Una guida pratica all'automazione della progettazione ingegneristica per i produttori di componenti su misura: cosa cambiano realmente i flussi di lavoro CAD automatizzati, quali famiglie di componenti vale la pena automatizzare, come funziona il processo di implementazione e come valutare il ritorno sull'investimento prima di stanziare il budget.
Harsh Joshi
Co-founder & Technical Director
Un costruttore di macchinari si aggiudica una commessa per un telaio di trasportatore da 4,2 metri anziché dai 4 metri standard. Un ingegnere apre l'ultimo modello simile, ne salva una copia, modifica le dimensioni, corregge i collegamenti che non funzionavano più, rigenera i disegni, digita nuovamente il cartiglio, ricostruisce la distinta base e lo consegna alla produzione tre giorni dopo. L'azienda ha già realizzato questo telaio, con alcune variazioni, più di quaranta volte.
È proprio in quel divario tra “l’abbiamo già fatto in passato” e “dobbiamo disegnarlo di nuovo” che i flussi di lavoro ripetibili per i componenti personalizzati possono comportare una notevole perdita di tempo in fase di progettazione. L’automazione della progettazione tecnica colma questa lacuna codificando nel sistema CAD stesso le regole già presenti nella mente dei vostri ingegneri, in modo che un componente configurato, i relativi disegni e la distinta base (BOM) vengano generati a partire da una serie di dati di input, anziché essere modellati manualmente ogni volta.
Questa guida illustra quali cambiamenti concreti comportano i flussi di lavoro CAD automatizzati per i componenti personalizzati e configurati, quali ordini vale la pena automatizzare e quali no, come funziona effettivamente il processo di realizzazione, in quali casi l’approccio fallisce e come valutare il ritorno sull’investimento prima di stanziare il budget. I servizi di automazione della progettazione ingegneristica di Monarch Innovation sono incentrati proprio su questo problema, e gran parte di quanto segue riflette come questi progetti tendono a svolgersi nella pratica.
Panoramica sull’automazione della progettazione ingegneristica
| Domanda | Risposta |
|---|---|
| Che cos'è? | Automazione basata su regole delle attività ripetibili di progettazione ingegneristica |
| Cosa è in grado di automatizzare? | Modelli CAD, disegni, distinte base, codici articolo e documentazione correlata |
| Chi ne trae vantaggio? | Produttori e OEM con famiglie di prodotti ripetibili |
| Quando funziona meglio? | Quando la variabilità del prodotto è prevedibile e le regole possono essere documentate |
| A quali sistemi può connettersi? | CAD, CPQ, PDM, PLM ed ERP |
| Sostituisce gli ingegneri? | No. Riduce il lavoro ripetitivo, pur mantenendo la revisione tecnica |
Che cos’è l’automazione della progettazione ingegneristica nella produzione su misura?
L'automazione della progettazione tecnica utilizza modelli CAD parametrici, regole ingegneristiche, script e integrazioni software per generare modelli configurati, disegni, distinte base e relativi risultati ingegneristici a partire da input definiti, anziché ricorrere alla modellazione manuale.
In che modo i flussi di lavoro CAD automatizzati cambiano l'aspetto economico
Per un produttore di componenti su misura, ciò significa solitamente che un ingegnere o un addetto alle vendite inserisce una serie di parametri, quali lunghezza, portata, materiale, tipo di montaggio e tensione, e il sistema restituisce un modello 3D valido, i disegni di produzione, una distinta base e i codici dei componenti.
Il termine “automazione” crea confusione in questo contesto, quindi vale la pena essere precisi. Non si tratta di un’IA generativa che produce geometrie inedite, né di un sistema CAD che cerca di indovinare l’intento progettuale. È un processo deterministico. Le regole producono sempre lo stesso risultato perché sono state definite da un ingegnere, ed è proprio per questo che ci si può fidare del risultato in officina. Autodesk descrive questa categoria come “progettazione basata su regole”, in cui le regole sono integrate direttamente nei documenti relativi a parti, assiemi e disegni e determinano i valori dei parametri e degli attributi, come documentato nella guida di Inventor iLogic.
L'effetto pratico è un cambiamento nell'economia unitaria. La progettazione personalizzata manuale richiede all'incirca lo stesso numero di ore di ingegneria sia per la quarantesima variante che per la prima. Un flusso di lavoro automatizzato concentra lo sforzo iniziale sulla creazione del set di regole; successivamente, lo sforzo ingegneristico richiesto per ciascuna variante convalidata può ridursi notevolmente, in particolare quando la famiglia di prodotti e le relative regole sono altamente ripetibili. Questo è il punto centrale dell’argomentazione, che vale solo quando la famiglia di prodotti è effettivamente ripetibile.
