La creación de prototipos digitales brinda a los departamentos de diseño conceptual, ingeniería, fabricación y ventas y marketing la capacidad de explorar virtualmente un producto completo antes de construirlo. Los diseñadores , fabricantes e ingenieros industriales utilizan la creación de prototipos digitales para diseñar, iterar, optimizar, validar y visualizar sus productos digitalmente a lo largo del proceso de desarrollo de productos. Se pueden crear prototipos digitales innovadores a través de CAutoD a través de iteraciones inteligentes y casi óptimas, cumpliendo múltiples objetivos de diseño (como producción maximizada, eficiencia energética, la mayor velocidad y rentabilidad), identificando múltiples figuras de mérito y reduciendo el engranaje de desarrollo y el tiempo. al mercado. Los especialistas en marketing también utilizan la creación de prototipos digitales para crear representaciones fotorrealistas.y animaciones de productos antes de su fabricación. Las empresas a menudo adoptan la creación de prototipos digitales con el objetivo de mejorar la comunicación entre las partes interesadas en el desarrollo de productos, llevar los productos al mercado más rápido y facilitar la innovación de productos.
La creación de prototipos digitales va más allá de la simple creación de diseños de productos en 3D. Proporciona a los equipos de desarrollo de productos una forma de evaluar el funcionamiento de las piezas móviles, determinar si el producto fallará o no y ver cómo interactúan los diversos componentes del producto con los subsistemas, ya sea neumático o eléctrico. Simulando y validando digitalmente el rendimiento del diseño de un producto en el mundo real, los fabricantes a menudo pueden reducir la cantidad de prototipos físicos que necesitan crear antes de que se pueda fabricar un producto, lo que reduce el costo y el tiempo necesarios para la creación de prototipos físicos. [1] Muchas empresas utilizan la creación de prototipos digitales en lugar o como complemento de la creación de prototipos físicos. [2]
La creación de prototipos digitales cambia el ciclo tradicional de desarrollo de productos de diseño> compilación> prueba> reparación para diseñar> analizar> probar> compilar. [3] En lugar de tener que construir varios prototipos físicos y luego probarlos para ver si funcionan, las empresas pueden realizar pruebas digitalmente durante todo el proceso mediante el uso de prototipos digitales, lo que reduce la cantidad de prototipos físicos necesarios para validar el diseño. Los estudios muestran que al utilizar la creación de prototipos digitales para detectar problemas de diseño por adelantado, los fabricantes experimentan menos órdenes de cambio en sentido descendente. [4] Debido a que la geometría en los prototipos digitales es altamente precisa, las empresas pueden verificar las interferencias para evitar problemas de ensamblaje que generen órdenes de cambio en las fases de prueba y fabricación del desarrollo. [5] Las empresas también pueden realizar simulaciones en las primeras etapas del ciclo de desarrollo del producto, para evitar modos de falla durante las fases de prueba o fabricación. Con un enfoque de creación de prototipos digitales, las empresas pueden probar digitalmente una gama más amplia del rendimiento de sus productos. [5] También pueden probar iteraciones de diseño rápidamente para evaluar si son componentes de diseño excesivo o insuficiente.
La investigación del Aberdeen Group muestra que los fabricantes que utilizan la creación de prototipos digitales construyen la mitad de la cantidad de prototipos físicos que el fabricante promedio, llegan al mercado 58 días más rápido que el promedio y experimentan costos de creación de prototipos un 48% más bajos. [6]
Historia de la creación de prototipos digitales
El concepto de creación de prototipos digitales ha existido durante más de una década, especialmente desde que empresas de software como Autodesk, PTC, Siemens PLM (antes UGS) y Dassault comenzaron a ofrecer software de diseño asistido por computadora (CAD) capaz de crear modelos 3D precisos.
Incluso se puede argumentar que el enfoque de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) fue el precursor de la creación de prototipos digitales. PLM es un enfoque integrado y basado en información para el ciclo de vida de un producto, desde el desarrollo hasta la eliminación. [7] Un aspecto importante de PLM es la coordinación y gestión de datos de productos entre todo el software, proveedores y miembros del equipo involucrados en el ciclo de vida del producto. Las empresas utilizan una colección de herramientas y métodos de software para integrar personas, datos y procesos para respaldar pasos singulares en el ciclo de vida del producto o para administrar el ciclo de vida del producto de principio a fin. [8] PLM a menudo incluye visualización de productos para facilitar la colaboración y la comprensión entre los equipos internos y externos que participan en algún aspecto del ciclo de vida de un producto.
