La industria automotriz está viviendo una transformación a gran escala. Los cambios tecnológicos, las presiones sociales y las normativas medioambientales obligan a los vehículos a ser más sostenibles, seguros, accesibles e inteligentes.
En respuesta a estas tendencias y presiones, los fabricantes de automóviles están apostando por la electrificación y siguen invirtiendo en el desarrollo de funciones de conducción automatizada y vehículos autónomos (VA).
Nand Kochhar, vicepresidente de Automoción y Transporte en Siemens Digital Industries Software, comentó que el desarrollo de vehículos autónomos será cada vez más importante para el mercado mientras siga aumentando la competencia para producir vehículos con características nuevas y avanzadas.
“Hoy en día, los fabricantes automovilísticos deben centrarse en el desarrollo de características y funciones avanzadas para destacar en un panorama cada vez más competitivo. A medida que aumenta el énfasis en las funciones avanzadas de los vehículos autónomos, también aumenta el reto del diseño para los ingenieros”.
Los fabricantes automovilísticos tendrán que transformar aspectos fundamentales de sus empresas y organizaciones para satisfacer las demandas del futuro de la movilidad. Los años de desarrollo en sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS por sus siglas en inglés), electrificación de vehículos, software, electrónica y otras tecnologías están dando sus frutos, generando un cambio masivo en la composición del mercado automovilístico.
En el futuro de la movilidad abundan los retos de diseño
Los vehículos modernos son mucho más complejos que los de hace una década. Este aumento de la complejidad es el resultado de múltiples avances tecnológicos en la industria automovilística. La creciente estandarización de los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) ha contribuido a aumentar la potencia de procesamiento a bordo y el número de sensores, actuadores y redes en los vehículos modernos.
También se han generalizado los sistemas avanzados de infoentretenimiento, que muchos incluyen funciones de conexión para mejorar la experiencia de los pasajeros y actualizaciones por aire, lo que aumenta la complejidad de las redes eléctricas y electrónicas (E/E) y el software de los vehículos, entre otras cosas.
El software de los vehículos también ha evolucionado desde las funciones integradas de bajo nivel hasta los sistemas de software para todo el vehículo que pueden gestionar y controlar múltiples funciones del vehículo. Los vehículos autoconducidos tendrán un software aún más complejo que incorporará el aprendizaje automático y la inteligencia artificial para procesar los datos de los sensores, tomar decisiones y enviar instrucciones a todo el vehículo en tiempo real. Por lo tanto, los distintos subsistemas y ámbitos que componen un vehículo autodirigido, desde la electrónica y el software hasta los sistemas mecánicos, tendrán que interactuar continuamente mientras el vehículo está en marcha para apoyar este flujo de información a través del vehículo.
La digitalización ayuda a las empresas a superar los desafíos del futuro
Comienza con una transformación digital para el proceso de diseño de vehículos. La transformación digital permite a las empresas adoptar un nuevo enfoque del desarrollo y la ingeniería de soluciones de movilidad, vinculando todo su ciclo de vida a través de una red troncal digital que permite que la información fluya por toda la organización. Incluso las empresas asociadas pueden incorporarse de forma segura a la red troncal digital, lo que garantiza una colaboración más rápida y sencilla entre las organizaciones y favorece el rendimiento de cuentas con respecto a los objetivos generales.
La clave de este enfoque es un gemelo digital completo que abarque todos los aspectos del diseño y la fabricación del vehículo. Con un gemelo digital de este tipo, las empresas automovilísticas pueden eliminar los obstáculos entre los equipos de ingeniería de los ámbitos eléctricos, electrónicos, de software y mecánicos. Esto no sólo ayuda a las empresas a superar la complejidad de los VA, sino que también fomenta una nueva cultura de colaboración e innovación que les permitirá afrontar los desafíos futuros.
Entender el contexto general
El primer paso en el diseño de un nuevo VA consiste en describir el comportamiento previsto del vehículo, el entorno operativo y los objetivos de rendimiento. Es decir, los ingenieros deben determinar cómo funcionará el vehículo, cómo interactuará con el mundo exterior y el ecosistema en que se integrará.
Esta descripción incluye cómo interactuarán los distintos subsistemas del vehículo, así como las normativas pertinentes, las capacidades de fabricación y la cadena de suministro. En el caso de un VA, esto se extiende incluso a la infraestructura inteligente que rodea al vehículo: semáforos inteligentes, sistemas de gestión del tráfico urbano, etc.