Dove finiscono effettivamente le settimane in un ordine personalizzato gestito manualmente
Prima di automatizzare qualsiasi cosa, è utile individuare quali fasi del ciclo richiedono più tempo. Nella maggior parte dei flussi di lavoro relativi a parti personalizzate, la modellazione in sé non rappresenta la fase più dispendiosa in termini di tempo.
| Fase di un ordine personalizzato con consegna a mano | In cosa consiste in genere | Quali cambiamenti comporta l'automazione |
|---|---|---|
| Interpretazione dell'ordine | Leggere le specifiche, chiarire le opzioni con il reparto vendite, verificare la fattibilità | Un modulo di inserimento dati con vincoli impedisce che combinazioni non valide arrivino al reparto tecnico |
| Ricostruzione del modello | Copia di un file precedente, modifica delle quote, riparazione di elementi e accoppiamenti danneggiati | I parametri guidano un modello master convalidato, in modo che la ricostruzione della geometria avvenga in modo pulito |
| Aggiornamento dei disegni | Aggiornamento delle viste, correzione delle quote e delle annotazioni, modifica del cartiglio | Le viste, le quote e i cartigli vengono generati automaticamente dal modello |
| Distinta base e codici articolo | Modifica manuale, copia e incolla da un lavoro precedente, riconciliazione tramite foglio di calcolo | La distinta base e la numerazione derivano dallo stesso insieme di regole, quindi corrispondono al modello |
| Verifica tecnica | Controllare tutto quanto sopra per individuare eventuali errori di trascrizione | La revisione si concentra sul giudizio sul design piuttosto che sulla verifica degli errori di battitura |
| Passaggio di consegne | Invio di file via e-mail, spiegazione delle modifiche al reparto produzione e all'ufficio acquisti | I risultati vengono generati sempre nella stessa posizione e nello stesso formato |
Due di questi aspetti meritano particolare attenzione perché i team tendono a sottovalutarli sistematicamente. La stesura dei disegni e la documentazione spesso richiedono più tempo rispetto alla modellazione, e le rielaborazioni causate da una discrepanza tra un disegno, una distinta base e un preventivo rappresentano una delle cause di errore più costose nella produzione su misura. Per questo motivo, le soluzioni di automazione CAD e di gestione del flusso di lavoro di Monarch tendono a concentrarsi innanzitutto sulla generazione dei disegni e delle distinte base, poiché sono proprio queste le fasi in cui il lavoro manuale e il rischio di errore si sovrappongono maggiormente.
Quali parti personalizzate vale la pena automatizzare
Non tutte le parti meritano un progetto di automazione. Il criterio più attendibile è la ripetitività moltiplicata per la variabilità che può essere circoscritta.
Una famiglia parziale è una candidata ideale quando soddisfa la maggior parte di queste condizioni:
- Lo stesso prodotto viene preventivato e realizzato più volte con modifiche prevedibili quali dimensioni, capacità, materiale o configurazione di montaggio.
- La variazione può essere descritta mediante regole e intervalli, anziché ricorrendo al giudizio tecnico caso per caso.
- La logica di progettazione è solida, quindi non sarà necessario riscrivere le regole ogni trimestre.
- Il risultato finale richiede una documentazione molto dettagliata, il che significa che i disegni, le distinte base e i codici dei componenti sono importanti tanto quanto il modello stesso.
- All’interno dell’organizzazione c’è qualcuno in grado di spiegare chiaramente il motivo per cui ogni regola esiste.
Una famiglia di componenti non è la soluzione ideale quando la geometria cambia radicalmente da un ordine all’altro, quando ogni progetto richiede nuove analisi o nuove decisioni progettuali, quando i volumi sono ridotti o quando nessuno è in grado di spiegare le regole attuali senza dire “dipende dal lavoro”. Un lavoro di ingegneria veramente unico nel suo genere va affidato a un buon team di ingegneri progettisti meccanici, non a uno script di automazione.
| Segnale | Ideale per l'automazione | Vestibilità non ottimale |
|---|---|---|
| Modello di ordinazione | Stessa linea, diverse taglie o varianti | Ogni ordine presenta una struttura diversa |
| Decisioni di progettazione | Le regole possono essere messe per iscritto in anticipo | Valutazione richiesta per ciascun progetto |
| Volume | Domanda frequente e costante | Qualche ordine all'anno |
| Documentazione | Elaborazione di disegni complessi e generazione di distinte base | Solo modello, documentazione minima |
| Stabilità delle regole | Gli standard cambiano lentamente | I requisiti variano a seconda del cliente |
Il criterio pratico è semplice. Se una parte della famiglia rappresenta una quota consistente dei vostri ordini personalizzati e le sue varianti possono essere definite oggi sotto forma di regole, vale la pena avviare un progetto pilota. Se ciò non è possibile, nessun software potrà renderla una buona candidata.
