PCB

Cómo innovar en el diseño de PCBs [caso de éxito]

El mercado electrónico evoluciona constantemente. Cada poco tiempo, surgen nuevos materiales y tecnologías que es necesario implementar en los diseños para poder mantenerse a la vanguardia en el sector. Esto hace que aumente la complejidad de dichos diseños y exige, por lo tanto, herramientas de software que permitan a las empresas implementar las últimas tecnologías para ser competitivas.

Indra es una empresa española, líder mundial en el suministro de soluciones propietarias en los mercados de Transporte y Defensa, cuyo modelo de negocio se basa en una amplia gama de productos, con un enfoque de alto valor y con un alto componente de innovación.

El mundo de la electrónica puede considerarse un reto continuo ya que evoluciona a una gran velocidad. Por ejemplo, en Indra empezaron trabajando con componentes de taladro pasante (o THT) y, a continuación, con SMTs y con componentes miniaturizados. Esto permitió aumentar el número de componentes por tarjeta pero, a su vez, fue necesario incrementar el número de capas de la misma, hasta 16. Más tarde, introdujeron la tecnología rígido-flexible.

Actualmente, en Indra están trabajando con las señales de alta velocidad. Según Antonio Martínez Mellado, responsable del área de rutado, “cada pista tiene vida propia“ y, por lo tanto, hay que verificar buses de memoria, retardos, señales de reloj… “Las altas velocidades requieren un trato muy minucioso de la señal y en lo que se refiere a la elección de los materiales”. El desafío que han de afrontar consiste en la integración de la RF con el diseño digital y señales de alta velocidad.

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Indra Sistemas: a la vanguardia de la innovación

La solución

En Indra evaluaron varias soluciones antes de decantarse por Xpedition, de Siemens EDA, para el rutado de las PCBs. Y, ¿por qué eligieron Xpedition, aún teniendo un coste más elevado que otras marcas? Porque es una herramienta capaz de dar respuesta a todas sus exigencias de rutado, incluidas las más complejas, con garantías de éxito. Además, permite generar ficheros de salida para hacer las varias simulaciones y verificaciones necesarias, como en el caso de la integridad de señal, para la cual utilizan HyperLynx. También, permite exportar ficheros ODB++ para realizar pruebas y el montaje de las PCBs.

“No sólo elegimos Mentor por nuestras exigencias de diseño, sino también porque nuestra competencia y principales colaboradores trabajan con Mentor (ahora, «Siemens EDA»). Para poder colaborar de manera efectiva, era necesario utilizar la misma tecnología”, afirma Martínez Mellado.

Así mismo, para Indra era fundamental contar con un soporte técnico cercano y de calidad, que les ayudara a afrontar los desafíos presentes y futuros.

Todo ello, con el objetivo de garantizar la fabricabilidad y la fiabilidad de sus productos.

Los beneficios

Xpedition permite estudiar en detalle el stack-up de la tarjeta para cumplir con las especificaciones del proyecto. Es posible introducir los CES o constraints en la herramienta para comprobar la fabricabilidad de las tarjetas con el rutado diseñado, teniendo en cuenta todos y cada uno de los parámetros necesarios, como componentes, las capas o layers del stack-up más adecuadas en cada caso, los distintos cálculos de impedancia de las señales, la ecualización de buses o la diversidad de vías.

El uso de los modelos en 3D ha supuesto un salto de calidad para Indra, no solo en lo que se refiere a la representación gráfica, sino como comprobante de huellas dentro de los diseños, así como de las posibles interferencias con otros componentes u otras PCBs.

También, permite mandar a los mecánicos ficheros STEP para comprobar, con herramientas como Solid Edge, si hay interferencias entre varias tarjetas dentro de un módulo.

Xpedition lanza constantemente nuevas versiones para incluir las últimas tecnologías presentes en el mercado.

