Parte del gruppo Fincantieri, Cetena nasce nel lontano 1962 come centro di ricerca in campo marittimo, da sempre impegnato in attività di ricerca e sviluppo legate al mondo della difesa. Dalla sua sede di Genova, il centro di ricerca del gruppo Fincantieri supporta i suoi clienti con un’ampia gamma di attività del settore marittimo, dispiegando anche le sue evolute capacità tecnologiche che lo portano a essere uno dei centri più innovativi del panorama della simulazione.
Le duali attività del CETENA rappresentate dalla ricerca e dal supporto all’industria, rendono Cettena unico sul mercato, attraverso tangibili vantaggi: da un lato innovazione per il settore industriale, grazie alle attività di ricerca e dall’altro un efficace contributo alla ricerca, indirizzando correttamente le attività in base agli input ricevuti dall’industria.
In linea con gli indirizzi strategici della capogruppo, e di concerto con le realtà del gruppo che operano nell’ambito Difesa, Cetena conduce studi nel contesto delle tecnologie abilitanti e disruptive, nell’ottica di alimentare l’innovazione e contribuire a mantenere sulla frontiera tecnologica il prodotto di Fincantieri per la difesa. Tra i più recenti progetti in ottima di R&S nell’ambito della difesa, con la partecipazione del centro di ricerca, si possono citare il progetto dell’European Defence Industrial Development Programme (EDIDP) SEA DEFENCE sul futuro delle piattaforme navali e le tecnologie connesse, e i progetti dell’European Defence Fund (EDF) EDINAF, dTHOR e FEDERATES nel contesto della trasformazione digitale. Sempre nell’ambito di EDF, Cetena contribuisce all’implementazione di importanti brick tecnologici nel progetto “Modular and Multirole Patrol Corvette” (MMPC) coordinato da NAVIRIS sull’European Patrol Corvette, ed è parte di proposte progettuali recentemente selezionate per il finanziamento nell’ambito delle soluzioni innovative e sostenibili in ambito energetico (progetto CALIPSO) e dei materiali avanzati per la Difesa (progetto ADMIRABLE).
Anche nell’ambito dei programmi previsti dal nostro Ministero della Difesa, primariamente il Piano Nazionale della Ricerca Militare (PNRM), Cetena conduce studi nell’ambito dei domini tecnologici strategici individuati dalla difesa e degli interessi industriali della capogruppo. Fra i progetti recenti si possono citare il progetto SIMONA, per investigare la possibilità di assicurare un accesso nazionale indipendente allo spazio grazie all’utilizzo di piattaforme navali militari per la messa in orbita di satelliti, e il progetto DECEIVING PROP, per elevare il grado di capacità di sopravvivenza delle unità militari diminuendone l’individuabilità.
Cetena rappresenta in modo moderno il centro di ricerca applicata di un grande gruppo industriale come Fincantieri, garantendo il presidio di competenze sulle discipline “core” dell’ingegneria navale come la fluidodinamica, le strutture, le segnature, la vulnerabilità, la sicurezza, l’impatto ambientale, l’elettrificazione e l’efficientamento energetico. In tutti questi campi, Cetena mantiene un profilo tecnico-scientifico di alto livello, operando in sinergia e a supporto degli uffici di progettazione della Capogruppo per lo sviluppo e la validazione dei nuovi metodi e strumenti di calcolo e progettazione, con una forte focalizzazione sulla simulazione numerica per l’ingegneria e sugli strumenti SW per la progettazione.
In questa veste Cetena è in grado di dialogare sia con i progettisti di Fincantieri che con i membri della comunità scientifica e industriale internazionale, garantendo al Gruppo l’accesso allo stato dell’arte della comunità scientifica navale, adattandolo e ingegnerizzandolo per le specifiche esigenze dei progettisti: è per questo motivo che Cetena spesso sviluppa i progetti di innovazione attraverso collaborazioni con il modo accademico basati su dottorati o assegni di ricerca, che formano personale qualificato da inserire nel Gruppo alla fine del progetto stesso.
Oltre alla competenza forte sulla simulazione numerica per la progettazione e l’ingegneria navale, altro elemento distintivo di Cetena è rappresentato dalla capacità di progettare e costruire sistemi di misura sia per prove di routine a supporto dei programmi di costruzione navale di Fincantieri o di Terze Parti che campagne sperimentali ad hoc o sistemi di monitoraggio permanenti o semi permanenti per la raccolta di dati dal campo; dati che sono successivamente analizzati con le moderne tecniche anche di intelligenza artificiale per validare il progetto della nave e i modelli di calcolo, fornire supporto decisionale al bordo e al gestore della flotta.
La simulazione numerica per la progettazione e l’ingegneria navale è sempre di più un fattore abilitante per l’integrazione a bordo delle tecnologie emergenti, che esalta il ruolo di Fincantieri di progettista di unità navali militari e civili ad elevato contenuto tecnologico e fortemente innovative. La simulazione numerica per la progettazione e l’ingegneria navale ha quindi un legame indissolubile con l’innovazione del prodotto navale, in quanto, consentendo la previsione del comportamento al vero della nave alcuni anni prima del suo varo, supporta scelte progettuali innovative e mirate all’aumento delle prestazioni del mezzo, abilitando al contemporaneamente un’adeguata gestione del rischio tecnologico.