Este proceso da lugar a una imagen del sistema de sistemas del vehículo y su entorno operativo. Para comenzar el diseño, esta imagen debe transformarse en un conjunto de requisitos y restricciones que definan el espacio de diseño, las limitaciones y las capacidades que necesitará el vehículo. Tradicionalmente, los equipos han intentado describir, desglosar y descomponer estos requisitos en toda la organización mediante un enfoque basado en documentos. Pero este planteamiento no es suficiente para hacer frente a la complejidad de los VA.
Gracias a la digitalización, estos requisitos que definen el panorama general del proceso de diseño pueden integrarse en el ciclo de vida del producto, lo que hace que el proceso de descomposición de los requisitos en toda la organización sea estructurado y rastreable. El resultado es una perspectiva más clara y detallada al más alto nivel de lo que debe hacer el vehículo, cómo debe comportarse, qué tamaño debe tener, qué tipo de parámetros de rendimiento debe cumplir y cómo interactuarán los distintos sistemas. A medida que se descompone esta descripción de alto nivel, los equipos de ingeniería obtienen objetivos y restricciones específicos para guiar el desarrollo de cada componente y subsistema.
La digitalización facilita la colaboración para enfrentarse a la complejidad
La digitalización del proceso de diseño de automóviles también puede mejorar y acelerar el trabajo de diseño de los distintos equipos de ingeniería que participan en la creación de un VA. El flujo de información en un proceso de diseño digitalizado no es unidireccional. Del mismo modo que los requisitos y las restricciones se descomponen y se transmiten en cascada a cada uno de los equipos de diseño, los datos de diseño de componentes y subsistemas, los resultados de las simulaciones y los cambios pueden comunicarse hasta el nivel del vehículo e incluso a través de otros equipos y dominios de ingeniería.
La capacidad de comunicarse rápida y eficazmente entre distintos ámbitos será fundamental. Los VA se basarán en sistemas de electrónica, software, dispositivos mecánicos y estructuras altamente integrados, así como en una arquitectura de red cada vez más complicada que lo unirá todo. Tradicionalmente, el desarrollo de estos sistemas se produce de forma aislada, lo que provoca problemas de integración cuando finalmente se unen. Como consecuencia, muchas empresas dedican hasta el 50% de su programa a los procesos de integración.
La digitalización permite a los equipos de ingeniería, incluso entre el OEM y los proveedores, empezar a trabajar juntos en una fase temprana del proceso de diseño. Los gemelos digitales avanzados para vehículos permiten crear un hilo digital que conecta personas, proyectos, modelos y datos para abordar con eficacia estos problemas complejos.
Las soluciones digitalizadas para el diseño y la simulación de circuitos electrónicos, CAD mecánico, dinámica de fluidos computacional (CFD, computational fluid dynamics por sus siglas en ingles), arquitecturas eléctricas y electrónicas (E/E), etc., ayudan a los equipos de ingeniería a diseñar desde una perspectiva holística del vehículo.
Los datos de ingeniería están disponibles para todas las partes interesadas, lo que permite simulaciones multidominio, optimización del diseño y verificación/validación temprana del trabajo de diseño. A medida que los sistemas se diseñan y perfeccionan para cumplir los requisitos, las soluciones de ingeniería digital también pueden ayudar a los equipos a evaluar y elegir entre las opciones de diseño según el coste, las propiedades térmicas, el consumo de energía, la utilización de la ECU, el peso y mucho más. Además, los cambios de ingeniería pueden comunicarse rápidamente a todos los equipos afectados, lo que garantiza que todos estén al día durante todo el proyecto del vehículo.
Crear el futuro de la movilidad a través de la digitalización
Uno de los grandes retos del futuro de la movilidad es superar la enorme complejidad que implica casi todos los aspectos del diseño de los VA. Las metodologías tradicionales de diseño de automóviles, que se basan en el seguimiento de los requisitos mediante documentos y en ámbitos de ingeniería compartimentados, presentan deficiencias fundamentales a la hora de abordar esta complejidad.
Hace falta adoptar un nuevo enfoque para el desarrollo de vehículos. Los fabricantes de VA deben adoptar la digitalización y romper los límites que a menudo existen entre los dominios de ingeniería y las fases de desarrollo del producto. La clave de este enfoque es un gemelo digital integral que capture todos los aspectos del diseño del vehículo. Con un gemelo digital de este tipo, los fabricantes de vehículos pueden conectar a los equipos de ingeniería de los ámbitos eléctrico, electrónico, de software y mecánico. En última instancia, esto significa que los fabricantes de VA podrán diseñar, verificar y validar plataformas de VA, garantizando los estándares más altos de seguridad, fiabilidad y comodidad para los pasajeros.
