida costituisce già una valida alternativa
- [♾️EL] TILLL — 🔌 Le tecnologie elettroniche del futuro; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/p/elettronica.html; Nell’immaginario comune il cuore dell’era digitale coincide con l’informatica. Eppure, senza l’elettronica, nulla di ciò che oggi definiamo “intelligente”, “connesso” o “automatico” potrebbe esistere.
- [♾️SZ] TILLL — 🧪 Le tecnologie di modellazione e simulazione; 👉 http://tateoblog.blogspot.com/p/blog-page_15.html; La simulazione, basata su modelli accurati e resa possibile dai moderni calcolatori ad alte prestazioni, consente di testare scenari complessi senza ricorrere a costosi prototipi fisici.
- [2] 🌐 Mario Malcangi — Dalla modellazione alla simulazione; 👉 http://www.elettronicanews.it/dalla-modellazione-alla-simulazione/
- [3] 🌐 Juergen Jaeger — La nuova era della prototipazione rapida; 👉 https://www.elettronicanews.it/la-nuova-era-della-prototipazione-rapida/
- [5] 🌐 National Instruments — NI Multisim; 👉 https://www.ni.com/en/shop/electronic-test-instrumentation/application-software-for-electronic-test-and-instrumentation-category/what-is-multisim.html
- [6] 🌐 KiCad — SPICE Simulation; 👉 https://www.kicad.org/discover/spice/
- [7] 🌐 Analog Devices — LTspice; 👉 https://www.analog.com/en/resources/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html
- [15] 📖 Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, Benjamin J. Blalock — Microelettronica — McGraw-Hill Education — 6ª edizione italiana, 2023; Paragrafi consigliati: elettronica analogica, elettronica digitale, progettazione e simulazione dei circuiti; Lingua: italiano.
§5.2 – Prototipazione rapida di sistemi elettronici digitali
#electronics #digital #microcontrollers #DSP #FPGA #embedded #automation #rapidPrototyping #simulation #algorithms #programmingLanguage #C++ #VHDL #Verilog #model #Simulink #LabVIEW #MATLAB #GNUoctave #GNUradio #Arduino #AMDvivado
- Linguaggi di programmazione, come C e C++, per lo sviluppo di applicazioni destinate a Microcontrollori, processori e DSP. [♾️IT][♾️EL.4]
- Linguaggi di descrizione hardware, come VHDL e Verilog, per definire circuiti digitali destinati a dispositivi programmabili FPGA.
- Ambienti di modellazione grafica, nei quali il sistema viene descritto mediante blocchi funzionali, simulato e, quando previsto, tradotto in codice eseguibile o in una descrizione hardware.
- NI LabVIEW: ambiente di programmazione grafica utilizzato per applicazioni di misura, acquisizione dati, test e controllo, con possibilità di interazione con hardware e dispositivi esterni. [8]
- MATLAB e Simulink: ambienti per la modellazione, la simulazione e l'analisi di sistemi dinamici e algoritmi, con funzionalità di generazione automatica del codice e supporto a diverse piattaforme hardware. [10]
- GNU Octave: ambiente di calcolo numerico open source, utilizzabile anche per lo studio e la sperimentazione di algoritmi di elaborazione dei segnali attraverso il relativo pacchetto Signal. [11]
- GNU Radio: piattaforma software open source per la realizzazione e la sperimentazione di sistemi di elaborazione digitale dei segnali e applicazioni di Software Defined Radio. [12]
- Arduino: piattaforma hardware e software basata su microcontrollori, adatta alla realizzazione di prototipi e alla sperimentazione di sistemi embedded e applicazioni di controllo. [♾️EL.4][13]
- DSP e FPGA: piattaforme hardware utilizzate quando l'applicazione richiede capacità di elaborazione numerica dedicate o architetture digitali riconfigurabili. Per lo sviluppo e la verifica di progetti FPGA, strumenti come AMD Vivado Design Suite supportano le attività di progettazione, sintesi, implementazione e verifica. [14]
🔍 Approfondimenti consigliati:
- [♾️SZ.3.12] TILLL — 🧪📐🛠️ La prototipazione rapida, metodologia alternativa alla Simulazione; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/2017/04/sz-03-la-prototipazione-rapida.html; La Simulazione presenta dei limiti nello scenario economico e tecnologico attuale. La Prototipazione Rapida costituisce già una valida alternativa
- [♾️EL] TILLL — 🔌 Le tecnologie elettroniche del futuro; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/p/elettronica.html; Nell’immaginario comune il cuore dell’era digitale coincide con l’informatica. Eppure, senza l’elettronica, nulla di ciò che oggi definiamo “intelligente”, “connesso” o “automatico” potrebbe esistere.
- [♾️EL.4] TILLL — 🔌 Programmazione dell'hardware; 👉https://tateoblog.blogspot.com/2017/01/el-07-arduino-e-raspberry-pi.html; Presentazione del microcontrollore e del microcomputer più famoso, e di alcuni progetti interessanti che ambiscono ad unire in un unico prodotto le caratteristiche peculiari deI due.
- [♾️VS.7] TILLL — 👁️ La tecnologia Embedded applicata alla Visione Artificiale; 👉https://tateoblog.blogspot.com/2017/10/vs53-la-visione-embedded.html; Evoluzione della tecnologia embedded, specificatamente nelle applicazioni industriali della visione artificiale, ossia nella machine vision.