In questo contesto è fondamentale per Cetena il supporto alla progettazione e all’innovazione dei metodi di calcolo numerico per la Divisione Navi Militari di Fincantieri, che ha indirizzato una lunga serie di sviluppi tecnologici nelle aree di competenza presidiate da Cetena. Ne danno testimonianza i progetti per lo sviluppo di nuovi strumenti di progettazione per i sommergibili che rappresentano uno dei tasselli che il Gruppo Fincantieri sta mettendo in campo per supportare il proprio ruolo di Design Authority e Prime Contractor di mezzi subacquei di ultima generazione: per questo motivo da alcuni anni in CETENA si stanno sviluppando due strumenti SW (SUBHULL e SUBMAN) per la progettazione dello scafo e degli organi di governo (eliche, timoni e appendici) dei sommergibili.
Questi SW proprietari rappresentano un vero e proprio condensato di know-how tecnico-scientifico del Gruppo, che fa leva sui più aggiornati modelli matematici messi a disposizione dalla comunità scientifica e li integra, adattandoli, con l’esperienza dei progettisti, rendendoli uno strumento a loro servizio che CETENA sviluppa, valida e successivamente trasferisce ai progettisti stessi.
Altro esempio rilevante è il SW VULNUS, strumento di previsione numerica della vulnerabilità della nave militare, di cui CETENA cura lo sviluppo per il Gruppo Fincantieri dalla fine degli anni ’90: si tratta di un vero e proprio ambiente di modellazione 3D della topologia della nave e dei principali impianti e catene funzionali che ne consentono il funzionamento, che consente di simulare gli effetti di minacce di tipo bellico come le cannonate, i missili e le mine subacquee, valutando quantitativamente il danno prodotto a bordo e la capacità residua della nave di adempiere alle sue funzioni, da quelle più complesse a quelle più semplici. Infine, altri due esempi di evoluzione delle tecniche di simulazione numerica a supporto della progettazione navale che da un lato guidano e dall’altro sono richieste dall’evoluzione tecnologica della nave militare: gli strumenti per la progettazione aerodinamica del topside e dell’impianto di generazione e distribuzione elettrica delle navi militari.
Se si osserva infatti il topside (la parte fuori dall’acqua che ospita le sovrastrutture della nave, le armi e gli apparati elettronici) delle navi militari di 3 generazioni successive dagli anni 80-90, 2000-2010 e 2020-2030, si nota un progressivo aumento delle dimensioni e dell’imponenza delle sovrastrutture, con superfici esterne continue e lisce tipiche dei mezzi stealth. In parallelo tutta la componentistica elettronica del sistema di combattimento (radar e antenne) è diventata molto più sofisticata e performante ma nello stesso tempo delicata dal punto di vista delle temperature ammissibili, provocate ad esempio dall’interazione con i gas di scarico di motori e generatori.
Per questo motivo negli ultimi 10 anni Cetena ha intrapreso un percorso di innovazione e sviluppo tecnologico dei metodi numerici per la progettazione aerodinamica del topside delle navi militari, utilizzando in maniera sempre più spinta le piattaforme di calcolo commerciali o open-source di tipo CFD (Computational Fluid Dynamics), rappresentando nelle simulazioni numeriche fenomeni fisici sempre più complessi come i moti della nave o le instabilità dell’intensità e direzione del vento e progettando ed effettuando sistematicamente attività sperimentali in galleria del vento o al vero per calibrare i metodi e garantirne l’accuratezza. Quella descritta è una delle numerose traiettorie tecnologiche grazie a cui il Gruppo Fincantieri è oggi in grado di progettare navi militari tecnologicamente all’avanguardia, che integrano a bordo la componentistica elettronica di ultima generazione, sfruttando al meglio tutti gli spazi e i volumi a disposizione per il carico pagante, grazie a sofisticati strumenti di simulazione numerica che consentono l’esplorazione virtuale di numerose varianti di configurazione alla ricerca dell’ottimo, rappresentato dal miglior compromesso ingegneristico fra dimensioni di merito spesso contrastanti fra loro.
Solo attraverso la simulazione numerica è possibile, ad esempio, stabilire se la posizione e l’inclinazione dei condotti di scarico è la migliore possibile dal punto di vista del surriscaldamento dei sensori circostanti, valutandone al contempo l’influenza sulla segnatura infrarosso dell’unità (fondamentale per eludere le minacce missilistiche) e l’effetto deformativo del calore sulle strutture della nave.
Un’altra discontinuità tecnologica che sta innescando una serie di progetti di innovazione tecnologica a cui CETENA sta fornendo un contributo fondamentale per il Gruppo Fincantieri è l’elettrificazione della nave; se infatti da un lato l’elettrificazione della propulsione navale può garantire, a fronte di non trascurabili complessità tecnologiche, interessanti vantaggi in termini di silenziosità e flessibilità d’uso, la componente del sistema di combattimento della nave militare si sta dirigendo verso soluzioni sempre più esigenti in termini energetici e di profilo di carico elettrico richiesto.
