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Las empresas de automoci¨®n se esfuerzan por desarrollar soluciones de movilidad disruptivas y sostenibles. Sus objetivos de reducci¨®n de carbono se traducen principalmente en objetivos de reducci¨®n de peso, adapt¨¢ndose a lo que supone el incremento de la gama de veh¨ªculos el¨¦ctricos. La introducci¨®n de nuevos materiales y procesos puede ser muy complicada en lo que respecta a la viabilidad, tambi¨¦n para el rendimiento del producto final, algo que nadie est¨¢ dispuesto a poner en peligro. Sin mencionar el coste: el desarrollo de productos que involucran nuevos materiales y procesos en los que no se tiene experiencia es inevitablemente arriesgado y con mucha incertidumbre. Siga leyendo para conocer las evaluaciones de viabilidad, la predicci¨®n del proceso de ensamblaje y la validaci¨®n del rendimiento: todo virtual, rentable y "a la primera".

Del uso de la simulaci¨®n num¨¦rica puntual a la creaci¨®n de prototipos virtuales de incio a fin.

Durante las ¨²ltimas d¨¦cadas, la simulaci¨®n num¨¦rica ha sido fundamental para permitir a los OEM evaluar la viabilidad de fabricaci¨®n y, evaluar y validar el rendimiento de un dise?o. Sin embargo, todav¨ªa, las decisiones de fabricaci¨®n de carrocer¨ªas se toman relativamente tarde en el proceso, a veces despu¨¦s de que el dise?o ya est¨¦ finalizado, por lo que los fabricantes de automoci¨®n todav¨ªa dependen en gran medida de las pruebas f¨ªsicas. A menudo, los ingenieros detectan distorsiones en el ensamblaje de la carrocer¨ªa demasiado tarde (imagen 1).

El reto y necesidad de anticipar las decisiones de fabricaci¨®n es algo que viene interesando desde hace tiempo. Pero los requerimientos de coste por dise?o hace que cada vez sea m¨¢s ansiado. De hecho, la mejor pr¨¢ctica es encontrar un dise?o ¨®ptimo lo antes posible y validarlo en las fases de ingenier¨ªa, y esto de una manera altamente predictiva, para evitar prototipos costosos y cambios de dise?o tard¨ªos durante la validaci¨®n de preproducci¨®n de fabricaci¨®n. Lograr un dise?o tan ¨®ptimo a trav¨¦s de un enfoque puramente digital no es sencillo. Es necesario tener en cuenta dos aspectos principales para garantizar un camino fluido hasta la producci¨®n en serie (imagen 2).

Fabricaci¨®n de partes sencillas: La simulaci¨®n detallada de lo que ser¨¢  la fabricaci¨®n de una sola pieza es algo establecido en la industria. Sin embargo, normalmente aparece algo tarde en el flujo de trabajo, porque los ingenieros deben definir primero varios entornos de herramientas. Con el auge de los materiales mixtos avanzados, los fabricantes de autom¨®viles necesitan tener confianza al inicio, para tomar las decisiones correctas sobre qu¨¦ material funciona mejor en qu¨¦ lugar. Por lo tanto, es muy importante poder estimar la viabilidad de fabricaci¨®n desde el principio, cuando se generan los primeros datos CAD y la lista de materiales (BOM). La creaci¨®n de prototipos virtuales permite a los ingenieros considerar toda esta informaci¨®n en las primeras fases de desarrollo y, con ello, mejorar la predictividad de la funci¨®n y la validaci¨®n del rendimiento, as¨ª como la simulaci¨®n del proceso de ensamblaje, incluso antes de las herramientas de proceso y las definiciones de matrices.

Proceso de Uni¨®n: Las posibilidades de unir conjuntos de m¨²ltiples materiales son numerosas. Para encontrar la combinaci¨®n adecuada, es crucial modelar y simular con precisi¨®n el proceso de uni¨®n. Adem¨¢s, los ingenieros deben tener en cuenta el impacto del proceso de uni¨®n en las geometr¨ªas de las piezas para predecir la calidad de los ensamblajes. El objetivo final es siempre tener la mejor predictividad lo antes posible, con un tiempo de c¨¢lculo m¨ªnimo. En la ¨²ltima fase de validaci¨®n previa a la producci¨®n, las primeras piezas f¨ªsicas se enviar¨ªan normalmente desde diferentes proveedores y ubicaciones a las plantas de ensamblaje OEM para verificar las tolerancias y la calidad del ensamblaje final. Para superar esta costosa log¨ªstica, el prototipado virtual permite a los ingenieros utilizar en su lugar escaneos 3D de las piezas individuales m¨¢s el impacto del proceso de uni¨®n como entrada para su simulaci¨®n de ensamblaje. En consecuencia, se pueden anticipar las desviaciones de las tolerancias de las piezas y los conjuntos y evitar las costosas fases de prueba y error.