Come si realizza un flusso di lavoro CAD automatizzato
Un progetto di automazione della progettazione è più simile a un progetto software che a un progetto CAD e si articola solitamente in sei fasi.
- Verifica del flusso di lavoro. Mappa l’iter che un ordine personalizzato segue oggi, dalla richiesta iniziale ai disegni approvati, e valuta dove vengono impiegate le ore di lavoro. Questa fase serve a garantire che l’automazione miri al vero collo di bottiglia, anziché a quello più evidente.
- Raccolta delle regole. Sedetevi con gli ingegneri che attualmente prendono le decisioni e mettete per iscritto la logica: intervalli ammessi, scelta dei materiali, regole relative ai dispositivi di fissaggio, conformità alle norme e le eccezioni. Questa è solitamente la parte più difficile e più preziosa del progetto, poiché gran parte di queste conoscenze non è mai stata documentata.
- Padroneggiare lo sviluppo dei modelli. Creare un modello parametrico, o una piccola serie di modelli, sufficientemente robusto da poter essere ricostruito correttamente per l’intera gamma di valori di input. Un modello che funziona a dimensioni nominali ma fallisce in condizioni estreme non sarà adatto all’uso in produzione.
- Automazione della produzione. Automatizza la generazione dei disegni, il quotamento, le annotazioni, i cartigli, l'estrazione delle distinte base e la numerazione dei componenti. I team che si fermano al modello 3D di solito ottengono solo una minima parte del risparmio di tempo possibile.
- Integrazione. Collegare il flusso di lavoro ai sistemi circostanti, in genere PDM o PLM per la gestione dei file, ERP per i codici articolo e il calcolo dei costi e, se disponibile, un configuratore di vendita.
- Convalida e implementazione. Elaborare gli ordini storici attraverso il nuovo flusso di lavoro e confrontare i risultati con quanto effettivamente realizzato. Questo è il modo più affidabile per individuare regole che presentano errori impercettibili.
La scelta della piattaforma segue le regole, non il contrario. L’automazione basata su regole viene comunemente implementata con iLogic in Autodesk Inventor, DriveWorks o l’API di SolidWorks in un ambiente SolidWorks, con strumenti basati sulla conoscenza in CATIA, oppure con automazione Python e .NET integrata a livello superiore. Monarch Innovation pubblica inoltre i propri strumenti di produttività per Inventor e SolidWorks, che operano nello stesso ambito, ovvero l’eliminazione delle attività CAD ripetitive.
Collegare l'automazione della progettazione al settore commerciale
I vantaggi maggiori si ottengono solitamente quando l’automazione supera il confine tra vendite e progettazione. In un processo manuale, un addetto alle vendite prepara un preventivo per una determinata configurazione, ma in seguito il reparto di progettazione scopre che tale configurazione non è realizzabile o che il prezzo indicato non è corretto, e l’ordine torna quindi al punto di partenza.
Grazie all’integrazione con il CPQ, il configuratore e il set di regole CAD condividono gli stessi vincoli. È possibile emettere un preventivo solo per una combinazione che le regole ingegneristiche siano effettivamente in grado di produrre, e la serie di disegni può essere generata non appena l’ordine viene confermato. Ciò consente di trasformare un ciclo che va dal preventivo al disegno, che richiede diverse settimane, in un flusso di lavoro molto più rapido, completabile in giornata, quando le regole di configurazione e le integrazioni sono ben consolidate.
C’è un rischio che merita un avvertimento, poiché è comune e costoso. Se le regole di determinazione del prezzo nel sistema CPQ e le regole tecniche nel CAD vengono gestite separatamente, finiranno per divergere. Una configurazione che viene venduta a un prezzo ma la cui realizzazione comporta un costo diverso è peggio che non avere alcuna automazione. Decidete sin dall’inizio a quale sistema appartiene ciascuna regola e mantenete un’unica fonte di riferimento per quelle condivise.
Cosa non risolverà l'automazione della progettazione
Sono le aspettative realistiche a garantire il successo di questi progetti, quindi vale la pena indicare chiaramente i limiti.
L'automazione riproduce il processo attuale, compresi i suoi difetti. Se la numerazione dei componenti è incoerente o gli standard di disegno variano a seconda del tecnico, automatizzare questa situazione non fa altro che produrre risultati errati più rapidamente. L'armonizzazione degli standard fa parte del lavoro.