Alcuni esempi di queste sono le cosiddette “armi ad energia diretta” come le armi laser, che producono il loro effetto senza l’utilizzo di una munizione di tipo fisico oppure i moderni e sofisticati sistemi radar a facce piane, caratterizzati da assorbimenti elettrici spesso significativamente più rispetto ai sistemi convenzionali. Per questi motivi, gli uffici di progettazione della Divisione Navi Militari di Fincantieri stanno esplorando una serie di alternative tecnologiche e architetturali per il sistema di generazione e distribuzione dell’energia elettrica di bordo, supportati da Cetena che in parallelo sviluppa e valida tramite confronti numerico-sperimentali, gli strumenti di simulazione numerica necessari per studiare l’integrazione a bordo delle nuove tecnologie e l’efficacia di vari sistemi di generazione e distribuzione elettrica.
La progettazione delle navi militari di Fincantieri sta perciò, anche grazie a Cetena, ulteriormente ampliando il campo applicativo delle metodologie numeriche di simulazione, aggiungendo ai domini del calcolo strutturale e fluidodinamico, delle vibrazioni e del rumore, di shock, blast e vulnerabilità quello del calcolo elettrico evoluto, con un approccio sempre più decisamente orientato alla progettazione “model based”. Dagli esempi descritti si dovrebbe evincere come la simulazione numerica e l’approccio ingegneristico “model based” giochino un ruolo sempre più importante nel processo di sviluppo e innovazione delle navi e dei mezzi subacquei in quanto da un lato essi sono necessari per studiare l’integrazione a bordo delle nuove soluzioni tecnologiche, e dall’altro consentono al progettista di effettuare scelte migliori, sfruttando tutto il potenziale offerto dalla piattaforma navale per l’imbarco del carico pagante.
Una corretta applicazione industriale della simulazione numerica si affianca all’esperienza e alle metodologie tradizionali dei progettisti, amplificandone la capacità di discernimento e supportandone quantitativamente le scelte più coraggiose e innovative. Al giorno d’oggi si potrebbero certamente progettare navi senza l’ausilio di strumenti di simulazione avanzata ma il livello di prestazioni e di competitività sul mercato non sarebbe lo stesso: per questo motivo, all’interno del Gruppo Fincantieri, CETENA presidia e sviluppa assieme agli uffici tecnici della Capogruppo le metodologie di simulazione numerica, per una progettazione navale sempre più innovativa e spinta.
MANTA (Multipurpose Advanced Naval Training Architecture)
Nel corso dell’ultimo decennio la realtà aumentata è passata dall’essere una tecnologia di nicchia a uno strumento utilizzato in misura crescente in molti settori. Tra i comparti più attivi c’è il mondo navale nel quale la realtà aumentata è sempre più protagonista, insieme al mondo dei simulatori, con soluzioni pensate per la formazione e non solo. Nel settore della simulazione, il CETENA ha ad esempio sviluppato la famiglia di sistemi Manta (Multipurpose Advanced Naval Training Architecture) per il training degli operatori di bordo rispettivamente in ambito militare e civile. Questi ultimi impiegano una piattaforma tecnologica d’avanguardia che permette di creare scenari realistici di addestramento con differenti soluzioni di simulazione che partendo dai singoli apparati arrivano fino alla riproduzione in scala reale del ponte di comando che include tutte le funzioni di controllo e navigazione.
I diversi utilizzi dei simulatori
Abbiamo sviluppato 15 diversi tipi di simulatori che possono avere come obiettivo la formazione individuale, di gruppo o di missione e sono pensati per un ampio target. Dall’addestramento di base per le nuove leve alla formazione di profili più senior su sistemi specifici. La simulazione offre inoltre diversi livelli di complessità, fino ad arrivare anche a scenari operativi che vedono l’interazione con altre navi o altre entità come elicotteri, così da capire come usare determinate strumentazioni in tutte le situazioni. I vantaggi sono enormi: non ci sono rischi, si riducono i costi e gli errori umani come l’obiettivo sia di creare sistemi sempre più realistici. I simulatori vengono poi utilizzati per creare anche dei digital twins, ovvero dei gemelli digitali della nave che consentono, ad esempio, di verificare il funzionamento di alcuni nuovi sistemi o di testare il loro impiego operativo. Il tutto con notevoli vantaggi: tra questi, la riduzione dei rischi nella produzione, perché le simulazioni consentono di fare manutenzione predittiva, e l’abbassamento dei costi. I simulatori ci consentono inoltre di dare l’opportunità ai nostri clienti di usare virtualmente le nostre navi e vedere come si comportano. I sistemi sono stati certificati per essere impiegati nelle scuole di formazione del settore e sono già utilizzati dalla marina militare italiana e da altre Marine militari esteree in ambito civile dall’accademia mercantile italiana, l’università di Genova ed alcuni istituti nautici italiani.
