Con la transizione all’elettrico i sistemi di climatizzazione delle auto non si occupano più soltanto di garantire la temperatura ottimale all’interno dell’abitacolo ma di raffreddare e climatizzare tutte le parti soggette a surriscaldamento, batterie, inverter e motori, evitando situazioni che possano compromettere il funzionamento e la sicurezza del veicolo. Dalla climatizzazione alla gestione termica dell’auto, quindi, un’evoluzione tecnologica che vede protagonista SKG Italia, l’azienda della famiglia Bernini, quartier generale a Parma, che progetta e produce componenti per la gestione termica delle auto a combustione, ibride ed elettriche. Presente sul mercato da 50 anni, due siti produttivi ad Ancona e in Albania, un fatturato prossimo ai 65 milioni di euro e più di 250 milioni di veicoli equipaggiati nel mondo con propria tecnologia. Grazie alla partnership con la società giapponese TGK, l’offerta – tradizionalmente basata su filtri disidratatori, accumulatori e barre di alluminio refrigeranti – si è poi estesa a sensori e valvole di espansione isoentalpiche (valvole laminatrici).
Tra i clienti, i system integrator globali dell’automotive, da Valeo, Denso a Mahle. «Direttamente o indirettamente i nostri componenti sono utilizzati da tutti i più importanti brand del settore», afferma Andrea Bernini, amministratore delegato di SKG Italia. Dagli anni duemila gli investimenti si sono concentrati nella digitalizzazione di tutti i processi dello sviluppo prodotto. Il software per la progettazione per la gestione dei dati di commessa, vero backbone digitale di SKG Italia, è ora targato Autodesk: da una parte la modellazione 3D con Inventor, dall’altra la tecnologia Pdm con Vault Professional. Per la simulazione e analisi multi-fisica Fem e e temofluidodinamica Cfd, tecnologia introdotta in SKG Italia per risolvere la crescente complessità della produzione elettrica, si è invece optato per Ansys.
«A partire dal digital twin del modello 3D con la simulazione realizziamo il prototipo digitale che viene poi portato in produzione», racconta Matteo Gastaldi, direttore tecnico SKG Italia. Obiettivi di innovazione che sono stati raggiunti grazie alla collaborazione con Cadac Group, platinum partner di Autodesk, ed E3D, channel partner di Ansys. Ecco come Skg Italia ha affrontato il passaggio da termico ad elettrico, gli interventi che sono stati fatti per riuscire a rimanere competitivi in un mercato caratterizzato da una velocità di cambiamento senza eguali e soggetto a normative che obbligano i fornitori a introdurre cambiamenti improvvisi e repentini.
Come dice Bernini, «Le prestazioni richieste dai car maker sono sempre più elevate, le regole europee sono in continua evoluzione. Occorre essere al passo con i cambiamenti o addirittura anticiparli e la digitalizzazione diventa la leva per garantire produttività e sostenibilità economica».
La transizione elettrica? Un vantaggio e un’opportunità che ha portato a un aumento dei volumi di produzione. Ma per essere competitivi serve flessibilità. La questione dei refrigeranti
Con il passaggio all’elettrico, SKG Italia non ha risentito della crisi che ha interessato l’indotto automotive italiano. Le componenti di base che costituiscono il core business dell’azienda sono sempre le stesse ma vengono industrializzate e personalizzate per una più ampia tipologia di mezzi, a combustione, ibride ed elettriche. «La gestione termica ha una duplice funzione: garantire il comfort all’interno dell’abitacolo e, allo stesso tempo, il raffreddamento/climatizzazione del pacco batterie», dice Bernini. Processo molto più complesso rispetto al passato, che viene reso ancora più complicato dall’introduzione di nuove normative, basti pensare alla questione dei refrigeranti. «A livello europeo si è legiferato per introdurre alternative agli attuali idrofluorocarburi che verranno banditi dal 2035, racconta Bernin. Le soluzioni finali dovrebbero ricadere su R744 (Co2) e l’R290, il refrigerante a base di propano. Probabilmente verranno utilizzate entrambe. Quale che sia la decisione finale, per noi si tratta di modificare i prodotti. Se cambia il refrigerante cambiano infatti le pressioni che devono essere supportate. Con l’anidride carbonica i valori raggiungono 150 bar, pressioni elevatissime rispetto alla tradizionale media dei 30 bar.
