Tateo’s Interdisciplinary Lifelong Learning Project
T I L L L
LEARNING - SHARING - NETWORKING
Learning, knowledge sharing and Communities engagement about:
Artificial Intelligence, Augmented / Virtual / Mixed Reality, Automation, Electronics, Computer Science and Information Technology, Mobile Technologies, Problem Solving, Readings, Social Media, Simulation, Artificial Vision, Work and Soft Skills
by Tateo Giovanni Battista
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LEARNING
SIMULATION
Models, Modeling and Prototyping.
Modelli, modellazione e prototipazione.
Hashtag keywords: #CAD #ComputerAidedDesign #FEA #FEM #FiniteElementAnalysis #FiniteElementMethod #LabVIEW #Matlab #mesh #Modeling #Prototyping #PhysicalPrototyping #RapidPrototyping #ReverseEngineering #ReverseModeling #Simulation #simulink #vrml #TateoBlog #TILLL
Summary. The limits of physical prototyping, the simulation-based test and validation methodology, useful for speeding up and economizing the design processes, system modeling as a preliminary phase of the simulation, the re-configurability of the model as an added value to give flexibility to the process design, or to implement an automatic system for the optimization of a concept.
I limiti della prototipazione fisica, la metodologia di test e validazione basata sulla simulazione, utile per velocizzare ed economizzare i processi di progettazione, la modellazione del sistema come fase preliminare della simulazione, la ri-configurabilità del modello come valore aggiunto per conferire flessibilità al processo di progettazione, oppure per implementare un sistema automatici per la ottimizzazione di un concept.
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Ti trovi QUI all'interno del progetto TILLL.
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§1. Rapid Prototyping.
Prototipazione Rapida.
In the past and for many years the only way to validate an artifact before its engineering and subsequent production was that of physical prototyping, which consists in the real realization of the first sample of the product and its test, verification and validation under the nominal operating conditions. This procedure is expensive both from the point of view of time and from the economic point of view, as the product being tested is a very complex and expensive system, and which at the end of the tests may no longer be usable.
In passato e per tanti anni l'unico modo per validare un manufatto prima della sua ingegnerizzazione e successiva messa in produzione è stato quello della prototipazione fisica, che consiste nella realizzazione reale del primo esemplare del prodotto e del suo test, verifica e validazione sotto le condizioni nominali di funzionamento. Questo procedimento è oneroso sia dal punto di vista del tempo, sia dal punto di vista economico, in quanto il prodotto oggetto della verifica è un sistema molto complesso e costoso, e che al termine dei test potrebbe non essere più utilizzabile.
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§2. Simulation.
Simulazione.
To speed up and make the test and validation process less expensive, the physical prototyping of the product is increasingly replaced by its simulation, i.e. by the construction of a process that allows to obtain the same functionality of the real system, but without having its physical realization. . The simulation exploits the computational power of electronic computers to simulate the real system in order to study it for the purposes required by the test and validation process. The simulation works on a mathematical surrogate of the physical system, that is, on a system that is not the real one but which, for the purposes in which it is concerned, behaves like the physical system.
The simulation is a fundamental tool for the design as, without necessarily resorting to the physical realization of the prototype, it is possible to verify the functionality of the target system with respect to the functional specifications of the project.
Per velocizzare e rendere meno costoso il processo di test e validazione sempre più spesso la prototipazione fisica del prodotto è soppiantata dalla sua simulazione, ossia dalla costruzione di un processo che consente di ottenere la stessa funzionalità del sistema reale, ma senza disporre della sua realizzazione fisica. La simulazione sfrutta la potenza computazionale dei calcolatori elettronici per simulare il sistema reale al fine di studiarlo per i fini richiesti dal processo di test e validazione. La simulazione lavora su un surrogato matematico del sistema fisico, ossia su un sistema che non è quello reale ma che, per i fini a cui si è interessati, si comporta come il sistema fisico.
La simulazione è uno strumento fondamentale per la progettazione in quanto, senza necessariamente ricorrere alla realizzazione fisica del prototipo, si può verificare la funzionalità del sistema target rispetto alle specifiche funzionali di progetto.
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§3. Model and Modeling.
Modello e Modellazione.
"No one has ever written, painted, sculpted, modeled, built or invented
if not to literally get out of hell."
"Nessuno ha mai scritto, dipinto, scolpito, modellato, costruito o inventato
se non per uscire letteralmente dall’inferno."
