La Digitalización extremo a extremo del ciclo de vida de producto

Nos encontramos sumergidos en un mundo en donde la tecnología avanza a velocidades vertiginosas y en donde percibir los límites entre lo real y lo virtual se hace cada vez más difícil, en este contexto la industria también se vale de estos desarrollos y hace mucho tiempo el diseño de producto ha dejado de ser una mera interpretación de la geometría o la estética si no que va mucho más allá integrando toda una serie de disciplinas que tienen como objetivo final el desarrollo de un producto personalizado, sostenible, fácil de mantener, con nuevos materiales y formas. 

Algunas de estas soluciones se describen a continuación como parte fundamental del nuevo paradigma en diseño integral a través de un hilo digital que conecta toda la información de producto a lo largo de su ciclo de vida. (Fig. 1)

Evolución del Diseño de Producto

El Diseño Asistido por Ordenador (CAD) ha sido una pieza fundamental en la evolución del diseño de productos. A medida que la tecnología ha avanzado, los sistemas CAD han evolucionado posibilitando no solo diseños más complejos si no también el uso de algoritmos sofisticados para crear geometrías ‘convergentes’ que se pueden fabricar gracias a la impresión 3D. 

Esta transformación permite a los proyectistas ir más allá del diseño y colaborar en tiempo real a través de las plataformas en la nube y realizar un diseño colaborativo que puede integrar diferentes departamentos de ingeniería situados en diferentes localizaciones.

Gestión Integral de los datos: Integrando Flujos de Trabajo

La Gestión del Ciclo de Vida del Producto (PLM por su nombre en inglés) va más allá de ser una simple herramienta de gestión de documentos. Es la columna vertebral que va desde la conceptualización o ideación de un producto hasta el servicio que se requiera para su correcto funcionamiento. El PLM no solo gestiona los datos técnicos del diseño, o el de los requerimientos de producto, sino que también integra información relacionada con la fabricación, la cadena de suministro, el marketing y el servicio postventa. (Fig. 2)

La integración de flujos de trabajo en un sistema PLM permite una colaboración más estrecha entre los equipos multidisciplinarios. Los ingenieros pueden trabajar junto a otros equipos como puede ser marketing para entender las expectativas del cliente, mientras que los datos de la cadena de suministro se pueden incorporar para optimizar la producción. Esto no solo mejora la eficiencia operativa, sino que también asegura la coherencia y la calidad en todas las etapas del ciclo de vida del producto.

Simulación: Validando Productos y/o Procesos

Como se comenta más arriba, la simulación también ha evolucionado, pasando de ser solo una herramienta de análisis a ser una parte integral y esencial del proceso de diseño. Las soluciones de simulación permiten a los ingenieros prever el comportamiento de un producto sometido a diferentes condiciones sin necesidad de tener prototipos físicos que en muchos casos son costosos y que requieren un departamento especializado para su completo análisis. Entre las diferentes simulaciones que se pueden realizar encontramos las relacionadas con tensiones y deformaciones o simulaciones térmicas y dinámicas, entre otras, lo cual le asegura al producto una robustez y un rendimiento óptimo.

Gemelo Digital: Virtualizando Producto-Procesos

El concepto de gemelo digital implica la creación de una réplica digital de un producto o sistema, pero este gemelo digital va más allá de una simple representación geométrica si no que también incluye su comportamiento en todas las posibles condiciones de trabajo esperadas, permitiendo además la ejecución de un sin número de pruebas virtuales exhaustivas con el objeto de poder optimizar de manera continua el producto final que será de mejor calidad y con una mayor eficiencia.

Encontramos el gemelo digital a lo largo de todo el ciclo de vida del producto: hay un gemelo digital de producto en donde la geometría, el comportamiento físico, la mecatrónica se digitalizan; luego tenemos el gemelo digital de producción es decir la virtualización de los recursos necesarios y su interacción y comportamiento con los procesos de fabricación (Fig. 3) y aguas abajo en el desarrollo de producto tenemos el gemelo de ejecución en donde se valida la producción virtual, dependiendo de tipo de producto nos podemos encontrar con el gemelo digital de operación para recoger datos del gemelo físico real y realimentar y mejorar el diseño de producto.

Internet de las Cosas (IoT): IoT en el Diseño de Producto

El Internet de las Cosas (IoT) ha llevado la conectividad a un nivel completamente nuevo en el diseño de productos. La integración de sensores en productos permite la recopilación de datos en tiempo real sobre el rendimiento, el uso y las condiciones ambientales. Estos datos no solo ofrecen información valiosa para la mejora continua del producto, sino que también abren nuevas posibilidades para servicios adicionales basados en datos.

En este punto se enlaza el Internet de las Cosas (IoT) con los gemelos digitales y entra en juego como el hilo conductor que conecta los objetos físicos con el vasto mundo digital. Los productos diseñados avanzadamente no son meras entidades estáticas; están imbuidos de inteligencia. Sensores meticulosamente integrados, comunicación máquina a máquina y análisis de datos en la nube se entrelazan para crear una red de información en tiempo real (Fig. 4). Este tejido digital no solo mejora la funcionalidad del producto, sino que también brinda una visión continua del rendimiento de este. 

Desafíos y Oportunidades en la era del Diseño Avanzado

A pesar de los beneficios evidentes que ofrecen las soluciones mencionadas anteriormente es importante destacar la importancia de un trabajo que involucre tanto al cliente final como al proveedor de soluciones para asegurar el éxito de la implementación. Adicionalmente hay que asegurarse de la seguridad de los datos, actualización de las soluciones y la gestión de la gran cantidad de datos que se han de gestionar, así como también la salud de las redes de comunicaciones que se van a utilizar, todo esto para garantizar la eficiencia operativa.

Futuro de Diseño de Producto: Integración y Sostenibilidad

La integración de tecnologías en el diseño de productos seguirá evolucionando. La inteligencia artificial y la simulación jugarán un papel cada vez más importante en la optimización del diseño y la toma de decisiones. La realidad virtual y aumentada ofrecerán nuevas formas de interactuar con los productos y facilitarán la colaboración remota de manera aún más inmersiva.

La sostenibilidad se convertirá en un factor aún más crítico en el diseño de productos. La capacidad de modelar el impacto ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida del producto permitirá a los diseñadores tomar decisiones informadas para reducir la huella ecológica. La adopción de prácticas de diseño sostenible no solo será una responsabilidad ética, sino también una estrategia empresarial inteligente a medida que los consumidores valoran cada vez más la sostenibilidad.

En conclusión, el diseño avanzado de productos es una amalgama de tecnologías que no solo transforman la forma en que concebimos y creamos productos, sino que también definen el futuro de la innovación. La integración estratégica de CAD, PLM, simulación, IoT y gemelos digitales no solo impulsa la eficiencia operativa, sino que también cataliza la creación de productos más innovadores y sostenibles.

Clientes importantes en el mundo de diversas industrias ya han comenzado esta andadura y usan soluciones como NX para el CAX o Teamcenter para la gestión de la información e incluso hacen comisionado virtual probando productos y/o procesos de fabricación vinculando el gemelo digital como el creado en Tecnomatix con PLCs físicos o virtuales y empiezan a incluir la inteligencia artificial en estos modelos buscando la excelencia y el aprendizaje continuo.

Fernando Mera

PreSales Director 

Siemens Digital Industries Software

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Este artículo aparece publicado en el nº 550 de Automática e Instrumentación págs. 49 a 51.