Producto: NX, Simcenter 3D Solutions, Teamcenter Industria: Automoción y transporte
Cómo las soluciones de software de Siemens Digital Industries permiten a Hendrick Motorsports aprovechar el gemelo digital para mejorar el rendimiento y la confiabilidad
Hendrick Motorsports es un equipo de NASCAR® reconocido por su éxito y logros en la pista, con sede en un campus de 40,000 metros cuadrados en Concord, Carolina del Norte. A lo largo de su historia, han ganado 12 campeonatos en la serie más importante de NASCAR, consolidando su lugar en la historia del automovilismo.
Retos
Diseñar, construir y probar una flota de autos que cumpla con las regulaciones de NASCAR.
Mejorar el acceso a datos para aumentar el tiempo dedicado al análisis y la innovación.
Claves del éxito
Construir una infraestructura digital en la plataforma Teamcenter.
Colaborar con Siemens Digital Industries Software para maximizar la efectividad de las nuevas herramientas en cada lanzamiento.
Utilizar el portafolio de software de Siemens Digital Industries en su totalidad.
Resultados
Desarrollo rápido de nuevas piezas y ensamblajes que mejoraron el rendimiento y la confiabilidad.
Uso de NX para evaluar más opciones y optimizar el diseño.
Facilitación de la minería de datos más rápida y confiable a través de la infraestructura digital.
Como señala Tad Merriman, Gerente de Ingeniería del Taller de Motores de Hendrick Motorsports: “Si podemos aprovechar los cambios en las reglas más rápido, podemos desarrollar e implementar nuevas ideas más rápidamente, y esto puede resultar en ganar carreras. El software de Siemens Digital Industries es una ventaja competitiva”.
Transformando diseños en “piezas físicas”
Desde la década de 1990, Hendrick Motorsports ha utilizado software en su taller de ingeniería de motores, inicialmente empleando software de fabricación asistida por computadora (CAM) para crear trayectorias de herramientas necesarias para operaciones de 3, 4 y 5 ejes. Esto les permitió aumentar la eficiencia y reducir la variabilidad en las piezas.
A medida que incrementaron el uso del software de ingeniería en el diseño y la simulación, comenzaron a ver beneficios significativos, como la capacidad de capturar, documentar y colaborar en los diseños. La integración de herramientas CAD, CAM y CAE redujo la necesidad de importar y exportar datos, minimizando errores y manteniendo a los grupos de ingeniería alineados con las últimas actualizaciones de piezas y diseños.
Desarrollando la infraestructura digital
En 2004, el equipo se dio cuenta de que contaba con datos de diversas áreas que podían vincularse al desarrollo de productos, la producción, las operaciones en pista y la inspección posterior a la carrera. Junto con consultores de Siemens Digital Industries Software, comenzaron a trazar una estrategia de gemelo digital.
Desde el inicio, el equipo eligió la herramienta Teamcenter como la columna vertebral digital. Hendrick Motorsports captura datos de múltiples áreas, incluyendo datos de rendimiento en pista, hojas de construcción y más, todos organizados de manera que facilita el acceso y la colaboración en toda la organización.
Aprovechando el gemelo digital
Para Hendrick Motorsports, cada carrera es como un nuevo lanzamiento de producto. La ingeniería debe continuar desarrollando y produciendo mejoras a lo largo de la temporada, equilibrando las nuevas formas de obtener ventajas de rendimiento con la necesidad de mantener la confiabilidad.
Una de las maneras en que el equipo está trabajando con Siemens Digital Industries Software es a través del Programa de Adopción Temprana, que permite a clientes selectos probar software no lanzado y dar retroalimentación. Esto ha llevado a mejoras significativas en sus procesos de mecanizado, reduciendo el tiempo requerido para generar trayectorias de herramientas y mejorando la calidad.
Creando los mejores diseños posibles
El equipo también ha encontrado en Simcenter una herramienta crítica para su proceso de diseño. Utilizan Simcenter 3D desde el inicio de los nuevos proyectos para evaluar y entender las interacciones entre componentes, lo que les permite optimizar sus diseños y prevenir fallos.
Conclusión
Hendrick Motorsports ha demostrado repetidamente que su asociación con Siemens Digital Industries Software les ayuda a ganar carreras y campeonatos. Desde 1997, el equipo ha ganado más de 300 carreras y 14 campeonatos en los tres niveles nacionales de NASCAR, y no muestra señales de detenerse.
“El beneficio clave que los productos de Siemens nos brindan es la velocidad de respuesta para realizar cambios competitivos y mejorar el rendimiento en la pista en un tiempo limitado”, concluye Jim Wall, director de programas de motores.
Karma Automotive, un fabricante de vehículos eléctricos de lujo, ha resucitado un icónico sedán híbrido eléctrico utilizando soluciones de Siemens para optimizar su proceso de desarrollo. Con sede en Irvine, California, y propiedad de Wanxiang Group, Karma se enfrentó al desafío de desarrollar un sedán híbrido de lujo, mejorar el rendimiento NVH (ruido, vibración y dureza) y reducir el número de iteraciones de diseño.
Para superar estos retos, la empresa digitalizó sus procesos de desarrollo y contó con la asistencia experta de los servicios de ingeniería de Simcenter. Además, utilizó una combinación de simulación y pruebas en el desarrollo del vehículo y adoptó Polarion ALM para gestionar el ciclo de vida del software.
Resultados:
Superaron la optimización del rendimiento NVH, mejorando el proceso de desarrollo en su totalidad.
Mejoraron el NVH con un mínimo número de iteraciones de diseño.
Integraron las pruebas y la simulación en una única plataforma.
Facilitó la colaboración entre equipos y divisiones mediante un intercambio de datos más fluido.