(cit. Antonin Artaud, French playwright, actor, essayist and theater director)
drammaturgo, attore, saggista e regista teatrale francese
To operate the simulation, it is first of all necessary to perform a modeling of the physical object or system that will be the object of the simulation. In general, a model is the representation of a physical object or of an entire system. By modeling we mean the process of defining the mathematical, logical, informatic or probabilistic representation of the system inside the electronic computer in order to allow the simulation of its behavior in conditions that are very close and realistic to those of the real system.
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.
It should be noted that in the modeling phase two fundamental characteristics of the model must be appropriately balanced, namely its accuracy and its simplicity. In fact, although the model must constitute a faithful representation of the system to be simulated, it is also understood that it is also desirable that it be at the same time also simple to ensure that its processing inside the electronic computer is not excessively heavy. For this reason the modeling work consists of a selection of the characteristics of the real system that are actually important for the purpose for which the study of the real system is being carried out. On the other hand, the behavior of an excessively simplified model could be not very faithful to the real system and therefore the results produced by the simulation would not be extensible to the real case. There is therefore a fair compromise between these two factors, that is, it is necessary to try to simplify the model of the system as much as possible without compromising the correct representation of the system for the specific purposes of the study being carried out.
Si osservi che nella fase di modellazione occorre dosare opportunamente due caratteristiche fondamentali del modello, ossia la sua accuratezza e la sua semplicità. Infatti sebbene il modello debba costituire una rappresentazione fedele del sistema da simulare, si comprende che è altresì auspicabile che esso sia contemporaneamente anche semplice per far si che la sua elaborazione all'interno del calcolatore elettronico non risulti eccessivamente pesante. Per questo motivo il lavoro di modellazione consiste in una operazione di selezione delle caratteristiche del sistema reale che effettivamente sono importanti per lo scopo per cui si sta eseguendo lo studio del sistema reale. Per contro, il comportamento di un modello eccessivamente semplificato potrebbe risultare poco fedele rispetto al sistema reale e quindi i risultati prodotti dalla simulazione risulterebbero poco estendibili al caso reale. Esiste quindi un giusto compromesso tra questi due fattori, ossia bisogna sforzarsi di semplificare il più possibile il modello del sistema senza pregiudicare la corretta rappresentazione del sistema per gli scopi specifici dello studio che si sta eseguendo.
It is therefore understood how fundamental this preliminary phase is for the success of the entire simulation process. Modeling therefore requires specific skills and experience.
Once the model has been defined, you can proceed with the process that puts it into operation and allows you to verify and evaluate its behavior under certain conditions.
Si comprende quindi quanto questa la fase preliminare sia fondamentale per la buona riuscita dell'intero processo di simulazione. La modellazione richiede pertanto competenze specifiche ed esperienza.
Una volta che il modello è stato definito si può procedere con il processo che lo mette in funzione e permette di verificarne e valutarne il comportamento sotto determinate condizioni.
We are talking about: #model #modeling #physicalObject #realDomain #virtualDomain #TILLL #TateoBlog
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last update August 17, 2022
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§4. Reconfigurability of the model.
Ri-configurabilità del modello.
The simulation allows to verify through the model how a system would function under certain conditions. Now, it should be noted that the use of simulation and modeling, in addition to making the verification processes faster and cheaper, offers a further advantage deriving from the fact that both the model and the test conditions, having a digital representation inside the computer electronic, they are both easily modifiable and reconfigurable.
La simulazione consente di verificare attraverso il modello come funzionerebbe un sistema sotto determinate condizioni. Orbene, si osservi che l'utilizzo della simulazione e della modellazione oltre a rendere i processi di verifica più veloci ed economici offre un ulteriore vantaggio derivante dal fatto che sia il modello che le condizioni di test, avendo una rappresentazione digitale all'interno del calcolatore elettronico, sono entrambi facilmente modificabili e riconfigurabili.
This means that through the simulation it is possible to verify the behavior of the system by making changes to its characteristics or working conditions. The simulator therefore, from a mere verification tool, is transformed into a real design assistance tool (Computer Aided Design or CAD), through which it is possible to flexibly explore solutions different from the initial concept. An integrated simulation and assisted design system allows you to study the behavior and goodness of a design solution in all possible conditions and considering all the infinite variations.
