CUPRA optimiza el diseño y la fabricación de los componentes de sus vehículos con el software PTC Creo

Hay pocos deportes en los que se pueda ir tan al límite como en las carreras de coches de competición. Detrás de cada curva, de cada aceleración y de cada adelantamiento está la habilidad y la destreza de un piloto entrenado para superarse a sí mismo en cada tramo de la pista. Y también está el trabajo de un equipo de ingeniería para hacer coches cada día más competitivos al impulsar la innovación en su diseño. De eso, precisamente, sabe mucho la marca CUPRA. De hecho, gracias al software CAD y PLM de PTC, ha conseguido optimizar el proceso de diseño y fabricación de los componentes de sus vehículos. Y con ello ha obtenido un rendimiento que continúa dejando huella en los circuitos de carreras.

CUPRA nació en 2018, una marca desafiante y alejada de lo convencional, basada en un estilo estimulante y en el rendimiento contemporáneo que inspira al mundo desde Barcelona con vehículos y experiencias vanguardistas. En 2021, la marca ha estado presente en 70 carreras previstas para esta temporada en series y campeonatos TCR mundiales, continentales y nacionales. Mientras tanto, la marca continúa con su estrategia de electrificación mediante su participación en Extreme E y PURE ETCR. No en vano, la creación del CUPRA e-Racer, el primer turismo 100% eléctrico del mundo, fue la prueba inicial de las capacidades tecnológicas de la marca. Su objetivo es contribuir al desarrollo futuro de este coche de carreras y adquirir conocimientos sobre motores eléctricos de alto rendimiento que luego pueda aplicar en sus modelos de calle.

De la pantalla a la realidad

Ahora bien, poder dar lo máximo de sí en la pista implica muchas horas de trabajo, esfuerzo y dedicación para hacer un coche totalmente competitivo. Y parte de esa labor tiene que ver con el proceso de diseño y creación de los componentes de los vehículos.

Esta tarea, en el caso de CUPRA, tuvo un punto de inflexión en el año 1998, momento en el que empezaron a trabajar con el software paramétrico de PTC, que por aquel entonces se llamaba Pro/ENGINEER. De hecho, antes de su implantación había piezas que el equipo ni siquiera podía llegar a diseñar, simplemente debido a su complejidad. En ese momento, el software paramétrico de PTC les aportó capacidades que no tenían como evolucionar los componentes mucho más rápido y testear así su rendimiento. “Empezar a usar el software paramétrico de PTC supuso una revolución. De hecho, nos cambió la forma de diseñar. Ganamos en eficiencia y en facilidad a la hora de realizar cualquier cambio. Además, redujo mucho el tiempo de desarrollo y el lanzamiento de piezas y aumentó su calidad”, explica Jaume Tarroja, responsable de Diseño de Vehículo Completo en CUPRA Racing.

Una evolución exponencial utilizando PTC Creo

Al principio, se comenzó con las funciones básicas que traía el programa. Con el aumento de las exigencias, fueron incorporando nuevos módulos que les han hecho el trabajo mucho más cómodo y rápido a la hora de diseñar nuevos componentes para sus vehículos. “Antes diseñábamos los componentes en 2D y luego se enviaban a fabricar, con los consiguientes errores que se podían producir. Ahora nos podemos permitir el lujo de tener el coche en 3D con todos los componentes montados. De hecho, podemos visualizar en la pantalla del ordenador el coche entero, que podemos modificar sin que se produzca ninguna alteración en su diseño y con un entorno totalmente estable. Para nosotros ha sido un gran paso adelante”, afirma Tarroja.

Aunque el equipo de CUPRA aprovecha al máximo el software Creo, destaca su uso en cuatro áreas:

• Top-Down Design. Mediante un diseño de arriba a abajo, los ingenieros pueden usar un modelo de esqueleto para definir la estructura general de los vehículos. Asociado a ello, los ingenieros pueden diseñar y ensamblar sus componentes con la ventaja de que si se produce un rediseño o variación del modelo de esqueleto esos cambios se extienden automáticamente a todos los componentes. Al incorporar un mecanismo cinemático con el modelo de esqueleto, los ingenieros pueden simular rápidamente el movimiento real del vehículo para determinar cualquier interferencia o colisión entre los componentes. Para CUPRA, su uso es un paso fundamental que ahorra muchos errores y horas de repetición de diseños.
• Simulación de las piezas por elementos finitos. Esta opción permite simular los esfuerzos que los componentes van a recibir en una situación real. Da una visión muy precisa de si el diseño ideado es el adecuado y sus posibles puntos débiles.
• Sheet Metal. Facilita la creación de componentes de metal. Desde el principio de su utilización ha ayudado a la empresa a conseguir piezas más ligeras, con un mayor rendimiento, mejores resultados y ahorro económico.
• Piping y Cabling. Permite simular el trazado del cableado eléctrico y la refrigeración. Esto ha sido un gran paso adelante por parte de CUPRA. Hay que tener en cuenta que antes se maquetaba un prototipo, se lo entregaban al proveedor y este lo reproducía. Ahora, gracias a PTC, se puede simular todo con el ordenador, incluido el sistema de cableado y tuberías, de forma que cuando la pieza se fabrica, todo funcione bien a la primera.