Anche le regole hanno bisogno di qualcuno che se ne occupi. I materiali vengono ritirati dal mercato, gli standard vengono rivisti e le linee di prodotti cambiano. Un insieme di regole privo di un piano di manutenzione si deteriora silenziosamente finché un ingegnere non lo sovrascrive manualmente, e a quel punto l’investimento va perso.
Anche i casi limite richiedono l'intervento degli ingegneri. Un sistema ben progettato dovrebbe respingere gli input che esulano dal proprio intervallo convalidato e indirizzarli a una persona, anziché generare un modello plausibile ma errato. Il “fallimento silenzioso” è l’esito che si deve cercare di evitare in fase di progettazione.
Infine, la revisione tecnica non viene meno. Cambia semplicemente natura, passando dalla verifica delle quote e dei dati digitati alla conferma che la configurazione sia adeguata all'applicazione. Eliminare completamente la fase di revisione può comportare rischi evitabili, in particolare per le configurazioni che esulano dall'intervallo convalidato.
Come stimare il tempo di recupero dell'investimento prima di prendere una decisione definitiva
Nessuno può fornirti una stima attendibile del ritorno sull’investimento nell’automazione della progettazione senza aver visto il tuo flusso di lavoro, e qualsiasi fornitore che ne indichi una già al primo contatto sta solo tirando a indovinare. Quello che puoi fare è raccogliere tu stesso le variabili prima di richiedere un’offerta:
- Numero medio di ore di progettazione per ogni ordine personalizzato oggi, suddivise tra modellazione, disegno tecnico, elaborazione della distinta base e controllo.
- Numero di ordini comparabili al mese o all'anno.
- I tempi attuali di elaborazione delle preventivi rispetto ai disegni e la frequenza con cui tali tempi comportano la perdita di un ordine.
- Rilavorazioni e tasso di errore, compresi i disegni corretti dopo l'approvazione e i pezzi rifatti.
- Numero di famiglie di componenti distinte e percentuale del volume complessivo rappresentata dalla più grande di esse.
- Attività di sviluppo, che comprendono l'acquisizione delle regole, lo sviluppo del modello, l'integrazione, il collaudo e la manutenzione continua.
Il modo più affidabile per verificare la validità dell’ipotesi è condurre un progetto pilota circoscritto a una singola famiglia di componenti ad alto volume, piuttosto che un programma su scala d’impianto. Un progetto pilota fornisce dati concreti, mette in luce quanto siano effettivamente ben documentate le vostre regole e offre al team un punto di riferimento pratico prima che l’ambito di applicazione si estenda.
Sviluppo interno o con un partner ingegneristico
L'automazione della progettazione richiede la presenza di due competenze distinte nella stessa realtà aziendale: la capacità di giudizio propria dell'ingegneria meccanica per definire regole corrette e la disciplina propria dell'ingegneria del software per realizzare soluzioni facilmente gestibili. Le aziende che dispongono di entrambe queste competenze, oltre che delle risorse necessarie, possono sviluppare internamente le soluzioni e mantenere le conoscenze all'interno dell'azienda. La maggior parte dei produttori su misura impiega interamente la prima competenza per evadere gli ordini e è del tutto priva della seconda.
La via di mezzo più realistica è quella di affidarsi a un partner che realizzi il primo flusso di lavoro automatizzato, ne documenti le regole e formi un responsabile interno in grado di gestirlo e ampliarlo. Quando valutate un partner, chiedete su quali piattaforme CAD e framework di automazione lavora quotidianamente, come acquisisce le regole ingegneristiche dal vostro team, cosa succede quando una regola deve essere modificata dopo il passaggio di consegne, chi è il proprietario del codice e dei modelli risultanti e se è in grado di mostrare lavori comparabili su un tipo di prodotto simile. Un partner che parla solo di software e mai di standard ingegneristici non è la scelta giusta per questo lavoro.
Aumentare la produzione di componenti su misura senza aumentare l'organico
Per un produttore i cui ordini sono variazioni su un tema già noto, le ore dedicate alla progettazione possono rappresentare un vincolo significativo tra le specifiche del cliente e la serie di disegni approvati. L’automazione della progettazione può eliminare gran parte di tale impegno per le attività ripetitive, e il valore aggiunto aumenta con ogni ordine che rientra nel set di regole.
La strada da seguire è semplice ma efficace: individuare la famiglia di componenti che richiede più tempo di progettazione, documentare le regole che la governano, automatizzare sia la documentazione che il modello e verificare il risultato confrontandolo con i progetti già realizzati.
