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Instituto Tecnológico de Aragón Introducción

El Instituto Tecnológico de Aragón es un Centro Tecnológico de carácter público, dependiente del Departamento de Ciencia, Tecnología y Universidad del Gobierno de Aragón, cuya misión es promover la competitividad del tejido empresarial y apoyar el desarrollo de los sectores empresariales mediante la generación, captación, adaptación, transferencia y difusión de tecnologías innovadoras dentro un marco de colaboración con otros agentes. 

El ITA es Centro de Innovación y Tecnología (nº 49) del Registro de CITs del Ministerio de Educación y Ciencia (MEC) y también está reconocido como Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI, nº 147). 

Empresa

La misión fundamental del ITA es contribuir al aumento de la competitividad de las empresas desarrollando proyecto y actuaciones de I+D+i. Sus funciones principales son:

• Ofrecer servicios de investigación y desarrollo tecnológico a las empresas, tanto en el desarrollo de nuevos productos, servicios o procesos como en la implantación de tecnologías avanzadas, promoviendo el mantenimiento y mejora de su competitividad.
• Proporcionar asesoramiento tecnológico y servicios técnicos que garanticen la calidad y productividad de las empresas.
• Identificar y atender las necesidades de innovación de los sectores actuales y emergentes, con especial orientación a las pequeñas y medianas empresas.
• Colaborar en la actualización técnica del personal de las empresas y su especialización en nuevas tecnologías, mediante el desarrollo de actividades de formación técnica y ocupacional.
• Cooperar con otros Agentes del Sistema de Innovación para proporcionar el mejor servicio a los clientes.
• Promover la participación de las empresas en programas de innovación tecnológica, tanto nacionales como internacionales, dándoles soporte técnico para la presentación de proyectos y, en su caso, colaborando en la ejecución de los mismos.

La actividad de investigación aplicada del ITA se agrupa en tres grandes áreas de conocimiento que constituyen las líneas de excelencia del centro y el núcleo principal de su actividad de I+D:

• Materiales:  caracterización avanzada, modelización del comportamiento, predicción de vida y análisis de fallo de materiales en condiciones de servicio y diseño y desarrollo de nuevos materiales multifuncionales.
• Nuevas Tecnologías de Diseño: Análisis y simulación de componentes y sistemas, seguridad funcional y diseño y simulación de sistemas mecatrónicos
• Producción, Logística y Sistemas Inteligentes: integración de sistemas e ingeniería de procesos y logística

Para el sector de automoción el ITA puede considerarse como un socio tecnológico de las empresas como demuestra la dilatada experiencia del ITA en la colaboración con empresas proveedoras de tamaño pequeño-mediano y con compañías multinacionales.  

Desde el ITA hemos participado tanto en el diseño y desarrollo de sistemas de frenada, suspensiones, rodamientos, direcciones, sistemas de refrigeración, etc., cubriendo prácticamente la totalidad de sistemas que forman un automóvil, como en el análisis y optimización de procesos.  

Las tecnologías y líneas de I+D del Instituto pueden articularse para el sector automoción en torno a las siguientes áreas tecnológicas:

• Materiales (caracterización avanzada y modelado del comportamiento, desarrollo de nuevos materiales)
• Diseño de componentes y sistemas (análisis funcional basado en herramientas de prototipado virtual y simulación multifísica)
• Laboratorio de ensayos sobre componentes (integridad estructural, NVH, seguridad funcional)
• Ingeniería de procesos (logística y producción)

Estas cuatro áreas tecnológicas están adaptadas tanto a las necesidades de las empresas del sector como a los retos tecnológicos a los que se enfrentan en términos de seguridad, sostenibilidad y eficiencia, movilidad y diseño y producción 

La integración de estas áreas tecnológicas permite afrontar los requerimientos de las empresas de manera global mediante la creación de equipos multidisciplinares, aportando un valor añadido a las actuaciones a desarrollar, disponiendo de equipamiento específico y diferencial para el sector de automoción. 

A continuación se destacan algunas referencias a actuaciones con empresas del sector que vienen realizando proyectos de I+D+i con el ITA:

