Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño

Transcripción

1 Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño Informe técnico Mejora de productos manufacturados mediante la ampliación del uso de simulación digital y su avance en el proceso de diseño. Emitido por: Siemens PLM Software Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. Todos los derechos reservados.

2 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 2 Contenido Resumen ejecutivo... 3 Introducción... 4 Los retos de implementar la simulación en el diseño... 5 El valor de la simulación en el diseño... 6 La función de NX... 6 Beneficios del mundo real... 6 Conclusión... 9 Referencias...10

3 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 3 Resumen ejecutivo Todas las empresas desarrollan una búsqueda continua para eliminar desperdicio de procesos y aumentar la productividad. La simulación digital ha demostrado ser una alternativa rápida y económica para la realización de pruebas físicas, lo que permite considerar más opciones de diseño en plazos más breves. Hoy en día, las empresas buscan ampliar aun más el uso de simulación digital y su avance aun más anticipado en el proceso de diseño. Sin embargo, los retos de implementar una simulación en la estrategia de diseño incluyen la ausencia de un ambiente y proceso de ingeniería que pueda mantener el ritmo del equipo de diseño. Estos retos se exacerban con una matriz de herramientas CAE especializadas, dispersas, e inconectables entre sí, lo que crea datos redundantes y flujos de trabajo, y en última instancia, impide acelerar la simulación. La serie de desarrollo de productos digitales NX, de Siemens PLM Software, ayuda a las empresas a superar los retos facilitando una simulación anticipada en el ciclo de diseño. NX para simulación brinda amplitud y profundidad de la tecnología de análisis incorporada a un ambiente único de desarrollo de productos utilizado tanto por desarrolladores como ingenieros. El siguiente informe técnico destaca varios ejemplos de empresas que utilizan NX para ampliar simulación en el diseño y cómo obtienen valor hoy en día.

4 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 4 Introducción Desde el principio del diseño, los ingenieros han basado sus decisiones relacionadas con productos en la experiencia y pruebas físicas. A medida que aumenta la complejidad del diseño y los plazos se reducen, las pruebas físicas se consideran cada vez más un costoso cuello de botella. La simulación digital es una alternativa rápida y económica a las pruebas físicas. En el tiempo que demora una prueba, pueden efectuarse muchas simulaciones digitales. Como resultado de ello, se pueden considerar más opciones de diseño en plazos más breves, lo que te permite tomar decisiones más rápidas y mejores, y en última instancia, obtener mejores productos. Aberdeen Research 1 informa que mediante la integración de la simulación y el análisis en la primeras etapas del diseño, las mejores empresas pueden tomar mejores decisiones durante todo el proceso. Esto permite a los líderes obtener productos de mayor calidad y a menores costos, además de ofrecer innovaciones y funciones que distinguen a sus productos. En última instancia, esto se traduce en un aumento del 15% en los márgenes de ganancias por sus nuevos productos, tres veces lo logrado por sus colaboradores. La activación de la simulación en el diseño te permite mejoras de desempeño Cambio porcentual en los últimos 24 meses (n=157) -10% -5% 0% 5% 10% 15% Costo del producto -6% 3% Márgenes de ganancias de los productos de menos de dos años 5% 15% Los mejores Todos los demás Fuente: Aberdeen Group, abril de 2010.

