Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Tlalnepantla Materia: Manufactura asistida por computadora II Profesos Jiménez Campos Salomón Nombres: De La Cruz Tapia José de Jesús Torres Mares José Gabriel Cosme López Oscar Muciño Sánchez Juan Carlos
UNIDAD 1 INGENIERÍA CONCURRENTE
1.1.- Conceptos fundamentales.
El término ingeniería concurrente surge por así decirlo en 1988, en el reporte R338 del Instituto de Análisis de la Defensa de los EE.UU (IDA). En éste reporte se describe la importancia de la ingeniería concurrente como un método integrador de procesos en el sistema de adquisición de armas, y se hace claridad en que no es un método innovador, puesto que es una filosofía ya utilizada desde el principio de la década. La ingeniería concurrente es un esfuerzo sistemático para un diseño integrado, concurrente del producto y de su correspondiente proceso de fabricación y servicio. Pretende que los encargados del desarrollo desde un principio, tengan en cuenta todos los elementos del Ciclo de Vida del Producto (CVP), desde el diseño conceptual hasta su disponibilidad, incluyendo calidad, costo y necesidad de los usuarios”.
En la ingeniería concurrente cada nuevo proyecto se trabaja con técnicas disciplinadas y en conjunto con un grupo multidisciplinario de tiempo completo. Éste equipo de trabajo debe estar formado por:
Ingenieros de diseño Ingenieros de fabricación Personal de mercadeo
Personal de compras ¿Cuál es la diferencia entre Ingeniería Concurrente e Ingeniería Convencional? Ingeniería Convencional La ingeniería convencional utiliza un desarrollo de producto conocido como “Comunicación sobre la pared”. En este enfoque cada área de la empresa,
después de ejecutar la parte que le corresponde, transfiere su resultado al sector siguiente. Quien recibe esta etapa indudablemente encontrará fallas según la perspectiva de su propia especialidad y la devolverá al sector de origen para los ajustes correspondientes.
Diagrama básico de la ingeniería convencional
Personal de finanzas Personal de seguridad y salud ocupacional
Ingeniería Concurrente La ingeniería concurrente se basa en el trabajo convergente de las diferentes etapas y exige que se invierta más tiempo en la definición detallada del producto y en la planificación. Así las modificaciones se hacen en la fase del diseño mucho antes de que salga el prototipo o las muestras de producción, lo cual conlleva a una reducción considerable de costo. Aunque bajo este enfoque en las primeras etapas el tiempo se incrementa, es claro también que el tiempo total de ciclo se reduce sustancialmente.
Diagrama básico de la ingeniería concurrente
Fundamentos de la Ingeniería Concurrente Dentro de las características de la ingeniería concurrente, encontramos que esta se basa en cuatro fundamentos principales, estos son: 1. 2. 3. 4.
El concepto de Ciclo de Vida Modelos del proceso de diseño Arquitectura del producto Flujo de información en el proceso de diseño
Ciclo de vida del producto El ciclo de vida de un producto es el conjunto de etapas que recorre un producto individual (o conjunto interrelacionado de componentes físicos o intangibles) destinado a satisfacer una necesidad desde que éste es creado hasta su fin de vida.
En éste se reconocen 5 etapas:
Diseño conceptual y preliminar Diseño de detalle y desarrollo Producción y/o construcción Uso del producto Fin de vida y retiro
Es importante considerarlo dado que existe un costo asociado al ciclo de vida. Según la ingeniería concurrente se recomienda poner mayor énfasis en las etapas de definición y diseño ya que es ahí donde se pueden lograr los mayores ahorros pues una vez que se llega a la fabricación es muy poco lo que se puede hacer para mejorar los costos.
Modelos de diseño del producto
Existen múltiples modelos de diseño que pueden manejarse en la ingeniería concurrente, sin embargo, se identifican a grandes rasgos dos tipos de modelos de diseño:
Modelo del ciclo básico de diseño:
Análisis Síntesis Simulación Evaluación Modelo de etapas: o
o
o
o
o
o
o
o
Ideación Desarrollo conceptual y básico Desarrollo avanzado Lanzamiento
Arquitectura del producto
La arquitectura de un producto se concreta a través del establecimiento de las reglas de diseño, entre las que cabe destacar la definición de los módulos, las interfaces y las plataformas.