Si bien el concepto de creación de prototipos digitales ha sido un objetivo de larga data para las empresas de fabricación durante algún tiempo, solo recientemente la creación de prototipos digitales se ha convertido en una realidad para los fabricantes pequeños y medianos que no pueden permitirse implementar soluciones PLM complejas y costosas.
Prototipos digitales y PLM
Las grandes empresas de fabricación confían en PLM para vincular actividades aisladas que de otro modo no estarían conectadas, como el desarrollo de conceptos, el diseño, la ingeniería, la fabricación, las ventas y el marketing. PLM es un enfoque totalmente integrado para el desarrollo de productos que requiere inversiones en software de aplicación, implementación e integración con sistemas de planificación de recursos empresariales (ERP), así como capacitación del usuario final y personal de TI sofisticado para administrar la tecnología. Las soluciones PLM son altamente personalizadas y complejas de implementar, lo que a menudo requiere un reemplazo completo de la tecnología existente. Debido al alto costo y la experiencia en TI requeridos para comprar, implementar y ejecutar una solución PLM, muchos fabricantes pequeños y medianos no pueden implementar PLM.
La creación de prototipos digitales es una alternativa viable al PLM para estos pequeños y medianos fabricantes. Al igual que PLM, la creación de prototipos digitales busca vincular actividades aisladas y que de otro modo no estarían conectadas, como el desarrollo de conceptos, el diseño, la ingeniería, la fabricación, las ventas y el marketing. Sin embargo, a diferencia de PLM, la creación de prototipos digitales no admite todo el proceso de desarrollo del producto desde la concepción hasta la eliminación, sino que se centra en la parte del proceso desde el diseño hasta la fabricación. El ámbito de la creación de prototipos digitales termina cuando el producto digital y la lista de materiales de ingeniería están completos. [9] La creación de prototipos digitales tiene como objetivo resolver muchos de los mismos problemas que PLM sin involucrar una implementación de software altamente personalizada y completa. Con la creación de prototipos digitales, una empresa puede optar por abordar una necesidad a la vez, lo que hace que el enfoque sea más generalizado a medida que crece su negocio. Otras diferencias entre la creación de prototipos digitales y PLM incluyen:
- La creación de prototipos digitales involucra a menos participantes que PLM.
- La creación de prototipos digitales tiene un proceso menos complejo para recopilar, administrar y compartir datos.
- Los fabricantes pueden mantener las actividades de desarrollo de productos separadas de la gestión de operaciones con la creación de prototipos digitales.
- Las soluciones de creación de prototipos digitales no necesitan integrarse con el software ERP (pero puede serlo), la gestión de relaciones con el cliente (CRM) y el software de gestión de proyectos y carteras (PPM). [9]
Flujo de trabajo de creación de prototipos digitales
Un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales implica el uso de un único modelo digital en todo el proceso de diseño para cerrar las brechas que normalmente existen entre los grupos de trabajo, como el diseño industrial, la ingeniería, la fabricación, las ventas y el marketing. El desarrollo de productos se puede dividir en las siguientes fases generales en la mayoría de las empresas de fabricación:
- Diseño conceptual
- Ingenieria
- Fabricación
- Involucramiento del cliente
- Comunicaciones de marketing
Diseño conceptual
La fase de diseño conceptual implica tomar las aportaciones del cliente o los requisitos y datos del mercado para crear un diseño de producto. En un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, los diseñadores trabajan digitalmente, desde el primer boceto, a lo largo de la fase de diseño conceptual. Capturan sus diseños digitalmente y luego comparten esos datos con el equipo de ingeniería utilizando un formato de archivo común. Luego, los datos de diseño industrial se incorporan al prototipo digital para garantizar la viabilidad técnica.
En un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, los diseñadores y sus equipos revisan los datos de diseño digital a través de imágenes o representaciones digitales de alta calidad para tomar decisiones informadas sobre el diseño de productos. Los diseñadores pueden crear y visualizar varias iteraciones de diseño, cambiando cosas como materiales o esquemas de color, antes de finalizar un concepto.
