Geometría CAD con codificación por colores
DENSO utiliza el software NX y Simcenter 3D para reducir el tiempo de simulación de componentes en un 80 por ciento
La industria automotriz busca la innovación
Antes los fabricantes de automóviles producían todas las piezas internamente. Hoy en día, cientos de empresas de todo el mundo contribuyen a la producción, independientemente del país de origen del OEM o fabricante de equipos originales. A lo largo de los años, cada una de estas empresas ha encontrado su propio camino hacia la automatización de la ingeniería.
DENSO Corporation, el segundo mayor proveedor de piezas y sistemas automotrices en términos de ventas del mundo, fue fundada en 1949 como empresa del grupo Toyota, hoy se ha convertido en un proveedor independiente de piezas de automóvil para la mayoría de los principales fabricantes de equipos originales. También trabaja en otros mercados, como equipos de calefacción doméstica y robots industriales. Forma parte de la lista Fortune Global 500 y cuenta con más de 200 filiales en todo el mundo. Es un proveedor de confianza en la cadena de suministro para las marcas de automóviles más importantes del mundo. DENSO también colabora estrechamente con sus socios automotrices en investigación y el desarrollo de vehículos eléctricos e híbridos.
El cuello de botella en la simulación
Uno de los principales retos actuales es mejorar la productividad en el proceso de diseño y simulación de autopartes. Incluso antes de llegar las soluciones de software, los diseñadores se centraban en la geometría de las piezas y recurrían a los analistas para probar y validar su desempeño. Sin embargo, los equipos de simulación siempre han sido menos personas que los de diseño, lo que creaba un cuello de botella en el proceso de desarrollo.
En los últimos años, los avances en la potencia de cálculo computacional y software han permitido agilizar el proceso de desarrollo de producto. La mayoría de los programas de análisis pueden utilizarse en resolver un análisis complicado en cuestión de horas en lugar de días. Pero el estira y afloja entre los grupos de diseño y simulación sigue existiendo. No es raro que los analistas aclaren aspectos del modelo o pregunten sobre resultados en los problemas identificados de diseño para saber si fueron corregidos, con la consiguiente mejora de la calidad general, ya sean errores debido a procesos manuales o a traducción de datos, los diseñadores modifican la forma geométrica para lograr un mejor resultado. El cuello de botella antes mencionado hace que cada ciclo de desarrollo de producto pueda durar días o semanas, en función de la complejidad de la pieza a diseñar.
"Teníamos un problema con los tiempos de entrega de la simulación CAE en el diseño de productos", comenta Yuichi Kondo, subdirector de proyectos de DENSO. "Lleva tiempo comunicarse". Kondo se refiere al ir y venir de la información entre los equipos de diseño y analistas CAE, para la solicitud de un análisis, transferir datos al sistema CAE, responder a varias preguntas, crear y ejecutar el modelo de simulación, generar reportes de análisis y revisar el diseño. Suele haber varias iteraciones de diseño y pruebas a medida que el equipo se acerca a una solución, con varias traducciones que van y vienen entre los formatos CAD y CAE. Es un considerable cuello de botella en el trabajo que las empresas llevan enfrentando por años.
Si los equipos de diseño de producto pudieran realizar simulaciones básicas por su cuenta, los analistas de simulación dispondrían de más tiempo para centrarse en los análisis más sofisticados.
Buscando el camino a seguir
DENSO ha trabajado con Siemens Digital Industries Software desde hace mucho tiempo, comenzaron a utilizar el software NX para el diseño y manufactura y el software Simcenter en simulación. NX y Simcenter forman parte de la cartera Xcelerator de Siemens una solución integrada de software, hardware y servicios.
DENSO utiliza los módulos de NX para apoyar todo el desarrollo de productos, desde el diseño conceptual, ingeniería hasta la fabricación, son aplicaciones integradas que se utilizan en coordinar disciplinas y preservar la intención del diseño. DENSO también utiliza Simcenter 3D para simulación en una solución integrada multidisciplinar. Simcenter 3D comparte plataforma con el software NX.
