El diseño generativo está transformando nuestra forma de concebir el diseño y la fabricación de vehículos. Gracias al uso de algoritmos avanzados y a la gran capacidad de cálculo de los ordenadores actuales, los fabricantes de automóviles pueden idear soluciones de diseño o materiales cada vez más creativas, eficaces e innovadoras.
¿Qué es el diseño generativo?
El diseño generativo utiliza algoritmos informáticos para crear una serie de soluciones de diseño diferentes basadas en parámetros y condiciones específicos. A diferencia de los procesos tradicionales de diseño y fabricación de automóviles, que suelen implicar la creación manual de un único concepto, el diseño generativo permite definir automáticamente cientos de variantes y escenarios, que luego se evalúan y optimizan en función de criterios bien definidos. Este planteamiento se utiliza hoy en diversos campos, como la arquitectura, la ingeniería y el diseño aplicado. Permite trazar una gama muy amplia de opciones de diseño, a menudo demasiado complejas para procesarlas de forma tradicional y manual. Entre los aspectos clave del diseño generativo se incluyen:
- Automatización y eficacia: los algoritmos analizan rápidamente todas las opciones de diseño disponibles, ahorrando tiempo y recursos,
- Optimización: capacidad de evaluar simultáneamente varias opciones en función de diversos parámetros, como el coste, la resistencia, el peso o la estética,
- Innovación: generar soluciones únicas que serían casi imposibles de conceptualizar y aplicar con métodos tradicionales,
- Personalización: adaptación de los diseños a las necesidades de cada usuario o a requisitos funcionales específicos.
La potencia de cálculo cada vez mayor de los ordenadores modernos permite procesar un número considerable de permutaciones de diseño que supera con creces las capacidades del cerebro humano. Este proceso produce un diseño óptimo que tiene en cuenta muchas variables complejas, creando simulaciones que imitan fielmente las interrelaciones que se dan en la naturaleza, la sociedad y el entorno humano inmediato.
Ventajas de aplicar un diseño generativo
El diseño generativo es especialmente útil hoy en día en la industria del automóvil, que se enfrenta a restricciones normativas y técnicas cada vez mayores relacionadas con la protección del medio ambiente, la eficiencia energética y la seguridad. Adaptar los métodos de producción, los diseños de los vehículos y las estrategias empresariales al cambiante panorama automovilístico es cada vez más complejo y exige una innovación constante. Los métodos de diseño generativo y la llamada optimización topológica están contribuyendo a la creación de componentes innovadores, ligeros y robustos. Su objetivo es mejorar la eficiencia del combustible de un coche y reducir las emisiones de CO2, no sólo en la fase de funcionamiento, sino también durante la fabricación y la eliminación del vehículo. Además, permiten una rápida adaptación a las tendencias y expectativas del mercado, que han ido cambiando cada vez con más frecuencia en los últimos tiempos. La optimización mediante la eliminación de componentes innecesarios permite reducir costes, acortar el tiempo de desarrollo del producto y probar conceptos innovadores sin gastos adicionales. Para muchas empresas, el diseño generativo es la respuesta a la eterna pregunta: ¿Cómo aumentar la eficiencia en la industria del automóvil?
Reducir los costes de producción mediante un uso más eficiente de los materiales
El diseño generativo no es sólo un enfoque innovador para crear diseños complejos, sino también una herramienta eficaz utilizada por los fabricantes de automóviles para reducir costes en la fase de análisis del Diseño para Fabricación. Con la ayuda de algoritmos que tienen en cuenta diversos factores como la resistencia, el peso, el coste de los materiales y los procesos de fabricación en general, se pueden conseguir diseños óptimos, en los que los recursos disponibles se utilicen de la manera más eficiente. En principio, todos los componentes de un vehículo, desde el tornillo más pequeño hasta los asientos y los componentes de la carrocería, tienen potencial para la optimización topológica que implica, entre otras cosas, la reducción de material. Los algoritmos de diseño generativo pueden cribar millones de posibilidades de diseño para encontrar las que ofrezcan la mejor relación rendimiento-coste. Por ejemplo, para reducir el coste de las piezas de plástico, pueden sugerir utilizar un material diferente o cambiar la forma de una pieza para reducir su peso sin sacrificar su resistencia. Esto puede suponer un importante ahorro, tanto en costes de material como en energía necesaria para la producción en serie y el transporte. Como resultado, las empresas automovilísticas pueden ser más competitivas y sostenibles, lo que es crucial en el dinámico mundo del automóvil.