Ciò significa che attraverso la simulazione è possibile verificare il comportamento del sistema apportando modifiche alle sue caratteristiche oppure alle condizioni di lavoro. Il simulatore quindi, da mero strumento di verifica, si trasforma in un vero e proprio strumento di assistenza alla progettazione (Computer Aided Design o CAD), attraverso il quale è possibile esplorare in modo flessibile soluzioni diverse dal concept iniziale. Un sistema integrato di simulazione e progettazione assistita permette di studiare il comportamento e la bontà di una soluzione progettuale in tutte le condizioni possibili e considerando tutte le infinite varianti.
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§5. Traditional Design vs. Modeling.
Progettazione tradizionale vs. Modellazione.
The modeling phase is for simulation-based design the equivalent of physical prototyping for traditional design. In fact, the physical prototyping phase within the traditional design process produces the first "real" example of the product that will be introduced in the real context to perform its validation in the field, while the modeling phase within the simulation process produces a "virtual" model that will be subjected to the next phase of simulation.
La fase di modellazione è per la progettazione basata sulla simulazione l'equivalente della prototipazione fisica per la progettazione tradizionale. Infatti la fase di prototipazione fisica all'interno del processo di progettazione tradizionale produce il primo esemplare "reale" del prodotto che sarà introdotto nel contesto reale per eseguirne la validazione in campo, mentre la fase di modellazione all'interno del processo di simulazione produce un modello "virtuale" che sarà sottoposto alla fase successiva di simulazione.
Both downstream of the simulation and of the validation in the field, a validation process is carried out, consisting in verifying that the manufactured product, ie the "virtual" model in the case of the simulation and the "real" prototype in the case of traditional design, shows the behavior desired by achieving the specification performance. For both approaches, the hope is that the test and verification produce a positive outcome. However, sometimes it happens that the performance of the product is not satisfactory and therefore it is necessary to repeat the tests, either under new conditions or by modifying the characteristics of the prototype.
Sia a valle della simulazione che della validazione in campo si esegue un processo di validazione, consistente nella verifica che il manufatto realizzato, ossia del modello "virtuale" nel caso della simulazione e del prototipo "reale" nel caso della progettazione tradizionale, mostri il comportamento desiderato raggiungendo le performance di specifica. Per entrambi gli approcci l'augurio è che il test e la verifica producano esito positivo. Talvolta però capita che le performance del prodotto non siano soddisfacenti e quindi occorre ripetere i test, o sotto nuove condizioni oppure modificando le caratteristiche del prototipo.
This second possibility, if for the simulation process does not constitute an excessive effort as it consists in the modification of the digital definition of the model within the computer, for the traditional design it involves a more consistent effort as it necessarily involves the reconstruction of the physical prototype. Furthermore, it should be noted that, even if the revision of the project consists simply in the modification of the boundary conditions, it could happen that the validation in the field of the previous prototype has irreparably ruined it, compromising its re-use for another phase. validation. In this second case, traditional design would again require the onerous reconstruction of the physical prototype.
Questa seconda eventualità, se per il processo di simulazione non costituisce uno sforzo eccessivo in quanto consiste nella modifica della definizione digitale del modello all'interno del calcolatore, per la progettazione tradizionale comporta uno sforzo più consistente in quanto comporta necessariamente la ricostruzione del prototipo fisico. Inoltre, si osservi che, anche nel caso in cui la revisione del progetto consista semplicemente nella modifica delle condizioni al contorno, potrebbe accadere che la validazione in campo del prototipo precedente lo abbia rovinato irreparabilmente, pregiudicandone il suo re-utilizzo per un'altra fase di validazione. In questa seconda eventualità la progettazione tradizionale richiederebbe nuovamente la onerosa ricostruzione del prototipo fisico.
The simulation, on the other hand, thanks to the possibility of reconfiguration, allows to evaluate the behavior of the modeled system in a wide range of conditions, and in particular under conditions that are difficult or expensive to obtain in real systems.
The use of modeling is therefore justified by the fact that the adoption of the traditional process would be excessively complex or expensive, both as regards the prototype production phase and the field validation phase.
La simulazione invece, grazie alla possibilità di riconfigurazione, consente di valutare il comportamento del sistema modellato in un ampio spettro di condizioni, ed in particolare sotto condizioni che sono difficili o costosi da ottenere nei sistemi reali.
Il ricorso alla modellazione quindi è giustificato dal fatto che l'adozione del processo tradizionale risulterebbe eccessivamente complesso o costoso, sia per quanto riguarda la fase di produzione del prototipo che per la fase di validazione in campo.