Sono tutte variabili di produzione che devono essere tenute in considerazione nella ricerca & sviluppo. L’idea dei car maker è quella di utilizzare Co2 nelle vetture di fascia alta e il propano nelle utilitarie, questo perché il costo della gestione termica è direttamente proporzionale alle pressioni, più alto e complesso con l’anidride carbonica e più basso con il propano», dice Bernini. Insomma, per continuare ad essere competitivi nell’elettrico occorre innovare e trovare in anticipo le soluzioni per gestire nuovi possibili scenari tecnologici. Ed è quello che sta facendo SKG Italia.
Simulazione, una strada obbligata per rispondere a una produzione sempre più complessa
Produrre componenti per la gestione termica dell’auto? Un processo complesso, ma che può essere semplificato con la simulazione. «La nostra è una produzione su commessa e a differenza del passato le specifiche che vengono richieste dai clienti sono sempre più stringenti», dice Gastaldi. Ed è la simulazione che consente a SKG Italia di trovare la soluzione ottimale nel più breve tempo possibile. «Per le macchine a combustione i vincoli non erano così restrittivi poiché il sistema di condizionamento doveva garantire la climatizzazione dello spazio interno. Adesso si parla di componenti che sono parte del sistema di sicurezza dell’auto, che devono provvedere alla gestione termica delle parti a rischio di surriscaldamento, ne va del funzionamento e sicurezza della macchina. Non ho visto un impianto uguale all’altro. Ogni system integrator lo configura in modo originale. Ci sono dunque tante simulazioni e valutazioni da fare per ogni singola commessa poiché le prestazioni richieste sono più elevate. Audi, per esempio, ci ha chiesto componenti per supportare elevate performance che funzionasse in un range di portate massiche del refrigerante ampissimo da 15kg/h a 350kg/h, una follia. Siamo arrivati al range di performance stabili da 50kg/h a 300kg/h, un bel risultato», afferma Gastaldi.
Elettrico, un mercato intermittente, con alti e bassi, ma la strada è segnata. Tra le prossime sfide la riduzione del livello di rumorosità dei componenti
«In questo momento registriamo un calo di ordinativi, afferma Bernini. Nessuno ha visibilità su quante auto elettriche si venderanno nei prossimi mesi. Fino a qualche mese fa, con le sole barre di alluminio per raffreddare i pacchi batterie fatturavamo circa un milione di euro al mese, poi improvvisamente la domanda si è ridotta di oltre il 50%. Ma è una fase congiunturale, il mercato si riprenderà. Abbiamo investito nella giusta direzione. Nel giro di qualche anno siamo passati da 48 a circa 60 milioni di ricavi», dice Bernini. Un elemento che ha generato un cambiamento positivo nel business di SKG Italia è la concentrazione del mercato in quanto ha portato a una standardizzazione e a un aumento dei volumi per singola commessa. Come racconta Bernini «Fiat, Alfa, Lancia, Peugeot, ora tutto è sotto l’ombrello Stellantis. Una logica di concentrazione che interessa tutti i car maker. Questo vuol dire che se acquisiamo una commessa i volumi sono mediamente più importanti. Una cosa è produrre 100mila pezzi, altra è produrne più di un milione. I costi diminuiscono al crescere della produzione: si fa economia di scala. Interventi correttivi sono sempre necessari ma significa applicarli a grandi numeri, un vantaggio non irrilevante».
Quali le prossimi sfide? «I car maker iniziano a chiedere componenti a basso livello di rumorosità – dice Gastaldi -. In assenza del motore a scoppio, in una macchina elettrica ogni più piccolo rumore viene percepito. È una sfida con cui ci dobbiamo misurare e lo potremo fare grazie a un sempre più pesante utilizzo della simulazione», dice Gastaldi. L’intenzione di SKG Italia è inoltre arrivare a integrare direttamente sul modello 3D le dimensioni con relative tolleranze in modo da automatizzare quelle attività che sono in carico al personale che lavora al controllo qualità.