Xpedition lancia costantemente nuove versioni per includere le ultime tecnologie sul mercato e questo rappresenta un vantaggio per aziende come Indra, che riescono in questo modo ad ottimizzare sia i costi sia il time-to-market dei propri prodotti.

caso de éxito Indra - Xpedition - Cadlog

E-book

Indra Sistemas: a la vanguardia de la innovación

Nos cuentan cómo consiguen mantenerse siempre a la vanguardia en el campo del diseño de PCBs y realizar proyectos de nivel avanzado de alta calidad. El caso de éxito incluye información sobre:

  • Gestión del diseño de sistemas complejos multiplaca.
  • Optimización del diseño de la PCB basado en constraints mecánicos y de fabricabilidad.
  • Diseño en 3D y control de las interferencias para acelerar el diseño colaborativo ECAD-MCAD.
  • Diseño rígido-flexible simplificado gracias al entorno de trabajo en 3D para el diseño y la verificación.
  • Combinación de la potencia del rutado automático con el control del usuario para obtener resultados de alta calidad en una fracción del tiempo típico de rutado interactivo.
  • Rutado de tarjetas complejas, incluso de circuitos DDRx avanzados, en cuestión de minutos.
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CadlogCómo innovar en el diseño de PCBs [caso de éxito]

Un gran descubrimiento: del diseño del PCB a las nanopartículas

Este caso de diseño de circuitos impresos está relacionado con uno de los mayores eventos científicos de nuestro siglo: el descubrimiento del bosón de Higgs.

La historia comienza hace más de un siglo, en el año 1913, cuando las primeras teorías de mecánica cuántica sentaron las bases de una importante revolución. Junto a la teoría de la relatividad de Albert Einstein (1905), la teoría cuántica de Niels Bohr permitía describir los fenómenos naturales fundamentales de manera más realista que la física clásica.

Einstein y Bohr dieron inicio a un importante debate, resuelto, en gran medida, a mediados de los años 60, con la elaboración del “Modelo Estándar”, una teoría física que describe las características de las interacciones fundamentales que se dan en el interior de la materia. Según esta teoría, existe una partícula que es la base de toda la materia: el bosón de Higgs. Este, teorizado en 1964, se pudo «ver» y demostrar, por fin, en 2012, gracias a los experimentos realizados con el acelerador LHC del CERN de Ginebra.

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``CAEN. Un gran descubrimiento: del diseño del PCB a las nanopartículas``

De Viareggio a Ginebra en busca de los secretos de la materia

El LHC del CERN es un acelerador de partículas, con un diámetro de 27 km, utilizado para investigar la estructura de la materia a escala subnuclear. Se trata, por lo tanto, de una máquina altamente sofisticada. Y, una gran parte del equipo electrónico de la misma, fue realizada por CAEN S.p.A., una empresa italiana con sede en Viareggio (Toscana).

CAEN nació como spin-off del italiano Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Y, desde hace 40 años, es el proveedor de electrónica de uno de los mayores experimentos en el ámbito de la Física y suministra los instrumentos electrónicos más avanzados para la detección de partículas o radiaciones. Gracias a la colaboración con el CERN y otros centros de investigación, CAEN realiza instrumentos para la investigación sobre la física de los neutrinos y la materia oscura y, también, para ámbito industrial.

Algunos de los productos típicos de CAEN son los alimentadores de alta y baja tensión para los experimentos de física de las partículas y los equipos para la elaboración numérica de las señales. Estos dispositivos se realizan gracias al trabajo del departamento de I+D de la empresa, compuesto por 40 físicos e ingenieros, y uno de los puntos fuertes de CAEN.

La necesidad de instrumentos de diseño avanzados

Un requisito necesario para la realización de los dispositivos de CAEN es la posibilidad de contar con instrumentos de diseño que permitan crear tarjetas electrónicas con características sofisticadas.

“Cuando nuestro equipo de I+D empezó a diseñar tarjetas de alta velocidad con memorias DDR4 y señales de hasta 8 GHz” – cuentan los responsables del diseño HW de la empresa – “el CAD no nos podía confirmar que fueran a funcionar correctamente. Al principio, encargamos la simulación a un service externo que utilizaba HyperLynx, lo cual nos permitía integrar la simulación en el flujo de diseño”.

Al final, el equipo de I+D de CAEN decidió introducir PADS Professional para poder realizar los proyectos complejos. “Diseñando con PADS Professional, la interactividad es más rápida”, explicaban los miembros del equipo de diseño. “En especial, las dimensiones del proyecto fue lo que nos llevó a tomar la decisión de cambiar de herramienta. La disminución del tiempo dedicado al diseño compensa la inversión inicial en formación. Por ejemplo, con PADS Professional resulta más fácil configurar las reglas. También hemos notado mejorías en otros aspectos, como el enrutamiento”.

