Quando conviene gestire internamente le analisi CFD e FEM e quando è più efficace affidarle a un consulente esterno? La scelta dipende da costi, frequenza di utilizzo, competenze disponibili e ruolo del CAE nel processo progettuale. L’articolo analizza questi aspetti, con particolare attenzione al valore del know-how interno e al possibile ricorso a un modello ibrido.
Introduzione
La simulazione numerica è ormai uno degli strumenti con cui l’industria può affrontare problemi progettuali che, fino a qualche decennio fa, richiedevano necessariamente campagne sperimentali, prototipi e lunghe iterazioni. Analisi strutturali, fluidodinamiche, termiche e multifisiche consentono di anticipare il comportamento di un componente, calcolare le sue prestazioni ed eventualmente migliorarlo prima della realizzazione del prototipo.
Per una grande azienda, dotarsi di un dipartimento interno dedicato alla ricerca e sviluppo e in particolare alla parte di simulazione numerica può rappresentare una scelta naturale. La situazione è differente per una piccola azienda o per un piccolo studio di progettazione, dove il numero di analisi richieste può essere limitato e le risorse tecniche ed economiche disponibili sono necessariamente più contenute.
In questi contesti, una domanda emerge sempre ricorrentemente: conviene acquistare gli strumenti hardware e software e sviluppare internamente le competenze necessarie oppure affidare le analisi a una società di consulenza ingegneristica specializzata?
La valutazione può essere complessa, e deve tenere conto dell’intero sistema di risorse necessario per trasformare una simulazione numerica in uno strumento affidabile di progettazione: software, hardware, formazione, personale specializzato, tempo di sviluppo della competenza, costo di eventuali errori o imprecisioni e, soprattutto, capacità di interpretare e utilizzare criticamente i risultati ottenuti.
Inoltre, la valutazione non può limitarsi agli aspetti economici, ma deve considerare anche la direzione di sviluppo dell’azienda e il valore delle competenze che essa decide di avere al proprio interno o decide di acquistare.
Il costo reale della simulazione
Considerare il prezzo della licenza come il principale costo della simulazione significa trascurare una parte significativa dell’investimento necessario.
Si può assumere, come riferimento puramente indicativo, una licenza CFD professionale nell’ordine delle decine di migliaia di euro annue, a seconda del tipo di software e possibilità di utilizzare un numero maggiore di cores. A questa cifra devono essere aggiunti l’hardware necessario per eseguire i calcoli (fino a una decina di migliaia di euro), ma soprattutto lo stipendio di un ingegnere specializzato o i costi della formazione di personale interno, anche quelli di qualche migliaia di euro. La licenza, infatti, mette a disposizione un insieme di strumenti numerici, ma non trasferisce automaticamente all’utilizzatore la conoscenza necessaria per impiegarli correttamente.
Il problema risulta particolarmente evidente nel caso di una piccola azienda che utilizzi la simulazione numerica soltanto occasionalmente. Se durante l’anno vengono eseguite poche simulazioni, l’investimento iniziale deve essere distribuito su un numero limitato di attività. Il costo effettivo associato a ogni analisi può quindi risultare quindi piuttosto elevato, considerando che una simulazione affidata a un consulente esterno può costare fino a una decina di migliaia di euro.
Se l’azienda effettua fino a qualche decina di simulazioni all’anno, probabilmente il costo della licenza, della workstation, del personale impiegato risulta essere decisamente superiore a quello di affidarle a un’azienda di consulenza esterna.
Una terza possibilità: il calcolo in cloud
L’evoluzione delle piattaforme cloud ha introdotto una possibilità intermedia. Invece di acquistare un’infrastruttura di calcolo locale e sostenere integralmente i costi di una licenza tradizionale, è possibile accedere a risorse software e hardware attraverso servizi remoti, con modalità di pagamento legate alle ore effettive di utilizzo.
Anche in questo caso, tuttavia, la riduzione dei costi fissi di hardware e di licenza non deve essere confusa con una drastica riduzione del costo della simulazione.
Il cloud modifica la struttura economica dell’investimento, rendendo una parte dei costi variabile in funzione dell’utilizzo, ma non elimina la necessità di possedere competenze specialistiche e quindi di personale specializzato e dedicato alla simulazione.
