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Diseño y simulación de sistemas

Este campo de investigación se centra en la modelización de sistemas y componentes, el diseño y la simulación multifísica mediante la IA. Aborda la cadena CAD/CAM y los gemelos digitales para la visualización, las pruebas, la verificación y la optimización en la infraestructura de fabricación, robótica y energía.

¿Y si pudiéramos diseñar, probar y mejorar la infraestructura de automatización, fabricación y energía incluso antes de que se construyeran?

Los ciclos de ingeniería tradicionales se basan en gran medida en la creación de prototipos físicos, lo que provoca costosas iteraciones, alarga el tiempo de comercialización y atascos operativos imprevistos. La ingeniería industrial moderna requiere ir más allá de los modelos CAD estáticos y pasar a entornos de simulación dinámicos y multidominio. Al combinar la computación de alto rendimiento, la telemetría en tiempo real y la visualización espacial, las arquitecturas industriales complejas se pueden validar rigurosamente a lo largo de todo su ciclo de vida antes de la puesta en marcha física.

Lo que importa son las capacidades de simulación, los gemelos digitales y el metaverso industrial para una ingeniería más rápida, segura y sostenible.

Una imagen dividida que muestra un colorido diseño abstracto en espiral 3D y a una mujer con unos cascos de realidad virtual y sujetando controladores de movimiento
Un investigador sentado en un escritorio, trabajando pensativamente en un portátil

El diseño y la simulación de sistemas abarcan el modelado geométrico, mecánico y funcional (CAD/CAM) con flujos de trabajo mejorados por la IA y un diseño generativo. Incluye el diseño de producción, la puesta en servicio virtual, así como la (múltiple) física, el sistema, el tiempo real y la cosimulación. También investigamos la simulación para el entrenamiento de la IA física y la generación de datos sintéticos.

Nuestra investigación aborda la validación, la verificación, la colaboración en el diseño, la visualización de AR/VR y la gestión del ciclo de vida y los gemelos digitales. Además, abarca la ingeniería de automatización, la modelización eléctrica y el diseño de sistemas de energía distribuidos mediante la simulación multimodal, la modelización de la incertidumbre, la optimización tecnoeconómica y los flujos de trabajo de las agencias.

Para esto Tecnología básica de la empresa, investigamos aplicaciones que cubren la mejora de las herramientas de diseño, simulación y PLM, junto con las plataformas de simulación, datos, modelos y gestión de gemelos digitales. Las áreas clave incluyen la visualización, la colaboración (por ejemplo, Digital Twin Composer), la creación automatizada de contenido 3D y las herramientas de sostenibilidad para el análisis de la huella de carbono de los productos, la circularidad y el ciclo de vida con un gemelo digital.

Otros temas son el diseño de productos y producción mejorado con simulación, la puesta en marcha virtual, la formación en modelos básicos CAD/CAM, el diseño de sistemas energéticos multimodales y el desarrollo de activos para sistemas de energía. Por último, nuestra investigación aborda los gemelos del ciclo de vida y la energía, los aspectos de la circularidad de la fabricación, la sincronización con los sistemas industriales reales y la ingeniería autónoma.

Icono de diseño y simulación de sistemas
Publicaciones

Explore nuestros artículos destacados


SceneGenAgent: generación precisa de escenas industriales con agente de codificación

Publicado en: Actas de la 63ª reunión anual de la Asociación de Lingüística Computacional (volumen 1: Artículos largos), páginas 17847 — 17875, Viena, Austria
Xiao Xia, Dan Zhang, Zibo Liao, Zhenyu Hou, Tianrui Sun, Jing Li, Ling Fu, Yuxiao Dong

Generar escenas industriales 3D con LLM es un desafío debido a los estrictos requisitos de medición precisa y planificación espacial. Para solucionarlo, los autores presentan SceneGenAgent, un agente de LLM que genera escenas industriales mediante código C#. Utiliza la planificación estructurada del diseño, la verificación y el refinamiento iterativo para satisfacer las necesidades cuantitativas exactas, lo que aumenta las tasas de éxito de la LLM hasta un 81,0%. Además, los autores publican SceneInstruct, un conjunto de datos para ajustar los LLM de código abierto, como Llama3.1-70B, para acercarse al rendimiento de la GPT-4o dentro del marco. El código y los datos están disponibles públicamente.
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SiPhyr: un marco de optimización integral basado en el aprendizaje para la reconfiguración dinámica de la red