Ingenieria
Durante la fase de ingeniería del flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, los ingenieros crean el modelo 3D del producto (el prototipo digital), integrando los datos de diseño desarrollados durante la fase de diseño conceptual. Los equipos también agregan datos de diseño de sistemas eléctricos al prototipo digital mientras se desarrolla y evalúan cómo interactúan los diferentes sistemas. En esta etapa del flujo de trabajo, todos los datos relacionados con el desarrollo del producto están completamente integrados en el prototipo digital. Al trabajar con datos de diseño mecánico, eléctrico e industrial, las empresas diseñan hasta el último detalle del producto en la fase de ingeniería del flujo de trabajo. En este punto, el prototipo digital es un modelo digital completamente realista del producto completo.
Los ingenieros prueban y validan el prototipo digital a lo largo de su proceso de diseño para tomar las mejores decisiones de diseño posibles y evitar errores costosos. Con el prototipo digital, los ingenieros pueden:
- Realice cálculos integrados y simulaciones de tensión, deflexión y movimiento para validar diseños
- Pruebe cómo funcionarán e interactuarán las piezas móviles
- Evaluar diferentes soluciones a problemas de movimiento.
- Pruebe cómo funciona el diseño bajo restricciones del mundo real
- Realizar análisis de tensión para analizar la selección y el desplazamiento de materiales.
- Verificar la resistencia de una pieza
Al incorporar cálculos integrados, estrés, deflexión y simulaciones de movimiento en el flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, las empresas pueden acelerar los ciclos de desarrollo minimizando las fases de creación de prototipos físicos. [10] Al implementar un prototipo digital de un vehículo parcial o totalmente automatizado y su conjunto de sensores en una co-simulación dinámica del flujo de tráfico y la dinámica del vehículo, se encuentra disponible una nueva metodología de cadena de herramientas que comprende pruebas virtuales para el desarrollo de funciones de conducción automatizada por parte del industria automotriz. [11]
También durante la fase de ingeniería del flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, los ingenieros crean la documentación requerida por el equipo de producción.
Fabricación
En un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, los equipos de fabricación participan al principio del proceso de diseño. Esta información ayuda a los ingenieros y expertos en fabricación a trabajar juntos en el prototipo digital durante todo el proceso de diseño para garantizar que el producto se pueda producir de forma rentable. Los equipos de fabricación pueden ver el producto exactamente como está previsto y proporcionar información sobre la capacidad de fabricación. Las empresas pueden realizar simulaciones de moldeo en prototipos digitales para piezas de plástico y moldes de inyección para probar la capacidad de fabricación de sus diseños, identificando posibles defectos de fabricación antes de cortar las herramientas del molde.
La creación de prototipos digitales también permite a los equipos de productos compartir digitalmente instrucciones de montaje detalladas con los equipos de fabricación. Si bien los dibujos de ensamblaje en papel pueden ser confusos, las visualizaciones en 3D de prototipos digitales son inequívocas. Esta colaboración temprana y clara entre los equipos de fabricación e ingeniería ayuda a minimizar los problemas de fabricación en el taller.
Por último, los fabricantes pueden utilizar la creación de prototipos digitales para visualizar y simular diseños de fábrica y líneas de producción. Pueden buscar interferencias para detectar problemas potenciales como limitaciones de espacio y colisiones de equipos.
Involucramiento del cliente
Los clientes participan en todo el flujo de trabajo de creación de prototipos digitales. En lugar de esperar a que se complete un prototipo físico, las empresas que utilizan la creación de prototipos digitales llevan a los clientes al proceso de desarrollo del producto desde el principio. Muestran a los clientes representaciones y animaciones realistas del prototipo digital del producto para que sepan cómo se ve el producto y cómo funcionará. Esta participación temprana del cliente ayuda a las empresas a obtener la aprobación desde el principio, para que no pierdan tiempo diseñando, diseñando y fabricando un producto que no cumple con las expectativas del cliente.
Márketing
Utilizando datos CAD en 3D del prototipo digital, las empresas pueden crear visualizaciones, representaciones y animaciones realistas para comercializar productos impresos, en la web, en catálogos o comerciales de televisión. Sin necesidad de producir prototipos físicos costosos y realizar sesiones de fotos, las empresas pueden crear fotografías y cinematografías virtuales casi indistinguibles de la realidad. Un aspecto de esto es crear el entorno de iluminación para el sujeto, un área de nuevo desarrollo.