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Reducir el tiempo necesario para desarrollar nuevos productos
El proceso de diseño tradicional requiere tiempo para navegar por miles de páginas en busca de inspiración y datos sobre los componentes utilizados hasta la fecha. Crear y revisar los modelos 3D manualmente solía llevar meses y estaba sujeto a plazos ajustados, lo que limitaba la libertad creativa y comprometía la calidad del diseño, que a menudo sigue necesitando revisiones al final. Hoy en día, transformar rápidamente bocetos 2D en complejos modelos 3D con la ayuda de la IA permite aumentar la productividad y obtener mejores resultados en el ámbito de la fabricación y el diseño con un enfoque de pensamiento de diseño. Al crear automáticamente múltiples iteraciones de diseño en poco tiempo, el diseño generativo permite reducir considerablemente el tiempo necesario para el desarrollo de nuevos productos. Esto significa que las empresas automovilísticas pueden sacar al mercado nuevos modelos de vehículos con mayor rapidez (reduciendo el tiempo de comercialización) y responder más eficazmente a las cambiantes necesidades y expectativas de los clientes. El primer paso del proceso consiste en definir los criterios de diseño, como los requisitos de resistencia mecánica, peso, costes de fabricación y características relacionadas con el diseño. A continuación, los algoritmos generativos buscan en el espacio de diseño, evaluando varias soluciones. Esto les permite identificar rápidamente aquellas soluciones que cumplen requisitos específicos. Además, la posibilidad de realizar pruebas de resistencia y simulaciones virtuales permite detectar y eliminar rápidamente posibles problemas.
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Pruebas multivariante sin coste adicional
Diseñar con la ayuda de tecnologías generativas permite probar muchas variantes diferentes de un componente sin el coste adicional de la creación de prototipos y el gasto de material asociado. Esto permite a los departamentos de I+D realizar libremente análisis exhaustivos y pruebas muy complejas de nuevos componentes. Esto no sólo ayuda a evitar errores y a obtener más rápidamente las certificaciones necesarias, sino que incluso puede dar lugar a nuevas soluciones tecnológicas, materiales o de diseño sin precedentes. Los fabricantes de automóviles pueden probar, por ejemplo, distintas variantes de bastidores de refuerzo, parachoques o componentes del motor para diversos parámetros como la resistencia mecánica, la durabilidad, la funcionalidad o el rendimiento, incluso antes de que se fabriquen realmente. Utilizando técnicas avanzadas de visualización y simulación detallada, así como la impresión en 3D, los ingenieros pueden experimentar con distintas soluciones y seleccionar las que ofrezcan mejores resultados. Según datos del estudio McKinsey, los procesos de I+D de las empresas automovilísticas han mejorado entre un 10 y un 20% sólo gracias al diseño generativo. La inteligencia artificial se considera el mayor aliado en el ámbito del apoyo al desarrollo de productos, especialmente en las empresas fabricantes de equipos originales (OEM), ya que les ayuda a construir una estrategia empresarial basada en la innovación.
Ejemplos de aplicaciones del diseño generativo en la industria del automóvil
Muchas empresas de automoción utilizan hoy en día el diseño generativo. Algunos la utilizan para crear piezas más ligeras y eficientes, mientras que otros la emplean para desarrollar carrocerías con formas más aerodinámicas para aumentar la velocidad, la autonomía y reducir el consumo de energía. Por ejemplo, el fabricante estadounidense de motocicletas eléctricas Lightning Motorcycles utiliza algoritmos artificiales para optimizar componentes mecánicos, como los brazos de control, entre otros. General Motors está utilizando el diseño generativo basado en la inteligencia artificial y la computación en nube para explorar diversas soluciones de diseño en el área de piezas y componentes de vehículos. Según algunas estimaciones, el diseño generativo puede reducir el coste de fabricación de los componentes entre un 6 y un 20%, disminuir su peso entre un 10 y un 50% y reducir el tiempo de desarrollo entre un 30 y un 50%. Un material ideal para la industria del automóvil que puede ayudar a conseguir esos resultados es el material ultraligero y extremadamente resistente EPP (polipropileno expandido), que está sustituyendo con éxito a los materiales tradicionales, más pesados, utilizados en los ámbitos de la seguridad pasiva, el equipamiento interior o incluso la protección de las baterías y los depósitos de combustible de los automóviles, entre otros.
El futuro del diseño generativo en la industria del automóvil
La IA de diseño generativo ya es parte integrante de la Industria 4.0, y gracias al continuo desarrollo de la tecnología, podemos esperar que desempeñe un papel cada vez más importante en la industria automovilística. Es posible que en el futuro todos los vehículos nuevos se diseñen utilizando únicamente tecnologías generativas. Sin embargo, se prevé que los algoritmos artificiales no sustituirán a los diseñadores humanos hasta dentro de 20 o 30 años, sino que sólo serán un apoyo eficaz para ellos. Una transición completa al diseño generativo no sólo requiere un mayor desarrollo de esta tecnología hasta el punto de que pueda, por ejemplo, evaluar de forma independiente cualidades estéticas o comprender aspectos culturales, sino también su aceptación social. Una de las áreas más importantes en las que el diseño generativo puede tener un impacto significativo es el desarrollo de vehículos eléctricos y autónomos. Se trata de una de las tecnologías fundamentales que permitirán la transición de la tecnología del motor de combustión interna (ICE) a los vehículos eléctricos (EV). Optimizando la forma y el peso de los componentes, se puede aumentar gradualmente la autonomía y la eficiencia de los VE, lo que es clave para su mayor difusión.