L’acquisto della licenza non implica il possesso delle conoscenze
Nonostante i software di simulazione siano sempre più user-friendly e richiedano delle minori conoscenze per essere utilizzati rispetto a qualche decina di anni fa, molte scelte e decisioni tecniche sono ancora affidate all’esecutore. La scelta del tipo di simulazione, delle condizioni al contorno, dei modelli fisici e l’interpretazione della convergenza e dei risultati sono ancora affidati all’analista e posso influenzare in maniera significativa il risultato finale. Il software costituisce un mero esecutore delle decisioni inserite al suo interno.
Un modello numerico può quindi essere risolto correttamente dal punto di vista matematico e rappresentare, contemporaneamente, in maniera inadeguata il fenomeno fisico reale, con errori significativi.
La qualità di una simulazione dipende prima di tutto dalla qualità del problema che è stato costruito.
Per questo motivo, acquistare un software non equivale ad acquisire una capacità di simulazione. La competenza nasce dall’interazione tra conoscenza della fisica, esperienza numerica, comprensione del prodotto e capacità di confrontare i risultati con la realtà sperimentale.
È anche per questa ragione che l’outsourcing può risultare particolarmente interessante per le piccole organizzazioni, dove il costo di uno stipendio del personale dedicato e specializzato può incidere significativamente sul bilancio aziendale.
Quando l’outsourcing è economicamente razionale
L’esternalizzazione trova la sua applicazione più immediata quando la simulazione costituisce un’attività occasionale e non rappresenta una competenza centrale per l’azienda.
Si consideri una realtà che progetta e produce componenti meccanici e che, nel corso dello sviluppo di un nuovo prodotto, debba valutare il comportamento fluidodinamico di un componente. Nel corso dello sviluppo di un progetto meccanico, può essere necessario dover effettuare una simulazione CFD per calcolare magari il valore delle pressioni all’interno di una valvola o la forza del vento su una struttura. La necessità di eseguire una simulazione CFD può essere tecnicamente importante, ma questo non implica che l’azienda debba assumere software e analisti dedicati.
Affidare lo studio a un consulente permette di convertire una parte dell’investimento necessario in un costo direttamente associato al progetto.
La stessa logica può essere applicata alle analisi strutturali particolarmente specialistiche. Una realtà che utilizza abitualmente metodi semplificati o strumenti FEM di base può decidere di affidare all’esterno una verifica non lineare, un’analisi dinamica avanzata o un problema multifisico che richiederebbe competenze difficilmente giustificabili per un utilizzo sporadico.
In questo scenario il consulente costituisce un’estensione temporanea delle capacità tecniche dell’azienda.
Il vantaggio non è soltanto economico. È anche organizzativo: l’impresa può accedere a competenze specialistiche senza doverle creare e mantenere stabilmente al proprio interno.
Outsourcing non significa delegare il problema
Affidare un progetto di simulazione a un consulente esterno non significa, tuttavia, disinteressarsi del processo fino alla ricezione del report finale. Un approccio di questo tipo rischia di trasformare il CAE in una sorta di «scatola nera», nella quale il progettista fornisce una geometria e riceve in cambio risultati numerici, immagini e tabelle, assumendo che questi rappresentino in modo oggettivo il comportamento del componente.
Si tratta di una semplificazione potenzialmente pericolosa, perché la qualità di una simulazione dipende non soltanto dalle competenze di chi costruisce il modello, ma anche dalla correttezza delle informazioni e delle ipotesi su cui esso si basa.
Il consulente dispone delle competenze necessarie per impostare ed eseguire l’analisi, mentre il progettista interno possiede una conoscenza del prodotto che difficilmente può essere trasferita integralmente attraverso lo scambio di una geometria CAD, una comunicazione scritta o un singolo incontro. Condizioni operative reali, ambiente di esercizio, vincoli produttivi, tolleranze di fabbricazione, giochi tra i componenti, materiali effettivamente impiegati e anomalie riscontrate durante le prove possono risultare determinanti per costruire un modello numerico rappresentativo.