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§6. Automatic Processes of Optimization.
Processi automatici di Ottimizzazione.
The flexibility and re-configurability of the model can also be exploited to implement an automatic concept optimization process, i.e. for the creation of a mechanism that automatically searches for better solutions starting from one or more solutions proposed as starting prototypes.
La flessibilità e ri-configurabilità del modello inoltre può essere sfruttata per implementare un processo automatico di ottimizzazione di un concept, ossia per la realizzazione di un meccanismo che ricerca in automatico soluzioni migliori a partire da una o più soluzioni proposte come prototipi di partenza.
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§7. Modeling and Simulation Environments.
Ambienti di Modellazione e Simulazione.
Modeling and simulation are quite complex processes and consequently require computer assistance. Below we review some examples of computer-assisted modeling and simulation environments, which increasingly, and for the most varied disciplines, are integrated into the classic computer-aided design systems, which in recent years have evolved to integrate these new methodologies of design.
La modellazione e la simulazione sono processi abbastanza complessi e conseguentemente richiedono di essere assistiti da calcolatore. Di seguito passiamo in rassegna alcuni esempi di ambienti di modellazione e simulazione assistiti dal calcolatore, che sempre più, e per le più svariate discipline, sono integrati nei classici sistemi di progettazione assistita, che negli ultimi anni si sono evoluti per integrare queste nuove metodologie di progettazione.
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§8. MATLAB and SIMULINK.
MATLAB e SIMULINK.
A first emblematic case of a modeling and simulation environment is represented by Matlab / Simulink dedicated to automation and industrial process control applications. Matlab modeling is done through an executable program written through a scripting programming language. The functioning of the model is simulated, i.e. verified and validated, using the analysis and graphic representation tools integrated in Matlab. Simulink is an integrated environment in Matlab that allows you to easily define the system model by means of a vast library of functional blocks already available for every need.
Un primo caso emblematico di ambiente di modellazione e simulazione è rappresentato da Matlab/Simulink dedicato ad applicazioni di automazione e controllo di processo industriale. La modellazione in Matlab si realizza attraverso un programma eseguibile scritto attraverso un linguaggio di programmazione a script. Il funzionamento del modello viene simulato, ossia verificato e validato, utilizzando gli strumenti di analisi e rappresentazione grafica integrati in Matlab. Simulink è un ambiente integrato in Matlab che permette di definire facilmente il modello del sistema per mezzo di una vasta libreria di blocchi funzionali già disponibili per ogni esigenza.
However, if the Simulink library does not contain the specific blocks for our needs, since Simulink is an integrated environment in Matlab, then there is the possibility to build your own functional block by means of programming. A particular attention deserves Simulink 3D Animation which is a 3D graphic interface that allows to visualize and verify in a realistic way the behavior of dynamic systems, by means of 3D rendering and high quality animations. 3D Animation is based on VRML (Virtual Reality Modeling Language) which allows you to control the animation of objects through parameters such as position, rotation, scale, etc.
Tuttavia, se la libreria di Simulink non contiene i blocchi specifici per le nostre esigenze, poiché Simulink è un ambiente integrato in Matlab, allora esiste la possibilità di costruire il proprio blocco funzionale per mezzo della programmazione. Una particolare attenzione merita Simulink 3D Animation che è un'interfaccia grafica 3D che permette di visualizzare e verificare in modo realistico il comportamento dei sistemi dinamici, per mezzo rendering 3D e di animazioni di alta qualità. 3D Animation è basato sul linguaggio VRML (Virtual Reality Modeling Language) che consente di controllare l'animazione degli oggetti tramite parametri come la posizione, la rotazione, la scala, ecc.
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§9. LABVIEW.
Another emblematic example of a modeling and simulation environment, this one dedicated in particular to the design of embedded electronic systems, is LabVIEW by National Instruments. LabVIEW, like Simulink, is also a tool based on the paradigms of graphical programming and virtual instruments.
Un altro esempio emblematico di ambiente di modellazione e simulazione, questo dedicato in particolare alla progettazione di sistemi elettronici embedded, è LabVIEW di National Instruments. Anche LabVIEW come Simulink, è uno strumento basato sui paradigmi della programmazione grafica e degli strumenti virtuali.