Y mención aparte merece la función de creación de superficies paramétricas y de estilo libre, que en el caso de CUPRA se utiliza en el diseño de los componentes. No en vano, permite moldear libremente y de forma detallada las curvas y las formas de las piezas desarrolladas. Todo ello utilizando prestaciones de modelado de subdivisiones, lo que proporciona un mayor control de la superficie y un detalle más fino sin alterar la forma existente. Claro que aparte de todas estas prestaciones, en la hoja de ruta de CUPRA está incorporar en el futuro nuevas funciones de PTC Creo que les hagan aún más competitivos. Entre los módulos que implementarán se encuentran el de diseño generativo controlado por IA, el de diseño optimizado para la fabricación aditiva y el de modelado por comportamiento. Y es que, como apunta Tarroja, “en el ámbito del diseño de componentes mecánicos, PTC Creo nos ofrece la estabilidad y la precisión que no hemos encontrado en otras soluciones”.

Es más, como complemento a lo anterior, también trabaja con el software PLM Windchill. Esta solución es un sistema de gestión de la información que permite integrar datos y procesos a lo largo de todo el ciclo de vida de un componente de forma eficaz y económica, partiendo de la idea inicial, el diseño y la fabricación, y llegando hasta el mantenimiento final del producto. En el caso de CUPRA, la instalación de esta aplicación en 2014 supuso un gran paso adelante para la gestión de sus productos. Con Windchill se puede modificar desde un componente hasta el vehículo completo con la certeza de que todo el equipo lo tendrá actualizado al instante con un simple clic y con la última versión disponible. Esto reduce errores y pérdidas de tiempo.

Dos décadas optimizando el proceso de diseño y fabricación de componentes

Después de más de veinte años utilizando las soluciones de PTC, CUPRA se siente muy satisfecha con el resultado. Tal y como asegura Tarroja, “en el mundo de la competición cada año tienes que superar el coche que hiciste el año anterior. Hay una necesidad de mejora constante y siempre con el punto de mira de reducir el coste de su fabricación”, afirma. Y en ese proceso han representado un papel fundamental las soluciones de PTC. “Siempre hemos visto que las herramientas de diseño de PTC han evolucionado paralelamente a como lo ha hecho el mundo de la industria, lo que ha aumentado nuestras posibilidades de mejora”, puntualiza.

Esto, además, ha proporcionado una serie de beneficios a CUPRA, algunos de los cuales se pueden enumerar. Por ejemplo, ha aumentado su efectividad en el diseño de las piezas. “Al crear el componente en el ordenador en 3D y poder realizar en él todas las pruebas de estrés antes de fabricar la pieza, podemos reducir los errores de diseño. Así, cuando se fabrica, la pieza funciona perfectamente a la primera. De esta forma, el tiempo dedicado al desarrollo de un vehículo nuevo puede reducirse en más de un 20%”, asegura Tarroja.

Paralelamente a esto, también han conseguido una disminución del peso de los componentes y una optimización del proceso. De hecho, los componentes normalmente tienen una optimización de peso de alrededor del 10%, sin que suponga una reducción de sus propiedades mecánicas. Esto se consigue, en gran parte, gracias a los módulos de elementos finitos. Y todo ello proporciona una reducción del coste de los componentes de alrededor de un 15%, sobre todo gracias a la implementación del módulo de sheet-metal.

Finalmente, el tiempo de diseño y fabricación también se ha visto disminuido. Un ejemplo claro de esto es el desarrollo de la mangueta, una pieza de alta complejidad que se encarga de conectar todos los elementos del eje delantero. Gracias al trabajo del equipo de CUPRA con las herramientas de PTC, el componente se ha perfeccionado reduciendo el peso, manteniendo sus propiedades mecánicas y todo ello con un alto grado de eficacia imposible de conseguir sin el software Creo. De esta forma, como comenta Tarroja, “aunque el tiempo de desarrollo de un componente varía, porque depende de la complejidad y del volumen de la pieza, actualmente, con PTC Creo, son muy bajos. De hecho, en dos semanas podemos tener el componente listo para fabricar”, reconoce.

En definitiva, gracias al software paramétrico de PTC, ahora CUPRA tiene mucho más fácil su objetivo de hacer avanzar el mundo de las carreras de vehículos de competición.

PTC

https://www.ptc.com

págs. 32 a 34.