Un gran descubrimiento: del diseño del PCB a las nanopartículas

El acelerador LHC del CERN.

PADS Professional marca la diferencia

Frente a softwares con una interfaz más intuitiva, PADS Professional es la opción más adecuada para proyectos de una cierta complejidad. Además, la posibilidad de realizar los diseños de forma más rápida resulta en una reducción de los costes y del tiempo necesarios para lanzar el producto en el mercado.

El uso de PADS Professional ha supuesto una serie de beneficios para el equipo de CAEN. Entre ellos, estas cuatro características diferencian la solución de Siemens de las demás opciones presentes en el mercado:

  1. La base de datos integrada, que garantiza la integridad y la continuidad de los datos entre el esquemático y el PCB y a lo largo de todo el flujo de trabajo gracias a un intercambio de datos de tipo síncrono.
  2. El sistema de reglas de diseño avanzado, que garantiza la total adherencia a las cuestiones de diseño, a través de una única aplicación accesible desde todo el flujo electrónico.
  3. La planificación de la colocación por grupos lógicos, que permite gestionar la actividad a través de las funciones lógicas del esquemático, en vez de trabajar solo sobre componentes individuales.
  4. Los simuladores de la integridad de señal pre y post-layout integrados, basados en la tecnología HyperLynx de Mentor, que permiten controlar la calidad de las señales, tanto en la fase de especificación como durante la realización del PCB, llegando a las frecuencias más altas.

Para alcanzar objetivos ambiciosos son necesarias personas competentes, creativas y motivadas. Pero, también, una tecnología a la altura.

Un gran descubrimiento: del diseño del PCB a las nanopartículas

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CAEN. Un gran descubrimiento: del diseño del PCB a las nanopartículas

Caso de éxito sobre diseño de PCBs complejos. Descárgalo para saber más sobre:

  • cómo un pequeño equipo de diseño electrónico puede optimizar su trabajo con una solución sofisticada pero fácil de usar;
  • cómo garantizar la integridad y la continuidad de los datos entre el esquemático y el PCB y a lo largo de todo el flujo de trabajo;
  • cómo disponer de un sistema de reglas de diseño avanzado y cómo utilizarlo de la mejor manera;
  • cómo gestionar la planificación de la colocación por grupos lógicos;
  • cómo disponer de simuladores de la integridad de señal pre y post-layout integrados.
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Carlota HerreroUn gran descubrimiento: del diseño del PCB a las nanopartículas

Fábrica digital en la industria electrónica: cómo funciona [infografía]

La fábrica digital está adquiriendo cada vez una mayor presencia en la industria electrónica. A día de hoy, la Industria 4.0 es una realidad al alcance de todos.

La digitalización de los procesos productivos se basa en la conectividad que ofrece Internet, la capacidad de elaboración del big data y la fuerte presencia del Internet de las Cosas (IoT, por el inglés «Internet of Things»). Estos elementos dan lugar a procesos predecibles, más rápidos y a prueba de errores.

La fábrica digital y sus nuevos métodos de producción son accesibles tanto a las grandes empresas como a las PYMES que buscan dar un salto de calidad para aumentar su competitividad en el mercado.

En Cadlog, hemos sido testigos de numerosos casos en los que una empresa apuesta por la digitalización de la fábrica y obtiene resultados excelentes. Algunos ejemplos son los casos de ROJ, que digitalizó completamente su fábrica, o Axel Elettronica, que revolucionó su proceso de NPI («New Product Introduction») o introducción de nuevos productos en el mercado. Actualmente, estamos extendiendo el concepto de «fábrica digital» a todos los países en los que operamos y aplicándolo en empresas con una clara visión de futuro.

Ahora bien, ¿cómo se digitaliza una fábrica del sector electrónico?

Los principales desafíos de la industria electrónica

Debido a las tendencias actuales, según las cuales se exige una fuerte personalización del producto, uno de los principales desafíos de la industria electrónica es el «lot size of one«, traducido como «lote de uno», que consiste en la producción de lotes de muy pocas unidades cada uno. Para las empresas productivas, esto significa tener que realizar constantemente actividades de NPI, por lo que resulta necesario:

  • establecer unos procesos productivos que permitan garantizar la máxima calidad del producto, al primer intento («right the first time»);
  • tener bajo control la productividad, gracias a una planificación detallada y precisa, la posibilidad de reconfigurar las líneas de manera sencilla y las entregas de materiales en el momento justo («just-in-time»);
  • adoptar el modelo del gemelo digital o «digital twin» para simular de forma digital el comportamiento de productos y procesos, lo cual supone una mejora continua en los mismos.