DENSO vio la oportunidad de agilizar el flujo de trabajo entre el diseño y el análisis de ingeniería, uniendo las disciplinas de diseño y el análisis de componentes, donde los procesos de simulación son más rutinarios. El objetivo de DENSO era reducir o eliminar la iteración con un nuevo flujo de trabajo.
Un enfoque de plataforma integrada
Dado que Simcenter 3D y NX comparten una plataforma común, la geometría puede pasar sin problemas del CAD al CAE y viceversa. El modelo de simulación está asociado a la geometría de diseño, por lo que el modelo de simulación puede actualizarse con los cambios realizados en la geometría de diseño anterior. Por sí misma, esta conectividad entre la pieza principal y el modelo CAE ahorra a DENSO un tiempo considerable que antes se dedicaba a la traducción de piezas, comunicación entre equipos y toda la documentación necesaria en este proceso.
Con este nivel de mejora del flujo de trabajo, DENSO está pasando a otro nivel de innovación. La empresa desarrolla lo que denomina proceso integrado NX CAD y Simcenter 3D. Los analistas CAE entienden que los procesos de simulación son repetibles para determinados tipos de componentes. El equipo de simulación recoge las mejores prácticas de modelado, procesos y las empaqueta en macros de simulación que aprovechan los diseñadores que utilizan NX. Estas plantillas requieren que los diseñadores ingresen algunos datos antes de que la macro pueda producir datos CAE.
Como en el pasado, los diseñadores empiezan creando un modelo 3D en NX, deben codificar con colores algunas características geométricas críticas del modelo, como los puntos en los que puede haber filetes estrechos, paredes delgadas o en los que el modelo tendrá una restricción fija. Cuando el diseñador está listo para analizar el desempeño de la pieza, aplica una plantilla del método de los elementos finitos (FEM) que automatiza la creación de la malla de elementos finitos basándose en un conjunto de reglas de la macro. Esto se rige por el código de colores de las características geométricas para garantizar una malla de buena calidad.
Modelo de simulación con cargas y condiciones de frontera definidas a partir de la plantilla SIM
A continuación, el diseñador aplica la plantilla de simulación, que también utiliza el código de colores de las características geométricas para establecer las condiciones de frontera adecuadas y los parámetros de simulación.
Luego, el diseñador simplemente ejecuta el modelo de simulación y puede ver los resultados. En función de estos, el diseñador puede realizar cambios en la geometría para reducir los esfuerzos o mejorar otros aspectos del performance y volver a ejecutar las plantillas de simulación y los análisis para confirmar los resultados. Las iteraciones de análisis posteriores son aún más rápidas porque el modelo ya está codificado por colores y el diseñador no tiene que hacer ningún trabajo adicional.
"Esta es una de las principales ventajas del proceso integrado de NX CAD y Simcenter 3D", afirma Kondo. La información codificada por colores forma parte del historial de funciones de modelado, por lo que el diseñador puede suprimirla al realizar el trabajo de diseño. Cuando el diseñador está listo para ejecutar la simulación, puede anular la supresión de las características codificadas por colores. "De este modo, los diseñadores comprenden y reutilizan fácilmente la información de los códigos de colores", añade Kondo.
Malla FE creada a partir de una plantilla FEM basada en reglas de codificación por colores
Avanzando en este proceso integrado
El proceso integrado de Simcenter 3D y NX también puede aplicarse a los ensambles. En una de las primeras pruebas se utilizaron más de 30 componentes en un ensamble. El objetivo era preparar los modelos y realizar un análisis lineal estático. Dado que cada componente tiene características geométricas codificadas por colores, el número total en un ensamble puede ser bastante grande. Aunque los modelos geométricos son grandes, las plantillas de simulación establecen con precisión la malla, las condiciones de frontera y los parámetros de todo el ensamble basándose en el código de colores. Esto da una ventaja de escala al utilizar las plantillas.
