MoldXpress es una aplicación "pay per use" que facilita el diseño automático de moldes

MoldXpress: nuevo software de diseño inteligente de moldes

Alex Sancho. Ingeniero Industrial del Departamento I+D+i. Fundación Ascamm15/08/2005

El moleldado por inyección es una de las maneras más comunes de crear productos plásticos. En el ciclo de desarrollo de producto, la fabricación del molde supone más tiempo que cualquier otra etapa. Para aumentar la claridad, reducir costes y plazos de entrega, los fabricantes de moldes están continuamente buscando mejoras en sus procesos de diseño y fabricación. En este artículo se explican las ventajas del diseño y desventajas en 3D, las particularidades de los sistemas KBE y los detalles del MoldXpress, una solución "pay per use" para el diseño automático de moldes para la inyección de plástico.

Tradicionalmente, los fabricantes de moldes realizaban sus diseños en 2 dimensiones. A finales de los 90, la tendencia más notable fue la incorporación de software de 3 dimensiones en las etapas de diseño y fabricación del molde. Estas aplicaciones 3D substituyeron los programas tradicionales de dos dimensiones. Existían claras ventajas en las áreas técnicas, económicas y comerciales que explican esta tendencia hacia el diseño en tres dimensiones. Estos sistemas 3D ayudaron a los fabricantes del molde a aumentar su capacidad y eficacia tecnológica. Esto les permitió realizar desarrollos más complejos en menos tiempo.

No todo son ventajas en el uso de estos programas sino que también comportan algunos problemas:

Modelar completamente un molde en 3 dimensiones puede ser una tarea muy compleja debido al gran número de componentes existentes en un molde.
Otra desventaja importante es la complejidad de uso de estos programas: los usuarios necesitan un aprendizaje intensivo para poder utilizarlos correctamente.

Así pues, se convirtió en una práctica muy común entre las empresas de moldes el uso de programas 3D para el modelado de la cavidad y el punzón pero seguían utilizando programas 2D para los otros componentes del conjunto del molde. De esta manera, algunas de las ventajas de los programas 3D se pierden porque, al modelar los sistemas de inyección y refrigeración, se pueden producir interferencias entre los elementos. Más aún, la manera que los programas de 3D relacionan muchos elementos del conjunto del molde con la pieza de plástico, pueden ayudar al usuario a facilitar los cambios de diseño.

Pocos años después de los programas de diseño 3D, aparecieron en el mercado los denominados "sistemas para el diseño automático de moldes". Estos programas ayudan al usuario a diseñar el molde completo automatizando las etapas más repetitivas, evitando así la mayoría de las desventajas de los sistemas 3D. No son paquetes independientes sino que están integrados en programas CAD 3D comerciales. Realmente estos programas son rutinas y macros automáticas dentro de los sistemas CAD que hacen el trabajo más fácil al diseñar moldes en 3D. No debemos confundir estos programas con los sistemas KBE. Los sistemas KBE van más allá: incluyen conocimiento del proceso para el desarrollo del molde de una manera tal que el sistema pueda proponer opciones de diseño al usuario.

El concepto “KBE”

Podemos definir KBE (acrónimo que viene de la expresión inglesa “Knowledge Based Engineering”) como la tecnología que se ocupa de la captura de conocimiento de los procesos de ingeniería y la transforma en un entorno de programa. Estos programas contienen valiosos contenidos de conocimiento en forma de reglas y de mecanismos de razonamiento para proporcionar soluciones a problemas del mundo real.

¿Cuál es el porcentaje rutinario en las actividades diarias en ingeniería (por ejemplo en el diseño de moldes)? Cada proyecto es un nuevo problema a solucionar. Hay muchos procesos mentales en la metodología para solucionar estos problemas. Pero si pensamos por un momento en estos procesos mentales nos daremos cuenta que la mayoría de ellos son totalmente "sistemáticos" ya que se basan en reglas que los técnicos tienen ya asumidas (tales como "si A entonces B"). Un profesional es mucho más experto cuanto más reglas de este tipo ha acumulado en su base de datos mental. Algunas de estas reglas se han aprendido de forma explícita (enseñanza académica) y otras de forma empírica (prueba-error). En general, no se es consciente de tener estas reglas. Esto se conoce como "conocimiento tácito", y de hecho es el conocimiento más maduro porque normalmente se es consciente de saber algo cuando se acaba de aprender (véase el cuadro 1).