El director técnico de Karma Automotive, Bob Kruse, destacó que gracias a los servicios de consultoría y las herramientas de software de Siemens, lograron optimizar el proceso con un mínimo de iteraciones, asegurando la precisión y eficiencia desde las primeras etapas del desarrollo.
La aparición de los autos deportivos eléctricos: La electrificación ha revolucionado la industria automotriz, con más de 12 millones de vehículos híbridos o eléctricos vendidos en todo el mundo. Aunque los autos eléctricos aún no dominan las carreteras, han cambiado la percepción, y marcas de lujo como Tesla, BMW, Jaguar y Porsche han lanzado modelos eléctricos y híbridos de alto rendimiento.
Karma Automotive, una startup de California, surgió de los activos de Fisker Automotive en 2014. Aunque mantuvo el diseño italiano atractivo de Fisker, mejoró significativamente la tecnología, creando un sedán de lujo híbrido que combina lo mejor del diseño original con avances tecnológicos modernos.
La optimización del NVH en un auto deportivo híbrido-eléctrico: Uno de los grandes retos en los autos híbridos es gestionar el ruido del motor, ya que la ausencia de ruido del motor de combustión hace que otros sonidos, como el ruido de la carretera o del sistema HVAC, sean más notorios. Karma recurrió a Simcenter 3D y Simcenter Testlab para equilibrar la reducción de ruido sin afectar negativamente otros atributos, como el peso o la durabilidad.
El uso simultáneo de simulación y pruebas permitió a Karma optimizar de manera eficiente el rendimiento NVH, utilizando una combinación de modelado híbrido y pruebas físicas. Simcenter 3D ayudó a simular componentes en desarrollo, mientras que Simcenter Testlab permitió validar estos modelos mediante datos de pruebas físicas.
Servicios de consultoría e ingeniería de Simcenter: Además de las herramientas de software, los servicios de consultoría e ingeniería de Simcenter fueron cruciales para el éxito del proyecto. Estos servicios permitieron a Karma optimizar tanto el desarrollo del producto como del proceso, y redujeron las correcciones de última hora durante la fase de validación.
El valor añadido de Polarion: Para gestionar las múltiples capacidades de software y facilitar la colaboración entre equipos y divisiones, Karma adoptó Polarion ALM. Esta herramienta les permitió realizar un seguimiento detallado de los objetivos desde el nivel del vehículo hasta el nivel de componentes, asegurando un control total sobre el ciclo de vida de las aplicaciones y mejorando la agilidad en el proceso de desarrollo.
Conclusión: Gracias a los servicios de Siemens, Karma Automotive no solo cumplió, sino que superó sus objetivos técnicos. La combinación de simulación y pruebas, junto con un proceso optimizado, les permitió lanzar con éxito su sedán híbrido de lujo al mercado. Con este proceso bien establecido, Karma está preparada para afrontar nuevos desafíos y ampliar su oferta de vehículos eléctricos en el futuro.
Un socio de confianza para la refrigeración de vehículos
Los sistemas de refrigeración de vehículos son indispensables, ya que no sólo mejoran el confort de los ocupantes, sino que mantienen la temperatura interna correcta del vehículo y protegen los componentes clave. Prolongan la vida útil de los motores y garantizan un rendimiento adecuado, reduciendo las emisiones nocivas de los gases de escape. Por lo tanto, las mayores empresas de automoción quieren componentes de alta calidad, lo que significa cooperar con socios que puedan garantizar la calidad de sus productos.
ESTRA Automotive Systems (ESTRA) es líder mundial en la industria de sistemas de refrigeración para automóviles. Lleva operando con su nombre actual desde 2019, pero su historia en la industria de la automoción se remonta a 1998. Fue entonces cuando comenzó a construir su posición, especializándose en el diseño, validación y producción de componentes y sistemas térmicos para vehículos. Hoy en día, sus operaciones incluyen oficinas y centros tecnológicos en todo el mundo, así como 14 plantas de producción, incluida una en Zabrze, Polonia.
Aquí es donde la empresa fabrica módulos de refrigeración para la cadena cinemática de los vehículos, incluidos condensadores refrigerados por líquido, intercambiadores de calor, radiadores y condensadores. Gracias a sus muchos años de experiencia y competencias en sistemas de refrigeración, ESTRA ofrece soluciones para motores de combustión interna (ICE) y vehículos eléctricos e híbridos. Para estos tipos de vehículos, ESTRA proporciona soluciones adaptadas a sus características únicas y las fabrica con la máxima atención al detalle.
Uso de Opcenter para un MES global
El sector de la automoción exige a las empresas que cumplan estrictos requisitos de calidad del producto, validación de procesos y certificación. Con la creciente sofisticación de los automóviles y sus sistemas, las expectativas de los fabricantes en cuanto a la calidad de los componentes individuales de los socios externos también están cambiando. Debido a estos estrictos requisitos y procesos de fabricación, ESTRA buscó e implantó un sistema de ejecución de fabricación (MES), que integró en sus mercados asiáticos. Sin embargo, integrar este sistema a escala mundial significaba que el sistema actual no sería suficiente debido a los problemas de soporte y estandarización.
Al construir una nueva fábrica en Polonia, ESTRA empezó a buscar soluciones globales estandarizadas que tuvieran un soporte local completo. Querían una solución que permitiera una supervisión y un control precisos de los procesos de producción en tiempo real para detectar y responder rápidamente a cualquier irregularidad y situación imprevista. Con la ayuda de ASKOM, socio certificado de gestión de operaciones de fabricación (MOM) de Siemens Digital Industries Software, la empresa decidió integrar el software Opcenter™, que forma parte de la plataforma empresarial de software, hardware y servicios Siemens Xcelerator, en la planta de Zabrze. El uso de Opcenter proporcionó a la empresa una gama completa de servicios y asistencia técnica implantados localmente.
