Siemens
HARTING: Creando los conectores del futuro con Siemens Xcelerator
Industria: Conectores
Contexto: Conectividad industrial para la nueva era eléctrica
HARTING es un líder global en la industria de conectores industriales, con más de 80 años de experiencia desarrollando y fabricando soluciones de conectividad críticas para diversas industrias. Como empresa familiar con sede en Alemania, HARTING ha consolidado su posición como un actor clave en sectores como automatización industrial, transporte y energía, donde la confiabilidad y el desempeño de los conectores son fundamentales.
Ante los retos actuales de la industria —transición energética, electrificación de infraestructuras y resiliencia de las cadenas de suministro— HARTING ha apostado por la transformación digital como pilar estratégico para seguir innovando y mantenerse a la vanguardia. En este camino, la adopción del portafolio de Siemens Xcelerator ha sido un habilitador clave para modernizar su proceso de desarrollo de productos de forma integral.
Tecnología utilizada y cómo funciona
Diseño y validación virtual con Designcenter NX y Simcenter 3D
HARTING utiliza Designcenter NX™ como base para el desarrollo de nuevos conectores, aprovechando sus capacidades avanzadas de diseño y simulación. A partir de la geometría inicial del conector, los ingenieros asignan materiales y validan objetivos internos de peso y desempeño.
Mediante Simcenter™ 3D, los diseños se someten a simulaciones para evaluar su comportamiento bajo diferentes condiciones, lo que permite validar el desempeño antes de construir prototipos físicos. Este enfoque virtual ha permitido a HARTING reducir hasta en un 40% los costos asociados al prototipado físico, al disminuir significativamente el número de iteraciones necesarias.
Además, se realizan análisis de tolerancias, “tolerance stack-up” y estudios de variación para asegurar el cumplimiento con GD&T y las tolerancias de manufactura desde las primeras etapas del diseño.
Gestión del ciclo de vida del producto con Teamcenter
Una vez validado el diseño, toda la información del producto se gestiona en Teamcenter®, proporcionando a los equipos una visión completa del estado del producto. La plataforma permite analizar en detalle las características de cada componente y gestionar cambios de ingeniería de manera controlada, asegurando trazabilidad y colaboración entre áreas.
Proyectos destacados impulsados por Siemens Xcelerator
La All Electric Society
HARTING juega un rol activo en la visión de la All Electric Society, que busca una infraestructura completamente electrificada, apoyada en energías renovables y redes inteligentes. Este enfoque cobra especial relevancia ante los retos globales actuales en las cadenas de suministro y la necesidad de reducir la huella de carbono.
Como lo señala Norbert Gemmeke, Managing Director de HARTING, la electrificación de múltiples sectores requiere una gran cantidad de conectividad estandarizada, un área donde la experiencia de HARTING es crítica para habilitar el acoplamiento entre sectores y el uso eficiente de energías renovables.
Conectores para maquinaria off-highway
En el sector agrícola, HARTING participa activamente en la implementación de estándares definidos por la Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF). Un ejemplo es el desarrollo de conectores de alto voltaje para maquinaria off-highway, donde el cumplimiento de estándares y la confiabilidad del producto son esenciales.
Utilizando Designcenter NX y Simcenter 3D, HARTING desarrolla y valida estos conectores desde el diseño inicial hasta la verificación dimensional, asegurando robustez y conformidad con los requerimientos de manufactura antes de su liberación.
Conectores para líneas de potencia ferroviaria
Otro foco estratégico para HARTING es el desarrollo de conectores para trenes de carga. Estos conectores deben operar de manera confiable bajo condiciones extremas, incluyendo variaciones severas de temperatura.
Gracias al uso de herramientas de simulación, el equipo puede analizar el comportamiento del conector en ambientes de calor y frío, optimizando el diseño para lograr soluciones más ligeras y compactas. El resultado ha sido el desarrollo de un conector significativamente más liviano y con ahorro de espacio frente a diseños anteriores, sin comprometer el desempeño.