Regla de diseño: Conceptual, tecnológica, constructiva o comercial. Módulo: Parte de un producto delimitado a través de la información asociada. Interfaz: Superficie (real o virtual) entre un módulo y su exterior. Plataforma: Conjunto de recursos compartidos entre varios productos
Flujo de información en el proceso de diseño
Dentro del entorno de Ingeniería de diseño las necesidades se deben obtener de todos los miembros relacionados con el proyecto/producto, y para todos ellos se deberían satisfacer. En las metodologías de diseño las necesidades se conocen como necesidades del cliente o usuario y son el punto de partida en el proceso de diseño. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA INGENIERÍA CONCURRENTE Ventajas
Ciclos condensados de desarrollo de productos. Excelente para proyectos en los que se conforman grupos de trabajo independientes. Proporciona una imagen exacta del estado actual de un proyecto. Mejor integración del sistema. Mejor diseño de productos para su fabricación. Mayor satisfacción de los clientes y adaptación a los cambios del mercado. Menores costos de desarrollo general y de producción en particular. Ejecución más rápida del proyecto, tiempo de implementación rápido. Un alto aprovechamiento del conocimiento del capital humano.
Un elevado arraigo de la cultura de innovación en la organización.
Desventajas
Barreras de entrada de tipo cultural y conflicto de intereses. Potenciales conflictos interpersonales. Si no se dan las condiciones señaladas no es aplicable. Si no existen grupos de trabajo, no se puede trabajar en este método. Al compartir recursos pueden surgir problemas que no se tienen en consideración. Las empresas de manufactura pequeñas y medianas, no son la más apropiadas para beneficiarse de la ingeniería concurrente La estructura de la empresa necesita reorganizarse.
1.2.- Significado, campo de aplicación y metas de la ingeniería concurrente.
La Ingeniería Concurrente es una filosofía orientada a integrar sistemáticamente y en forma simultánea el diseño de productos y procesos, para que sean considerados desde un principio todos los elementos del ciclo de vida de un producto, desde la concepción inicial hasta su disposición final. Debe otorgar además una organización flexible y bien estructurada, proponer redes de funciones apoyadas por tecnologías apropiadas y arquitecturas comunes de referencia (ej: computadores en red y en bases de datos). Este nuevo enfoque hacia el diseño que entrega la IC, da un gran realce al papel que juegan las personas en sus respectivos trabajos, las cuales deben estar bien instruidas.
Los objetivos globales que se persiguen con la implementación de la IC son: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Acortar los tiempos de desarrollo de los productos. Elevar la productividad. Aumentar la flexibilidad. Mejor utilización de los recursos. Productos de alta calidad. Reducción en los costos de desarrollo de los productos.
Glosario. Casa de la calidad: Herramienta teórica de la IC. Es una técnica de evaluación de un producto, considerando y focalizando las necesidades de los clientes, los requerimientos ingenieriles de diseño y competitividad para un producto. Durante el desarrollo de un producto se va aplicando esta técnica y se va midiendo cuanto están cumpliendo los objetivos en función de los parámetros establecidos. Simulación: Es un proceso numérico diseñado para experimentar el comportamiento de cualquier sistema en una computadora digital, a lo largo de la dimensión tiempo. El comportamiento del sistema se presenta a base de modelos matemáticos y lógicos, diseñados para tal fin. Tiempo: Corresponde acortar los tiempos de salida de los productos al mercado, disminuyendo el tiempo de ciclo de desarrollo de los productos. Diseño: Corresponde a generar diseños propios e innovadores que suman valor agregado al producto y diferencian el producto. Implementación: Corresponde al proceso físico necesario para la inclusión de cada uno de los conceptos en el tiempo de acuerdo a toda las consideraciones hechas. Acá no se debe dejar de realizar un control instantáneo en el momento de implementación, respecto de la planificación particular y de la estructura general de aplicación. Perfeccionamiento: Aquí se toman las decisiones que retroalimentaran el punto de implementación durante el horizonte de planificación y para el tiempo que opere la filosofía en la organización.