• Chasis y body in white
• Diseño estructural (acero, aluminio, composites) para autobuses y vehículo pesado: simulación multicuerpo (dinámica vehicular), cálculo estructural mediante el MEF y ensayo (extensometría, aceleraciones)
• Drivetrain
• Direcciones: diseño de componentes y sistemas (cajas de engranajes, direcciones piñón-cremallera eléctricas, bombas): prototipado virtual (MBS, MEF/Materiales, CFD)
• Frenos: diseño y desarrollo de componentes y sistemas (amplificadores, cilindros maestros, calipers): prototipado virtual (MBS, MEF/Materiales, CFD, NVH); ensayos en materiales, componentes y sistemas; diseño de bancos específicos y procedimientos de ensayo
• Frenos: diseño de sistemas mecatrónicos (frenos electrohidráulicos): simulación dinámica de sistemas, diseño de válvulas, desarrollo de algoritmos de control /basados en simulación, prototipado rápido de control, hardware-in-the-loop (HIL)
• Drivetrain
• Suspensión: diseño y desarrollo de articulaciones elásticas y topes de goma: procedimientos y metodologías de caracterización de material y modelización mediante el MEF, análisis experimental (ensayos de rigidez estática y dinámica y durabilidad); desarrollo de herramientas y equipamiento para ensayos de fatiga multiaxial (road load data)
• Suspensión: diseño de componentes (track rods, barras estabilizadoras, rótulas, fuelles): prototipado virtual (MBS y MEF/Materiales)
• Suspensión: ensayos en amortiguadores (funcionamiento, integridad estructural, durabilidad, análisis modal)
• Powertrain
• Sistema de alimentación: análisis del proceso de conformado por calor de conductos termoplásticos: caracterizaciópn de material, prototipado virtual mediante el MEF (análisis termomecánico) y análisis experimental (diseño de experimentos para evaluación de parámetros de proceso); diseño de bancos específicos para ensayo de filtros de gasolina
• Sistema de refrigeración: diseño de bombas de agua: prototipado virtual (MEF/Materiales, CFD) y banco de ensayo (eficiencia y durabilidad)
• Neumáticos y ruedas
• Diseño y desarrollo de rodamientos: análisis experimental y diseño y desarrollo de bancos y procedimientos de ensayo (funcionamiento, durabilidad, vibraciones); herramientas de diseño (MBS y MEF)
• Partes interiores y exteriores:
• Diseño y desarrollo de componentes plásticos: caracterización y selección de material, prototipado virtual (MEF/Materiales), prototipado rápido y análisis experimental
• Electrónica y comunicaciones
• Dispositivos de control eléctrico: sistemas mecatrónicos: desarrollo de algoritmos de control /basados en simulación dinámica de sistemas
• Ensayos en dispositivos electrónicos: seguridad, ambientales, vibración, compatibilidad electromagnética (EMC)
• Sistemas multimedia y comunicaciones: sistema de gestión de flotas: desarrollo de terminal de servicios electrónico (integración de electrónica, comunicaciones y software)
• Procesos
• Modelo de simulación de planta de ensamblaje de vehículos
• Análisis de políticas de gestión de inventarios y previsión de la demanda

Además de estas colaboraciones con empresas para el diseño y desarrollo de producto y la mejora de procesos, el ITA tiene también una presencia sectorial mediante la participación en jornadas, congresos y ferias específicas, la publicación de artículos científico-técnicos relacionados con el sector y la colaboración activa con otros organismos relacionados, como es el propio clúster regional (CAAR), la plataforma tecnológica española de automoción (Sertec) o el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI). 

En particular el Instituto ha emprendido en los últimos años actuaciones específicas dirigidas al sector en Aragón:

• Diagnóstico Tecnológico y proyectos de innovación (Programa Innovaragon).
• Promotor de la AEI de Automoción y coordinador de la elaboración del Plan Estratégico.
• Socio de CAAR. Coordinador de la Comisión de I+D+i

Producto

Las actividades para realizar el proceso de adaptación y transferencia de tecnología, con objeto del aprovechamiento por parte de la empresa de las capacidades de I+D+i del ITA y de los resultados generados en sus áreas de conocimiento, se agrupan en cuatro mecanismos principales que constituyen las diferentes formas de relación del ITA con las empresas:

I+D bajo contrato:

Ingeniería de materiales, diseño y desarrollo de materiales compuestos y nanocomposites, diseño y desarrollo de producto mecatrónico y MEMS, análisis funcional (integridad estructural, dinámica, ruido y vibraciones, seguridad funcional), integración de sistemas y optimización de procesos logísticos.

Consultoría y asistencia técnica:

Análisis de fallo, consultoría de diseño y desarrollo de producto (prototipado virtual, verificación y valoración de producto, RAMS, ACV, marcado CE), consultoría de diseño y desarrollo de producto TIC (CMMI, minería de datos, sistemas inteligentes).

Laboratorio de ensayos mecánicos, químicos, eléctricos, EMC y calibraciones, prototipado rápido.

Promoción de la I+D+i

Fomento de la transferencia de tecnología y cooperación y servicios de asesoría y consultoría tecnológica

Formación y difusión

Plan de formación, formación a medida y difusíón científico-tecnológica

Tecnología

Materiales: nuevos materiales ligeros y multifuncionales

Este área tiene como objetivo la generación y desarrollo de capacidades avanzadas en la caracterización y predicción numérica del comportamiento de materiales y en el diseño de materiales multifuncionales:

Modelizado del comportamiento, predicción de vida y análisis de fallo de materiales en condiciones de servicio

Incluye la caracterización avanzada y el planteamiento de leyes físicas y modelos de comportamiento macroscópico y fallo para los materiales más utilizados en el sector de automoción: metales, termoplásticos, composites y elastómeros.

Desarrollo de nuevos materiales con altas prestaciones funcionales basados en el conocimiento.

Contempla el modelado, diseño y fabricación de materiales de matriz polimérica reforzados con nanopartículas, buscando en el material final elevadas propiedades mecánicas y/o capacidades multifuncionales.

