Una sorgente di neutroni per svelare i segreti della natura con l’European Spallation Source (ESS)

27 Aprile 2020
EES

Per coordinare le attività di progettazione di tutti gli istituti e i fornitori europei, il team del progetto European Spallation Source (ESS) ha adottato la piattaforma 3DExperience

Nella località svedese di Lund è in costruzione una delle più grandi infrastrutture di ricerca scientifica mai realizzate a livello mondiale: European Spallation Source (ESS). Progettata per generare fasci di neutroni, l’infrastruttura porterà grandi benefici alle attività di ricerca in molti campi, gettando le basi per importanti conquiste e scoperte scientifiche nel campo delle nanotecnologie, delle bioscienze, dell’ingegneria dei materiali, della fisica sperimentale, della farmaceutica e della conservazione dei beni culturali. I neutroni consentono osservazioni e analisi che sono impossibili con altre tecnologie come i raggi X o al risonanza magnetica. 

I neutroni sono privi di carica elettrica, pertanto sono fantastici per analizzare atomi e molecole senza danneggiarli”. – spiega Roland Garoby, direttore tecnico di ESS – “Ad esempio, possiamo vedere che cosa succede quando un farmaco interagisce con le molecole e capire meglio i suoi effetti, arrivando così a produrre farmaci migliori. Gli scienziati possono sfruttare i neutroni per studiare materiali su scala molecolare o persino atomica e osservare dettagli altrimenti invisibili con tecniche come i raggi X o la risonanza magnetica. Esistono altre sorgenti di neutroni al mondo, ma l’acceleratore di protoni di ESS è il più potente mai costruito, in grado di generare una quantità maggiore di neutroni che verranno convertiti in neutroni utili a scopo scientifico utilizzando moderatori molto più efficienti. I fasci di neutroni sugli strumenti saranno fino a 100 volte più luminosi di qualsiasi altra struttura attualmente operativa. Questi progressi consentiranno agli scienziati di investigare in modo più veloce e approfondito le strutture dei materiali su scale dimensionali inaccessibili con altre sorgenti di neutroni”.

Al progetto ESS collaborano diverse centinaia di membri della comunità scientifica europea: l’Italia è rappresentata dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR), dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) con i Laboratori Nazionali del Sud, dall’Elettra Sincrotrone Trieste e dal Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR).

La collaborazione fra tutti i soggetti coinvolti nella progettazione dell’infrastruttura è gestita attraverso la piattaforma 3DEXPERIENCE di Dassault Systèmes. L’infrastruttura è composta da 23 edifici che ospitano l’acceleratore di protoni lungo 600 metri, un bersaglio in tungsteno, 15 strumenti per neutroni allo stato dell’arte e una serie di laboratori. Per gestire un progetto di queste dimensioni serve un livello di collaborazione senza precedenti fra scienziati e ingegneri dislocati in tutta Europa. Il lavoro degli ingegneri civili deve essere intrecciato con quello degli scienziati, per integrare al meglio ogni singolo elemento, dalla costruzione al più piccolo microcomponente.

Lavorando con un approccio di “concurrent engineering“, tutti gli enti che partecipano al progetto hanno accesso alla versione più aggiornata delle informazioni, dei disegni e dei modelli. 

Progettazione-ESSESS è un progetto greenfield”. – racconta Peter Rådahl, capo progettazione e supporto di integrazione di ESS“Siamo partiti da zero progettando le strutture con il software di progettazione Catia di Dassault Systèmes perché era la soluzione più diffusa fra i partner del progetto. Mentre il progetto muoveva i primi passi, Dassault Systèmes ha rilasciato la piattaforma 3DExperience, che offriva un grande vantaggio: ci consentiva di coordinare la progettazione e la costruzione degli impianti nel loro complesso, gestendo milioni di parti, grazie alla possibilità di integrare i progetti 3D di ogni partner in un unico modello master 3D. Tutto: dalle strutture civili alle apparecchiature, fino al più piccolo componente. Avere tutti i dati sulla stessa piattaforma non ha prezzo. A prescindere dal software di progettazione, che sia Catia o un altro, la piattaforma 3DExperience integra tutto».