“Queríamos encontrar una solución de alcance mundial que contara con el apoyo técnico local que necesitábamos”, afirma Waldemar Wojtasz, coordinador de MES y responsable del cambio en ESTRA. “Pudimos alcanzar nuestros objetivos cooperando con Siemens y ASKOM”.
Cuando se implantó Opcenter, la planta empleó soluciones para adaptarse al diseño del condensador de uno de sus principales fabricantes de equipos originales (OEM) de automoción. El siguiente paso fue utilizar Opcenter Execution Discrete, un sistema de ejecución de la producción, para gestionar operaciones de montaje complejas. Utilizando su versión base con funcionalidades básicas, ESTRA pudo recopilar datos para crear una solución personalizada que les permitiera desarrollar productos establecidos mientras evolucionaban el sistema.
“La flexibilidad de la solución era fundamental para nosotros”, afirma Wojtasz. “Queríamos implantar una solución que se adaptara a nosotros, a nuestras necesidades y a la naturaleza de la producción, en lugar de tener que adaptarnos a las tecnologías. Esta fue, sin duda, una valiosa ventaja de cooperar con ASKOM y Siemens”.
Mejora de la calidad de la producción
Aprovechando Opcenter Execution Discrete, que utiliza un conjunto de funcionalidades estándar y específicas de la empresa, los trabajadores de ESTRA pueden gestionar más eficazmente las órdenes de producción, llevando a cabo los procesos de producción con mayor rapidez y manteniendo al mismo tiempo unos estándares de alta calidad. Dado que las máquinas verifican la mayoría de los componentes, lo que contribuye a reducir los errores, la empresa puede garantizar la calidad del producto y detectar cualquier deficiencia en una fase más temprana. Esto permite a la empresa tomar medidas para evitar y minimizar situaciones en las que sería necesaria una acción correctiva.
Dado que la gestión de etiquetas y el control de calidad de la planta de ESTRA están más automatizados y son más precisos, la empresa puede reducir el riesgo de productos defectuosos. Además, al utilizar Opcenter Execution Discrete, la empresa pudo introducir la trazabilidad completa del proceso de producción. Esto es importante en el sector de la automoción para el seguimiento de cada componente, desde el momento en que la materia prima entra en producción hasta el producto final. ESTRA puede almacenar la información durante los próximos 30 años.
Gracias al MES, que actúa como sistema nervioso y cerebro de la fábrica, la empresa puede gestionar digitalmente grandes cantidades de información y reducir el papeleo. “El MES es como un sistema policial que mantiene el orden”, explica Wojtasz. “Cada radiador que producimos tiene su propia identidad en el sistema, recibiendo un código en su núcleo en el proceso para rastrear y registrar su historial. Así es como ESTRA, y nuestros clientes, saben exactamente dónde ha estado el producto y cómo se ha comportado durante cada fase de producción.”
Al integrar Opcenter Execution con la planificación de recursos empresariales (ERP) de SAP, ESTRA pudo proporcionar un flujo coherente de información entre los sistemas empresariales y de producción. Esto ayudó a la empresa a aumentar su eficacia operativa y a mejorar la gestión de los datos de las órdenes de producción y de los materiales. Al transferir datos entre el sistema y la línea de producción en tiempo real, pudieron crear un tiempo de ciclo planificado, reduciendo el tiempo de ciclo de producción a menos de 1 minuto. Además, al integrar Opcenter Execution con el estándar Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) en los sistemas de automatización de varios proveedores, ESTRA pudo automatizar aún más los procesos de producción. Dado que las empresas recopilan los datos del proceso directamente de las máquinas, los sistemas proporcionan valiosa información sobre el rendimiento de la línea de producción, optimizando y evitando los tiempos de inactividad. El equipo de producción tiene acceso a diversos indicadores clave de rendimiento (KPI) en tiempo real y los utiliza para tomar decisiones rápidas, garantizando la eficiencia y competitividad de la fábrica en el sector de la automoción.
Además, ESTRA creó un proceso de producción más flexible y mejoró la transparencia de la empresa mediante la integración vertical de la tecnología de la información (TI) y la tecnología operativa (TO). Por ejemplo, pudieron conectar el taller con la planta superior. “Tener estos conocimientos al alcance de la mano nos permite responder a problemas de diversa gravedad”, afirma Wojtasz. “Gracias a Opcenter, podemos responder a problemas triviales relacionados con la disposición de las piezas del producto en la línea de producción hasta problemas más importantes como la falta de información que podría dar lugar a medidas correctivas.”
Hacia una mayor automatización
La fábrica de ESTRA en Zabrze está en constante evolución, ya que la empresa incorpora periódicamente nuevas máquinas y líneas de producción. ESTRA está implementando estas mejoras para satisfacer las necesidades específicas de los clientes y automatizar aún más la fábrica.
Los próximos pasos incluyen la implantación de un plan de mantenimiento preventivo para reducir aún más los tiempos de inactividad. Utilizando un sistema MES para organizar los datos recogidos en tiempo real de las máquinas, la empresa puede acceder a la información para definir el alcance del trabajo de mantenimiento de la línea y el parque de maquinaria.
Además, ESTRA pretende integrar el software Teamcenter®, que también forma parte de Siemens Xcelerator, para conseguir un proceso de fabricación de bucle cerrado y una solución que incluya la gestión del ciclo de vida del producto (PLM), ERP y MES. Esto podría proporcionar a la fábrica de ESTRA más oportunidades de crecimiento, permitiendo un intercambio de información sin fisuras y la interacción en los mundos físico y virtual. Además, la empresa puede dar un paso más hacia la consecución de la excelencia operativa y reforzar su posición en el sector de la automoción.