- [♾️AU] TILLL — 🔧 Le più moderne espressioni della tecnologia dell’Automazione Industriale; 👉https://tateoblog.blogspot.com/p/blog-page_26.html; L’automazione industriale è una tecnologia consolidata, presente da decenni nei processi produttivi. Eppure, nonostante la sua lunga storia, continua a evolversi e a sorprendere.
- [♾️SZ] TILLL — 🧪 Le tecnologie di modellazione e simulazione; 👉 http://tateoblog.blogspot.com/p/blog-page_15.html; La simulazione, basata su modelli accurati e resa possibile dai moderni calcolatori ad alte prestazioni, consente di testare scenari complessi senza ricorrere a costosi prototipi fisici.
- [♾️IT] TILLL — 💻 L’Informatica e le Tecnologia dell'Informazione; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/p/informatica.html; L’informatica è la disciplina che si occupa della gestione e dell’elaborazione delle informazioni tramite i calcolatori elettronici.
- [♾️SZ.3] TILLL — 🧪📐 Modelli, modellazione e prototipazione; 👉 https://tateoblog.blogspot.com/p/sz3-modellazione.html; La modellazione del sistema come fase preliminare della simulazione.
- [1] 🌐 Mario Malcangi — L'unico limite è l'immaginazione; 👉 https://www.elettronicanews.it/lunico-limite-e-limmaginazione/
- [3] 🌐 Juergen Jaeger — La nuova era della prototipazione rapida; 👉 https://www.elettronicanews.it/la-nuova-era-della-prototipazione-rapida/
- [4] 🌐 Progettazione rapida basata su FPGA — Selezione di Elettronica; 👉 https://www.elettronicanews.it/progettazione-rapida-basata-su-fpga/
- [8] 🌐 National Instruments — LabVIEW; documentazione ufficiale; 👉 https://www.ni.com/docs/en-US/
- [10] 🌐 MathWorks — Simulink Documentation; 👉 https://www.mathworks.com/help/simulink/
- [11] 🌐 GNU Octave — Signal Package; 👉 https://gnu-octave.github.io/packages/signal/
- [12] 🌐 GNU Radio — GNU Radio Documentation; 👉 https://www.gnuradio.org/doc/doxygen/
- [13] 🌐 Arduino — Arduino Documentation; 👉 https://docs.arduino.cc/learn/
- [14] 🌐 AMD — Vivado Design Suite User and Reference Guides; 👉 https://docs.amd.com/r/en-US/ug949-vivado-design-methodology/Vivado-Design-Suite-User-and-Reference-Guides
- [15] 📖 Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock, Benjamin J. Blalock — Microelettronica — McGraw-Hill Education — 6ª edizione italiana, 2023; Paragrafi consigliati: elettronica analogica, elettronica digitale, progettazione e simulazione dei circuiti; Lingua: italiano.
- [16] 📖 Steven W. Smith — Digital Signal Processing: A Practical Guide for Engineers and Scientists — Newnes, Elsevier — 1ª edizione, 2002; Paragrafi consigliati: fondamenti dell'elaborazione digitale dei segnali, campionamento, filtri digitali, algoritmi DSP e implementazione; Lingua: inglese.
- [17] 📖 Pong P. Chu — FPGA Prototyping by Verilog Examples: Xilinx Spartan-3 Version — John Wiley & Sons, 2008; Paragrafi consigliati: progettazione digitale con Verilog, simulazione, sintesi e prototipazione su FPGA; Lingua: inglese.
§6. Stampa 3D: la tecnologia più moderna per la prototipazione fisica
Il processo di stampa 3D, infatti, apre nuove prospettive non solo per la costruzioni dei prototipi, bensì anche per la produzione dei prodotti finali. Infatti si pensi che esso permette per esempio di velocizzare la produzione fino a dieci volte rispetto alle precedenti tecnologie.
Se ti interessa approfondire gli argomenti della stampa 3d e dell'Additive Manufacturing, allora permettimi di invitarti a proseguire la consultazione della sezione Learning di TILL con la lettura del seguente articolo, che parla appunto di queste rivoluzionarie tecnologie dedicate alla prototipazione rapida ed alla produzione industriale.
Stampa 3D e Produzione Additiva: le più moderne tecnologie per la prototipazione fisica e la produzione industriale (♾️.SZ.3.12.7)
Modelli, modellazione e prototipazione (♾️.SZ.3)
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Spero che questo articolo, appartenente alla sezione Learning (>) del progetto Tateo's Interdisciplinary Lifelong Learning (TILLL) (>), ti sia piaciuto e che le note e le osservazioni che ho raccolto al suo interno soddisfino i tuoi interessi.
Se vuoi rimanere aggiornato sull'evoluzione del progetto TILLL, allora ti invito a seguire i prossimi aggiornamenti che vengono pubblicati sul Blog di TILLL e sulle pagine social dedicate alla community TILLL
§10. Qualche informazione su di me
Innanzitutto ti ringrazio per aver visitato una delle pagine del mio blog. Mi chiamo Giovanni Battista Tateo (brevemente Bat) e sono il fondatore e l'autore di un progetto Lifelong Learning Interdisciplinare di cui il blog Tateo~Blog (:::) ne è il mezzo di condivisione. 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 (:::).
Riferimenti per contattarmi. In seguito puoi trovare i miei riferimenti personali che puoi utilizzare se vuoi contattarmi personalmente, ed i collegamenti ai miei account social che puoi utilizzare per seguirmi e rimanere in contatto con me tramite le reti di social media.
Eng. Tateo Giovanni Battista
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