Un segundo desafío importante consiste en la optimización del uso de los materiales. En este caso, una gestión digitalizada del proceso de suministros puede marcar la diferencia. Uno de los puntos fuertes de las soluciones de Siemens es la gestión del inventario, ya que permite sincronizar el almacén con las líneas de producción. El resultado es un suministro «just-in-time» de los componentes necesarios. Lo que necesitas, donde lo necesitas, cuando lo necesitas.

La gestión de los datos se trata del tercer desafío. La fábrica genera enormes cantidades de datos relativos a procesos, tarjetas y componentes. Las soluciones de Siemens permiten convertir el big data en «smart data», es decir, datos comprensibles y listos para su análisis y uso en previsiones y tomas de decisiones en tiempo real.

Digitalizar la fábrica con soluciones inteligentes

Tras la fase de diseño, comienza la fase de planificación de la producción, cuyo objetivo es dar inicio lo antes posible y sin errores a la fase de producción. Aquí intervienen la NPI y el DFM (o «Design for Manufacturing»).

A continuación, inicia el proceso productivo o de montaje de los PCBs. Durante esta fase se aplica la trazabilidad a cada uno de los elementos que forman parte del proceso.

Las ventajas de la fábrica digital

Las ventajas que ofrece la fábrica digital son:

  • reducción del 50% del tiempo dedicado a la NPI;
  • reducción del inventario y de los costes, gracias al suministro «just-in-time»;
  • garantía de calidad;
  • reducción del 50% del tiempo dedicado a los cambios;
  • menor obsolescencia de las máquinas, que no es necesario sustituir para digitalizar la fábrica;
  • entrega de pedidos en 24h.;
  • reducción del 20% del tiempo dedicado a la ingeniería;
  • aumento del 30% de la eficiencia de la producción.

Pincha en la imagen para desacargar la infografía.

Smart Manufacaturing

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Carlota HerreroFábrica digital en la industria electrónica: cómo funciona [infografía]

Diseño de PCBs rígido-flexibles al alcance de todos

La adopción de la tecnología rígido-flexible es tendencia en la industria electrónica. El diseño de PCBs rígido-flexibles responde a la demanda de dispositivos de dimensiones, cada vez, menores. En la actualidad, son especialmente útiles en sectores como IoT, comunicaciones, automotor o médico. El potencial del diseño de circuitos impresos rígido-flexibles es notable: se espera que genere ingresos por valor de más de dieciséis mil millones de dólares para 2021, suponiendo un incremento del 21% desde el año 2016.

Ocho causas detrás del aumento de la demanda de PCBs rígido-flexibles

  1. Fiabilidad
  2. Reducción del número de pasos necesarios para el montaje
  3. Compatibilidad con temperaturas más altas
  4. Integridad de señal mejorada
  5. Ahorro a largo plazo en el coste de los materiales
  6. Menos componentes que gestionar con la BOM
  7. Menor espacio requerido
  8. Permite diseños imposibles con PCBs rígidos

Sin embargo, a pesar de las múltiples ventajas, los diseñadores no siempre se decantan por este tipo de tecnología. Esto se debe, por una parte, a un escaso conocimiento y experiencia relacionados con la misma y, por otra, a la falta de instrumentos adecuados para implementarla.

Las características de un diseño de PCB rígido-flexible

Las herramientas para el diseño de circuitos impresos rígido-flexibles deben contar con una serie de características:

  • Un stack-up que incluya las capas flexibles
  • Requisitos añadidos para los pads definidos por el cobre o la soldadura
  • Necesidad de teardrops
  • Necesidad de pistas arqueadas
  • Requisitos para las áreas de transición (bend areas)
  • Posibilidad de ver, al mismo tiempo, las partes mecánicas y eléctricas para simplificar el proceso de diseño
  • Requisitos especiales para la producción
  • Stiffeners

PADS Professional, la solución más completa para el diseño de circuitos impresos rígido-flexibles, incluye todas las características mencionadas arriba y permite reducir el número de prototipos físicos, así como diseñar productos con un rendimiento mejorado.