Adem¨¢s, la captura digital 3D, pueden ya reemplazarse por resultados digitales de los procesos de fabricaci¨®n como la estampaci¨®n. Como consecuencia, las distorsiones y tolerancias en la carrocer¨ªa y el chasis, as¨ª como la calidad percibida en los ensambles de paneles de clase A, pueden analizarse y predecirse ya en las primeras fases de desarrollo, asegurando que el producto final se pueda producir y ensamblar con el m¨¢s alto est¨¢ndar de calidad dentro de la rango de tolerancia especificado.

En pocas palabras: la creaci¨®n de prototipos virtuales representa un enfoque de inicio a fin, para la validaci¨®n temprana de las opciones de materiales y dise?o, la estrategia del proceso de fabricaci¨®n y ensamblaje, con beneficios significativos durante todo el ciclo de desarrollo de la carrocer¨ªa. Permite a los fabricantes de automoci¨®n, validar de manera efectiva los mejores materiales ligeros para las estructuras de veh¨ªculos, componentes cr¨ªticos para la seguridad y asociar los procesos de uni¨®n ¨®ptimos para lograr ensamblajes con la mejor relaci¨®n rendimiento / coste / calidad.

Esto es una garant¨ªa tan s¨®lida, que ofrece confianza inicial sobre la estrategia de producci¨®n correcta, antes de pasar al mundo f¨ªsico. Esto allana el camino a lo que ser¨¢ una f¨¢brica de carrocer¨ªa digital en la que los fabricantes de autom¨®viles pueden progresar hacia cero prototipos f¨ªsicos, lo que en ¨²ltima instancia acorta el ciclo general de desarrollo del producto y minimiza su coste y tiempo para el inicio de la producci¨®n (SOP).

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Caso de ?xito de cliente: Nissan redujo los tiempos de entrega de ingenier¨ªa aplicada a nuevos materiales ligeros hasta en un 50% 

Para abordar los objetivos de reducci¨®n de peso del Programa Verde de Nissan, el OEM japon¨¦s ha estado investigando el uso de materiales mixtos (ensamblajes de aluminio, acero y compuestos). Los ingenieros de Nissan utilizaron la soluci¨®n de simulaci¨®n ESI para la fabricaci¨®n de compuestos para desarrollar un nuevo m¨¦todo de proceso de moldeo por inyecci¨®n y moldeo por compresi¨®n, lo que gener¨® importantes ganancias de eficiencia para sus l¨ªneas de producci¨®n. Al cambiar el per¨ªodo de prueba y error, que suele ser largo y costoso, por el desarrollo de un nuevo proceso de fabricaci¨®n con simulaci¨®n num¨¦rica, los ingenieros de Nissan lograron tomar decisiones tempranas sobre tipos de materiales ligeros, al tiempo que aseguraban los requisitos de dise?o y los objetivos de producci¨®n. Seg¨²n su estimaci¨®n, lograron reducir el tiempo de espera de ingenier¨ªa hasta en un 50%.

En t¨¦rminos de resultados de fabricaci¨®n: justo antes de que ESI iniciara su primera conferencia ESI Live en noviembre de 2020, Nissan anunci¨® p¨²blicamente su avance en la producci¨®n de piezas de fibra de carbono. Pasaron de producir una pieza reforzada con fibra de carbono en dos horas a dos minutos, lo que redujo el tiempo de producci¨®n de un solo molde en un 80%. Esta agilidad tecnol¨®gica tambi¨¦n permite a Nissan producir piezas de formas complejas que permiten una reducci¨®n de peso promedio de 80 kg por veh¨ªculo.

Este logro fue posible en parte, gracias a la capacidad de tomar decisiones acertadas y a la optimizaci¨®n temprana, y gracias a las actividades sincronizadas tanto en el dise?o como en la ingenier¨ªa de fabricaci¨®n para los procesos de conformado, tratamiento t¨¦rmico, uni¨®n y montaje.

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