1.3.- Esquemas para la ingeniería concurrente. Al ser la IC una metodología relativamente nueva, todavía no se ha implementado en muchas empresas aquí en Chile, más aún, en las empresas en que se aplica no se hace en la totalidad de la empresa, sino que involucrando algunos de sus departamentos para que trabajen de esta forma. Una de las empresas que ha aplicado esta metodología de trabajo es ILKO SA, que es fabricante de artículos de cocina. Lo ha hecho solamente en forma conjunta de tres departamentos, los cuales son: Marketing, Diseño y Desarrollo. En resumen los tres departamentos tienen que ser uno y si no es así se trata de lograr esta unión, ya que para que el producto pueda cumplir con todos los requisitos deben estar los tres íntimamente ligados, puesto que tienen que ir conjuntamente analizando el producto, en especial Marketing y Diseño en el proceso de diseño en sí y en la creación del prototipo del producto a crear. Modelos. Respecto de la metodología de la IC, veremos que las funciones involucradas en el ciclo de desarrollo de un producto están en interacción constante. Así, existen dos formas de ver y analizar dicha interacción: Diseño, Producción y Soporte apoyando esta interacción a través de un sistema de información que relacione a todas ellas entre sí, a fin de incrementar el dialogo entre las mismas y fomentar el trabajo en equipos multidisciplinarios, como se ve en la figura.
Por otra parte, es posible ver que todas las funciones asociadas al diseño de productos forman un círculo de análisis en el cual se debe basar el equipo de diseño en un ambiente de IC, para generar el diseño final que será fabricado por la empresa. La etapa de diseño, también, interactúa bidireccionalmente con las funciones de Marketing y unidireccionalmente hacia producción la que, por su parte, vuelve a interactuar con Marketing a través de los usuarios o clientes, como se ve en la figura.
En IC el producto debe ser programado para todo el ciclo de vida, debiendo, por lo tanto, incluirse en todas las etapas posibles en el ciclo de desarrollo, como muestra la figura.
1.4.- Herramientas de la ingeniería concurrente. La ingeniería concurrente engloba una serie de técnicas y herramientas que son utilizadas usualmente en el diseño de nuevos productos como ayuda para desarrollar y fabricar productos de calidad. A continuación se presenta una introducción de estas técnicas y herramientas. Técnicas 1. Benchmarking (Procesos de mejora)
Se define como el proceso de mejora a través de una continua identificación, entendimiento y adaptación de las prácticas y procesos más destacados que se encuentran dentro y fuera de una organización. El proceso del benchmarking implica la comparación de la ejecución de ciertas prácticas de una compañía, tomando como base parámetros mensurables de importancia estratégica con otras compañías que se sabe han obtenido el mejor rendimiento en esos parámetros. Existen 4 tipos de Benchmarking:
1.1. Benchmarking Interno: En la mayoría de las empresas grandes se llevan a cabo funciones
similares en distintos departamentos. Uno de los ejercicios de benchmarking más sencillos es comparar estas operaciones internas. El objetivo del benchmarking interno es identificar, comparando los niveles de ejecución interna en una organización.
1.2. Benchmarking con competidores: Se lleva a cabo a nivel externo con los competidores. El
objetivo es compararse con las empresas que se mueven en los mismos mercados con productos, servicios o procesos de trabajo más competitivos.
1.3. Benchmarking funcional: Hace una evaluación comparativa con otras empresas
pertenecientes al mismo sector industrial, que pueden ofrecer los mismos productos o servicios, pero que no compiten en el mismo mercado.
1.4. Benchmarking genérico: Se basa en procesos de trabajo excelentes, pues algunas
funciones o procesos empresariales son los mismos a pesar de pertenecer a sectores industriales distintos.