A medida que evoluciona la industria de la automoción, se abren nuevas oportunidades a través de las tecnologías; sin embargo, esto puede causar problemas de calidad de producción, validación y certificación. Fabricantes como ESTRA están aprovechando el apoyo de socios de confianza, como Siemens y ASKOM, y las soluciones disponibles en su búsqueda de la excelencia y la innovación. “Gracias a Opcenter, nuestros clientes obtienen mejores productos y nosotros ahorramos dinero al minimizar el número de acciones correctivas”, afirma Wojtasz. ESTRA constituye un modelo para otras empresas, ya que muestra cómo cumplir eficazmente las rigurosas normas del sector y las expectativas de los clientes, manteniendo al mismo tiempo la seguridad y eficacia de los procesos”.
El ámbito de la automatización inteligente es complejo y abarca la integración de tecnologías avanzadas y sistemas inteligentes para mejorar y automatizar los procesos industriales. Explore la convergencia de la simulación y la automatización inteligente entre Siemens Digital Industries Software y Continental, uno de los principales actores en tecnología de automoción, dedicado a soluciones de movilidad sostenible y conectada. Explore cómo el software de simulación de Siemens en la cartera Tecnomatix® impulsa la transformación de la fabricación digital de Continental. Sumérjase en el intrincado mundo en el que Process Simulate y Plant Simulation ayudan a coordinar una sinfonía de eficiencia para Continental.
Fundada en 1871, Continental es conocida por ser pionera en tecnologías que garantizan soluciones seguras, eficientes, inteligentes y asequibles para vehículos, máquinas y transporte. Jakub Hamernik, Continental Smart Automation Manager, arroja luz sobre el profundo impacto de cómo el software de Siemens permite una digitalización sin fisuras en el taller, transformando procesos y aplicaciones para mejorar los plazos de producción y la eficiencia. Siemens y Continental, colaboradores desde hace mucho tiempo en PLC y sistemas de control, han profundizado su asociación en los últimos años, centrándose especialmente en la simulación de fabricación. Un aspecto fundamental de esta colaboración es el desarrollo de la fábrica gemela digital, concretamente la recopilación de datos de la línea de producción para su futura optimización, seguimiento y análisis.
Una nueva norma: colaboración para mejorar la eficiencia de la fabricación En el centro de esta colaboración se encuentra el reto de racionalizar el flujo del proceso desde la materia prima hasta el final de la producción. Los productos de simulación de Siemens, que forman parte de la cartera Tecnomatix, desempeñan un papel fundamental a la hora de proporcionar información exhaustiva del proceso mucho antes de la entrega de la línea de producción. Esto supone un cambio significativo con respecto a la norma anterior, en la que los ingenieros de Continental dedicaban entre tres y cinco años a esta tarea. Con Siemens, esta duración se ha reducido a un notable año y medio, estableciendo un nuevo estándar en la industria.
Gracias a los productos de Siemens, tenemos toda la información relevante desde el punto de vista del proceso preparada meses antes de la entrega de la línea de producción. Antes, los ingenieros tardaban entre 3 y 5 años en hacerla. Ahora podemos hacerla en 1,5 años”.
Jakub Hamernik, Continental, Smart Automation Manager
En un entorno dinámico en el que los fabricantes de equipos originales (OEM) actualizan con frecuencia sus modelos de automóviles, Continental reconoce el imperativo de suministrar nuevos productos de forma eficiente y puntual. Las soluciones de software de Siemens permiten a Continental satisfacer estas demandas, facilitando la optimización de la eficiencia global de los equipos (OEE) en las líneas de producción.
La visión de Continental se extiende más allá de la planta de producción, con el objetivo de integrar los productos de Siemens con su sistema de ejecución de fabricación (MES) y su sistema de planificación de recursos empresariales (ERP). El objetivo es establecer un gemelo digital completo de la fábrica, llevando de forma efectiva las aplicaciones de TI a la planta de producción. Este enfoque global proporcionará información sobre todo el proceso de principio a fin, permitiendo la supervisión en tiempo real de las mercancías, el progreso de la producción y los plazos de entrega.
Del concepto a la realidad: La asociación estratégica de Siemens y Continental Un momento de revelación para Continental se produjo cuando su línea de producción realizó una transición perfecta sin colisiones. El tiempo de ciclo derivado de la simulación era exacto, lo que permitió a Continental iniciar la producción inmediatamente después de la activación, un “efecto sorpresa” que resonó tanto en Jakub como en la dirección de Continental.
Desarrollar baterías de vehículos eléctricos más seguras y fiables Predecir con precisión el rendimiento térmico de las baterías de los vehículos eléctricos es quizá el reto más importante al que se enfrentan los fabricantes de equipos originales (OEM) de automoción. Las baterías tienen una zona de temperatura en la que pueden funcionar para evitar fallos. Si la batería se sale de esta zona, puede reducir su vida útil o incluso poner en peligro la seguridad de los ocupantes.
Por eso no es de extrañar que Audi, una marca conocida en todo el mundo por sus vehículos premium de calidad superior, haya formado un equipo altamente especializado dedicado al desarrollo conceptual de sistemas de baterías de alto voltaje. Situado en Alemania, las contribuciones de este equipo son cruciales para la visión de Audi de diseñar la movilidad del mañana y garantizar una experiencia de conducción excepcional que sea digital, eléctrica y sostenible.
Aumento de la precisión del modelo térmico Joohwa Sarah Lee, ingeniera de desarrollo de conceptos, forma parte de este equipo y está especializada en el rendimiento térmico de las baterías.
“Construir modelos de simulación térmica precisos es un aspecto crítico del trabajo de mi equipo”, afirma Lee. “Los modelos en sí son muy importantes, ya que contribuyen directamente a nuestro objetivo de optimizar el rendimiento térmico de las baterías”.
En 2021, Lee y su equipo descubrieron que, para determinados casos y condiciones, los resultados de la simulación no coincidían con las mediciones de las pruebas. Como resultado, Lee se propuso mejorar la calidad de estos modelos de simulación. Lee y su equipo seleccionaron los servicios de ingeniería y consultoría Simcenter™ de Siemens Digital Industries Software como socio de desarrollo.