Vídeo bajo demanda

Diseñar circuitos impresos rígido-flexibles con PADS Professional

La tecnología rígido-flexible resulta fundamental en determinadas condiciones: espacios reducidos, flexibilidad, circuitos únicos. Descubre las características de PADS Professional para el diseño de circuitos impresos rígido-flexibles y cómo permite responder a tales exigencias.
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Carlota HerreroDiseño de PCBs rígido-flexibles al alcance de todos

10 motivos para elegir PADS Professional (infográfica)

A la hora de elegir el mejor programa para el diseño de circuitos impresos, los diseñadores de PCBs deben tener en cuenta sus propias exigencias. No todos los softwares para el diseño de circuitos impresos son iguales. Por ejemplo, para los diseñadores autónomos y para los pequeños grupos de trabajo, la mejor opción es PADS Professional, la suite de instrumentos de Siemens para una gestión completa del ciclo de diseño del PCB

¿Por qué? Te lo contamos en la siguiente infográfica, basada en la experiencia de nuestros clientes. Haz click para ampliarla y descargarla.

infografica pads professional

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Carlota Herrero10 motivos para elegir PADS Professional (infográfica)

Obtener productos mejores con un menor coste gracias a la incorporación de la simulación en el diseño

La incorporación de la simulación en las primeras fases del proceso de diseño permite obtener productos más innovadores y reduce las probabilidades de cometer errores y tener que realizar cambios significativos en fases más avanzadas.

La máxima prioridad de los diseñadores consiste en lanzar al mercado, en el menor tiempo posible, productos innovadores. Antes, debían pasar el diseño inicial al equipo de expertos en simulación, lo cual ralentizaba el flujo de trabajo. Hoy en día, debido a la competitividad del mercado, los diseñadores aplican cada vez más la simulación durante la fase de diseño.

diseño basado en la simulación

Los desafíos que motivan un diseño basado en la simulación

Los desafíos que plantea el mercado de hoy en día está llevando a los diseñadores a introducir la simulación en las primeras fases de diseño del producto electrónico.

Los productores están sometidos a una presión continua por entender mejor cual será el comportamiento del producto, ya desde la fase de diseño. Esto se debe a la necesidad de innovar, unida a una gran presión por diferenciarse en términos de calidad, fiabilidad y funcionalidad.

El tiempo a disposición para desarrollar productos innovadores es menor, debido a la necesidad de llegar antes al mercado. Así mismo, existe una insistente demanda, por parte de los clientes, de productos con costes menores, a la vez que con un abanico más amplio de funcionalidades.

Los productos son cada vez más complejos y, al mismo tiempo, la tolerancia por los defectos es menor. Por ello, aunque la presión por crear productos que se diferencien de los demás es elevada, satisfacer esta demanda es cada vez más difícil. Así mismo, los diseñadores deben desarrollar productos que reduzcan los costes del ciclo de vida de los mismos (garantía, reclamaciones, etc.).

Frente a tiempos de diseño más largos, tiempos de lanzamiento más breves y mayores exigencias en términos de calidad, los diseñadores recurren a la introducción de la simulación en el diseño.

Las mejores empresas adoptan el diseño basado en la simulación

El principio en el que se basa este tipo de diseño es simple. Al ser más numerosos los diseñadores que los expertos en simulación -en una relación de 5 a 1 o, incluso, de 10 a 1- la fase de simulación ralentiza el desarrollo del producto. Las mejores empresas del sector han respondido a esta problemática con la introducción de la simulación directamente en el entorno de diseño. De esta manera, los expertos en simulación pueden servir de apoyo a los diseñadores cuando estos últimos realizan la simulación, en lugar de seguir realizando el trabajo de manera habitual.

Una investigación del Grupo Aberdeen -disponible a continuación- concluye que el 87% de las empresas, pertenecientes a una misma categoría, ha empleado la simulación. Y, dicha simulación ha pasado a realizarse en las fases de diseño del proceso de desarrollo del produto.