2. Brainstorming (Lluvia de ideas)
Es una técnica creativa para la búsqueda de soluciones a un problema dado. La principal característica del método es la prohibición de efectuar críticas a las ideas expuestas por los miembros del grupo de trabajo a fin de evitar la inhibición de cualquiera de ellos. Dichas ideas son después agrupadas por categorías y priorizadas por votación en orden a generar un plan de actuación. Algunas de las situaciones en que puede ser utilizado son: Cuando es necesario definir el proyecto o el problema sobre el que la empresa debe trabajar.Cuando la empresa tiene que diagnosticar problemas.
1.2. Cuando es necesario reconducir un proyecto presentado las posibles soluciones. 1.3. Cuando se tiene que identificar la resistencia potencial a las soluciones propuestas.
2. Reingeniería de procesos
Consiste en el replanteamiento fundamental y el rediseño radical de los procesos de negocio con el fin de conseguir mejoras espectaculares en las medidas actuales más relevantes sobre los resultados, tales como: el coste, la calidad, el servicio y la rapidez de respuesta. La reingeniería de procesos se puede aplicar en cualquier tipo de empresa y organismo público que cumplan los siguientes requisitos: 2.1. Tener un fuerte compromiso de la dirección de la empresa de cara a nuevas formas de trabajo y a la innovación radical del negocio. 2.2. Contar con una infraestructura de tecnologías de la información bien establecida.
3. Gestión del cambio
Es el proceso a través del cual las personas y la cultura de una organización se alinean con los cambios de sistemas, la estrategia de negocio y la estructura organizacional. Entiende y se compromete a los cambios independientemente de cual sea el método de aplicación para conseguir el cambio deseado y permite la mejora continua en los resultados con el objeto de sostener el cambio. La gestión del cambio se puede y debe aplicar en cualquier tipo de empresa, ya que el cambio en si puede referir al producto, al proceso, a la estrategia de negocio o a la estructura de la organización. No se debe olvidar que la empresa está sometida a un cambio continuo
4. Mejora continua
Plantea el proceso de la producción como una situación de trabajo de mejora progresiva. Esto quiere decir que aun yendo bien las cosas, todavía quedan aspectos por mejorar. La empresa tiene que esforzarse siempre a perfeccionar sus procesos, lo que a la vez le ayudará a recortar los gastos y a mejorar la productividad. Una forma de llevar a cabo la mejora continua es analizando los procesos.
5. Diagramas Causa-Efecto
Consiste en la representación gráfica, ordenada y lógica de la cadena de causas que conducen a un determinado efecto. Puede aplicarse como paso intermedio en la aplicación de otras técnicas como el AMFE, o directamente para buscar la solución a un determinado problema. 6. Despliegue de la función de calidad (DFQ)
Es una técnica sistemática para relacionar los requisitos demandados por el mercado con las características técnicas del producto a través de cada etapa de su creación, con la participación de todas las funciones de la empresa que intervienen en el mismo. La herramienta básica del DFQ es la construcción de matrices de interrelación a todos los niveles. 7. Análisis del valor
Se orienta a la satisfacción de las necesidades del cliente pero poniendo el énfasis en la optimización simultanea de los costes y procesos. Para ello se separan los aspectos que generan valor de aquellos que sólo generan coste, priorizando a los primeros sobre los segundos. El valor es la suma de la impresión inicial del usuario ante el producto y la satisfacción durante el uso. El coste integra todas las componentes desde el desarrollo inicial hasta el final de la vida útil.
8. Análisis de modo de fallo y sus efectos (AMFE)
Es una técnica sistemática para asegurar que todos los modos de fallo que puede presentar un producto o un proceso han sido analizados y prevenidos. Para ello se asocia cada modo de fallo con sus causas y los efectos que producen. A partir de dicho análisis se establecen prioridades así como un plan de actuación encaminado a eliminar o minimizar las causas más importantes de los fallos. Existen pasos generales que toda empresa debe seguir a la hora de aplicar el AMFE:
Paso 1. Definir el alcance y la función del sistema que se va a analizar mediante el AMFE. Se realizará una “descomposición funcional de producto/proceso”. Puede ser de ayuda
hacer diagramas del proceso, divididos en elementos e Interacciones.