Ingeniería inmersiva y Generative AI
Mirando hacia el futuro, HARTING explora tecnologías emergentes como Generative AI e Ingeniería Inmersiva. En colaboración con socios tecnológicos, la empresa utiliza inteligencia artificial para extraer información clave y reducir el tiempo de ingeniería necesario para desarrollar nuevos conectores.
Estos diseños se integran directamente en Designcenter NX, donde pueden revisarse dentro de entornos de Immersive Engineering, permitiendo la colaboración remota entre equipos globales. Este enfoque facilita la toma de decisiones de diseño de manera virtual y refuerza la estrategia de transformación digital de la compañía.
Como menciona Florian Hofmann, Innovation Engineer en HARTING, el objetivo es automatizar las tareas rutinarias para que los ingenieros puedan concentrarse en los retos de diseño más relevantes.
Resultados clave del proyecto
- Reducción de hasta 40% en costos de prototipado físico gracias a la validación virtual.
- Desarrollo de conectores más ligeros y compactos, especialmente en aplicaciones ferroviarias.
- Mejora en la colaboración global mediante ingeniería inmersiva y gestión centralizada de datos.
- Aceleración del desarrollo de nuevos productos alineados con la visión de la All Electric Society.
Reducción del 66% en el costo de medición de fuerzas en ruedas mediante sensores virtuales, simulación y AI
Industria: Industria automotriz
El reto: medir con precisión las fuerzas en las ruedas
Para los OEMs automotrices, comprender las fuerzas que actúan sobre las ruedas es crítico. Estas fuerzas determinan las cargas a las que estará sometido el vehículo y, en consecuencia, cómo debe diseñarse para resistirlas adecuadamente.
Tradicionalmente, los ingenieros instalan transductores de fuerza en cada rueda del vehículo y realizan pruebas con distintos tipos de maniobras para medir todas las fuerzas experimentadas durante la conducción.
Sin embargo, estos transductores de fuerza para ruedas son extremadamente costosos, con precios que oscilan entre €250,000 y €500,000 por un set de cuatro ruedas para un solo vehículo. Además, los fabricantes deben considerar cómo se utilizarán sus vehículos en distintos países, ya que las fuerzas varían según factores como el estilo de conducción, el tipo de superficie del camino, la densidad del tráfico y las condiciones climáticas.
Esto significa que, si se desea entender las fuerzas en cuatro países distintos utilizando cuatro vehículos, la inversión únicamente en transductores puede alcanzar €1 millón.
A esto se suma que los transductores requieren un tiempo considerable de instalación y calibración para asegurar mediciones precisas. No son dispositivos pequeños, por lo que incrementan significativamente el ancho del vehículo, lo que puede hacer que circular por ciertas carreteras sea impráctico o incluso ilegal. Este aumento de dimensiones también eleva el riesgo de daño en caminos estrechos, algo difícilmente aceptable considerando su elevado costo.
Aun así, estas fuerzas deben medirse, ya que de lo contrario se dificulta lograr compromisos de diseño adecuados. Esto puede derivar en vehículos que se degradan prematuramente o, por el contrario, que están sobreingenierizados, generando costos de desarrollo poco económicos.
Una nueva alternativa: reducción de costos y tiempo de prueba
Afortunadamente, existe otra forma de abordar este desafío, y ya ha demostrado ser exitosa para un cliente.
Esta solución entregada por Siemens logró:
- 66% de reducción en costos de medición de fuerzas en ruedas
- Reducción del tiempo total de pruebas en pista de dos semanas a una
A continuación, se explica cómo fue posible.
Combinando sensores pequeños, simulación y modelos de AI
Simcenter Engineering Services desarrolló una nueva solución que combina los transductores existentes con sensores más económicos y fácilmente configurables, junto con simulación y modelos de inteligencia artificial, para entregar los mismos resultados en mucho menos tiempo y a una fracción del costo.
Sensores físicos + AI para medición de fuerzas en ruedas
Aún se requiere un set de transductores de fuerza de alto costo para proporcionar la referencia real (ground truth), lo que permite validar y comparar los datos capturados por los sensores virtuales de fuerza en rueda. Sin embargo, toda esta información puede recopilarse en una pista de pruebas (proving ground), sin necesidad de circular por vías públicas.