“Seleccionamos Simcenter porque sus herramientas permitían una conexión perfecta no solo entre los modelos 1D y 3D, sino también la conectividad con herramientas de terceros”, afirma Lee. “Los servicios de ingeniería de Simcenter nos proporcionaron los conocimientos técnicos y el soporte necesarios para ayudarnos a configurar estas integraciones y garantizar la mayor precisión posible.”
Combinación de simulaciones 1D y 3D Tradicionalmente, la geometría de los módulos y paquetes se ha modelado mediante simulaciones térmicas de dinámica de fluidos computacional (CFD) en 3D. Este método tiene unos costes computacionales significativos y puede tardar días o semanas en completarse. Además, se requiere un amplio conocimiento de los parámetros y experiencia en simulación 3D para producir un modelo 3D preciso. La simulación de sistemas en 1D es mucho más rápida, pero a menudo resulta complicado generar modelos en 1D a partir de un modelo en 3D sin comprometer la precisión.
Simcenter Engineering Services se propuso crear un modelo térmico de la pila de baterías más rápido y preciso para apoyar los sistemas de gestión de baterías de Audi, desde el desarrollo de la estrategia inicial hasta la validación con el resto de subsistemas del vehículo. Estos modelos debían tener en cuenta varios parámetros, como la corriente, las variaciones de temperatura del refrigerante, la conectividad con modelos eléctricos 1D y la integración con MATLAB/Simulink. Lee y su equipo proporcionaron al equipo de Simcenter casos de prueba y condiciones límite para diversos escenarios.
Un flujo de trabajo a medida Combinando el software Simcenter STAR-CCM+™ y el software Simcenter Amesim™, que forman parte de la plataforma empresarial de software, hardware y servicios Siemens Xcelerator, los expertos de Simcenter Engineering Services desarrollaron un flujo de trabajo semiautomatizado para generar un modelo a nivel de sistema 1D en Simcenter Amesim a partir de un modelo 3D Simcenter STAR-CCM+. El objetivo de este flujo de trabajo era garantizar que los usuarios de simulación 1D de Audi pudieran beneficiarse del alto nivel de detalle que proporcionan los modelos 3D, manteniendo al mismo tiempo la velocidad de la simulación 1D.
Utilizando entradas especificadas, Simcenter STAR-CCM+ se utilizó para calcular varias condiciones de estado estacionario que cubrían el espacio de diseño elegido, como la temperatura de entrada del refrigerante, el caudal y la corriente. A continuación, los datos pueden utilizarse para derivar un modelo electrotérmico 1D con el que investigar escenarios transitorios para la pila completa.
Reducir el tiempo, aumentar la precisión El flujo de trabajo desarrollado por los expertos de Simcenter Engineering Services ha reducido el tiempo de cálculo de las simulaciones térmicas de baterías a tan sólo unos minutos. Uno de los ejemplos más vívidos es la simulación de un escenario de carga de baterías de vehículos eléctricos desde el 10 por ciento de la capacidad de la batería hasta el 80 por ciento.
“Como resultado de nuestro proyecto con Simcenter Engineering Services, pudimos reducir el tiempo de simulación del escenario de carga de casi un día entero a menos de un minuto”, afirma Lee. “Se trata de una diferencia enorme en el tiempo de cálculo. También hemos observado una mejora significativa en los resultados de la simulación, especialmente en los estudios de comportamiento térmico”.
“Exploramos otras soluciones para este problema, pero ninguna otra empresa ofrecía el nivel de conectividad entre herramientas que ofrecía Siemens. La combinación de un modelo 3D detallado en Simcenter STAR-CCM+ con la velocidad y eficacia de Simcenter Amesim y las herramientas de terceros respaldadas por el equipo de Simcenter Engineering Services supuso una ventaja crucial. También nos entusiasma explorar otros aspectos de la cartera de Simcenter, incluido Simcenter Battery Design Studio”.
Lee y su equipo son optimistas sobre el futuro de su colaboración con Simcenter Engineering Services.
“Seguiremos aplicando nuestras nuevas herramientas y metodologías a futuros retos”, afirma Lee. “Estamos agradecidos por el apoyo prestado por el equipo de Simcenter Engineering Services y por su disposición y capacidad para ayudarnos a resolver problemas difíciles.”
Cambio a la izquierda impulsado por la IA En el proceso de desarrollo de vehículos, es ventajoso para las empresas desplazarse a la izquierda en el ciclo V tanto como sea posible. Al evitar los cambios de diseño en las últimas fases, los equipos de ingeniería pueden conseguir importantes ahorros de tiempo y costes y ayudar a que los productos lleguen antes al mercado.
La inteligencia artificial (IA) es una herramienta cada vez más popular que permite a los equipos de ingeniería desplazarse hacia la izquierda. Por ejemplo, los ingenieros pueden entrenar redes neuronales para que busquen entre enormes cantidades de datos y modelos de simulación y ayuden a identificar la configuración ideal de un vehículo o componente.
Impulsado por la IA, el esfuerzo por cambiar a la izquierda es más urgente que nunca a medida que el mundo transita hacia un futuro más sostenible con la electrificación. Muchos fabricantes de equipos originales (OEM) están en proceso de transición de la producción de motores de combustión interna (ICE) a vehículos impulsados por baterías. Cada uno de estos vehículos cuenta con años de datos de desarrollo y modelos de simulación que ahora deben adaptarse a la electrificación.
Redes neuronales para fijar objetivos de vehículos
Simcenter Engineering Services y Hyundai Motor Group se asociaron para utilizar la IA con el fin de reducir el proceso de optimización de parámetros para el Genesis GV 80. Al comienzo de su viaje hacia la electrificación, Hyundai Motor Group (HMG) reconoció la necesidad de implementar la IA para permitir un cambio sin fisuras hacia la izquierda en el proceso de desarrollo de vehículos eléctricos. En 2023, se asociaron con Simcenter Engineering and Consulting services para construir las redes neuronales que les permitirán definir los requisitos basados en la arquitectura en la fase de concepto del desarrollo del vehículo.