5 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 5 Los retos de implementar la simulación en el diseño La implementación de una simulación digital ha tenido distintos niveles de éxito dado que el diseño integrado y la simulación requieren que las empresas adopten un ambiente y proceso de ingeniería que pueda mantener el ritmo del equipo de diseño. Este ambiente debe tener la suficiente rapidez como para que los ingenieros respondan preguntas de diseño, y la solidez como para brindar la confianza necesaria y poder reemplazar los procesos existentes (entre ellos, las pruebas físicas). Además, el ambiente debe soportar una comunidad de usuarios altamente diversa que va desde analistas avanzados, que necesitan acceso sin problemas a la geometría del diseño con el fin de ejecutar sofisticados análisis, hasta diseñadores que necesitan realizar sus propios análisis en las primeras etapas con confianza de que les señalarán la dirección indicada. Imagen de caja de engranes de molino de viento, cortesía de Nesys Engineering and Vergnet S.A. Debido a que los primeros sistemas de diseño carecían de las herramientas sólidas necesarias para la elaboración de modelos de análisis, los proveedores del nicho de CAE abordaron esta brecha y desarrollaron ambientes para soportar sus propios solvers. Al utilizar más de un solver, los equipos de ingeniería terminan por complicar más el problema. Como resultado de ello, los grupos de ingeniería requieren una gran cantidad de herramientas de análisis disímiles y desconectadas que se usan para cada tipo de análisis. La mayoría de estas herramientas carecen de las funcionalidades de geometría que les permitirían integrarse sin problemas al proceso de desarrollo de productos. Como resultado de ello, se pierde tiempo solicitando datos específicos a los equipos de diseño, y exportándolos e importándolos a sistemas en las definiciones de geometría se basan en diferentes matemáticas. Finalmente, debido a que los modelos de ingeniería son diferentes dependiendo de la física de ingeniería involucrada, los ingenieros a menudo ajustan la topología de la estructura para que sea compatible con su modelo de ingeniería, lo que en última instancia significa que estos usuarios tendrán que administrar manualmente un conjunto de representaciones geométricas diferentes para cada disciplina de ingeniería. Un reporte de Autosim, un consorcio europeo con interés en el uso de la simulación en la industria automovilística, señala: Del total de tiempo que necesitan los ingenieros para crear una simulación para un sistema o subsistema, el 80% se dedica a generar un modelo. 2 Cuando CPD Associates 3 consideró los impedimentos en el ciclo de diseño y simulación, descubrió que el 51% de las empresas que respondieron a esta encuesta mencionaron la limpieza de modelos es un problema crítico o importante para sus empresas. La limpieza de modelos antes del mallado interfiere en la capacidad de los analistas de CAE de reducir los tiempos de ciclo. Incluso las mejores soluciones de nicho parecen no poder seguir el ritmo de los cambios en el diseño, con usuarios que informan 4 que los cambios mínimos de diseño puede provocar la ruptura de las uniones utilizadas para sincronizar los modelos de análisis con la geometría del diseño. Con frecuencia, esto hace que los analistas reconstruyan completamente sus modelos de análisis cada vez que se produce un cambio en el diseño. Los proveedores del nicho de CAE carecen frecuentemente de justificación o recursos comerciales que permitan garantizar el soporte rápido de versiones específicas de las herramientas de diseño de algún socio. Asimismo, es poco probable que puedan soportar la integración con infraestructuras críticas, como sistemas de administración del ciclo de vida del producto (PLM) o administración de datos de productos (PDM). Estas limitaciones aumentan la incertidumbre y la complejidad de proyectar la programación, e impiden que las empresas obtengan resultados constantes según la programación.

6 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 6 El valor de la simulación en el diseño La función de NX NX es una poderosa serie de soluciones administradas e integradas de diseño, simulación y manufactura, que permite a las empresas aumentar la productividad en los ciclos de vida de todos los productos. Única en el mercado, NX para simulación brinda una tecnología de análisis de gran amplitud, profunda y altamente sólida, incorporada a una plataforma única de desarrollo de productos. El uso de NX para simulación y diseño proporciona a los equipos de productos actuales beneficios de productividad altamente visibles. Beneficios del mundo real Wirth Research se especializa en investigación, desarrollo, diseño y manufactura en la industria de las carreras automovilísticas y otros sectores de alta tecnología. Darren Davies, Gerente de Ingeniería, explica que es importante contar con una única infraestructura de diseño integrada para poder proyectar el éxito. Al igual que el 90% de las empresas del mundo, somos una empresa entre pequeña y mediana, en nuestro caso con alrededor de 50 empleados, y mantenemos el diseño y CAE (ingeniería y simulación) en un solo lugar. Imagen, cortesía de Wirth Research. Paul Crooks, Director del equipo de diseño de la empresa, nos da un ejemplo del enfoque de la empresa (en este caso, aplicado a un automóvil de carreras): Uno de los principales objetivos de diseño fue el de mantener la gran ligereza de la parte posterior del automóvil. Esto exigió un cambio en el concepto completo de la caja de engranes. Tuvimos que cambiar el diseño de magnesio por una caja de aluminio de paredes delgadas. Gracias a NX, los equipos de diseño pudieron cambiar el espesor de las paredes de la caja de engranes con un solo parámetro (más de 4,000 funciones, diferentes combinaciones de bandas, orificios, soportes, etc.). El modelo de diseño se regeneró en menos de 30 minutos, lo que llevó a una actualización automática del modelo de análisis, lo que a su vez permitió a los ingenieros revisar los resultados justo tres horas después. Este proceso rápido basado en NX contrasta con un proceso de análisis anterior que requería 10 días y la participación de consultores externos. Hasta que llegó NX con sus herramientas de CAE integradas, el mismo proceso tomó dos semanas, y sin poder comprobar los mejores y peores casos con mucha rapidez en algún momento del proceso de diseño, no hubiéramos tenido la confianza de usar una pieza fundida de paredes delgadas. En muchas empresas, los especialistas de CAE necesitan acceso a herramientas de geometría avanzada a fin de realizar análisis en forma más oportuna y rápida. Las funcionalidades únicas de edición directa de NX, que forman parte de su funcionalidad de Synchronous Technology, simplifican la manera en que los ingenieros pueden trabajar con la geometría del diseño. Debido a que los ingenieros no necesitan aprender la forma de usar el sistema CAD ni comprender el historial de funciones de cómo se fabricó una parte, pueden controlar en forma intuitiva y cambiar la geometría directamente usando algunos iconos. Synchronous Technology es una innovación para la comunidad de ingeniería, particularmente para los especialistas avanzados en CAE. En una conferencia reciente patrocinada por Siemens PLM Software, Emmanuelle Crespin de Nesys, una empresa consultora de ingeniería de Francia, explicó la forma en que su empresa logró reducir un proceso de modelado de cuatro días en un 70%. En este caso, su empresa debió analizar una caja de engranes usada en la parte superior de una gran turbina eólica. La geometría de la caja de engranes era altamente compleja y requirió una simplificación considerable antes de que se pudiera interconectar. Mediante las herramientas y los procesos tradicionales de CAE, los ingenieros de Nesys demoraron cuatro días en preparar la geometría antes de que se pudiera incluso mallar. Nesys decidió probar NX y descubrió que Synchronous Technology permitió separar las operaciones rápidamente del modelo en una fracción del tiempo que demoró con las herramientas autónomas de CAE.

