Autor: Nand Kochhar, Vicepresidente de Automoción y Transporte, Siemens Digital Industries Software
Los vehículos actuales están repletos de sofisticados sistemas electrónicos y de software. Con todos los beneficios que esto aporta al rendimiento del vehículo, la creciente importancia del software y los sistemas electrónicos cambia drásticamente la forma en que los fabricantes evalúan los beneficios y los riesgos. La autonomía, por ejemplo, sin duda eleva el nivel mínimo de seguridad, pero también significa que los fabricantes de automóviles están asumiendo el riesgo que antes recaía en los conductores. Al mismo tiempo, la transición de los sistemas mecánicos a los vehículos eléctricos (VE) cambia la comprensión de la durabilidad del vehículo. Y una mayor dependencia de la electrónica conlleva desafíos de suministro debido a la expansión de la red de proveedores.
Para mantenerse competitivos y adaptarse a estas dinámicas cambiantes del mercado, los fabricantes de automóviles deberán acelerar la adopción de la transformación digital en sus herramientas y flujos de trabajo a medida que pasan de una definición mecánica de los vehículos al vehículo definido por software (VSD).
Este cambio en la industria automotriz se comprende mejor a través de tres tendencias: el crecimiento de los sistemas de propulsión de vehículos eléctricos, la proliferación de capacidades de conducción semiautónoma y la expansión de la digitalización al ámbito de la fabricación. Así como los propios productos experimentan una convergencia de hardware y software, también deberían evolucionar los procesos y volverse más digitales en el diseño, la fabricación y el mantenimiento de estos vehículos.
Revolucionando la colaboración para el éxito en los vehículos eléctricos (VE)
La electrificación fue la primera gran tendencia que impulsó a los fabricantes de automóviles a ir más allá de los enfoques tradicionales de diseño y fabricación de automóviles. Este alejamiento de los vehículos definidos mecánicamente ha llevado a muchas empresas a reexaminar la información que debe estar disponible para el conductor al volante de un VE. Esto, a su vez, impulsa a los fabricantes a reexaminar la arquitectura del software de sus vehículos y de los sistemas E/E.
El futuro de la electrificación de baterías estará fuertemente impulsado por la tecnología de baterías y la infraestructura de carga. Esto podría implicar un nuevo software de gestión de baterías para prolongar la vida útil de los paquetes de baterías al aprender el comportamiento de carga de los conductores en diferentes regiones o incluso de cada usuario. Otros fabricantes de equipos originales (OEM) pueden ofrecer más capacidades de carga una vez que un vehículo sale del concesionario, como lo hicieron Ford, Rivian y GM al adoptar el Estándar de Carga de América del Norte (NACS), lo que proporciona acceso a la red de Supercargadores existente de Tesla. Trabajando juntos, estos fabricantes implementaron una actualización de software junto con adaptadores de conexión física para proporcionar interoperabilidad de carga entre NACS y el Estándar de Carga Combinada 1 (CCS1). Independientemente de la aplicación, los OEM necesitan integraciones completas en sus redes de proveedores para gestionar las arquitecturas interdisciplinarias de los vehículos eléctricos.
Los hilos digitales facilitan esta integración al permitir a los fabricantes de automóviles establecer un flujo de datos estructurado para los flujos de trabajo a lo largo de todo el ciclo de vida del producto. Todas las disciplinas de diseño pueden acceder a los datos relevantes, lo que resulta en un diseño de producto más optimizado. Al digitalizar el desarrollo, se posibilita un intercambio bidireccional en tiempo real con los proveedores para federar los requisitos actualizados y comprender la disponibilidad o el abastecimiento de las piezas de los proveedores. Las sólidas conexiones en el gemelo digital, desde el diseño hasta la fabricación, permiten una transición rápida y fluida entre ambos dominios. La trazabilidad a lo largo del diseño, la producción y la operación también ayuda a garantizar actualizaciones inalámbricas precisas y rápidas durante la vida útil del vehículo, lo que aumenta el valor para los fabricantes de equipos originales (OEM) y los clientes. Como resultado, las empresas que aprovechen mejor el software para innovar y adaptarse a un mercado cada vez más dinámico obtendrán una importante ventaja competitiva.
Actualización de los flujos de trabajo de desarrollo para la autonomía
La autonomía en los vehículos aumenta de forma imperceptible, con la incorporación de las alertas de cambio de carril y el control de crucero adaptativo como estándar, y muchos fabricantes ofreciendo capacidades de conducción autónoma de Nivel 3. Sin embargo, lograr mayores capacidades autónomas requiere interconexiones más estrechas entre los sistemas mecánicos, eléctricos, electrónicos y de software, lo que incrementa la complejidad y el coste del desarrollo. Además, la transición a mayores niveles de autonomía en los vehículos de consumo se ve ralentizada por la magnitud del reto de verificación y validación que supone el dinámico tráfico urbano.