 

Costruzione e manutenzione sicure

Lo stesso approccio vale per le autorità di sorveglianza che verificano la conformità dell’infrastruttura alle normative di sicurezza. La sicurezza degli addetti alla costruzione e alla manutenzione della sorgente è garantita inoltre dalla possibilità di simulare virtualmente gli interventi di manutenzione prima di procedere sul campo.

Rådahl e il suo team comunicano con le squadre di lavoro sul cantiere attraverso la piattaforma 3DExperience. “Gli operai si collegano alla piattaforma per avere accesso a tutti i modelli. In caso di modifiche, vengono informati perché tutte le modifiche vengono consolidate sulla piattaforma prima di mandare il modello revisionato al cantiere”. – spiega Rådahl – “Tutti riconoscono che i vantaggi di lavorare con un’unica fonte della verità superano di gran lunga il fastidio di dover cambiare le proprie abitudini. Ormai tutti utilizzano il nuovo strumento perché riconoscono il valore della nostra decisione di passare alla piattaforma 3DExperience“.

Grazie alla possibilità di prendere decisioni nelle fasi iniziali del processo di sviluppo e al fatto che i requisiti e le geometrie sono collegati fra loro, non dobbiamo più pensare a dove posizionare ogni elemento…tutto è già presente nella piattaforma fin dall’inizio”. – prosegue Rådahl – “Così risparmiamo tempo quando produciamo la documentazione“.

Lavorando su un modello master è aumentata anche la sicurezza dei processi di costruzione e manutenzione, perché i progetti e le attività possono essere simulati virtualmente prima che gli operai si cimentino nella costruzione o nella riparazione di parti della struttura.

Le sequenze di installazione vengono pianificate virtualmente sulla piattaforma 3DExperience prima di procedere nel mondo reale. I progetti sono stati visionati anche con gruppi d’interesse locali utilizzando il modello master digitale per mostrare la struttura in anteprima e come si inserisce nell’ambiente circostante.

Con molti istituti partner in tutta Europa che lavorano contemporaneamente, l’utilizzo di un’unica piattaforma come la 3DExperience soddisfa le nostre esigenze di concurrent engineering” osserva Rådahl. – “Inoltre, i fornitori, molti dei quali utilizzano Catia, sono parte integrante del lavoro di progettazione e costruzione dell’ESS. Possiamo così prendere decisioni rapide e corrette su aspetti come l’integrazione e la modifica dei requisiti. Un aspetto per noi particolarmente importante è la capacità di rilevare eventuali conflitti di installazione nelle primissime fasi e correggerli prima che cominci il lavoro vero e proprio di installazione dei componenti in cantiere”.

 

Complessità ridotta con la simulazione dinamica

Molti impianti installati nel centro ESS sono complessi e coinvolgono diverse discipline fra cui elettrotecnica, meccanica e software. Per verificarne il corretto funzionamento, Rådahl e il suo team usano Catia Systems con Dymola per simulare virtualmente le attività operative prima che vengano realizzate fisicamente.

Tutti i team sfruttano le funzionalità di Enovia per la gestione dei flussi di lavoro e della documentazione per snellire la collaborazione e mantenere il progetto in linea con le scadenze.

Usiamo sottoscrizioni e notifiche automatiche per far sì che tutto proceda con la massima fluidità e la gestione documentale per il controllo di versioni e modifiche”. – dice Rådahl – “Inoltre, gli enti di certificazione possono accedere a tutta la documentazione sulla piattaforma per le verifiche di conformità normativa”.

ESS utilizza 3DExperience Enovia anche per tracciare le specifiche e i requisiti lungo tutto il processo di progettazione. Progettare l’edificio e tutti i sistemi circostanti comporta l’integrazione forse più complessa qui in ESS. Con la gestione dei requisiti di Enovia, ad esempio, è possibile assicurare la conformità al progetto. In ESS si sta valutando l’uso di Delmia per effettuare simulazioni e sequenze di installazione, che consentirebbe al team di fornire agli addetti in cantiere istruzioni di lavoro verificate digitalmente. I test in tal senso procedono bene e lasciano ben sperare che questa soluzione venga implementata in un prossimo futuro.

 

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