7 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 7 Jerry Baffa, de Damen Shipyards está de acuerdo: Cuando los resultados de los análisis demandan cambios en el diseño, podemos aplicarlos eficientemente usando (NX) Synchronous Technology. La nueva interconexión se realiza sin esfuerzo y tiene como resultado ciclos de diseño muy cortos. Sin embargo, la manipulación de la geometría es sólo es una parte de la solución. Los ingenieros también necesitan reparar y eliminar rápidamente las interferencias en la geometría. Un buen ejemplo de la industria aeroespacial es un cliente de NX que descubrió que perdía muchísimo tiempo debido a problemas de geometría al ir a un sistema de análisis externo (ANSYS). Se perdieron cincuenta y seis días a causa de los pequeños bordes. El reemplazo del ambiente previo y posterior de ANSYS con NX permitió a esta empresa reducir un proceso de caso de prueba de una semana a medio día (permitiendo una mejora del proceso de 10:1). Las estimaciones del impacto en un flujo de trabajo más completo sugieren que la corrección de la geometría permite ahorrar dos semanas. Además de esto, la eliminación de la necesidad de traducción permite ahorrar dos semanas más, mientras que el vínculo asociativo entre diseño y FEM permite ahorrar otras dos semanas. Considerando el total de ahorro, seis semanas resulta impresionante, en especial si se toma en cuenta que, por cada ciclo, la empresa lleva 26 modelos del diseño al análisis. Los analistas de ingeniería expertos obtienen ventajas considerables gracias al uso de un conjunto amplio y profundo de capacidades CAE además del ambiente de geometría avanzada de NX. Los ingenieros pueden trabajar de muchas maneras diferentes a fin de construir modelos. Pueden usar entidades CAE con o sin geometría, como una masa puntual para reemplazar un ventilador. Por ejemplo, el ventilador se puede conectar a las entidades CAE o la geometría del diseño con elementos rígidos que se usan para distribuir la carga a donde se ubican los pernos. Las cargas y restricciones también se pueden aplicar a la geometría y a entidades CAE. NX alcanza su máximo esplendor al convertir la topología del diseño para su análisis. Los modelos de diseño y análisis son completamente asociativos, lo que significa que NX puede actualizar la topología de análisis a medida que cambia el diseño. Los cortes transversales que representan barras y vigas se pueden reemplazar fácilmente por topología simplificada de análisis, mientras que las cargas y restricciones se pueden aplicar a la geometría original y a las entidades FEA correspondientes. Al estudiar el flujo de aire en el interior de un edificio o la carcasa de una computadora, el flujo de aire se puede asociar fácilmente con la ubicación del ventilador o extractor, lo que convierte al modelado en algo muy intuitivo. Según Davies: La ventaja de NX radica en que no es sólo un paquete de CAD. Utilizamos el mismo paquete y las herramientas de FE dentro del set a fin de analizar las partes que estamos diseñando. Al contar con todo en un solo paquete, no hay gastos generales en términos de cambio de diseño a simulación y a ingeniería virtual. Toda la operación se realiza completamente sin problemas. Los ingenieros y diseñadores que aprovechan la simulación tienen antecedentes y experiencias variadas y muy diferentes. Estas diferencias pueden afectar a la exactitud de la simulación y, en última instancia, a la confianza en los resultados. Las herramientas CAE de NX permiten a las empresas capturar y crear plantillas de los métodos de análisis demostrados de modo que los ingenieros y diseñadores con diferente especialización los puedan repetir. Por ejemplo, si una empresa que fabrica soportes de montaje tiene un proceso repetible que consiste en un conjunto específico de pasos de análisis, puede capturar y reutilizar dicho proceso sin escribir un código personalizado. La elaboración de plantilla de análisis reutilizables permite a los diseñadores ejecutar por sí solos confiadamente ciertos análisis y repetir sus propios diseños con mayor rapidez que tener que esperar los comentarios del equipo de CAE. Esto permite que el ingeniero especialista se centre en problemas más complejos. Entregamos plantillas de la forma en que queremos que la estructura de FE se analice para que los ingenieros de diseño en realidad analicen sus propios diseños, explica Davies. Esta funcionalidad incorporada de análisis de tensión de NX permite a todos nuestros diseñadores realizar análisis rápidos de los componentes en sí con restricciones predescritas y técnicas de carga que ya preparó el grupo de análisis. Adams Golf utiliza la solución integrada de CFD NX, NX Flow, para que su equipo de diseño pueda comprender cómo afectan los cambios y las características geométricas específicas a la resistencia aerodinámica del driver y la velocidad de la pelota. Scott Burnett, Director de Desarrollo de productos avanzados, dice: Hemos utilizado NX Flow para desarrollar el último par de productos. Ahora es casi una parte integral del proceso de diseño de cabezas de drivers.