En general, DENSO encontró beneficios en el uso de un sistema semiautomatizado de plantillas que guiara a los diseñadores en la preparación de modelos para simulación y análisis básicos. Los diseñadores sólo tienen que establecer el código de colores una vez, y luego está disponible en tantas simulaciones como sea necesario. Las secciones codificadas por colores son áreas en las que antes el analista CAE habría tenido que editar manualmente algunos ajustes al crear un modelo de simulación. Ahora que todos estos detalles son capturados y automatizados por la plantilla, cuanto mayor sea la cantidad de códigos de color en un modelo, mayor será el ahorro potencial de tiempo para ese modelo en comparación con el proceso original. "Cuanto mayor sea el número de ajustes de color, mayor será la reducción de horas de trabajo", señala Kondo.
DENSO calcula que el tiempo medio de análisis se redujo hasta en un 80% utilizando el proceso integrado. La reducción del intercambio de archivos y la comunicación entre departamentos derivo en una disminución de los errores. Denso también observó que el proceso integrado aumentó la calidad porque los problemas de diseño se identifican y pueden corregirse antes de que avance el proyecto.
"Al utilizar el proceso integrado y la plantilla CAE de NX CAD y Simcenter 3D, redujimos el tiempo dedicado al análisis CAE hasta en un 80 por ciento", afirma Kondo.
Detalle de la malla para simulacion en Simcenter
Viendo al futuro en el manejo de datos de simulación
De cara al futuro, DENSO trabaja en ampliar el uso del proceso integrado a la administración de datos y del ciclo de vida. DENSO utiliza el software PLM Teamcenter para toda la gestión de datos de diseño. Antes de adoptar el proceso integrado, el modelo maestro se almacenaba en Teamcenter, pero los analistas trabajaban fuera del PLM utilizando un sistema de almacenamiento independiente. En este sistema, no se hacía un seguimiento de los datos CAD dentro de la simulación ni de los propios datos de simulación.
"Este proceso tiene dos problemas principales", continúa Kondo. "Lleva tiempo y esfuerzo exportar e importar los datos CAD desde Teamcenter". Los analistas tienen que asegurarse de que están utilizando los archivos de geometría correctos para sus simulaciones. Los datos relacionados con la variante CAD deben rastrearse manualmente. Si los miembros del equipo cambian el modelo o archivo, a menudo es necesario volver a empezar y crear un nuevo modelo de simulación.
"Como los datos son manejados por analistas individuales, los nuevos analistas no pueden encontrar los datos CAE existentes que fueron creados por otros ingenieros", dice Kondo. "Así que el nuevo analista tiene que crear nuevos datos CAE cada vez que hay un cambio de ingeniería".
El nuevo flujo de trabajo propuesto consiste en guardar las distintas versiones de los datos, archivos de datos de simulación y las plantillas relacionadas en el PLM Teamcenter. Esto elimina la necesidad de exportar e importar datos CAD cada vez que hay un análisis.
El uso del PLM Teamcenter ofrece una ventaja adicional. Los datos del modelo se pueden visualizar en el formato de datos JT, diseñado para una visualización rápida sin tener el software NX o Simcenter 3D. Los archivos JT son pequeños en comparación con los archivos de datos originales que representan, a veces por un factor de 50. Esto permite a los miembros del equipo que no son usuarios habituales de NX o Simcenter 3D realizar rápidamente una revisión o visualización del diseño.
DENSO sigue desarrollando tanto el proceso integrado de NX y Simcenter 3D como la extensión de Teamcenter de este flujo de trabajo. Prevé seguir reduciendo los tiempos y aumentar la calidad que ya se ha conseguido en los primeros centros donde se ha implementado.
Sobre DENSO
DENSO Corporation tiene base en Kariya, Aichi, Japón, es un fabricante de autopartes. La empresa es el segundo proveedor mundial de piezas y sistemas en términos de ventas. En 2022 tuvo unas ventas netas consolidadas de 45,100 millones de dólares. Las principales tecnologías de la empresa son la ingeniería eléctrica, conducción conectada, seguridad avanzada, conducción autónoma y la automatización de fábricas.
https://www.denso.com/global/en/
Fuente: Siemens