Publicado en: IEEE Transactions on Smart Grid (volumen: 16, número: 2, marzo de 2025)
Rabab Haider, Anuradha Annaswamy, Biswadip Dey, Amit Chakraborty

El aumento de la energía renovable, el almacenamiento y los vehículos eléctricos requieren paradigmas de toma de decisiones más rápidos para las redes de distribución. Este artículo propone SiPhyr, un marco de aprendizaje automático basado en la física para la optimización de la reconfiguración de la red basada en el aprendizaje de extremo a extremo. SiPhyr optimiza la topología y los flujos de alimentación para reducir las pérdidas de línea, mejorar los perfiles de tensión e impulsar la integración de las energías renovables. Para gestionar variables de decisión binarias duras de NP, utiliza un método de redondeo basado en la física dentro de un marco diferenciable. Esto permite a SiPhyr optimizar simultáneamente la topología de la red y el despacho y, al mismo tiempo, cumplir con los requisitos críticos para la seguridad, como se ha demostrado en tres redes canónicas.
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Aprovechar la flexibilidad de los prosumidores para mitigar la congestión de la red en las futuras redes de distribución de energía

Publicado en: Energies 2024
Tomaselli D., Most D. y col.

La creciente adopción de sistemas fotovoltaicos (PV), vehículos eléctricos (VE) y bombas de calor detrás del contador (BTM) está provocando congestión en la red de distribución. Este artículo evalúa la flexibilidad de BTM mediante un marco novedoso que combina un flujo de potencia óptimo con una función de coste lineal por partes para abordar este problema sin costosas mejoras. Cuando se probó en un modelo de red de Schutterwald (Alemania), los resultados mostraron que el almacenamiento BTM de autoconsumo resolvió todas las infracciones de alimentación, pero solo el 35% de las infracciones de carga. Sin embargo, el control proactivo del almacenamiento, la carga y la descarga resuelve de forma eficaz las infracciones de carga restantes, incluso en redes casi saturadas.
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Ecuaciones diferenciales neuronales con control integrado para modelar procesos químicos

Publicado en: 2025 32a Conferencia Internacional IEEE sobre Computación, Datos y Análisis de Alto Rendimiento (HiPCW)
Sumeet Rodiya, Ved Vartak, Kunal Bahuguna, Subhajit Sanfui, Ramsatish Kaluri

Las ecuaciones diferenciales neuronales son poderosas para la simulación de procesos químicos, pero su aplicación a los procesos químicos controlados sigue siendo relativamente inexplorada. Este artículo evalúa las ecuaciones diferenciales ordinarias neuronales (NODE) y las ecuaciones diferenciales controladas neuronales (NCDE) para modelar un sistema de biorreactores por lotes con integración de control explícita. Los autores desarrollan un marco NODE modificado que contiene entradas de control y estudian los NCDE, que incorporan rutas de control continuas mediante la interpolación estriada. Implementados en Diffrax para una aceleración eficiente de la GPU, los marcos demuestran que los NCDE logran una precisión predictiva superior, mientras que los NODE ofrecen tiempos de entrenamiento más rápidos.
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Marco multiagente que aprovecha los gráficos de conocimiento para modelos virtuales de puesta en servicio

Publicado en: AUTOMATION 2026, Innovation Trifft Anwendung (págs. 144 a 152). VDE
Max Diekmann; Jonas Nitzler; Jan Fischer; Hans-Juergen Pfisterer; Dirk Hartmann

Los modelos virtuales de puesta en servicio (VCM) validan los sistemas de fabricación discretos antes de su despliegue, pero crearlos requiere mucha mano de obra debido a la fragmentación de los datos en herramientas como el TIA Portal de Siemens y el NX MCD. Para abordar esto, los autores proponen un marco multiagente basado en gráficos de conocimiento. Las herramientas deterministas extraen y combinan datos cinemáticos y de PLC en una base de datos gráfica unificada. Una arquitectura jerárquica de agentes ayuda entonces a entender el sistema, a la generación de componentes basada en guiones y al mapeo de señales entre dominios. Probado en una configuración de fabricación a escala de laboratorio, el enfoque reduce el esfuerzo de interpretación manual y agiliza la ingeniería inicial de VCM.
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