8 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 8 La historia del driver Speedline es un buen ejemplo de la implementación de NX en un proceso, señala Burnett. El primer driver Speedline se desarrolló realmente mediante lo que se podría denominar el proceso antiguo. Hicimos un prototipo, sacamos muchas conclusiones sobre la aerodinámica e hicimos muchos cambios. Entonces lo que NX nos permitió hacer en la nueva generación del driver fue obtener un respaldo del tamaño de esas caras. Pudimos hacerlo al expandir las caras hacia arriba y luego hacer muchas iteraciones en CFD, dentro de NX Flow, para que el arrastre volviera adonde había estado el driver Speedline original. Adams Golf aplicó este conocimiento al desarrollo de productos, dando origen a la versión 2009 de su driver Speedline. Desde su lanzamiento, el driver ha participado de varias victorias en giras. Golf Digest le otorgó al driver Adams Speedline el premio Gold Winner 2009, afirmando que existe la sensación de que Adams descubrió algo que los demás ignoraron.

9 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 9 Conclusión Hoy en día, todas las empresas desarrollan una búsqueda continua de eliminación de los desechos del proceso y el aumento de la productividad. Citando a Darren Davies de Wirth: El caso de negocio para el uso de NX para CAE es inmenso e indisputable. Nuestra productividad y la eficiencia de nuestra ingeniería han aumentado considerablemente con respecto a la medida normal, y los costos de desarrollo se fueron en picada. Tenemos que realizar menos pasos, pero con cada uno de ellos, aumentan las ganancias y disminuyen los gastos.

10 Informe técnico Cómo permitir la simulación en el ciclo de diseño 10 Referencias 1. The Impact of Strategic Simulation on Product Profitability, Aberdeen Research, junio de Current and Future Technologies in Automotive Engineering Simulation (CAE), NAFEMS, ISBN The CAD/CAE Iterative Cycle: Model Clean Up, Ken Versprille, PLM Research Director, CPD Associates, mayo de Muchas de las referencias están disponibles en los foros de usuarios y en los grupos de discusión en línea.

11 Acerca de Siemens PLM Software Siemens PLM Software, unidad de negocios de la división de Siemens Industry Automation, es un proveedor líder a nivel mundial de programas de software y servicios para la administración del ciclo de vida del producto (PLM) y cuenta con 6.7 millones de licencias y más de 69,500 clientes en todo el mundo. Con sus oficinas centrales en Plano, Texas, Siemens PLM Software trabaja en colaboración con empresas que brindan soluciones abiertas y que ayudan a transformar más ideas en productos exitosos. Para obtener más información sobre los productos y servicios de Siemens PLM Software, visite Siemens PLM Software Oficina central México Granite Park One 5800 Granite Parkway Suite 600 Plano, TX USA Fax Av. Santa Fe #505 Ofic. 201 Col. Cruz Manca Delg. Cuajimalpa México, D.F México 52 (55) Fax 52 (55) Monterrey Pabellón Tec Local 38-9 Av. Eugenio Garza Sada #427 Sur Col. Altavista Monterrey, N.L México 52 (81) Fax 52 (81) Sin Costo: Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. Todos los derechos reservados. Siemens y el logotipo de Siemens son marcas comerciales registradas de Siemens AG. D-Cubed, Femap, Geolus, GO PLM, I-deas, Insight, JT, NX, Parasolid, Solid Edge, Teamcenter, Tecnomatix y Velocity Series son marcas comerciales o marcas comerciales registradas de Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. o sus subsidiarias en los Estados Unidos y en otros países. Todos los demás logotipos, marcas comerciales, marcas comerciales registradas o marcas de servicio que se utilizan en el presente documento son propiedad de sus respectivos dueños. X17-LA /11 L