Al principio del proceso de diseño (a la izquierda del ciclo en V), los equipos de ingeniería suelen tener una estimación de lo que les gustaría ver en su próxima generación de vehículos, incluida la masa, el tamaño, la tecnología de suspensión, etc. Estas primeras ideas deben explorarse y analizarse de la forma más eficiente posible para definir el diseño y la configuración ideales. El establecimiento de objetivos para atributos como la masa óptima, la cinemática, la facilidad de conducción, la conducción y el manejo proporciona a los equipos de ingeniería indicadores clave de rendimiento (KPI) subjetivos que deben cumplir. Cuanto antes se alcancen estos objetivos, más tiempo y costes ahorrará la empresa.
Ilsoo Jeong, ingeniero de confort, forma parte del equipo de desarrollo virtual de confort de conducción de Hyundai Motor Group. Su equipo se encargó de fijar objetivos para el desarrollo del chasis del Genesis GV 80, que saldrá al mercado en una futura generación como vehículo eléctrico (VE).
“Nuestro objetivo era lograr el máximo confort y maniobrabilidad, por lo que tuvimos que considerar cientos de parámetros del chasis, como la distribución de masas, la cinemática de la suspensión o el sistema de montaje”, explica Jeong. “También tuvimos que considerar cómo tendrían que cambiar estos diseños y configuraciones teniendo en cuenta que el motor de combustión interna se sustituirá por una batería”.
“Además, queríamos poder realizar análisis de sensibilidad para entender rápidamente cómo los cambios en el diseño de un componente pueden afectar al rendimiento de otros. Nos dimos cuenta de que la IA podía ayudarnos a conseguirlo de forma rápida y eficaz. Nos asociamos con Simcenter Engineering and Consulting Services para construir estas redes neuronales porque tenían la mayor experiencia en Simcenter Amesim, nuestra herramienta preferida, y por su amplia experiencia en el proceso de desarrollo de vehículos.”
Optimización de la arquitectura del VE En otro proyecto, el equipo de Simcenter Engineering Services había colaborado con los ingenieros de HMG para desarrollar una arquitectura en el software Simcenter Amesim que pudiera utilizarse para evaluar diversas maniobras del vehículo y proporcionar un posprocesamiento automático.
Esta arquitectura permitía ponderar criterios por separado -incluidos 52 KPI individuales para cada requisito- para obtener una puntuación global, y podía manejar más de 350 parámetros como entrada.
En este proyecto, Simcenter Engineering Services amplió este trabajo para aplicarlo al chasis. Utilizando los objetivos proporcionados por HMG, los ingenieros de Simcenter generaron más de 200.000 modelos de simulación en Simcenter Amesim y los validaron con vehículos reales. Guardaron los resultados de la simulación en un sistema informático de alto rendimiento (HPC) para que pudieran ejecutarse más rápidamente en el futuro.
“Simcenter Amesim fue la fuerza impulsora de nuestra decisión de seleccionar a Siemens para este proyecto”, explica Jeong. “Sólo Simcenter Amesim tenía las capacidades para realizar el número de simulaciones que necesitábamos, así como la flexibilidad para atributos como la frecuencia NVH. Simcenter Amesim también era ventajoso porque nos permitía trabajar con nuestras propias plantillas en lugar de con una preconfeccionada”. En cuanto a flexibilidad y tiempo de simulación, Simcenter Amesim fue la mejor elección”.
Utilizando el software Simcenter Reduced Order Modeling, Simcenter Engineering Services creó y entrenó una red neuronal para obtener resultados de simulación que permiten la optimización directa de los modelos más adelante en el proceso. Esta red neuronal se integra con el software HEEDS para ayudar a los ingenieros de HMG a identificar la configuración ideal del vehículo.
“Si nuestros objetivos o parámetros cambian, ya no tendremos que empezar todo el proceso desde cero”, afirma Jeong. “Ahora podemos encontrar el conjunto óptimo de parámetros muy rápidamente buscando a través de la red neuronal construida por Simcenter Engineering Services. La posibilidad de recuperar fácilmente los resultados de la simulación nos permite informar rápidamente al equipo de cada subsistema sobre la configuración ideal. Más adelante en el desarrollo, también podremos comparar eficazmente el rendimiento de conducción del vehículo con nuestros objetivos utilizando los datos de referencia recuperados por la red neuronal.”
Ahorro de tiempo gracias a la IA La colaboración con Simcenter Engineering Services y el uso del software Simcenter han supuesto importantes ventajas en el proceso de ingeniería para el equipo de Jeong.
“Antes de este proyecto, una evaluación de requisitos tardaba dos minutos en ejecutarse en simulación”, afirma Jeong. “Utilizando la red neuronal desarrollada por Simcenter Engineering Services, esto se redujo a una décima de segundo. Del mismo modo, el proceso de optimización de los parámetros de nuestros subsistemas solía durar una semana. Con la ayuda de Simcenter Engineering Services, se ha reducido a 15 minutos”.
Juntos, Jeong y el equipo de Simcenter Engineering Services están trabajando para obtener aún más beneficios de eficiencia de esta red neuronal. Pronto se integrarán con el software Teamcenter para enlazar completamente y proporcionar trazabilidad a parámetros y requisitos. Esto permitirá a un director de programa sin conocimientos de simulación introducir directamente sus requisitos y utilizar parámetros de un proyecto anterior para ejecutar simulaciones directamente en la web. A continuación, podrán predecir el rendimiento del sistema u optimizar los conjuntos de parámetros de los subsistemas, acercando el poder de la simulación de sistemas a los no expertos.