Se requerirá una colaboración interdisciplinaria optimizada durante el diseño para que la autonomía sea una estrategia de negocio más viable para los vehículos de pasajeros, lo que implica que los fabricantes de automóviles deben replantear la integración entre las disciplinas de ingeniería y evitar la creación temprana de prototipos. Aquí es donde el gemelo digital cobra importancia. Puede ayudar a los ingenieros a detectar posibles problemas durante las primeras simulaciones. Como resultado, los fabricantes de automóviles pueden resolver los problemas con mayor facilidad y hacerlo dentro del contexto de un gemelo digital de todo el vehículo. Asimismo, una solución totalmente digital puede proporcionar una mayor exploración del diseño para encontrar los diseños más óptimos en los dominios mecánico, eléctrico, electrónico y de software.
Romper con los silos tradicionales que existen entre estos diferentes dominios requerirá definir y comunicar digitalmente los requisitos del sistema durante todo el proceso. El enfoque tradicional de comunicación basado en documentos en un programa de vehículo conlleva un alto coste en tiempo y riesgo de malentendidos. Un error en la transmisión de los requisitos del sistema puede retrasar el desarrollo o, si no se aborda hasta una fase avanzada del programa, puede generar altos riesgos en características y funciones críticas para la seguridad, como los sistemas de conducción autónoma. En los contratos, un proceso digital ayuda a gestionar la complejidad y las implicaciones económicas del aumento de la electrónica y el software en las primeras etapas del proceso de diseño.
Además, cuando los requisitos del sistema se entregan dinámicamente a los proveedores con antelación, los subsistemas pueden validarse fácilmente junto con los sistemas conectados. Por ejemplo, un sensor para capacidades autónomas puede validarse con la placa de control, las interfaces mecánicas e incluso con pruebas de software en el bucle en las primeras etapas del proceso.
Los beneficios de un marco digital van mucho más allá del diseño y desarrollo inicial del producto. La mayor ventaja del flujo de trabajo digital basado en requisitos y basado en el gemelo digital integral es la trazabilidad y la accesibilidad a los datos. Comprender los requisitos en contexto puede mitigar los riesgos y proporcionar un flujo de trabajo más riguroso sin ralentizar el desarrollo.
La digitalización también aporta un valor inmenso una vez que un vehículo está en circulación. Al crear un mecanismo de retroalimentación digital entre la fábrica y el vehículo, los fabricantes de equipos originales (OEM) pueden seguir actualizando y mejorando la funcionalidad del software del vehículo. Por ejemplo, a medida que los vehículos en campo se enfrentan a nuevos escenarios de conducción o experimentan otros errores del sistema, los fabricantes de automóviles pueden aprovechar los datos de los vehículos en campo para mejorar su gemelo digital, proporcionar actualizaciones inalámbricas a los vehículos existentes y utilizar los datos para mejorar los vehículos aún en desarrollo. Esta continuidad de datos proporciona la flexibilidad y la escalabilidad que los OEM necesitan para implementar nuevas tecnologías autónomas, impulsar la innovación y mejorar la seguridad.
Entrega de productos más rápida con la Fabricación Inteligente
El desarrollo de funciones autónomas y la modernización de los sistemas de propulsión para la electrificación añaden tiempo y complejidad no solo al diseño del vehículo, sino también a su fabricación. Ante la creciente complejidad de las arquitecturas de SDV, los fabricantes de equipos originales (OEM) están recurriendo a tecnologías de fabricación inteligente para lograr operaciones flexibles, eficientes y sostenibles. La consiguiente implementación más rápida en la planta de producción permite a las empresas adaptarse con mayor rapidez en comparación con los problemas de la cadena de suministro de las redes globales de proveedores.
Gracias a un gemelo digital de la producción, los fabricantes ahora pueden optimizar la producción en el mundo virtual. Pueden explorar virtualmente todas las configuraciones posibles y, posteriormente, poner en marcha virtualmente las operaciones de la máquina con el mínimo tiempo de inactividad. Al conectar los mundos del diseño y la fabricación, el gemelo digital integral ayuda a las empresas a optimizar su valioso tiempo, a la vez que cumplen con los exigentes objetivos de calidad, sostenibilidad y plazos de comercialización. Además, la digitalización ayuda a optimizar el flujo de datos entre estos mundos y ofrece más oportunidades de adaptabilidad e innovación. Al fomentar una cultura de colaboración interfuncional con la fabricación inteligente impulsada por el gemelo digital integral, los fabricantes de automóviles pueden lograr operaciones flexibles, automatización de vanguardia y sostenibilidad proactiva. La fusión del mundo real y el digital permite comercializar con éxito la nueva generación de movilidad, con información práctica antes de la puesta en marcha física y durante toda la producción. Este cambio a la izquierda impulsa la fabricación sostenible y de alta calidad en los vehículos definidos por software (SDV).
Una revolución definida por software a través de la digitalización
El diseño y la fabricación de vehículos definidos por software (SDV) del futuro requieren una mayor colaboración entre los dominios de ingeniería, los fabricantes de automóviles y las cadenas de suministro globales de las que dependen. La transformación digital del diseño y la fabricación de automóviles es la solución para abordar el aumento de costes, tiempo y riesgos que el software y la electrónica suponen para la industria automotriz. La creación de un gemelo digital integral del SDV y un sólido hilo digital entre todas las disciplinas clave ayuda a garantizar que se cumplan y validen los requisitos generales del sistema. La digitalización proporciona el marco y la accesibilidad necesarios para alcanzar el éxito sostenible en la próxima gran transición de la industria automotriz.