Tecnologías de unión y de tratamiento superficial

Abarca el análisis de tecnologías de soldadura convencional,  microsoldadura por láser y uniones remachadas y adhesivas, así como el análisis de distintos tratamientos y recubrimientos superficiales por láser. 

Diseño de componentes y sistemas: prototipado virtual y simulación multifísica

La aplicación de las metodologías generadas en esta área tiene como objetivo la mejora de la funcionalidad del producto final basada en el conocimiento, mejorando al mismo tiempo la integridad estructural, el confort, la seguridad y la fiabilidad del mismo a lo largo de su ciclo de vida.

Dentro de este marco de tecnologías destaca la utilización intensiva del prototipado virtual como herramienta básica para la innovación de producto, incluyendo el desarrollo de modelos multifísicos y su integración en distintos dominios, cubriendo simultáneamente aspectos mecánicos, hidráulicos, neumáticos, térmicos, electromagnéticos, acústicos, etc.

Las principales aplicaciones para el diseño y desarrollo de componentes y sistemas en automoción comprenden el análisis estructural, fluidodinámica computacional, simulación de ruido y vibraciones simulación dinámica de mecanismos y sistemas mecatrónicos, predicción de vida y fiabilidad y otras aplicaciones avanzadas:

• Modelización del comportamiento de materiales
• Interacción fluido-estructura
• Ruido aerodinámico y por fricción
• Simulación electromagnética
• Simulación MEMS
• Modelización multifísica de orden reducido

Las técnicas de simulación y análisis dinámico de sistemas también se utilizan como herramientas de diseño conceptual de producto mecatrónico y en el desarrollo de algoritmos de control avanzado (lineal y no lineal) específicos para la aplicación (software-in-the-loop). A partir de estas técnicas es posible la implementación posterior de controladores mediante técnicas de prototipado rápido de control y la construcción de simuladores en tiempo real basados en modelos del sistema para la simulación de señales y verificación y ensayo del hardware (hardware-in-the-loop). 

Ensayos sobre componentes y sistemas: integridad estructural, durabilidad, seguridad funcional y NVH

Este laboratorio incluye las tecnologías experimentales más avanzadas orientadas a la mejora de los procesos de diseño y desarrollo de producto, considerando tanto requisitos funcionales como de calidad y confort,  con el objetivo de reducir los plazos en el lanzamiento de nuevos productos y mejorando la seguridad y fiabilidad de los mismos a lo largo de su ciclo de vida.

Las actividades desarrolladas están relacionadas con el análisis, diagnóstico y solución de problemas de:

• Diseño e integridad estructural
• Comportamiento a fatiga
• Análisis y procesado de historias de carga y su reproducción acelerada en laboratorio considerando historias de carga complejas para reproducir las condiciones de servicio (carga senoidal, multiaxialidad, señal aleatoria)
• Ensayos de ruido y vibraciones
• Resistencia a choque, exposición del cuerpo humano, determinación de potencia acústica y presión sonora
• Ensayos de durabilidad, análisis de squeak & rattle y evaluación del funcionamiento en condiciones de servicio mediante mesa de vibración de 6 grados de libertad
• Evaluación de efectos ambientales en componentes de metal (corrosión, desgaste), plástico (temperatura, humedad, luz UV) u otros.
• Ensayos de seguridad eléctrica (grados de protección IP, resistencia al polvo, riesgos mecánicos) y compatibilidad electromagnética (emisividad e inmunidad)

La actividades en esta línea no se limitan a la ejecución de los ensayos, si no que abarca desde la definición de las condiciones y procedimientos hasta las recomendaciones para la mejora del producto.

Junto a esta línea de análisis experimental, la oferta en esta área incluye el diseño y desarrollo de bancos de ensayo y simuladores avanzados. Se desarrollan simuladores, máquinas, instalaciones y equipos específicos en los que se incide es su aspecto integrador de tecnologías y prestaciones avanzadas (alta dinámica, precisión, distribuidos, de tiempo real y embebidos) y que permiten la verificación y validación de los componentes o sistemas de acuerdo a las especificaciones aplicables. 

Ingeniería de procesos y logística: fábrica virtual

Los servicios de valor añadido ofrecidos contemplan la simulación y análisis de procesos (de fabricación y logísticos), basados en programas de simulación específicos y herramientas genéricas de análisis (optimización clásica y heurística, previsiones, data mining y herramientas estadísticas).

La aplicación de estas herramientas permite la optimización de los procesos a lo largo de la cadena de suministro y la extracción de reglas de gestión y modelos de comportamiento para la mejora de indicadores globales (rendimiento, tiempos de ciclo, capacidad productiva…) y el diseño de estrategias operacionales.

La experiencia del ITA incluye la simulación completa de una planta de ensamblaje de vehículos, considerando tanto las líneas principales como las auxiliares (aprovisionamiento externo e interno). Estos modelos paramétricos pueden ser aplicados para:

• Evaluación de alternativas (análisis “What if”)
• Análisis y mejora de variables de proceso (funcionamiento, capacidad, flexibilidad, ocupación, cuellos de botella, etc)
• Desarrollo de nuevas instalaciones
• Mejora de la comprensión del funcionamiento del sistema (modelización 3-D)