The model to be simulated can be defined either through the interconnection of predefined modules, or through the writing of the source code of the specific algorithm written in C language. In addition, LabVIEW provides support for hardware modules for interfacing with the real world. It is possible to directly transfer the code defined in the virtual instrument on the hardware of the final system without any misalignment due to manual transcoding.
Il modello da simulare può essere definito o attraverso l'interconnessione di moduli predefiniti, oppure attraverso la scrittura del codice sorgente dell'algoritmo specifico scritto in linguaggio C. In più LabVIEW prevede il supporto di moduli hardware per l'interfacciamento verso il mondo reale. E' possibile trasferire direttamente il codice definito nello strumento virtuale sull'hardware del sistema finale senza che ci sia disallineamento dovuto alla transcodifica manuale.
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§10. Finite Elements Analysis (FEA).
Analisi agli Elementi Finiti.
When we are faced with a complex problem, such as a mechanical system characterized by a complex geometry, or when the system to be analyzed is subject to complex constraint conditions, or when it is the load conditions that stress the system to be complex, then the engineering verifications in finite form, that is solving the calculations in a formal way, can be very complex and take a long time. Think for example to the solution of systems of partial differential equations. In these cases it may be convenient to solve the problem in a discrete and approximate form. In these cases a precious help is provided by the Simulation and by the Finite Element Analysis (FEA) method.
Quando ci si trova di fronte ad un problema complesso, come per esempio un sistema meccanico caratterizzato da una geometria complessa, oppure quando il sistema da analizzare è soggetto a condizioni di vincolo complesse, oppure quando sono le condizioni di carico che sollecitano il sistema ad essere complesse, allora le verifiche ingegneristiche in forma finita, ossia risolvendo i calcoli in modo formale, possono risultare molto complesse e richiedere molto tempo.Si pensi ad esempio alla risoluzione di sistemi di equazioni differenziali alle derivate parziali. In questi casi può risultare conveniente risolvere il problema in forma discreta e approssimata. In questi casi un prezioso aiuto è fornito dalla Simulazione e dal metodo di Analisi agli Elementi Finiti (Finite Elements Analysis o FEA in lingua Inglese).
FEA. Finite Element Analysis (or shortly FEA = Finite Element Analysis) is a computer simulation technique oriented towards the mathematical solution of a wide variety of complex engineering problems of a structural, fluid, thermal, electrostatic and multi-physics nature. Finite element analysis consists in the modeling and simulation of real products and systems in a virtual computerized environment, and in the analysis and verification of the behavior and performance of the model under various stresses. For example in structural applications, it allows to evaluate the resistance and deformation capacity of the element following the application of static, dynamic or thermal loads.
FEA. L'analisi agli elementi finiti (o brevemente FEA = Finite Element Analysis) è una tecnica di simulazione a computer orientata alla risoluzione matematica di in una larga varietà di problemi ingegneristici complessi di natura strutturale, fluida, termica, elettrostatica e multi-fisica. L'analisi agli elementi finiti consiste nella modellazione e simulazione di prodotti e sistemi reali in un ambiente computerizzato virtuale, e nell'analisi e verifica del comportamento e delle prestazioni del modello alle varie sollecitazioni. Per esempio in applicazioni di tipo strutturale, consente di valutare la capacità resistente e di deformazione dell'elemento a seguito dell'applicazione di carichi statici, dinamici o termici.
FEM. This simulation technique uses the finite element method (or shortly FEM = Finite Element Method), whose goal is essentially the resolution in discrete and approximate form of complex systems. A finite element model (or FE = Finite Element for short) is formed by a system of points, called “nodes”, which define the shape of the project. The actual physical elements are connected to these nodes, which form the finite element mesh and contain the material and structural properties of the model, aimed at defining its behavior under certain circumstances. The density of the finite element mesh takes on different values within the material, based on the expected variations of the stress levels in a specific area. Regions subject to large variations in stresses typically require a mesh with a higher density than that for regions subject to minimal variation or not subject to variation in stresses.
FEM. Questa tecnica di simulazione utilizza il metodo degli elementi finiti (o brevemente FEM = Finite Element Method), il cui obiettivo è essenzialmente la risoluzione in forma discreta e approssimata di sistemi complessi. Un modello a elementi finiti (o brevemente FE = Finite Element) è formato da un sistema di punti, definiti “nodi”, che definiscono la forma del progetto. A questi nodi sono collegati gli elementi fisici veri e propri, che formano la mesh degli elementi finiti e contengono le proprietà materiali e strutturali del modello, volti a definirne il comportamento in determinate circostanze. La densità della mesh degli elementi finiti assume valori diversi all’interno del materiale, in base alle variazioni previste dei livelli di sollecitazione in un’area specifica. Le regioni soggette a importanti variazioni nelle sollecitazioni richiedono in genere una mesh con una densità maggiore rispetto a quella per le regioni soggette a variazioni minime o non soggette a variazioni nelle sollecitazioni.