Las visualizaciones realistas no solo ayudan a las comunicaciones de marketing, sino también al proceso de ventas. Las empresas pueden responder a solicitudes de propuestas y licitar proyectos sin construir prototipos físicos, utilizando visualizaciones para mostrar al cliente potencial cómo será el producto final. Además, las visualizaciones pueden ayudar a las empresas a ofertar con mayor precisión al hacer más probable que todos tengan las mismas expectativas sobre el producto final. Las empresas también pueden utilizar visualizaciones para facilitar el proceso de revisión una vez que hayan asegurado el negocio. Los revisores pueden interactuar con prototipos digitales en entornos realistas, lo que permite validar las decisiones de diseño en las primeras etapas del proceso de desarrollo del producto.
Conectando datos y equipos
Para respaldar un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, las empresas utilizan herramientas de administración de datos para coordinar a todos los equipos en cada etapa del flujo de trabajo, agilizar las revisiones de diseño y automatizar los procesos de lanzamiento de prototipos digitales y administrar las listas de materiales de ingeniería. Estas herramientas de gestión de datos conectan a todos los grupos de trabajo con datos críticos de creación de prototipos digitales. [12]
Prototipos digitales y sostenibilidad
Las empresas utilizan cada vez más la creación de prototipos digitales para comprender los factores de sostenibilidad en los diseños de nuevos productos y para ayudar a satisfacer los requisitos de los clientes en cuanto a productos y procesos sostenibles. Minimizan el uso de material al evaluar múltiples escenarios de diseño para determinar la cantidad óptima y el tipo de material requerido para cumplir con las especificaciones del producto. [13] Además, al reducir el número de prototipos físicos necesarios, los fabricantes pueden reducir el desperdicio de material.
La creación de prototipos digitales también puede ayudar a las empresas a reducir la huella de carbono de sus productos. Por ejemplo, WinWinD, una empresa que crea turbinas eólicas innovadoras, utiliza la creación de prototipos digitales para optimizar la producción de energía de las turbinas eólicas para diferentes condiciones de viento. [14] Además, los ricos datos de productos proporcionados por Digital Prototyping pueden ayudar a las empresas a demostrar su conformidad con el creciente número de normativas medioambientales relacionadas con los productos y estándares voluntarios de sostenibilidad.
Referencias
- ^ Aberdeen Group, "La transición del dibujo 2D al informe de referencia de modelado 3D", septiembre de 2006, p. 6.
- ^ "Software de gestión de ideas" (en alemán). Ivan Jovic . Consultado el 3 de junio de 2020 .
- ^ Jeff Rowe, "Virtual Reality", Cadalyst, 2 de marzo de 2006.
- ^ Aberdeen Group, "La transición del dibujo 2D al informe de referencia de modelado 3D", septiembre de 2006, p. 7.
- ^ a b Aberdeen Group, "Estrategias complementarias de creación de prototipos físicos y digitales: evitar la crisis del desarrollo de productos", febrero de 2008, p. 11.
- ^ Aberdeen Group, "La transición del dibujo 2D al informe de referencia de modelado 3D", septiembre de 2006.
- ^ John Teresko, "The PLM Revolution", IndustryWeek , 1 de febrero de 2004.
- ^ "Gestión de la Innovación" . Universidad de Toronto . Consultado el 3 de junio de 2020 .
- ^ a b IDC, "Creación de prototipos digitales: Autodesk fortalece la competitividad de los fabricantes de pymes en todo el mundo", octubre de 2008.
- ^ Jeff Rowe, "Autodesk adquiere ALGOR", MCADCafe , 12 de enero de 2009.
- ^ Hallerbach, Sven; Xia, Yiqun; Eberle, Ulrich; Koester, Frank (3 de abril de 2018). "Identificación basada en simulación de escenarios críticos para vehículos cooperativos y automatizados" . Documento técnico SAE 2018-01-1066 . Consultado el 23 de diciembre de 2018 .
- ^ Prototipado rápido de sistemas digitales . James O. Hamblen, Michael D. Furman. 8 de mayo de 2007. ISBN 9780306470516. Consultado el 3 de junio de 2020 .
- ^ En el artículo de Hope Neal sobre tecnología empresarial de fabricación del 17 de octubre de 2008, "Diseño de productos inteligentes: es cada vez más fácil ser ecológico", escribe, "Los prototipos digitales pueden ayudar a prevenir la sobreconstrucción al ayudar a los diseñadores a crear prototipos virtuales de productos que están desarrollando para que puedan vea cómo funcionarán en condiciones del mundo real. Esto puede minimizar los requisitos de material ".
- ^ Consulte el Informe de sostenibilidad en Autodesk.com.