Il valore della simulazione per la stabilizzazione dei fluidi nella componentistica per la gestione termica
«I nostri prodotti sembrano semplici, ma all’interno devono gestire il cambio di fase del fluido refrigerante», dice Gastaldi. «La questione principale è separare la fase gassosa da quella liquida. Operazione che diventa sempre più complessa poiché le prestazioni richieste dai costruttori implicano un aumento di velocità del fluido, che genera turbolenza e una maggiore difficoltà nel mantenere separate le componenti liquide e gassose». Vanno quindi studiate le geometrie ottimali per andare a ottimizzare il prodotto. E qui entra in gioco la simulazione. «Non è sufficiente il test che viene fatto su prototipi con banchi di prova tradizionali. Serve affiancare alla prova fisica la simulazione, lavorando alla realizzazione di prototipi digitali», spiega Gastaldi. Combinando le informazioni che arrivano dalla prova fisica SKG Italia riesce quindi a trovare la geometria che rende stabile la separazione delle fasi del fluido refrigerante all’interno delle diverse componenti, indipendentemente dalla pressione e dalle portate massiche a cui devono lavorare. Come racconta Gastaldi, «Dalla progettazione Autodesk si acquisisce il digital twin di prodotto e per simulazioni si arriva alla convalida del prototipo digitale che viene poi inviato in produzione e preso in carico dal software Cam che gestisce la programmazione delle macchine a controllo numerico».
SKG Italia, un percorso di innovazione con le piattaforme Autodesk e Ansys
«SGK rappresenta un’eccellenza dell’industria italiana, cresciuta anche attraverso la tecnologia Autodesk e Ansys», afferma Marco Luzzini, ceo di Cadac Group e co-fondatore di E3D. «Come partner tecnologico siamo molto orgogliosi di aver fornito ad SKG le soluzioni sofware Cad-Pdm e Fea oltre alla fondamentale consulenza con le nostre due aziende Cadac Group, Autodesk platinum partner, ed E3D, Ansys channel Partner. Abbiamo supportato l’azienda nella scelta dei migliori strumenti per la gestione dei processi di progettazione, analisi e documentazione dei loro prodotti sempre più complessi. La consulenza, a supporto dell’innovazione e dell’attività quotidiana in ingegneria – aggiunge Luzzini – è uno degli aspetti più importanti del nostro lavoro. Grazie all’esperienza ultraventennale del nostro team di specialisti, e nello specifico di Pasquale Raheli (sales director di Cadac Group) e di Luca Albertazzi (Ansys Engineering Specialist), in Skg, Autodesk e Ansys sono diventati la piattaforma per la digitalizzazione di tutti i processi». Da una parte la progettazione 3D, assicurata da Inventor e validata dai sistemi di simulazione Fea e Cfd di Ansys, dall’altra la digitalizzazione e tracciabilità di prodotto acquisita con Vault Professional, la soluzione Pdm che consente di gestire digitalmente i milioni di codici prodotto trattati dall’azienda. «Con il software Autodesk riusciamo a generare un’informazione univoca per tutta la catena dello sviluppo prodotto, dalla progettazione alla produzione», dice Gastaldi. Tecnologie che sono state arricchite dalle app sviluppate direttamente da Cadac Group. Tra queste quelle per l’integrazione con il gestionale Erp aziendale e con il sistema Cam. «Con Inventor è possibile affrontare la progettazione e la sperimentazione interna, così come realizzare nuovi prototipi in co-design con clienti e partner. Il Pdm gestisce invece l’archiviazione e la gestione della vita dei documenti associati al prodotto: storia dei disegni, revisioni, distinta base e collegamento con il gestionale per la creazione dei codici articoli in modo razionale e con passaggio automatico delle informazioni all’Erp», spiega Gastaldi.