Applications. Interesting aspects include the fracture points of the materials already tested, fillets, corners, areas of high stress and complex details. FEA software are used in a wide range of sectors and are widely used in the aeronautical, bio-mechanical and automotive fields. A large variety of finite element analysis software, both free and commercial, are available today.
Applicazioni. Tra gli aspetti interessanti si ricordano i punti di frattura dei materiali già testati, raccordi, angoli, aree di sollecitazione elevata e dettagli complessi. I software FEA trovano impiego in un’ampia gamma di settori e sono largamente utilizzati in ambito aeronautico, bio-meccanico e automobilistico. Oggigiorno sono disponibili una grande varietà di software di analisi agli elementi finiti, sia di tipo libero che commerciale.
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Resources and Insight.
Risorse ed approfondimenti
(1) FEM: cos'é, perché utilizzarlo e come specializzarsi, BEAMAT (2) An introduction to Finite Element Modeling, Spatial Team
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§11. Reverse Engineering and Reverse Modeling.
Reverse Engineering e Reverse Modeling.
Sometimes, during the life cycle of a product, it happens to have to question the project that led to its realization. This can happen, for example, when the intent of the original design needs to be determined and formalized, or when a modernization of the manufacturing process is needed, or when new components, features or properties need to be integrated into the existing product design.
In these cases, it is evident that the logical direction, which normally proceeds from the idea towards the solution, is reversed, because it is required to start from an idea already realized, or from an already existing product (as-built).
Talvolta, durante il ciclo di vita di un prodotto, capita di dover mettere in discussione il progetto che ha portato alla sua realizzazione. Ciò può avvenire, per esempio, quando occorre determinare e formalizzare l'intento del progetto originale, oppure quando è necessaria una modernizzazione del processo di produzione, oppure quando occorre integrare delle nuove componenti, funzionalità o proprietà nel design del prodotto esistente.
In questi casi, è evidente che il verso logico, che normalmente procede dall'idea verso la soluzione, risulta invertito, perché è richiesto partire da una idea già realizzata, oppure da un prodotto già esistente (as-built).
It often happens that the product must be analyzed with more modern methodologies than those that were used for its design. It may happen, for example, that the original project was not carried out with digital techniques, and that these technologies instead are to be used in the re-design, because they are now the norm. Or it may even happen that the original design of the product does not even exist. In these cases it is necessary to operate what in jargon is called Reverse Engineering.
Spesso capita che il prodotto debba essere analizzato con metodologie più moderne rispetto a quelle che sono state utilizzate per la sua progettazione. Può capitare, per esempio, che il progetto originale non sia stato eseguito con tecniche digitali, e che tali tecniche invece si vogliono utilizzare nella riprogettazione, perché adesso costituiscono la norma. O addirittura può capitare che il progetto originale del prodotto non esista neanche. In questi casi è necessario operare quello che in gergo si chiama Reverse Engineering.
The first step of the Reverse Engineering process consists in the generation of an existing product model, which has a format compatible with the technology and tools to be used in the redesign. We therefore speak, first of all, of Reverse Modeling. For example, if the new design is to make use of digital computers, then it is necessary to build a digital model of the product. And the Reverse Modeling operation consists in the digitization of the physical object, that is, in the construction of a representation of it suitable to be interpreted and processed by a computer.
Il primo passo del processo di Reverse Engineering consiste nella generazione di un modello del prodotto già esistente, che abbia un formato compatibile con gli la tecnologia e gli strumenti che si intendono utilizzare nella riprogettazione. Si parla quindi, innanzi tutto, di Reverse Modeling. Per esempio se la nuova progettazione deve fare uso di elaboratori elettronici digitali, allora è necessario costruire un modello digitale del prodotto. E l'operazione di Reverse Modeling consiste nella digitalizzazione dell'oggetto fisico, ossia nella costruzione di una sua rappresentazione adatta per essere interpretata ed elaborata da un computer.