Figura 1.- Las fases habituales del aprendizaje son: [1] No ser consciente de la ignorancia (que triste!). [2] Ser consciente de lo que no se sabe (un gran paso!). [3] Acabamos de aprender algo y se es consciente de la posesión de este conocimiento (una gran satisfacción!). [4] Con el tiempo y el uso de este conocimiento adquirido dejamos de ser conscientes de las reglas que generan este conocimiento (ejemplo: conducir un coche; recuerdan la cantidad de reglas prácticas y teóricas que llevábamos en la cabeza en la fase de autoescuela y que ahora no recordamos pero aplicamos de manera sistemática centenares de veces mientras conducimos sin ser conscientes).

El cerebro hace esto por razones de eficacia: el conocimiento tácito produce respuestas más rápidas. Cuando se utiliza mucho un conocimiento, el cerebro (hábilmente) decide almacenarlo en otro nivel, el tácito, para no tener que perder tiempo llamando a la “conciencia” para recopilar y reflexionar sobre las reglas. Podríamos hacer una similitud con lo que los sistemas operativos hacen al pasar aquellas aplicaciones en uso a la RAM, que es de más rápido acceso.

Pocos son los procesos que requieren realmente de un esfuerzo de, llamémosle, “creatividad”. Ello ocurre ante una situación no prevista por nuestra particular base de reglas (tanto tácitas como explícitas). Estas situaciones, inevitables, requieren generar nuevas reglas para incorporarlas a nuestra experiencia. Aquí entramos en la región de la “inteligencia” de cada profesional, es decir, la habilidad para generar nuevas reglas a partir de las existentes y de mecanismos sorprendentes que son dominio de la psicología cognitiva. Lo más fácil, la mayoría de las veces, suele ser recurrir a otros expertos que ya pudieran tener estas reglas en su propia base (el principio del trabajo en colaboración).

Pues bien, volviendo a la pregunta con la que comenzábamos el presente artículo, parece ser que un 80 por ciento de las actividades de ingeniería de diseño podrían calificarse de “rutinarias”, en el sentido de estar guiadas inconscientemente por estas reglas tácitas que todo profesional posee en mayor o menor cantidad.

La misión de la tecnología KBE es desarrollar aplicaciones informáticas (dentro del dominio de la ingeniería de diseño y fabricación) para que sirvan de contenedores y dispensadores de este conocimiento tácito y explícito de los expertos. Para ello es obligada una primera fase de captación del máximo conocimiento tácito posible, realmente ardua y arriesgada, pues de ella dependerá el éxito y la utilidad de la aplicación final. Luego viene una fase de manipulación y contextualización de este conocimiento para poder desarrollar el modelo generativo que permita su correcta explotación por el usuario final.

El proyecto MoldXpress

Diseñar un molde es un proceso de ingeniería y como ya hemos dicho, el 80 por ciento de las actividades de ingeniería están descritas como rutinarias: actividades conducidas por las reglas tácitas que todo profesional tiene en mayor o menor cantidad.

Hace cinco años (en el año 2000) se inició el trabajo de creación de un KBE para el diseño de moldes. El proyecto inicial fue financiado por la Comisión Europea bajo el Programa IST llamado KBEMould con varias entidades participantes: AIJU – Coordinador del Proyecto, Fundación Ascamm, Ismo (Instituto Superior del Molde – Francia), UNIPG (Universidad de Perugia), KTI (Knowledge Technologies International – Luxemburgo) y 8 moldistas. El desarrollo del proyecto KBEMould comprendió diferentes fases:

Detección de las necesidades reales de los usuarios
Recogida de conocimiento tácito de diseño de moldes que existe en las empresas de moldes

Una de las necesidades más significativas que se detectó en el sector fue la necesidad de disponer de programas de diseño más asequibles económicamente para las empresas de moldes (el tamaño medio de estas empresas no supera los 20 trabajadores). Cuando una empresa de moldes compra un sistema de CAD, supone una gran inversión debido a los altos costes de las licencias y al entrenamiento de los diseñadores en el sistema elegido. Esta inversión puede llegar a hipotecar la compañía "totalmente" de modo que pueda acceder solamente a los usos o a las actualizaciones del sistema de CAD implantado. Si aparece una herramienta más avanzada nueva, no pueden permitirse comprarla. Se decidió entonces que la aplicación a crear debería ser una aplicación de tipo “pay per use”, que significa que los usuarios solo pagan lo que usan sin necesidad de una inversión inicial.

