Ingeniería simultánea en el sector de los plásticos

Integrar y realizar funciones de forma paralela

Aunque los conceptos básicos de la ingeniería simultánea hace tiempo que están establecidos, su aplicación práctica no ha progresado suficientemente o al menos no lo ha hecho en la proporción de las expectativas creadas en sus inicios. La ingeniería simultánea persigue como objetivo principal, reducir el tiempo de puestas en mercado, a través de la integración de todas las actividades a desarrollar dentro del ciclo de vida de un producto, desde la fase de definición de producto hasta su reciclado o reutilización. Este artículo es una versión reducida del trabajo realizado por el autor.

La integración de actividades de diseño, desarrollo, planificación, etc., dan lugar a otros beneficios, que aunque secundarios respecto del principal, son también de gran importancia (coste, calidad, optimización, etc.).

Recientemente y como consecuencia de la cada vez más elevada complejidad de los sistemas, la ingeniería simultánea se presenta como una metodología que puede favorecer esta gestión de la complejidad, sobre todo si se extiende su integración a los niveles de planta.

Las dificultades principales que se están encontrando hasta ahora, residen principalmente en la formación de los equipos humanos, en la nueva metodología de trabajo, en la forma diferente de diseñar y planificar, en la necesidad de definir con precisión las relaciones entre actividades y en la carencia de un sistema adecuado de información abierto y compatible.

Fabricación de piezas de plástico

El sector de fabricación de piezas de plástico, en su totalidad, se caracteriza entre otras cosas, por la necesidad de utilizar tecnologías avanzadas de producción como son control numérico, máquinas herramientas de 3/5 ejes, electroerosión, inspección tridimensional, CAD, CAE, CAM, prototipado rápido, inyectoras de altas prestaciones, etc.

La utilización de todas estas tecnologías se hace en el seno de empresas con una dimensión bastante dispar y que en su conjunto constituyen la cadena de producción en este sector. El rango va desde la empresa fabricante de moldes, generalmente de tamaño pequeño, hasta las empresas de automoción, electrónica, electrodomésticos, etc., siempre más grandes, pasando por las empresas transformadoras, las empresas suministradoras de materia prima y las ingenierías de producto. Todas ellas configuran el ciclo diseño-molde-transformación-montaje (figura 1).

Figura 1. Ciclo productivo en la fabricación de piezas de plástico.

La mejora de la eficiencia persigue como puntos principales:

• Reducir los tiempos de puesta en mercado de los productos.
• Disminuir los costes.
• Elevar la calidad del producto final.

La eficiencia de este trabajo en equipo depende del nivel de conocimiento de cada uno de los componentes, así como de los métodos de trabajo y de la organización de cada empresa y/o departamento. Por lo tanto en el trabajo simultáneo entre empresas y/o departamentos distintos, la organización y calidad de los intervinientes y los medios técnicos utilizados tienen una gran importancia para conseguir los objetivos propuestos.

Evolución de los sistemas CAD

En relaciones normales entre empresas mínimamente tecnificadas y en las que los tiempos de respuesta y los costes deben ser reducidos, el correcto intercambio de información entre ellas y en el interior de las mismas es un aspecto crucial.

Para las empresas encuadradas en el sector de la fabricación de piezas de plástico esta información está relacionada con cuatro áreas fundamentales: diseño de producto, materiales, diseño y fabricación de moldes, y fabricación e inspección de piezas. La integración de dicha información en una base de datos compartida por los distintos departamentos y/o empresas constituye uno de los factores que vendría a facilitar en gran medida la aplicación de métodos de trabajo basados en la Ingeniería Simultánea (IS).

Hasta el momento, los sistemas que mayor implantación han tenido son los sistemas CAD/CAM, porque la información que principalmente se intercambia dentro del sector del plástico es de tipo geométrico, aunque recientemente también se está produciendo un incremento en la instalación de sistemas PDM (Product Data Management).

La dificultad principal en la transmisión y manejo de esta información reside en la definición de las entidades geométricas utilizadas por los diferentes sistemas CAD. Esta definición obliga a que el número y tipo de entidades consideradas en cada sistema sea estrictamente igual, así como la descripción de cada una de ellas. Es decir se tiene que disponer del mismo tipo de curvas y superficies paramétricas y ser definidas con el mismo tipo de ecuación y grado.

Este hecho es lo que ha dado lugar a la incompatibilidad parcial entre sistemas, más acentuada conforme la geometría utilizada en la definición de la pieza es más compleja.

Como ya es sabido, las normas de intercambio de información geométrica como IGES, VDA, SET, etc., tratan de solucionar este problema, sin conseguir resolverlo completamente.

