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 industriales , fabricantes e ingenieros utilizan los prototipos digitales para diseñar, iterar, optimizar, validar y visualizar sus productos digitalmente durante todo el proceso de desarrollo del producto. 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, velocidad más alta y rentabilidad), identificando múltiples cifras de mérito y reduciendo el tiempo y el tiempo de desarrollo. al mercado. Los especialistas en marketing también utilizan prototipos digitales para crear representaciones y animaciones fotorrealistas de productos antes de su fabricación. Las empresas suelen adoptar 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 los distintos componentes del producto interactúan con los subsistemas, ya sean neumáticos o eléctricos. Al simular y validar 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, reduciendo el costo y el tiempo necesarios para la creación de prototipos físicos. [1] Muchas empresas utilizan prototipos digitales en lugar de los prototipos físicos o como complemento de ellos. [2]
La creación de prototipos digitales cambia el ciclo tradicional de desarrollo de productos de diseño>construcción>prueba>arreglo a diseño>análisis>prueba>construcción. [3] En lugar de necesitar construir múltiples 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, reduciendo la cantidad de prototipos físicos necesarios para validar el diseño. Los estudios muestran que al utilizar prototipos digitales para detectar problemas de diseño desde el principio, los fabricantes experimentan menos órdenes de cambio posteriores. [4] Debido a que la geometría en los prototipos digitales es altamente precisa, las empresas pueden verificar interferencias para evitar problemas de ensamblaje que generen órdenes de cambio en las fases de desarrollo de prueba y fabricación. [5] Las empresas también pueden realizar simulaciones en las primeras etapas del ciclo de desarrollo del producto, de modo que eviten 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 están diseñando componentes en exceso o en defecto.
La investigación del Grupo Aberdeen muestra que los fabricantes que utilizan prototipos digitales construyen la mitad 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 por ciento más bajos. [6]
El concepto de creación de prototipos digitales existe desde hace más de una década, sobre todo desde que empresas de software como Autodesk, PTC, Siemens PLM (anteriormente 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 presagio 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 del producto 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 gestionar 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 manufactureras 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 el lujo de implementar soluciones PLM complejas y costosas.
Las grandes empresas manufactureras confían en PLM para 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. PLM es un enfoque totalmente integrado para el desarrollo de productos que requiere inversiones en software de aplicaciones, implementación e integración con sistemas de planificación de recursos empresariales (ERP), así como capacitación del usuario final y un personal de TI sofisticado para administrar la tecnología. Las soluciones PLM son altamente personalizadas y complejas de implementar, y a menudo requieren un reemplazo completo de la tecnología existente. Debido al alto costo y la experiencia en TI requerida 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 respalda todo el proceso de desarrollo del producto, desde su concepción hasta su eliminación, sino que se centra en la parte del proceso que va 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 el PLM sin implicar una implementación de software integral y altamente personalizada. Con los prototipos digitales, una empresa puede optar por abordar una necesidad a la vez, haciendo que el enfoque sea más generalizado a medida que crece su negocio. Otras diferencias entre la creación de prototipos digitales y PLM incluyen:
Un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales implica el uso de un único modelo digital durante todo el proceso de diseño para cerrar las brechas que normalmente existen entre grupos de trabajo, como diseño industrial, ingeniería, fabricación, ventas y marketing. El desarrollo de productos se puede dividir en las siguientes fases generales en la mayoría de las empresas manufactureras:
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, durante toda 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 del 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 combinaciones de colores, antes de finalizar un concepto.
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 totalmente realista del producto completo.
Los ingenieros prueban y validan el prototipo digital durante todo el proceso de diseño para tomar las mejores decisiones de diseño posibles y evitar errores costosos. Utilizando el prototipo digital, los ingenieros pueden:
Al incorporar cálculos integrados, simulaciones de tensión, deflexión y 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, está disponible una novedosa metodología de cadena de herramientas que comprende pruebas virtuales para el desarrollo de funciones de conducción automatizada por parte del industria automotriz. [11]
Además, 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.
En un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, los equipos de fabricación participan desde las primeras etapas 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 moldeado en prototipos digitales de 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 instrucciones de ensamblaje detalladas digitalmente con los equipos de fabricación. Si bien los dibujos de ensamblaje en papel pueden resultar confusos, las visualizaciones 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.
Finalmente, los fabricantes pueden utilizar prototipos digitales para visualizar y simular diseños de fábrica y líneas de producción. Pueden buscar interferencias para detectar posibles problemas, como limitaciones de espacio y colisiones de equipos.
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 prototipos digitales incorporan 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, de modo que no pierdan tiempo diseñando, diseñando y fabricando un producto que no cumpla con las expectativas del cliente.
Utilizando datos CAD 3D del prototipo digital, las empresas pueden crear visualizaciones, representaciones y animaciones realistas para comercializar productos impresos, en la web, en catálogos o en comerciales de televisión. Sin necesidad de producir costosos prototipos físicos ni realizar sesiones fotográficas, 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 tema, un área de nuevo desarrollo.
Las visualizaciones realistas no sólo ayudan a las comunicaciones de marketing, sino también al proceso de ventas. Las empresas pueden responder a solicitudes de propuestas y ofertar por 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 que sea 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 la validación de decisiones de diseño en las primeras etapas del proceso de desarrollo del producto.
Para respaldar un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, las empresas utilizan herramientas de gestión de datos para coordinar 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 gestionar las listas de materiales de ingeniería. Estas herramientas de gestión de datos conectan a todos los grupos de trabajo con datos críticos de prototipos digitales. [12]
Las empresas utilizan cada vez más los 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 materia de productos y procesos sostenibles. Minimizan el uso de materiales mediante la evaluación de múltiples escenarios de diseño para determinar la cantidad y el tipo óptimos de material necesarios 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 prototipos digitales para optimizar la producción de energía de las turbinas eólicas para diferentes condiciones de viento. [14] Además, los abundantes datos de productos proporcionados por los prototipos digitales pueden ayudar a las empresas a demostrar el cumplimiento del creciente número de regulaciones ambientales y estándares voluntarios de sostenibilidad relacionados con los productos.