Desde hace más de medio siglo, siendo probablemente el proyecto Manhattan, durante la segunda guerra mundial, la primera ocasión donde se utilizaron con este propósito, los ordenadores han ido constituyéndose en bancos de laboratorio cada vez más eficientes para realizar ensayos virtuales de fenómenos físicos de todo tipo.

modelo computacional cardíaco

Modelo computacional Cardíaco desarrollado por BSC

A partir del cálculo diferencial descubierto por Newton y Leibniz a finales del siglo XVII, se fueron formulando los modelos matemáticos de la física moderna, los cuales describen con precisión fenómenos como la mecánica celeste, la elasticidad de los sólidos, la transferencia de calor, el electromagnetismo o la mecánica de fluidos, mediante ecuaciones diferenciales ordinarias o en derivadas parciales. Este tipo de ecuaciones también ha permitido la modelización de fenómenos estudiados por otras disciplinas científicas, como la química, la biología, la economía o las ciencias sociales.

La aparición de las computadoras electrónicas a mediados del siglo pasado, junto con el desarrollo de los métodos numéricos de resolución de sistemas de ecuaciones diferenciales, permitió romper las barreras que restringían la resolución analítica de estos problemas matemáticos, que sólo era viable para geometrías y condiciones de contorno muy simples.

Este éxito indudable, junto con la exponencialmente creciente capacidad de cálculo de los ordenadores, ha hecho que hoy en dia podamos abordar la simulación numérica de prácticamente cualquier fenómeno. Los límites los fija en cada momento la potencia del hardware disponible.

Por otra parte, la informática gráfica, que ha tenido también un desarrollo igualmente espectacular, pone a nuestra disposición sistemas para la modelización geométrica muy precisa de los objetos del mundo real, los cuales proporcionan visualizaciones con un elevadísimo grado de realismo, entre otras importantes ventajas.

El fenómeno de software libre o de código abierto (open source), iniciado a principio de los 90 con la integración de GNU y linux, dando lugar a las distribuciones actuales del sistema operativo GNU/linux, ha propiciado la aparición de toda clase de herramientas informáticas gratuitas incluyendo software de Prototipado Virtual para la ingeniería, la investigación y el desarrollo.

Tipos de Prototipado Virtual

Podemos hablar de tres tipos fundamentales de prototipado virtual los cuales, a grandes rasgos, ofrecen las posibilidades que se indican a continuación:

  1. maqueta digital (CAD)
  • definición geométrica, diseño industrial
  • parametrización del diseño
  • visualización realista
  • input para procesos de impresión 3D
  1. cinemática de mecanismos
  • verificación funcional
  • analisis de interferencies
  • determinación de esfuerzos dinámicos
  1. mecánica computacional (CAE)
  • anáisis estructural
  • mecánica de fluidos
  • transferencia de calor
  • electromagnetismo
  • física acoplada

Ventajas del Prototipado Virtual

En los proyectos de desarrollo de producto, y también en la ingeniería de proceso, la utilización de las herramientas de Prototipado Virtual reduce drásticamente la necesidad de construcción de prototipos físicos y la realización de ensayos de laboratorio.

El uso de estas herramientas da al proyectista un conocimiento profundo del comportamiento del producto en condiciones de servicio, o del funcionamiento del proceso, pudiéndose revelar aspectos de los mismos que muchas veces no son discernibles en los ensayos con prototipos físicos.

El Prototipado Virtual permite probar más alternativas de solución a cada problema concreto que presente el proyecto, dando lugar a diseños más optimizados que con los métodos tradicionales.

Además, los ciclos de ingeniería se acortan significativamente y, en consecuencia, los costes de desarrollo se reducen por este motivo. El abaratamiento también proviene del hecho que disminuya o incluso se elimine la necesidad de construcción de prototipos físicos costosos.

En determinados sectores industriales tan avanzados como el aeronáutico se ha empezado ya a aceptar la certificación virtual de productos, basada en los resultados de las simulaciones o ensayos virtuales.

Oferta de Ideas2Value Network en Prototipado Virtual

Los conocimientos y experiencia en cuanto a Prototipado Virtual dentro de Ideas2Value Network son muy extensos, dando lugar a una oferta de servicios de gran calidad en las diversas disciplinas propias de estas tecnologías, tanto en la realización de simulaciones como en la transferencia de conocimiento sobre las mismas.

Las herramientas de Prototipado Virtual empleadas por Ideas2Value Network son de tipo software libre (open source) principalmente, distribuidas bajo uno de los tipos de licencia siguientes:

  • GNU GPL (GNU General Public License), que permite la copia, distribución y modificación libres del programa, obligando a que las modificaciones se distribuyan también bajo licencia GPL
  • GNU LGPL (GNU Lesser General Public License), variante del anterior permitiendo que el software propietario pueda usar librerías y aplicaciones bajo esta licencia

El uso del software libre es gratuito y en consecuencia el único coste que tiene es el de adquisición de know-how. A continuación una relación de herramientas dentro de los distintos ámbitos de Prototipado Virtual:

maqueta digital

analisis cinematico

analisis cinematico2

analisis estructural

analisis termomecanico

analisis termo-fluidodinamico

Lluís Martinez Biscarri

Lluís M. Biscarri

llbiscarri@ideas2value.net