El gemelo digital de los vehículos: cuando los modelos físicos y digitales se unen

La digitalización de Renault Group no es algo nuevo, pero se está intensificando a medida que la empresa se transforma en una «empresa tecnológica». Se trata de una orientación indispensable para hacer frente a la creciente complejidad tecnológica de los vehículos, a las exigencias técnicas y normativas cada vez más numerosas y a la mejora continua de los vehículos actuales y futuros, que ahora evolucionan en un universo conectado. Desde hace algunos años, las herramientas a disposición de los departamentos de Diseño e Ingeniería han evolucionado tanto que la realidad virtual se adelanta a la física. El gemelo digital existe antes que el propio vehículo. Explicaciones.

El gemelo digital: ¿qué es? 

Según el diccionario, un gemelo digital es la réplica digital de un objeto, un proceso o un sistema. En el sector de la automoción, los primeros gemelos digitales se creaban mediante la digitalización o la copia virtual de vehículos reales. Pieza por pieza, hasta el tornillo más pequeño. De ahí el término «gemelo». Con el avance tecnológico, el gemelo digital se crea ahora antes que su versión física. Su denominación es engañosa porque, en realidad, el gemelo digital está formado por todas las maquetas digitales y físicas del futuro objeto físico. De su madurez surgirá este último.

El gemelo digital: la industria automovilística ya no puede prescindir de él. Ha revolucionado los métodos de trabajo de los profesionales del diseño, la fabricación y la reparación de vehículos. Los departamentos de Diseño, Ingeniería, Fabricación y Posventa mejoran sus resultados, pueden «dialogar» entre sí en la nube en tiempo real y compartir una base de datos exhaustiva y actualizada durante toda la vida útil del vehículo. ¡Y eso lo cambia todo!

El nacimiento del gemelo digital

Durante el proceso de creación de un vehículo, el departamento de Diseño se encarga de crear la forma y el aspecto (carrocería, colores y materiales del vehículo), conciliando la estética, la funcionalidad y las limitaciones físicas. Es el primer departamento en diseñar una «parte» del gemelo digital, elaborando maquetas virtuales del exterior y el interior del futuro modelo. El objetivo de estas múltiples maquetas de «prueba» es lograr las mejores presentaciones y acabados posibles.

Las herramientas digitales de renderizado realista que se utilizan son tan avanzadas que los diseñadores pueden evaluar el aspecto y la calidad percibida de una carrocería o un habitáculo creados virtualmente. Pueden gestionar las texturas de las piezas, su ajuste e incluso los reflejos de las partes brillantes o acristaladas del coche. ¡Parece de verdad!

A continuación, el departamento de Diseño envía al de Ingeniería sus propuestas para el interior y el exterior del futuro vehículo en forma de datos digitales a través de la nube.

El nacimiento de los gemelos físicos

El departamento de Ingeniería toma el relevo del de Diseño y se encarga del desarrollo técnico del coche. A partir de los modelos digitales disponibles en la nube, crea virtualmente, paso a paso, un vehículo completo en 3D. Carrocería, chasis, arquitectura eléctrica y electrónica, motor… ¡no falta casi nada!

Gracias a sus herramientas de simulación numérica tridimensional, los ingenieros pueden colocar desde el principio a un ocupante virtual a bordo de un futuro vehículo, tal y como lo harían en un coche real. Mediante estas pruebas se validan, entre otras cosas, las restricciones de posicionamiento (ergonomía) y de la interfaz hombre-máquina (IHM).

La ingeniería garantiza la conformidad de todas las piezas, pero también de los sistemas (ayudas a la conducción, sensores, etc.). Gracias al gemelo digital, crea y prueba, tantas veces como sea necesario y sin límites físicos, cada elemento y equipo del coche para verificar su funcionamiento tanto a nivel de sistema como entre sistemas. No se deja absolutamente nada al azar: fabricabilidad, montabilidad, compatibilidad, durabilidad, etc.

Durante esta fase, los ingenieros utilizan el gemelo digital completo en simulaciones 3D e inmersivas para probar, por ejemplo, la aerodinámica de la carrocería, el rendimiento del motor, la gestión de la transmisión o incluso la eficacia del sistema de climatización mediante simulación virtual. ¡Todo se analiza minuciosamente!

Los modelos digitales también se someterán a pruebas de choque virtuales, simulaciones de conducción en carreteras virtuales, pruebas en túneles de viento «digitales», etc. Todas estas simulaciones se llevan a cabo mucho más rápidamente y en un número mucho mayor de lo que sería posible con las pruebas físicas. Con la digitalización completa de la creación y el diseño de un vehículo, las pruebas virtuales se realizan hasta dos años antes de las pruebas reales. Así se comprende el avance que supone la tecnología del gemelo digital.

Durante la fase de pruebas, cada decisión técnica acertada se plasma en una maqueta digital «óptima». Una vez completada, esta maqueta constituye el gemelo digital que se utiliza para diseñar la primera maqueta física. ¡Pasamos de la teoría a la práctica!

¡Por fin gemelos!

Tras las pruebas virtuales, llega el turno de las pruebas físicas con prototipos reales. A pesar de la digitalización, siguen siendo imprescindibles, ya que siempre serán los únicos que permitan obtener pruebas objetivas, las únicas «pruebas válidas para el cliente». Extremadamente costosos de producir, estos prototipos se fabrican a mano, de forma individual, ¡solo para ser sometidos a duras pruebas! Se someten a multitud de pruebas, en particular dinámicas, en las pistas de pruebas del centro técnico de Renault en Aubevoye. Esta fase de pruebas es ahora la etapa definitiva en la que todo se valida de forma definitiva antes del inicio de la producción en la fábrica.

Así pues, cada gemelo existe: el digital y el físico. A partir de ahora se acompañarán toda la vida.

¿Y ahora qué?

Enriquecido con todas las pruebas reales realizadas en los prototipos, el gemelo digital definitivo será utilizado por el departamento de fabricación para la producción del futuro vehículo de serie. Los proveedores utilizarán el clon virtual de cada pieza para fabricar la pieza física. Por su parte, la fábrica utilizará el gemelo digital completo para diseñar virtualmente la futura cadena de montaje, la futura configuración de sus máquinas-herramienta o incluso medir los futuros flujos (desplazamientos de los operarios, recorrido de las piezas, etc.). ¡El gemelo digital es una mina de información para todos!

Los gemelos se acompañan a lo largo de toda su existencia, pero llevan una vida separada. Antes de la fabricación del vehículo, el gemelo digital «alimenta» al físico. Una vez sale de fábrica, ocurre lo contrario. Los departamentos comerciales (logística, ventas y posventa) alimentan al gemelo digital con información sobre las devoluciones de los clientes, el control de calidad y las actualizaciones sobre el usode los coches «reales» a lo largo de su «vida útil».

Gracias a la virtualización, el tiempo total necesario para diseñar un nuevo vehículo se ha reducido en una cuarta parte. Es decir, se ha ganado un año. ¡Un avance extraordinario teniendo en cuenta la creciente complejidad tecnológica de los automóviles!
Aunque el aprendizaje empírico no va a desaparecer (por ahora), el futuro de la inteligencia artificial ampliará de forma exponencial el ámbito de aplicación y el rendimiento del aprendizaje digital. El gemelo digital es una tecnología fundamental e incluso imprescindible para Renault Group. En el diseño y la fabricación de vehículos, pero no solo ahí. Permite la mejora continua de los vehículos de Renault Group. Para mayor seguridad, comodidad y placer de los propietarios. Entonces, ¿a quién le damos las gracias?