La evolución reciente de los programas de diseño CAD, además de la mejora en cuanto al tratamiento de superficies y la comodidad de su utilización, ha incorporado el modelado paramétrico que desde el punto de vista del sector del plástico, tiene como ventajas principales facilitar los cambios de diseño sin afectar de una manera profunda al modelo geométrico general ya definido, y permitir una actualización automática de procesos definidos posteriormente basados en la geometría de la pieza.

Otro avance importante aunque de menor utilización directa son los sistemas de CAD programables. Estos sistemas proporcionan los medios necesarios para realizar desarrollos particulares integrados completamente en el propio sistema CAD.

La aplicación de la ingeniería simultánea (IS)

La ingeniería simultánea, también llamada ingeniería concurrente, se define como un método de trabajo donde las distintas actividades de ingeniería que componen el proceso de desarrollo del producto y de la producción se encuentran integradas y se realizan principalmente de forma paralela. La aplicación de métodos basados en la IS se fundamenta en cinco acciones fundamentales:

• Trabajo en equipos multidisciplinarios con participación de proveedores. Es la clave del proceso de aplicación de la IS, sin su aplicación correcta no es posible desarrollar el resto de acciones adecuadamente.
• Especificación de detalle del producto, desde el punto de vista de ingeniería, a partir de los términos definidos por el cliente. El objetivo es no entregar a los clientes características que no desean.
• Especificación de los parámetros que permiten asegurar la optimización de la calidad del producto. Al garantizar la calidad desde el diseño la IS encaja perfectamente con el control de la calidad total.
• Optimización del diseño del producto, teniendo presente todos los aspectos que afectan a su ciclo de vida: funcionalidad, fabricación, montaje, mantenimiento y servicio, reciclaje, retirada, etc. En las fases de especificación y diseño de producto se emplea más tiempo a fin obtener una definición más completa y refinada que reduzca la necesidad de cambios posteriores, debe tenerse presente que aproximadamente el 60% del coste de fabricación del producto se fija en la fase de diseño.
• Desarrollo simultáneo del producto, equipo de fabricación y procesos, control de calidad y marketing. Conduce claramente a un tiempo más corto en el desarrollo de nuevos productos. La reducción varía en función del tipo de producto pero de forma general se han identificado reducciones que van del 25% al 50% en el tiempo total de desarrollo y producción.

Hasta ahora, la aplicación práctica de los conceptos de IS se ha desarrollado fundamentalmente alrededor del trabajo conjunto entre equipos de personas de diferentes empresas o distintos departamentos.

El concepto de integración dentro de la IS requiere de su aplicación conjunta en tres áreas o niveles:

• Integración de Las distintas actividades que se desarrollan en el diseño y fabricación del producto, lo que conlleva la redefinición de Los métodos de trabajo secuenciales en métodos de trabajo en paralelo.
• Integración del soporte físico de comunicaciones, plataformas informáticas de las empresas y/o departamentos implicados.
• Integración de Las aplicaciones informáticas utilizadas.

Desde el punto de vista del usuario, la integración se traduce en términos de disponibilidad, accesibilidad y consistencia de la información. Resulta por tanto evidente que la integración de la información es un factor clave en la aplicación de la IS. Sin embargo del análisis de los sistemas comerciales utilizados actualmente se ha venido derivando una falta de adecuación a este requerimiento.

Desarrollo de normas relacionadas con el modelado de información

De manera sencilla se puede definir el modelado de información como la especificación detallada y precisa de la información que es necesario comunicar entre distintos sistemas, generalmente informáticos, que se emplean en la realización de una serie de actividades. En este sentido se puede considerar como ejemplo la comunicación entre sistemas CAD-CAE-CAPP-CAM para realizar las actividades de diseño, planificación de operaciones y generación de programas de CN en un entorno de fabricación de piezas de plástico.

Teniendo presente la cada vez mayor complejidad de los sistemas informáticos demandados por la industria, y la necesidad de garantizar por parte del desarrollador la integración de dichos sistemas en un entorno heterogéneo, se han desarrollado distintas metodológicas tendentes a facilitar el desarrollo de dichas aplicaciones o la integración de las ya existentes. La idea principal es realizar una especificación precisa de la información que debe gestionar o intercambiar el sistema y de su forma de implementación, de manera que el tiempo de desarrollo se vea reducido y los requerimientos del cliente satisfechos.

Con esta idea, la norma STEP permite la definición de cualquier información relativa a un producto, además de la estrictamente geométrica que ya venía siendo definida en parte por otras normas ya existentes como IGES, VDA-FS y SET.

Referencias de interés

Páginas WEB donde se puede encontrar información relacionada con STEP:

• http://pdesinc.scra.org
• http://ramp.scra.org
• http://www.prostep.com
• http://www.pdt1.demon.co.uk
• http://www.EuroSTEP.se
• http://www.steptools.com
• http://www.cimio.co.uk
• http://www.niiip.org
• http://www.nist.gov/sc4

Antonio Vizán Idoipe y José Ríos Chueco
Universidad Politécnica de Madrid