Entre empresas líderes del sector, el impacto positivo de la simulación se ha desplazado a la izquierda en las fases de desarrollo del producto basadas en el diseño. En estas, la simulación tiene un fuerte impacto positivo; especialmente, en la fase de diseño a nivel de componente. En el resto de empresas, el pico se sitúa en las fases de testado y verificación.

impacto del diseño basado en la simulación

El diseño basado en la simulación, garantiza un resultado óptimo por varios motivos. En este caso, el diseñador se sitúa en el centro, mientras que los expertos en simulación se conviertes en figuras de apoyo; se trata de un modelo colaborativo. Además, las empresas adquieren competencias de los expertos CAE y las vuelven más accesibles a los diseñadores. Por último, el 73% de las empresas líderes del sector verifica el diseño del producto al inicio del proceso de desarrollo del producto, mediante un modelado computacional. Este paso resulta fundamental a la hora de garantizar que la idea de producto funcione.

Las empresas líderes del sector que han pasado al diseño basado en la simulación, comparten las mejores prácticas y competencias en simulación, haciéndola más accesible.

Las ventajas del diseño basado en la simulación

El informe del Grupo Aberdeen parece probar que esta modalidad de diseño genera importantes beneficios -en términos de costes, time-to-market y calidad- para las empresas que la implementan.

Los diseñadores que aplican la simulación al inicio del proceso de diseño superan a la competencia en cuanto a calidad, coste del producto, time-to-market y beneficios generados. Esto se traduce en proyectos innovadores y optimizados.

Las mejores empresas de cada categoría reducen, así mismo, el tiempo dedicado a la reelaboración del producto, el número de prototipos y, como consecuencia, el tiempo total de desarrollo.

Como los ingenieros de diseño bien saben, el coste de un paso en falso en la fase de diseño puede ser muy elevado. Supone la aparición de problemas en las fases sucesivas, costosos y difíciles de resolver. El diseño basado en la simulación resulve este inconveniente, al desplazar la simulación a las fases iniciales de diseño del producto electrónico. El resultado es una mejoría del 21% en el número de peticiones de modificaciones técnicas (ECO) emitidos desde la producción. Gracias al aumento del prototipado virtual, se ha construido un 27% menos de prototipos físicos y se ha mejorado en un 29% el tiempo de desarrollo.

Conclusiones y principales recomendaciones

  • Innovación. El motivo por el cual las empresas líderes del sector han reducido el número de prototipos físicos en un 27% se encuentra en la creación y aplicación de prototipos y tests virtuales. Esto les ha permitido concentrarse en la innovación.
  • Time-to-market. Los mejores diseñadores de cada categoría han mejorado el tiempo de desarrollo en un 29%, seis veces por encima de la tasa de mejora del resto. Las mejores empresas del sector han alcanzado los objetivos de time-to-market el 76% de las veces, una tasa superior en un 17% respecto a la conseguida por las demás.
  • Calidad. El 77% de las mejores empresas de una categoría ha alcanzado los propios objetivos relativos a la calidad. Los mejores productos tienen mayores probabilidades de funcionar correctamente a la primera y menores probabilidades de necesitar modificaciones; las mejores empresas del sector han mejorado su ECO en un 21%.
  • Costes. El 71% de los diseñadores de las empresas mejor posicionadas ha alcanzado los objetivos relativos al coste del producto, frente al 63% de los demás diseñadores.

 

thomas edison

Thomas Edison.

Thomas Edison dijo una vez que “el genio es 1% inspiración y 99% transpiración” (tuvo que probar más de 1.000 prototipos físicos de la bombilla incandescente). Sin embargo, el diseño basado en la simulación -con sus prototipos y tests virtuales- elimina buena parte del porcentaje de “transpiración”. Hoy en día, los diseñadores pueden probar cientos de alternativas hasta que no les llega la “inspiración” que da lugar al diseño de un producto innovador, que satisface, así mismo, los objetivos de calidad, coste y tempística.

Libro blanco

Informe del Grupo Aberdeen sobre el diseño basado en la simulación

Texto completo sobre la investigación del Grupo Aberdeen sobre la adopción del diseño basado en la simulación: “The Benefits of Simulation-Driven Design”. En el documeno se explica, detalladamente, cómo las empresas líderes del sector electrónico consiguen reducir costes y tiempo de lanzamiento de los productos gracias a la aplicación de esta modalidad de diseño.

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