En la recogida de conocimiento dentro del proyecto KBEMould, se captaron las reglas que rigen todo el proceso de diseño de moldes. La recogida del conocimiento se llevó a cabo a través de la generación de cuestionarios y la realización de entrevistas a empresas del sector y a profesionales de reconocido prestigio. Para la formalización del mismo se utilizó la metodología descrita en el Proyecto Europeo ESPRIT ES-25418 “MOKA” – “Methodology and software tools oriented to KBE applications”.

Todo ese conocimiento captado se usó en otro proyecto dentro del programa de subvenciones Profit 2003 del Ministerio de Ciencia y Tecnología: “KBM: Desarrollo y validación de una aplicación basada en el conocimiento (Knowledge Based Engineering) para el diseño automático y remoto de moldes de inyección de plástico para pymes “. En este proyecto participaron los mismos colaboradores que en el proyecto KBEMould: Aiju, Ismo, y Ascamm. Se añadió al consorcio Missler una empresa desarrolladora de software CAD, propietaria de software como TopSolid - TopMold, y que ha sido la responsable de desarrollar y optimizará la aplicación a partir del conocimiento recogido y de las necesidades del sector.

Como resultado de este proyecto ha nacido una nueva aplicación: MoldXpress. Se trata de una solución "pay per use" para el diseño automático de moldes para la inyección de plástico. El concepto básico es una herramienta que contiene el conocimiento de las empresas de moldes y a un precio asequible. Gracias a MoldXpress, los técnicos pueden usar su tiempo para realizar tareas complejas, aquellas que requieren una gran creatividad, evitando malgastar esfuerzos en las rutinarias.

MoldXpress es en realidad un asistente para ayudar al usuario a diseñar del molde, es decir, una especie de wizard que guía al usuario durante todo el proceso de diseño del molde aportando conocimiento y evitando al usuario tener que hacer tareas repetitivas tales como la creación de la partición, los postizos de cavidad y punzón, etc.

Pasos del MoldXpress:

Importación de la pieza: MoldXpress puede importar varios tipos de formato CAD, como pueden ser igs, step, parasolid, etc.
Orientación de la pieza en la posición del molde: MoldXpress proporciona al usuario toda una serie de herramientas para posicionar correctamente la pieza
Selección del plástico a utilizar: el usuario selecciona el plástico de la pieza y MoldXpress recomienda un valor de contracción.
Análisis de los ángulos de la pieza: ángulos de desmoldeo, negativos, etc.
Creación automática de las superficies de partición del molde: MoldXpress detecta las líneas de partición y crea las superficies automáticamente
Creación automática de cavidad y punzón: con las superficies de partición MoldXpress crea los postizos de cavidad y punzón
Selección del Portamoldes: en función del tamaño de la cavidad y del punzón MoldXpress preselecciona un tamaño de portamoldes de la base de datos de elementos normalizados (normalizados disponibles: VAP, Hasco, Rabourdin, Dme, Pedrotti, Futaba, etc.) pero deja a elección del usuario cambiar de tamaño.
Diseño del sistema de inyección: MoldXpress asiste al usuario durante la creación del sistema de inyección
Sistema de expulsión: el usuario selecciona los puntos de pieza que quiere utilizar para expulsar y MoldXpress se encarga de seleccionar el mejor expulsor y situarlo correctamente dentro del molde.
Refrigeración: En función de la geometría y del espesor de la pieza, MoldXpress crea automáticamente el sistema de refrigeración adecuado para cada caso y selecciona los todos los elementos necesarios para completar el sistem
Planos de molde y lista de materiales: Para terminar MoldXpress nos ofrece la posibilidad de crear automáticamente un plano con las vistas más significativas del molde y una lista de materiales
Exportar a otros sistemas: el resultado de MoldXpress a parte de los planos y la lista de materiales será la posibilidad de exportar todo el diseño del molde al formato requerido por el usuario.

La mejor forma de entender el movimiento es poniéndose a andar... por eso animamos a aquellos lectores interesados en este tipo de herramientas a asistir a una demostración