A queste informazioni si aggiunge l’esperienza maturata sulle versioni precedenti del componente, utile per interpretare i risultati e riconoscere eventuali comportamenti inattesi.
Per questo motivo, anche quando l’intero progetto viene affidato all’esterno, è necessario mantenere un coinvolgimento attivo da parte dell’azienda. Definire correttamente il problema, condividere le condizioni operative, discutere le ipotesi di modellazione e partecipare all’interpretazione dei risultati sono attività essenziali per evitare che la simulazione si riduca alla semplice consegna di un report. Ogni modello numerico, infatti, richiede assunzioni e semplificazioni: alcune sono necessarie e adeguatamente giustificate, mentre altre possono compromettere la rappresentatività dell’analisi.
Questo vuol dire che il costo al costo effettivo di una simulazione in outsouricing bisogna comunque aggiungere il tempo necessario per creare quel know-how base nell’azienda di consulenza e per controllare e discutere la modellazione e controllare criticamente i risultati.
Il valore strategico della competenza interna
Per questo motivo, la convenienza dell’internalizzazione aumenta quando le simulazioni entrano nel processo ordinario di sviluppo del prodotto e riguardano situazioni o problematiche strategiche.
In questo caso, il know-how aziendale interno interno risulta essere piuttosto vasto e di facile accesso o apprendimento da parte del personale interno, abituato a lavorare abitualmente su quel processo e progetto.
Se un’azienda deve analizzare frequentemente diverse configurazioni dello stesso componente, confrontare soluzioni progettuali, ottimizzare prestazioni o ridurre il numero di prototipi fisici, la simulazione non rappresenta più un’attività straordinaria.
Un analista che lavora quotidianamente a stretto contatto con il reparto progettazione sviluppa una conoscenza progressiva del prodotto, dei fenomeni ricorrenti e delle correlazioni tra parametri geometrici e prestazioni.
Inoltre, può facilmente chiedere spiegazioni e in generale, avere accesso a dati e geometrie più aggiornate.
Il ruolo del core business
Un ulteriore elemento da considerare riguarda la natura dell’azienda e il ruolo che la simulazione assume nello sviluppo del prodotto. Quando la CFD o la FEM sono strettamente legate al core business, l’acquisizione di competenze interne può avere un valore strategico indipendentemente dal numero di analisi eseguite. Per un’impresa che sviluppa turbomacchine, sistemi fluidici o componenti le cui prestazioni fluidodinamiche costituiscono un elemento distintivo, la CFD non rappresenta infatti un semplice servizio tecnico accessorio, ma una parte integrante del patrimonio di conoscenze attraverso cui il prodotto viene concepito, ottimizzato e differenziato dalla concorrenza.
In questo contesto, la scelta di affidarsi stabilmente a un consulente esterno richiede anche una valutazione attenta della gestione delle informazioni riservate. Una società di consulenza può collaborare con più aziende dello stesso settore, comprese realtà concorrenti, e venire così a contatto con problematiche, soluzioni progettuali e approcci tecnici potenzialmente affini. Gli accordi di riservatezza (NDA) costituiscono uno strumento fondamentale per tutelare le informazioni confidenziali, ma non eliminano completamente il rischio di trasferimenti involontari di conoscenze, né impediscono che l’esperienza maturata su progetti diversi contribuisca alla crescita del patrimonio tecnico del consulente. Per questo motivo, nei settori caratterizzati da un elevato contenuto di know-how proprietario, è opportuno valutare con attenzione quali competenze, dati e attività sia strategico mantenere all’interno dell’azienda.
La situazione è differente per un’impresa che ricorre alla CFD o alla FEM soltanto per affrontare, in modo occasionale, problematiche specifiche. In questi casi, può risultare più efficiente conservare internamente la conoscenza del prodotto e delle sue condizioni operative, affidando invece a competenze esterne la costruzione e lo sviluppo della parte numerica specialistica. Il criterio di scelta non è quindi esclusivamente quantitativo, legato alla frequenza delle analisi, ma anche qualitativo: occorre stabilire quanto la simulazione contribuisca alla capacità dell’azienda di progettare, innovare e differenziare il proprio prodotto, e quale parte del relativo know-how debba essere necessariamente preservata al proprio interno.