For mechanical applications, for example, Reverse Modeling consists in the digitization of the physical object that is to be submitted to the Reverse Engineering study, i.e. in obtaining in digital form the same result obtainable by performing a series of measurements at significant points belonging to the external surface of the object.
Per applicazioni meccaniche, per esempio, il Reverse Modeling consiste nella digitalizzazione dell'oggetto fisico che si vuole sottoporre allo studio di Reverse Engineering, ossia nell'ottenere sotto forma digitale lo stesso risultato ottenibile eseguendo una serie di misure in corrispondenza di punti notevoli appartenenti alla superficie esterna dell'oggetto.
The most basic method to digitize an object, but also the most tiring and time-consuming, is the manual one which consists in taking the measurements of the real object and bringing them back into the CAD tool.
Il metodo più elementare per digitalizzare un oggetto, ma anche il più faticoso e lungo, è quello manuale che consiste nel rilevare le misure dell'oggetto reale e nel riportarle nello strumento CAD.
Una ottima alternativa al metodo manuale, al fine di facilitare e velocizzare il processo, è quella che sfrutta l'utilizzo di apposte sonde a contatto oppure di pantografi, per il rilievo delle misure.
Una ottima alternativa al metodo manuale, al fine di facilitare e velocizzare il processo, è quella che sfrutta l'utilizzo di apposte sonde a contatto oppure di pantografi, per il rilievo delle misure.
Modern technology comes to our aid to further simplify the Reverse Modeling process, allowing us to perform this tedious operation automatically or semi-automatically. There are many solutions available today, each of which is based on a different principle or technology.
As an example we can mention the following: computed tomography, magnetic resonance, ultrasound, coordinate measuring machines, laser scanners or trackers.
La tecnologia moderna ci viene in aiuto per semplificare ulteriormente il processo di Reverse Modeling, permettendoci di eseguire questa operazione tediosa in modo automatico o semi-automatico. Le soluzioni disponibili oggi sono tante, ciascuna delle quali si basa su un principio o tecnologia differente.
A titolo di esempio possiamo citare le seguenti: la tomografia computerizzata, la risonanza magnetica, gli ultrasuoni, le macchine di misura a coordinate, i laser scanner oppure i tracker.
The next step to the digitization of the real system consists in the construction of its virtual model, obtainable with a modeling process performed by means of a computer-aided design system (CAD). This process practically consists in defining the surfaces that delimit the object, by means of the interpolation of the digitized point cloud.
Il passo successivo alla digitalizzazione del sistema reale consiste nella costruzione del suo modello virtuale, ottenibile con un processo di modellazione eseguito per mezzo di un sistema di progettazione assistito dal calcolatore (CAD = Computer-aided Design). Tale processo consiste praticamente nella definizione delle superfici che delimitano l'oggetto, per mezzo dell'interpolazione della nuvola di punti digitalizzati.
Hashtag keywords: #simulation #modeling #reverseEngineering #reverseModeling #digitalization
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§12. Modeling and Rapid Prototyping.
Modellazione e Prototipazione Rapida.
The simulation offers a convenient and economical methodology for the design of complex systems, allowing you to easily and quickly verify a wide spectrum of hypotheses, and allowing you to detect any errors before physically building the system. However, the effectiveness of the simulation depends on the reliability of the model used and since the model is necessarily a simplification representation of the system, the reliability of the solution depends on the quality of this "simplification". The degree of complexity of the model is the result of a compromise: it must be sufficiently faithful to the functional nature of the real system, without however being too complex.
La simulazione offre una metodologia comoda ed economica per la progettazione di sistemi complessi, permettendo di verificare agevolmente e velocemente un ampio spettro di ipotesi, e permettendo 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 fedele alla natura funzionale del sistema reale, senza però risultare troppo complesso.
More and more frequently and for an increasing number of applications, an alternative option to the modeling-simulation combination called Rapid Prototyping is being envisaged. This design methodology consists in considering the real prototype directly at the center of the simulation process, instead of its model.
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 (o Rapid Prototyping in lingua inglese). Questa metodologia di progettazione consiste nel considerare al centro del processo di simulazione direttamente il prototipo reale, al posto del suo modello.
