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La ingeniería concurrente, una filosofía actual con plenas perspectivas de futuro

Espinosa, M.M. y Domínguez, M. (Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales – UNED)15/05/2003
Este artículo analiza en detalle la aplicabilidad real en la industria de la ingeniería concurrente, sus costes y aplicaciones. Para los autores, esta forma de trabajar empieza a ser imprescindible cuando se trabaja de forma simultanea con grandes cantidades de información y acaba añadiendo que la mejor forma de sacar partido a estos sistemas es utilizarlos en toda su potencialidad.
Es interesante observar cómo una filosofía de trabajo que lleva ya varios años en entornos productivos no sólo no se ha pasado de moda sino que, gracias a la evolución observada en los sistemas informáticos, sigue siendo actual y se centra como idónea en los planes estructurales de la empresa de vanguardia. Es habitual oír conceptos como ingeniería simultánea, diseño concurrente, ingeniería corporativa..., en este artículo se entra de lleno en estos conceptos y se analiza su verdadero campo de aplicabilidad.

Concepto

La ingeniería concurrente, también llamada por muchos autores ingeniería simultánea, es un fenómeno que aparece a principios de la década de los ochenta en el Japón y que llega a Europa a través de América, fundamentalmente Estados Unidos, a finales de esa misma década.

El objetivo de una empresa industrial es, en pocas palabras:

"Diseñar productos funcionales y estéticamente agradables en un plazo de lanzamiento lo más corto posible, con el mínimo coste, con el objetivo de mejorar la calidad de vida del usuario final".

Evidentemente, este objetivo se debe alcanzar dentro de la filosofía del libre mercado, donde la industria debe vivir de sus propios recursos.

La ingeniería concurrente que ahora se aborda es una filosofía basada en sistemas informáticos y, como la gran mayoría de estos sistemas, su aportación fundamental consiste en una muy evolucionada forma de tratar la información disponible.

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Figura1. Concepto de ingeniería concurrente.
Bajo esta idea se han planteado diversas posibles definiciones pero quizá la que mejor responde a esta idea es:

"Filosofía de trabajo basada en sistemas de información y fundamentada en la idea de convergencia, simultaneidad o concurrencia de la información contenida en todo el ciclo de vida de un producto sobre el diseño del mismo".

Englobando en el diseño del producto tanto el propio producto como el sistema productivo que lo hace posible.

Esta filosofía de trabajo involucra, dentro de una compañía, a todas las personas y entes que participan de cualquier manera en el ciclo de vida de un producto en la responsabilidad del diseño del mismo.

Evidentemente, el diseño ya no es una tarea unipersonal, es una tarea de equipo. Es responsabilidad del equipo y, por tanto, las decisiones importantes deben ser tomadas en función de la información aportada por cada una de las personas afectadas, haciendo referencia directa a proveedores y subcontratistas.

Diseño tradicional frente a diseño concurrente

Con objeto de aclarar algunas ideas relativas a la concurrencia, convergencia o simultaneidad de la información necesaria para la elaboración de un proyecto de diseño, se puede analizar, aunque sea superficialmente, el diseño de algún producto de los que se encuentran en el mercado.

Analicemos el caso concreto del diseño, por ejemplo, del sistema de aire acondicionado que va a llevar un edificio:

"Un arquitecto proyecta un edificio, nave, vivienda u oficina y, normalmente, debe prever la instalación de algún tipo de acondicionamiento de aire. Para dimensionar su edificio, necesita datos de volumen relativos al sistema de aire acondicionado, volúmenes que ha de prever en sus planos. Pero el instalador del sistema no le dará las dimensiones de los equipos que necesita si no ve previamente los planos del edificio a acondicionar. No se puede definir el sistema de aire acondicionado si no se ha dimensionado previamente el edificio. No se puede dimensionar el edificio si no se hacen las previsiones oportunas para habilitar los espacios necesarios que habrá de ocupar el sistema de aire acondicionado que todavía no se ha definido. Hace falta una concurrencia en el diseño.

No hace falta entrar en la complejidad de los elementos que se han de tener en cuenta para poder levantar cualquier construcción. Se da por supuesto que, tras no pocas idas y venidas, el edificio se construye.

El edificio es ocupado por una empresa que desea ubicar sus oficinas. La distribución es aparentemente válida, pero no ha pasado un mes y ya se han levantado cuatro mamparas, se ha tirado un tabique y se ha ampliado el despacho del director general, que no era suficientemente grande. Como consecuencia de ello, aquella persona que debería tener una ventana a la izquierda para recibir luz indirecta, tiene que situar su mesa de espaldas a la misma con lo que la luz del día se refleja permanentemente en su pantalla y le obliga a cerrar las persianas para poder trabajar. Además, no se sabe por qué extraña razón, se le ha colocado su mesa debajo de la salida de un chorro de aire frío que le provoca un resfriado permanente."

Evidentemente, en este esquema hay algo que falla. Y lo que falla no es nada especialmente complejo, es falta de información. La solución a éste y cualquier problema de diseño pasa por que se coordinen las herramientas necesarias para hacer que la información relativa al producto, teniendo en cuenta todo su ciclo de vida, esté a disposición del equipo de diseño.