“La cartera Simcenter de Siemens y los servicios de ingeniería Simcenter seguirán siendo un socio de desarrollo especial para HMG”, afirma Jeong. “Nuestras empresas mantienen una sólida relación y estoy deseando colaborar en futuros proyectos”.
El CETIM es un centro de investigación y estudios que presta apoyo a numerosas industrias (aeroespacial, automoción, agricultura, construcción, energía, petróleo y gas, procesos) en sus retos tecnológicos actuales y futuros.
Estudios colectivos (vínculo entre el mundo académico y la industria)
Estudio de problemas comunes para que un amplio conjunto de agentes de la industria compartan/aprovechen los conocimientos/conocimientos técnicos.
Estudios comerciales (oferta de servicios)
Servicios de ingeniería específicos para empresas que no disponen necesariamente de las herramientas o los conocimientos necesarios en su seno.
El objetivo del CETIM es mejorar la competitividad de las empresas que se benefician de sus servicios/estudios gracias a la ingeniería mecánica, la transferencia de innovación y las soluciones de fabricación avanzada.
El abanico de competencias y conocimientos propuestos por el CETIM es muy amplio (véase imagen inferior + “materiales metálicos y compuestos, tratamientos de superficie, procesos de fabricación, ensamblaje, estanqueidad, fluidos y flujos, END, …”).
En 2017 se creó una encuesta de simulación que reúne a una treintena de ingenieros de simulación bajo la dirección de Thierry Raphenne para responder a las necesidades de análisis en fase de desarrollo de productos, cada vez más frecuentes en la industria.
Equipo de simulación: Expertos para apoyar los retos de ingeniería de la industria Thierry Raphenne y su equipo realizaron una encuesta sobre simulación en una comunidad de expertos. Thierry supervisa ese equipo de 30 personas que trabajan a tiempo completo en proyectos de análisis de simulación (mecánica, elementos finitos, CFD, DEM…). Ha trabajado en este campo desde sus estudios de ingeniería. En el CEA, su tesis estableció un modelo de comportamiento de materiales con el método de elementos finitos. Expectativas de la industria al solicitar el apoyo de expertos del CETIM:
Validar el dimensionamiento del producto
Comprender el origen de un fallo. (Análisis de fallos, la simulación ayuda a comprender y explicar los fenómenos)
“Lo que aporta la simulación es una mejor comprensión de lo que ocurre y una aceleración de la puesta en marcha / lanzamiento de los productos. Por ejemplo, el diseño de un coche hoy se hace en menos de 18 meses frente a hace 5 años. El uso de la simulación acelera el proceso de validación y diseño de productos industriales. Sin simulación > más roturas recurrentes porque no se tienen en cuenta muchas situaciones de fatiga, que están en el origen de la rotura de piezas”. – Thierry Raphenne
La simulación nos permite analizar más casos de uso y, en consecuencia, podemos reducir los costes de desarrollo.
Sin simulación, se trabajaba más sobre hipótesis simplificadas. Esto llevaba a sobredimensionar ciertas piezas de la máquina para asegurarse de que encajaban y no se rompían.
Parte 2: Un fuerte vínculo entre el mundo académico y la industria para satisfacer necesidades comunes, con especial atención a la simulación conjunta Colaboración entre los mundos académico e industrial El CETIM ofrece la oportunidad de tender puentes entre los agentes de la industria y el mundo académico, basándose en casos reales procedentes de la industria. Estos grupos de trabajo permiten el desarrollo de sólidas competencias para la empresa que se beneficia de la experiencia en simulación del CETIM. Estos proyectos transversales reúnen hasta 80 representantes de la industria, que luego se dividen en subgrupos para trabajar sobre temas determinados. Uno de los proyectos codirigidos entre el CETIM, la industria y el mundo académico se centra en la simulación y el acoplamiento.
Centrarse en la simulación conjunta Para los industriales que participan en ese grupo de trabajo colaborativo, es clave centrarse en la simulación y el acoplamiento entre varios tipos de simulación (de 1D a 3D, acoplar Multiphysics con simulaciones de tipo multicuerpo…). El objetivo es verificar y validar el diseño de un sistema completo (y complejo) mediante simulación.
Después de este grupo de trabajo, la idea es establecer cuáles son los conocimientos técnicos que pueden transferirse fácilmente a los actores industriales, basándose en un demostrador real construido por el equipo.
Parte 3: La fuerza de las soluciones de simulación Simcenter El equipo de simulación del CETIM optó por Simcenter El equipo eligió el software de simulación de la cartera Simcenter porque estas soluciones “ofrecen una amplia gama de física, mecánica, fluídica, térmica, que permite realizar simulaciones multifísicas con un único entorno. Las soluciones Simcenter están abiertas a la entrada/salida desde/a otras soluciones de simulación”. – Thierry Raphenne
El desarrollo de una metodología para difundir el uso del software “Hemos desarrollado plantillas sobre la forma de utilizar el software Simcenter para ahorrar tiempo en el postprocesamiento de los resultados, para combinar los valores de las restricciones. Están a disposición de todos los usuarios del software”. “Aún queda mucho trabajo por hacer a nivel interno para crear una comunidad de simulación fuerte/sólida. Aún tenemos que convencer de la utilidad de la simulación a los no usuarios y crear un equipo dinámico.”
“La gente confía más en los análisis de simulación cuando no se pueden visualizar mediante pruebas (en el caso de CFD, por ejemplo). Destacar fenómenos muy complejos, muy acoplados, que no se pueden hacer en pruebas / permite popularizar más la utilidad de las herramientas de simulación” – Thierry Raphenne
Parte 4: Casos de aplicación – simulación para responder a retos de ingeniería muy complejos casos de aplicación – casi imposibles de probar. La industria necesita hacer las cosas bien a la primera, reducir el tiempo de entrega al mercado con un producto fiable y duradero.