Monarch Innovation collabora con produttori e OEM proprio su questo tipo di flusso di lavoro, combinando competenze approfondite nell’ingegneria meccanica con lo sviluppo di soluzioni di automazione personalizzate negli ambienti Inventor, SolidWorks, AutoCAD e Revit. Se state valutando se il vostro flusso di lavoro relativo ai componenti personalizzati sia idoneo, rivolgetevi al nostro team di ingegneri per uno studio di fattibilità sull’automazione della progettazione.
Richiedi uno studio di fattibilità sull'automazione della progettazione
Raccontateci di una famiglia di componenti personalizzati, con quale frequenza la inserite nei preventivi e quali operazioni manuali devono svolgere i vostri ingegneri per ogni ordine. Contattate Monarch Innovation e il nostro team di ingegneri valuterà se un flusso di lavoro CAD basato su regole sia tecnicamente fattibile, da dove potrebbero derivare i maggiori risparmi e cosa servirebbe per realizzarlo.
Domande frequenti sull’automazione della progettazione ingegneristica
Che cos'è l'automazione della progettazione ingegneristica nel settore manifatturiero?
L'automazione della progettazione ingegneristica utilizza modelli parametrici, regole ingegneristiche codificate, script e integrazioni API per generare modelli CAD, disegni e distinte base a partire da dati di input definiti, anziché ricorrere alla modellazione manuale. Per i produttori di componenti su misura, un ordine configurato può generare un modello convalidato e la documentazione completa in una frazione del tempo richiesto dal lavoro manuale.
Quanto tempo si può effettivamente risparmiare grazie ai flussi di lavoro CAD automatizzati?
Dipende da quanto siano ripetitivi i vostri ordini e da quanta documentazione richieda ciascuno di essi. I risparmi sono maggiori nei casi in cui venga realizzata ripetutamente la stessa famiglia di componenti con variazioni prevedibili e in cui la preparazione di disegni, distinte base e numerazione dei componenti richieda più tempo rispetto alla modellazione. Un progetto pilota su una famiglia di componenti fornisce un dato attendibile.
Quali piattaforme CAD supportano l'automazione della progettazione basata su regole?
La maggior parte delle piattaforme principali lo fa. Autodesk Inventor utilizza iLogic, SolidWorks supporta DriveWorks e la propria API, CATIA offre strumenti di ingegneria basati sulla conoscenza, mentre AutoCAD e Revit possono essere automatizzati tramite script e API. Python, VBA e .NET sono comunemente utilizzati per estendere questi ambienti e collegarli ad altri sistemi aziendali.
Che cos’è l’integrazione CPQ nel settore ingegneristico e perché è importante?
L'integrazione CPQ collega il sistema di configurazione, determinazione del prezzo e preventivazione delle vendite al set di regole tecniche, in modo che entrambi operino sulla base degli stessi vincoli. Il reparto vendite può preventivare solo le configurazioni che il reparto tecnico è in grado di realizzare, e i disegni possono essere generati non appena l'ordine viene confermato. Ciò elimina il ciclo di preventivazione che causa ritardi nella maggior parte degli ordini personalizzati.
Vale la pena ricorrere all'automazione della progettazione per componenti personalizzati prodotti in piccole serie?
Di solito no, se la geometria cambia radicalmente da un ordine all’altro o se il volume è limitato a poche commesse all’anno. L’automazione si ripaga grazie alla ripetitività. Quando ogni ordine richiede un vero e proprio giudizio ingegneristico piuttosto che semplici modifiche ai parametri, il lavoro di progettazione meccanica tradizionale rappresenta l’investimento più sensato.
Quanto tempo occorre per realizzare un progetto di automazione della progettazione?
I tempi variano a seconda del numero di famiglie di componenti, della complessità delle regole e del grado di integrazione richiesto. Una singola famiglia di componenti ben definita richiede un impegno di tempo molto inferiore rispetto a un programma che coinvolga l’intero stabilimento. La fase di acquisizione delle regole è spesso quella più lunga, in particolare quando la logica di progettazione attuale non è mai stata documentata da nessuna parte.
Chi si occupa di far rispettare le regole una volta completato un progetto di automazione?
Dovrebbe essercene un responsabile interno. I materiali, gli standard e le linee di prodotto cambiano, quindi è necessario rivedere e aggiornare periodicamente le regole. Un buon partner di implementazione documenta la logica, consegna il codice e i modelli e forma un responsabile interno, in modo che il flusso di lavoro possa essere ampliato senza dover ricorrere al fornitore per ogni modifica.