Gracias al correo electrónico el envío de información y la comunicación se hizo en su momento mucho más ágil, pero esta situación ha llegado a su punto de máxima utilidad con la incorporación de sistemas basados en Internet
Ante un proyecto de diseño, por sencillo que parezca, el volumen de información que se maneja y se hace necesario es tal que obliga a la concurrencia de varias personas, cada una de ellas aportando su "algo" al diseño. Y la mejor forma de coordinar este flujo de información es mediante herramientas informáticas. Se está entrando ya en el diseño concurrente.

La aplicación de las nuevas tecnologías a cualquier fase del desarrollo de nuevos productos tiene que perseguir como objetivos fundamentales la innovación en los productos y la reducción del tiempo de desarrollo y por ende el tiempo de ‘puesta en el mercado’.

Diseño concurrente e ingeniería simultanea

Como se ha indicado al principio, la ingeniería concurrente es también denominada, quizá no muy correctamente, ingeniería simultánea y, hoy en día, también ingeniería corporativa. Aun cuando los conceptos se aplican indistintamente, existe una pequeña diferencia de matiz que es necesario apuntar. La ingeniería concurrente propiamente dicha nace de la concurrencia o retroalimentación de información desde áreas de fabricación hacia diseño al objeto de diseñar al mismo tiempo el producto y el sistema de fabricación del producto. Esta idea evoluciona rápidamente y obtiene una concurrencia de información no sólo de fabricación hacia diseño, sino de todos los demás elementos implicados (figura 1).

Desde el punto de vista de planificación, la filosofía de concurrencia implica una idea de simultaneidad de tareas al abordarse en paralelo tanto el diseño del producto como el diseño del sistema de fabricación, los esquemas de montaje y embalaje, el plan de lanzamiento e incluso la obsolescencia. Este hecho hace que en sectores de planificación y organización no se hable de ingeniería concurrente sino de ingeniería simultanea (figura 2).

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Figura 2. Concepto de ingeniería simultánea.

Ingeniería corporativa

La evolución de los sistemas de diseño asistido es ciertamente muy rápida. Una compañía puede tener hoy día dos profesionales trabajando en paralelo uno en las oficinas centrales en España y otro en fábrica en el sudeste asiático. Estas dos personas pueden estar comunicadas trabajando en el mismo proyecto, manejando los mismos planos y las mismas aplicaciones informáticas de cálculo y además hablando y "viéndose la cara" a través de la pantalla del ordenador.

Esta tecnología es la misma que la que se ha utilizado siempre cuando dos técnicos hablan a través del teléfono mientras analizan unos planos que previamente se han enviado por un sistema tradicional como el correo postal o el fax. Gracias al correo electrónico el envío de información y la comunicación se hizo en su momento mucho más ágil, pero esta situación ha llegado a su punto de máxima utilidad con la incorporación de sistemas basados en Internet.

La aparición de Internet ha marcado un hito en las comunicaciones en general, pero también ha entrado de lleno en las utilidades de los sistemas de diseño asistido. Bajo este planteamiento, cuando son varias las personas de una misma compañía las que trabajan bajo esta filosofía, ya no se habla sólo de ingeniería concurrente o simultanea, sino que se abarca un concepto más ambicioso que hoy en día se denomina ingeniería corporativa.

Pero una cosa es el coste real, coste incurrido, y otra muy distinta el denominado coste comprometido. En la figura 3 se aprecia la diferencia entre uno y otro desde la perspectiva de las diferentes fases del proyecto.

Los costes derivados de las fases de diseño no pasan de ser dedicados a la adquisición de papel y a la utilización de horas de ordenador. Pero las decisiones que en esta fase se toman condicionan sobremanera el coste de fabricación y pruebas, razón por la que el análisis económico no debe ser de costes incurridos sino de costes comprometidos.

Como resultado del análisis se obtiene la gráfica recogida en la figura 4, en la que se presenta el coste de una modificación, un cambio, frente al momento en el que éste se produce.

Aplicaciones

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Con objeto de profundizar un poco más en el campo de la ingeniería concurrente y su campo de aplicabilidad en el diseño industrial, se procede a analizar situaciones reales que se dan hoy en día en diversos sectores como son:
  • Diseño mecánico.
  • Montaje.

Como se ha visto a lo largo de estas líneas, el mayor logro de la ingeniería concurrente consiste en la interrelación e integración de herramientas informáticas. De entre éstas herramientas se debe destacar una de fundamental valor, el simulador. El simulador es un sistema informático que, en base a la información contenida, es capaz de hacer una previsión de funcionamiento de un prototipo virtual y, con ello, ayudar al equipo de diseñadores a adecuar sus especificaciones a la funcionalidad del conjunto.

Diseño mecánico

Quizá sea en el campo del diseño mecánico el sector en el que más ha avanzado la ingeniería concurrente. Ello es debido probablemente a que el diseño del automóvil, conjunto de elementos mecánicos acoplados con precisión, ha estado sometido a fuertes exigencias para obtener cada vez más y mejores resultados.