Caso de aplicación 1 : Aumentar la vida útil de las piezas de las máquinas. En el contexto de la transición energética, ser capaz de predecir la vida útil de las piezas de las máquinas y aumentar la durabilidad de los equipos.
Caso de aplicación 2: “Gracias a la característica técnica de Simcenter STAR-CCM+, especialmente en la aplicación DEM pudimos ganar nuevos proyectos de apoyo a la industria agrícola”
Parte 5 : Aprendizaje automático e inteligencia artificial: el futuro de la simulación
El futuro de la simulación pasa por el uso de la IA con la aplicación de métodos de aprendizaje automático. Esto será cada vez más utilizado por la industria e impulsará el uso de la simulación. La simulación ayudará a refinar y desarrollar modelos en contextos complejos. Los beneficios de los estudios y resultados relacionados obtenidos en proyectos anteriores se utilizarán para alimentar nuevos proyectos (parte del proyecto transversal simulación y acoplamiento.)
El acoplamiento de los datos de la campaña de pruebas y simulaciones se producirá de forma natural gracias a un uso cada vez más importante del aprendizaje automático > integración de los datos procedentes del banco de pruebas.
Una empresa de ingeniería de automoción utiliza el software de puesta en servicio virtual de Tecnomatix para satisfacer mejor los requisitos de los clientes y aumentar la eficacia operativa
Ingemat es una empresa española de ingeniería que ofrece servicios de automatización robótica para diferentes sectores industriales, especializada en proyectos llave en mano a medida para la industria de la automoción. Sus servicios abarcan el diseño de la instalación, el montaje, el ensamblaje y la puesta en marcha para cumplir los requisitos del cliente en cuanto a tiempo de ciclo y calidad. Las principales tecnologías utilizadas en sus proyectos son la soldadura, el engatillado, el pegado, el remachado y el clinchado.
Por qué Ingemat adoptó la tecnología de puesta en servicio virtual
El diseño, el despliegue y la construcción de una línea de producción siempre se han basado en un proceso secuencial: a la instalación de los dispositivos le sigue la instalación de los robots y la garantía de un funcionamiento sin problemas de los equipos. A continuación, el equipo y los robots se integran con la automatización del controlador lógico programable (PLC) hasta que se puede producir un prototipo cualificado.
Pero este proceso en cascada lleva mucho tiempo y es costoso, ya que implica una depuración masiva de los robots y el código de control y hay que ocuparse de la instalación física y los problemas de cableado. También requiere utilizar varios prototipos caros que no siempre están disponibles a tiempo. Esto hace que los ingenieros trabajen con limitaciones de tiempo y niveles de estrés elevados, especialmente en el sector de la automoción, donde se imponen normas de alta calidad.
Los elevados estándares de la industria automovilística exigen que Ingemat trabaje de forma eficiente y con el menor número de errores posible para cumplir los plazos y los hitos de costes. Por ello, adoptaron Process Simulate en la cartera Tecnomatix® de software de fabricación digital para la simulación robótica y la puesta en servicio virtual.
“Diría que, basándome en la experiencia adquirida en los últimos años, la selección de Process Simulate como herramienta para la puesta en servicio virtual ha sido la elección correcta.”
Oscar Vázquez, Subdirector de Ingeniería Eléctrica del Ingemat
Process Simulate ayuda a Ingemat a impulsar la eficiencia operativa
Los proyectos en Ingemat comienzan con el diseño mecánico y la simulación, mientras que el diseño eléctrico avanza en paralelo. Tras completar o avanzar en el diseño mecánico y la simulación hasta una fase madura, se inicia la programación offline del robot (OLP) y la programación del PLC, seguidas de la puesta en marcha virtual.
Utilizando Process Simulate, Ingemat ha realizado proyectos de puesta en servicio virtual con diferentes marcas de robots como ABB, KUKA, Fanuc, Yaskawa y Kawasaki, todo ello en conexión con PLC emitidos por Siemens y Allen-Bradley, así como con hardware definido a medida.
Esta metodología que utiliza Process Simulate permite a Ingemat paralelizar el trabajo y desplazar la mayoría de las tareas de ingeniería hacia la izquierda en la línea de tiempo del proyecto, realizándolas en el back office.
Al permitir que los departamentos de mecánica, robótica y control colaboren en la misma plataforma, los programas de los robots y el código de control de automatización para los PLC y las interfaces hombre-máquina (HMI) se validan en el entorno virtual antes de su entrega al taller.
Como resultado, la fase de puesta en servicio física es mucho más corta y eficiente, ya que requiere menos esfuerzo de depuración y menos activos de prototipos, lo que permite al personal de puesta en servicio virtual centrarse en la calidad del conjunto producido en lugar de en la depuración del código del programa.
Por qué Process Simulate fue la elección correcta para Ingemat
En un proyecto típico, Ingemat implementa la puesta en servicio virtual en una zona robotizada, que incluye hasta 10 robots que realizan diversas tareas.
Una vez que el técnico de puesta en servicio virtual configura el entorno de ingeniería, se tarda entre 2 y 3 semanas en probar el escenario de producción y finalizar la fase de puesta en servicio virtual mediante la colaboración entre los programadores de PLC y robots.
En consecuencia, los programas de los robots y los códigos de los PLC se validan en el entorno virtual y ya se encuentran en un estado maduro cuando llegan a la planta de producción por primera vez, lo que se traduce en lo siguiente
90% de preparación de la línea antes de la implantación física
reducción del 40% del tiempo de depuración
10% de ahorro en el coste total
En conclusión, el equipo de puesta en servicio virtual de Ingemat está encantado con su colaboración con Siemens. El software Process Simulate ha sido la elección correcta para realizar la puesta en servicio virtual para ellos y sus clientes.