Il modello ibrido
Tra internalizzazione completa e outsourcing totale esiste infine una terza possibilità, particolarmente interessante per le piccole e medie imprese: il modello ibrido.
L’azienda mantiene al proprio interno una competenza sufficiente a definire il problema, interpretare i risultati e controllare la qualità dell’analisi, mentre affida al consulente le attività più specialistiche o quelle che richiedono una capacità di calcolo non disponibile internamente.
In questo modo il consulente non viene considerato semplicemente come un esecutore esterno, ma come un’estensione temporanea della struttura tecnica.
Il modello può inoltre evolvere nel tempo.
Una piccola azienda che non possiede alcuna esperienza CFD può iniziare affidando completamente all’esterno uno studio. Il progettista interno può però partecipare alla definizione del modello, discutere le ipotesi, analizzare i risultati e confrontarli con i dati sperimentali.
Dopo alcune iterazioni, l’azienda avrà sviluppato una cultura sufficiente per decidere quali attività sia conveniente internalizzare e quali continuare a delegare.
L’outsourcing può quindi diventare anche uno strumento di acquisizione del know-how, anziché rappresentarne necessariamente la rinuncia.
Oppure può essere anche più redditizio effettuare l’operazione opposta, ossia, effettuare delle consulenze esterne ad ampia durata, durante la quale si ha tempo per migliorare i canali comunicativi e col tempo, l’azienda di consulenza può imparare i processi progettuali e produttivi dell’azienda cliente.
In pratica, si stabilisce una collaborazione e una relazione abbastanza stretta fra due aziende, con quella di consulenza che diventa quasi un reparto di R&D dell’azienda cliente. Spesso poi è possibile anche creare dei server in cloud comuni e fare delle trasferte prolungate per poter conoscere i prodotti e le metodologie di lavoro.
Una decisione tra economia e conoscenza
Per una piccola azienda o per uno studio di progettazione, la scelta tra simulazione interna e outsourcing non può essere ridotta alla domanda “quanto mi costa una simulazione?”.
Occorre considerare quanto costa possedere permanentemente la capacità di eseguirla.
Una richiesta di simulazione ad un’azienda esterna può risultare economicamente conveniente quando rappresenta un’esigenza occasionale, soprattutto in un problema che non riguarda una competenza centrale.
L’acquisto di una licenza invece trovare giustificazione quando viene utilizzata con continuità e diventa parte del processo di sviluppo del prodotto. Il cloud introduce ulteriori possibilità, ma non elimina il costo della creazione delle competenze e può comportare, anche con modelli a consumo, costi annuali e costi per singola simulazione significativi.
È fondamentale comprendere poi che l’aspetto fondamentale di una simulazione risulta essere il know-how generato da essa.
Per questo, anche quando l’esecuzione del calcolo viene affidata a un soggetto esterno, mantenere internamente una competenza sufficiente a comprendere il modello, discutere le ipotesi e verificare la plausibilità dei risultati rappresenta una forma di tutela tecnica per l’azienda.
La questione risulta quindi riguardare la distribuzione della conoscenza: quali competenze devono appartenere stabilmente all’organizzazione e quali possono essere acquisite, quando necessario, attraverso un partner specializzato?
Per una piccola impresa, questa distinzione può essere decisiva. Il vantaggio dell’outsourcing non consiste infatti soltanto nel non acquistare una licenza o una workstation. Consiste nella possibilità di accedere a competenze specialistiche quando il loro utilizzo lo giustifica.
Allo stesso tempo, il valore dell’internalizzazione non risiede soltanto nel risparmio ottenuto evitando una consulenza. Risiede nella possibilità di trasformare la simulazione in una componente permanente del processo progettuale.
Tra questi due estremi esiste uno spazio nel quale molte aziende possono trovare il proprio equilibrio: una competenza interna sufficientemente solida da governare il processo e un network esterno capace di estenderne le possibilità quando la complessità del problema lo richiede.
È in questo equilibrio tra costo, frequenza di utilizzo, specializzazione e patrimonio di conoscenza che la scelta dell’outsourcing delle simulazioni numeriche assume il suo reale significato industriale.