También se ha de apuntar que en el sector del automóvil Japón es un líder indiscutible, y su liderazgo se debe, sin lugar a dudas, a su capacidad para elaborar y poner en funcionamiento herramientas cada vez más sofisticadas de diseño y fabricación automatizadas, herramientas entre las cuales, la ingeniería y diseño concurrentes son un engranaje más.

El campo del diseño mecánico tuvo una primera fase en la que los dibujos y planos de piezas se elaboraban con sistemas informáticos, los primitivos sistemas de diseño asistido en dos dimensiones, que tenían por misión realizar con un ordenador las mismas tareas que previamente había realizado el delineante proyectista sobre su mesa de trabajo.

Estos sistemas evolucionaron rápidamente hacia sistemas más sofisticados, consiguiéndose con ellos herramientas muy potentes de modelizado de sólidos capaces de mover piezas en el espacio y generar planos en dos dimensiones a partir del modelizado en tres dimensiones.

Estos sistemas siguen evolucionando y han avanzado hacia el diseño concurrente. El diseño concurrente en este sector se transcribe a una concurrencia diseño-fabricación a la hora de fabricar una pieza. En este sentido, el diseñador puede, sobre su puesto de trabajo, crear la pieza a diseñar con su modelizador de sólidos. A su vez, basándose en herramientas de diseño asistido, puede generar los planos detallados en dos dimensiones de la pieza, planos que pueden ser analizados y corregidos por un tercero, que puede ser el cliente, el responsable de fabricación o el responsable de montaje, o mejor todos a la vez. Asimismo, en base a herramientas informáticas, el diseñador puede, sobre su propio puesto de trabajo, simular el proceso de fabricación con herramientas de control numérico, y el montaje, por ejemplo robotizado, de la pieza.

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Figura 5. Sistemas informáticos en ingeniería concurrente.
En ambos casos, el propio diseñador o cualquier otro usuario puede detectar un error en un plano generado en dos dimensiones. También es posible que, al ejecutar un programa de mecanizado en el simulador, se pueda detectar un posible fallo. Pues bien, la potencia de los sistemas de diseño concurrente puede llegar al punto en que, al hacer una modificación sobre los planos 2D, el propio sistema es capaz de regenerar los 3D acorde con la modificación. E incluso si se modifica el programa de fabricación de una pieza, el propio sistema es capaz también de modificar y regenerar tanto el modelo 3D inicial como los 2D obtenidos a partir de él. Como se puede apreciar, con esta tecnología se está entrando en la fabricación sin papeles. La planta de producción donde la información se trasmite única y exclusivamente mediante sistemas informáticos.

Montaje

En el campo del montaje todavía se debe localizar otro factor importante en la idea de la concurrencia en la transmisión de información de diseño. Si en la fase de montaje, simulado por supuesto, se detecta un problema que afecta a más de una pieza, por ejemplo un ajuste, la modificación introducida, que afecta a varias piezas, debe ser capaz de ser procesada en todas de una manera automática, sin obligar al diseñador a recordar y localizar cuáles son las piezas a las que esta modificación pueda afectar. Se gestionan las modificaciones de manera automática, sin intervención exterior, único elemento que garantiza que el conjunto guarda su integridad y su coherencia intrínseca.

Como se ha visto, la cantidad de información que necesita el equipo de diseño es de tal magnitud que su manejo mediante métodos convencionales se hace poco menos que inviable. Se hace necesario, por tanto, la utilización de los ordenadores y de los sistemas informáticos como herramientas habituales de diseño.

Pero la utilización de estas herramientas no acaba haciendo lo mismo pero de otra manera, muy al contrario, la mejor manera de sacar partido a estos sistemas es utilizarlos en toda su potencialidad, aprovechando la capacidad de los mismos y evolucionando poco a poco los propios métodos de diseño y desarrollo de productos.

El simulador es un sistema informático que, en base a la información contenida, es capaz de hacer una previsión de funcionamiento de un prototipo virtual
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Figura 6. Simulación de ensamblado.

Perspectivas de futuro

Tal como se ha apreciado hasta el momento, se tiende a trabajar con gran cantidad de información, obtenida de muy diferentes fuentes, capaz de saturar el cerebro más privilegiado. Hace falta, y se hace imprescindible, la utilización del ordenador.

Se hace necesario de nuevo que todas las personas relacionadas directa o indirectamente con el producto se responsabilicen, en la medida correspondiente, en el diseño del mismo, desde el departamento de estudios de mercado hasta el servicio postventa.

Es responsabilidad de los directores de desarrollo el facilitar esta tarea, de forma que si un técnico no ve facilitada esta labor, no será su responsabilidad sino de los propios directivos de la compañía.

Para todo ello se hace necesario realizar un replanteamiento de los procedimientos clásicos de desarrollo de productos y adecuarlos a la tecnología actual, la tecnología de la información, que pasa, necesariamente, por la ingeniería concurrente

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