La creación de prototipos virtuales es un método en el proceso de desarrollo de productos . Implica el uso de software de diseño asistido por computadora (CAD), diseño automatizado por computadora (CAutoD) e ingeniería asistida por computadora (CAE) para validar un diseño antes de comprometerse a fabricar un prototipo físico . Esto se hace creando (generalmente en 3D) formas geométricas (piezas) generadas por computadora y combinándolas en un "ensamblaje" y probando diferentes movimientos mecánicos, ajuste y función. El conjunto o las piezas individuales se pueden abrir en el software CAE como gemelos digitales para simular el comportamiento del producto en el mundo real.
El proceso de diseño y desarrollo de productos solía depender principalmente de la experiencia y el criterio de los ingenieros al producir un diseño conceptual inicial. Luego se construyó y probó un prototipo físico para evaluar su desempeño. Sin ninguna forma de evaluar su rendimiento de antemano, era muy poco probable que el prototipo inicial cumpliera las expectativas. Por lo general, los ingenieros tenían que rediseñar el concepto inicial varias veces para abordar las debilidades que se revelaban en las pruebas físicas.
Hoy en día, los fabricantes están bajo presión para reducir el tiempo de comercialización y optimizar los productos para alcanzar niveles más altos de rendimiento y confiabilidad. Se está desarrollando un número mucho mayor de productos en forma de prototipos virtuales en los que se utiliza software de simulación de ingeniería para predecir el rendimiento antes de construir prototipos físicos. Los ingenieros pueden explorar rápidamente el rendimiento de miles de alternativas de diseño sin invertir el tiempo y el dinero necesarios para construir prototipos físicos. La capacidad de explorar una amplia gama de alternativas de diseño conduce a mejoras en el rendimiento y la calidad del diseño. Sin embargo, el tiempo necesario para llevar el producto al mercado suele reducirse sustancialmente porque los prototipos virtuales se pueden producir mucho más rápido que los prototipos físicos. [1] [2] [3] [4]
La creación de prototipos de extremo a extremo explica completamente cómo se fabrica y ensambla un producto o componente, y vincula las consecuencias de esos procesos con el rendimiento. La disponibilidad temprana de estos prototipos virtuales físicamente realistas permite realizar pruebas y confirmar el rendimiento a medida que se toman decisiones de diseño; permitiendo la aceleración de la actividad de diseño y proporcionando más información sobre la relación entre fabricación y rendimiento que la que se puede lograr mediante la construcción y prueba de prototipos físicos. Los beneficios incluyen costos reducidos tanto en diseño como en fabricación, ya que la creación de prototipos físicos y las pruebas se reducen/eliminan drásticamente y se seleccionan procesos de fabricación eficientes pero robustos. [5]
La firma de investigación Aberdeen Group informa que los mejores fabricantes de su clase, que hacen un uso extensivo de la simulación en las primeras etapas del proceso de diseño, alcanzan los ingresos, costos, fechas de lanzamiento y objetivos de calidad para el 86% o más de sus productos. [6] Los mejores fabricantes de los productos más complejos llegan al mercado 158 días antes con costos 1,9 millones de dólares menos que todos los demás fabricantes. Los mejores fabricantes de los productos más simples llegan al mercado 21 días antes con 21.000 dólares menos en costos de desarrollo de productos. [7]
Fisker Automotive utilizó prototipos virtuales para diseñar la estructura trasera y otras áreas de su híbrido enchufable Karma para garantizar la integridad del tanque de combustible en un choque trasero como lo exige la certificación 301 de las Normas Federales de Seguridad de Vehículos Motorizados (FMVSS). [8] Agilent Technologies utilizó prototipos virtuales para diseñar sistemas de refrigeración para el cabezal de calibración de un nuevo osciloscopio de alta velocidad . [9] Miele utilizó prototipos virtuales para mejorar el desarrollo de sus máquinas lavadoras desinfectadoras simulando sus características operativas en las primeras etapas del ciclo de diseño . [10] Varias soluciones de software CAE (por ejemplo, Working Model y SimWise) ofrecen la posibilidad de comprobar los beneficios de la creación de prototipos virtuales incluso para estudiantes y pequeñas empresas, y una colección de estudios de casos está disponible desde 1996. [11]