To learn more about the Rapid Prototyping topic, I invite you to continue exploring the Simulation section of TILLL by reading the following article which:
Per approfondire l'argomento della Prototipazione Rapida ti invito a proseguire l’esplorazione della sezione Simulazione di TILLL con la lettura dell’articolo seguente che:
§ Exposes the limits of the classical simulation-modeling approach;
Espone i limiti dell'approccio classico simulazione-modellazione;
§ Describes the advantages of Rapid Prototyping as an alternative to classic Modeling;
Descrive i vantaggi della Prototipazione Rapida come alternativa alla classica Modellazione;
§ Offers an overview of the main Rapid Prototyping applications, such as the design of embedded electronic systems and mechanical prototyping with the aid of 3D printing.
Offre una panoramica delle principali applicazioni di Prototipazione Rapida, come per esempio la progettazione di sistemi elettronici embedded e la prototipazione meccanica con l'ausilio della stampa 3D.
§ Provides an overview of the most popular and commercially available development environments, such as National Instruments, LabView and Matlab / Simulink, Arduino's Mega 2560 and Uno boards.
Rapid Prototyping as alternative to the Simulation.
La prototipazione rapida, metodologia alternativa alla Simulazione.
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§13. References to useful sources for further information.
Riferimenti a fonti utili per approfondimenti.
Listed below are some references to sources (websites, videos and book) that I have consulted during the writing of this article, and that you could also use to learn more about the topics covered in this article.
Di seguito sono elencati alcuni riferimenti a fonti (siti web, video e libri) che ho consultato durante la stesura di questo articolo e che potresti utilizzare anche tu per approfondire gli argomenti trattati in questo articolo.
(1) Dalla modellazione alla simulazione, Elettronica news (2) Analisi agli elementi finiti, Wikipedia (3) Analisi a elementi finiti (FEA), Siemens (4) Reverse Engineering a confronto, NICOTRA Design
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last update August 17, 2022
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§14. More generally.
Più in generale.
In this article we have analyzed the main characteristics of the modeling phase of a real system, and the importance that this activity has for the success of the entire simulation process.
But if you want to examine either these technologies from a more general point of view, and if you want to discover all their more fascinating and modern applications, then allow me to suggest you the reading of the following article which is the main one of the thematic area dedicated to this discipline, within TILLL~Encyclopedia (En).
In questo articolo abbiamo analizzato le caratteristiche principali della fase di modellazione di un sistema reale, e della importanza che questa attività ha per la buona riuscita dell'intero processo di simulazione.
Ma se vuoi esaminare entrambe queste discipline da un punto di vista più generale, e vuoi scoprire tutte le loro applicazioni più affascinanti e moderne, allora permettimi di suggerirti la lettura del seguente articolo che è il principale dell'area tematica dedicata a questa disciplina, all'interno di TILLL~Encyclopedia (En).
Modeling and Simulation
Modellazione e Simulazione
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§15. Stay up to date.
Rimani aggiornato.
If you are interested in the topics covered in the current article and want to be informed about my most recent updates dealing with them, then I invite you to register on the following Facebook page and Pinterest dashboard which I dedicated specifically for sharing the most recent changes made to the corresponding thematic area of TILLL~Learning (>). Se sei interessato agli argomenti trattati nell'articolo corrente e vuoi essere informato sui miei aggiornamenti più recenti che trattano di essi, allora ti invito a registrarti sulla seguente pagina Facebook e bacheca Pinterest che ho dedicato appositamente per la condivisione delle modifiche più recenti apportate all'area tematica corrispondente di TILLL~Learning (>).
"Simulation by TILLL" on Facebook (link) "Simulation by TILLL" on Pinterest (link)
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last update August 17, 2022
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§16. Let's keep in touch.
Teniamoci in contatto.
I hope you enjoyed this article, belonging to the Learning (>) section of the Tateo's Interdisciplinary Lifelong Learning (TILLL) project (>), and that the notes and observations I gathered within it meets your interests. If you want stay tuned with the TILLL project evolution, then I invite you to follow the next upgrades that are published on the TILLL's Blog and on the social media pages dedicated to the TILLL community. 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.
(>) Tateo-Blog, official blog of TILLL project
(>) LinkedIn page dedicated to TILLL project
(>) Facebook page dedicated to TILLL project
(>) Twitter account dedicated to TILLL project
(>) Pinterest account dedicated to TILLL project
(>) Instagram account dedicated to TILLL project
§17. 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)
- phone / WhatsApp : (+39) 388 8419726
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Originally published August 11, 2019.
Updated August 17, 2022.
into the Learning section of
TILLL
the Lifelong and Interdisciplinary Learning project of Giovanni Battista Tateo
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