Las pistas de prueba suelen estar muy demandadas y cuentan con ventanas de tiempo limitadas, por lo que la eficiencia es clave. Además, es necesario realizar una amplia variedad de maniobras para cubrir tantos escenarios reales como sea posible, incluyendo:
- Aceleraciones y frenadas
- Eventos laterales como curvas
- Eventos verticales como topes y pendientes
- Diferentes tipos de superficies de rodamiento
Adquisición de datos eficiente con Simcenter SCADAS RS
Simcenter SCADAS RS facilita y acelera la configuración de cada prueba, permitiendo que varias personas se conecten simultáneamente para realizar tareas en paralelo. Por ejemplo:
- Un ingeniero puede introducir los nombres de los canales
- Otro puede instalar los sensores y ajustar las direcciones en la configuración
- Un tercer ingeniero puede realizar verificaciones rápidas (sanity checks) de los sensores instalados
El software también utiliza marcadores de evento, lo que permite que el conductor de pruebas anote cada medición con una descripción de la condición de prueba. De esta forma, no es necesario que otro ingeniero viaje dentro del vehículo durante la prueba. Estas anotaciones se convierten en canales dentro del conjunto de datos, facilitando el análisis posterior.
Creación de sensores virtuales para fuerzas en ruedas
Simcenter SCADAS RS captura y procesa los datos, y posteriormente los transfiere a Simcenter Testlab Neo Process Designer. Esta herramienta elimina automáticamente la deriva de los acelerómetros, corrige problemas de sensibilidad y errores en la orientación de los sensores, garantizando que el modelo de AI cuente con datos confiables y de alta calidad para estimar las fuerzas.
El procesamiento adicional en Simcenter Testlab Neo permite extraer información más avanzada de los datos medidos. Por ejemplo, en lugar de utilizar directamente la aceleración, se puede emplear el jerk (derivada de la aceleración) de una señal filtrada de un acelerómetro específico en el rango de 60 a 100 Hz.
Gracias a Simcenter Testlab Workflow Automation, los ingenieros pueden aplicar este procesamiento a cientos de corridas de prueba durante la noche, sin intervención manual.
Posteriormente, Simcenter Reduced Order Modeling se utiliza para crear un modelo que predice las fuerzas en las ruedas basándose en los datos obtenidos de los sensores más económicos.
En los resultados obtenidos, se observa cómo las fuerzas predichas por el modelo de AI (en verde) coinciden estrechamente con las fuerzas medidas físicamente (en rojo).
Resultados: 66% menos costo y 50% menos tiempo de pruebas
Considerando pruebas realizadas en cuatro países, esta nueva solución ofrece los mismos resultados con una reducción del 66% en el costo total de medición de fuerzas en ruedas. Además, reduce el tiempo total de pruebas en pista de dos semanas a una.
Estos ahorros significativos permiten a los fabricantes considerar pruebas en un mayor número de vehículos, manteniendo costos muy inferiores en comparación con los métodos tradicionales aplicados a menos unidades.
Impacto más allá de la durabilidad
Este caso de uso específico se centró en durabilidad, asegurando que los vehículos estén diseñados para una vida útil prolongada. Sin embargo, la misma metodología también puede utilizarse para:
- Predecir necesidades de mantenimiento antes o después de los intervalos promedio
- Optimización NVH, anticipando cómo el ruido y la vibración afectan el confort en cabina bajo distintas condiciones
Un enfoque integral habilitado por Siemens
El secreto detrás de los importantes ahorros de tiempo y costo logrados en este caso radica en el enfoque end‑to‑end desarrollado por Simcenter Engineering Services, que cubre todo el proceso:
- Adquisición de datos
- Procesamiento
- Entrenamiento de modelos de AI
Todo ello habilitado por las soluciones de Siemens.
Las herramientas avanzadas de datos y AI son las que hacen posibles estas mejoras. Simcenter Engineering Services puede ayudar a integrar datos en flujos de trabajo automatizados e impulsados por AI mediante soluciones de simulación y pruebas físicas como Simcenter SCADAS y Simcenter Testlab, proporcionando una ventaja competitiva significativa en el desarrollo de producto.
