El prototipado digital ofrece a los departamentos de diseño conceptual, ingeniería, fabricación y ventas y marketing la capacidad de explorar virtualmente un producto completo antes de fabricarlo. Los diseñadores industriales , fabricantes e ingenieros utilizan el prototipado digital 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 mediante iteraciones inteligentes y casi óptimas, cumpliendo múltiples objetivos de diseño (como máxima producción, eficiencia energética, máxima velocidad y rentabilidad), identificando múltiples cifras de mérito y reduciendo el tiempo de desarrollo y comercialización. Los especialistas en marketing también utilizan el prototipado digital para crear representaciones y animaciones fotorrealistas de productos antes de la fabricación. Las empresas suelen adoptar el prototipado digital 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.
El prototipado digital va más allá de la simple creación de diseños de productos en 3D. Ofrece 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 distintos componentes del producto con los subsistemas, ya sean neumáticos o eléctricos. Al simular y validar digitalmente el rendimiento real del diseño de un producto, 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 el prototipado físico. [1] Muchas empresas utilizan el prototipado digital en lugar del prototipado físico o como complemento de este. [2]
El prototipado digital cambia el ciclo tradicional de desarrollo de productos de diseño>construcción>prueba>reparación a diseño>análisis>prueba>construcción. [3] En lugar de tener que construir múltiples prototipos físicos y luego probarlos para ver si funcionarán, las empresas pueden realizar pruebas digitalmente durante todo el proceso mediante el uso del prototipado digital, lo que reduce la cantidad de prototipos físicos necesarios para validar el diseño. Los estudios muestran que al utilizar el prototipado digital para detectar problemas de diseño por adelantado, los fabricantes experimentan menos órdenes de cambio en el futuro. [4] Debido a que la geometría de los prototipos digitales es muy 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, por lo que evitan los modos de falla durante las fases de prueba o fabricación. Con un enfoque de prototipado digital, las empresas pueden probar digitalmente una gama más amplia del rendimiento de su producto. [5] También pueden probar iteraciones de diseño rápidamente para evaluar si están diseñando componentes en exceso o en defecto.
Una 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 prototipado digital existe desde hace más de una década, en particular 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 podría argumentar que el enfoque de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) fue el precursor del prototipado digital. PLM es un enfoque integrado, basado en la información, del ciclo de vida de un producto, desde el desarrollo hasta la eliminación. [7] Un aspecto importante de PLM es la coordinación y gestión de los datos del producto entre todo el software, los proveedores y los 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 los 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 la visualización del producto 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 Prototipado Digital ha sido un objetivo de larga data para las empresas manufactureras durante algún tiempo, recién ahora el Prototipado Digital se ha convertido en una realidad para los fabricantes pequeños y medianos que no pueden darse el lujo de implementar soluciones PLM complejas y costosas.
Las grandes empresas de fabricación confían en PLM para vincular actividades que de otro modo no estarían conectadas y aisladas, 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 para el 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 que se requieren para comprar, implementar y ejecutar una solución PLM, muchos fabricantes pequeños y medianos no pueden implementar PLM.
El prototipado digital es una alternativa viable al PLM para estos fabricantes pequeños y medianos. Al igual que el PLM, el prototipado digital busca vincular actividades que de otro modo no estarían conectadas y aisladas, como el desarrollo de conceptos, el diseño, la ingeniería, la fabricación, las ventas y el marketing. Sin embargo, a diferencia del PLM, el prototipado digital no respalda todo el proceso de desarrollo del producto desde la concepción hasta la eliminación, sino que se centra en la parte del proceso que va del diseño a la fabricación. El ámbito del prototipado digital termina cuando el producto digital y la lista de materiales de ingeniería están completos. [9] El prototipado digital tiene como objetivo resolver muchos de los mismos problemas que el PLM sin implicar una implementación de software altamente personalizada y que lo abarque todo. Con el prototipado digital, una empresa puede optar por abordar una necesidad a la vez, lo que hace que el enfoque sea más generalizado a medida que su negocio crece. Otras diferencias entre el prototipado digital y el 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 salvar las brechas que suelen existir entre grupos de trabajo como el de 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 de fabricación:
La fase de diseño conceptual implica tomar las aportaciones de los clientes 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. A continuación, 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 del producto. Los diseñadores pueden crear y visualizar varias iteraciones de diseño, cambiando elementos como materiales o esquemas de color, antes de concretar 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) e integran los datos de diseño desarrollados durante la fase de diseño conceptual. Los equipos también añaden 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. Con 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 al minimizar 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 dispone de una novedosa metodología de cadena de herramientas que comprende pruebas virtuales para el desarrollo de funciones de conducción automatizada por parte de la 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.
En un flujo de trabajo de creación de prototipos digitales, los equipos de fabricación participan en las primeras fases del proceso de diseño. Esta información ayuda a los ingenieros y a los 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 viabilidad de fabricación. Las empresas pueden realizar simulaciones de moldeo en prototipos digitales para piezas de plástico y moldes de inyección para probar la viabilidad de fabricación de sus diseños, identificando posibles defectos de fabricación antes de cortar las herramientas del molde.
Los prototipos digitales también permiten a los equipos de productos compartir instrucciones de montaje detalladas de forma digital con los equipos de fabricación. Si bien los dibujos de montaje en papel pueden resultar 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 los diseños de las plantas de producción y las líneas de producción. Pueden comprobar si hay interferencias para detectar posibles problemas, como limitaciones de espacio y colisiones de equipos.
Los clientes participan en todo el proceso 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 hacen que los clientes participen en el proceso de desarrollo del producto desde el principio. Les muestran representaciones y animaciones realistas del prototipo digital del producto para que sepan cómo se ve y cómo funcionará. Esta participación temprana del cliente ayuda a las empresas a obtener la aprobación por adelantado, de modo que no pierdan tiempo diseñando, diseñando y fabricando un producto que no cumple 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 anuncios 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 la creación del 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 las solicitudes de propuestas y presentar ofertas para 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 presentar ofertas con mayor precisión, ya que aumentan las probabilidades de 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 han conseguido el negocio. Los revisores pueden interactuar con prototipos digitales en entornos realistas, lo que permite la validación de las 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 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 gestionar 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]
Las empresas utilizan cada vez más el prototipado digital 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 material evaluando 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 la cantidad de prototipos físicos necesarios, los fabricantes pueden reducir el desperdicio de material.
El prototipado digital 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 el prototipado digital para optimizar la producción de energía de las turbinas eólicas para condiciones de viento variables. [14] Además, los datos de productos enriquecidos que proporciona el prototipado digital pueden ayudar a las empresas a demostrar su conformidad con el creciente número de regulaciones ambientales relacionadas con los productos y estándares voluntarios de sostenibilidad.