Paso 2. Identificar los posibles modos de fallo gradualmente, que los definimos como la manera en que una pieza o sistema puede fallar potencialmente respecto a unas especificaciones dadas. Está demostrado que la técnica del brainstorming tiene muy buenos resultados en esta fase, así como el repaso de AMFEs anteriores y relacionados con elementos afines a éste.
Paso 3. Clasificar por orden de prioridad los posibles fallos atendiendo a los efectos de fallo, que producen diferentes consecuencias como son: el coste, la seguridad, descontento, la calidad, etc.
Paso 4. Seleccionar y gestionar las acciones a emprender con el fin de tener un plan de control preparado para aquellos casos en que el riesgo de experimentar estos posibles fallos sea mayor.
Paso 5. Aplicar las correcciones necesarias. Para ello, se realizará un plan de correcciones, con sus responsabilidades e implantación de las mismas.
Paso 6. Observar y aprender a mantener la idea viva y los documentos actualizados. Ésta será una fuente de información de gran valor no sólo para los productos actuales sino también para los futuros. Consiguiendo productos/procesos fiables.
Paso 7. Documentar los procesos de forma que los equipos del producto actuales y del futuro puedan acceder fácilmente a ellos.
9. Diseño de experimentos (DOE)
Las técnicas de diseño de experimentos están encaminadas a la planificación estadística de los ensayos a fin de maximizar la información extraída minimizando el número de los mismos. El diseño de experimentos se complementa con el análisis de las superficies de respuesta y las técnicas de optimización. De entre las técnicas de optimización destacan los métodos de diseño robusto de Taguchi cuyo objetivo es minimizar la sensibilidad del comportamiento del producto a las variaciones en los parámetros de entrada 10. Diseño para la manufactura y el ensamblaje (DFM y DFA)
Las técnicas DFMA intentan asegurar una fabricación más fácil a través de la simplificación de todas las operaciones. La idea básica es minimizar el número de piezas y conseguir que estas se puedan montar de forma directa sin errores. Esto se consigue haciendo un análisis de las ideas para el diseño relacionadas con la fabricación. No se trata de un sistema de diseño, ni tampoco el equipo de diseño debe aportar ninguna innovación; más bien se ofrece una cuantificación útil para la toma de decisiones desde las primeras fases de diseño. 11. Diseño para la función (DFX)
Es uno de los planteamientos más efectivos para llevar a la práctica la Ingeniería Concurrente. Se centra en un número limitado, digamos 7 ± 2, de elementos fundamentales analizados a la vez. Esto permite obtener el mejor rendimiento de los recursos disponibles. El DFX se puede aplicar donde y cuando pueda ser útil nunca demasiado tarde ni demasiado pronto. La clave es saber cuándo y dónde puede ser más útil. La Figura 1 muestra un cuadro de la aplicabilidad general de las herramientas DFX. El eje “Dónde” corresponde a los ciclos de vida o a los procesos implicados en el desarrollo del producto. El eje “Cuándo” identifica las distintas fases en el diseño del
producto. El sombreado de las celdas indica el nivel de implicación de cada función en distintos puntos a lo largo del desarrollo del producto.
1.5.- Implementación de la ingeniería concurrente. Involucra el trabajo coordinado y simultáneo de los diversos departamentos de la empresa: Marketing, Ingeniería del Producto, Ingeniería del Proceso, Producción, Calidad, Ventas, Mantenimiento, Costos, etc. La ingeniería concurrente sustituye el típico entorno de trabajo en el desarrollo y fabricación del producto basado en un diagrama secuencial de actuación de los distintos departamentos, por un trabajo concurrente, simultáneo, en equipo, de todos a partir del mismo momento en que se inicia el proceso. Esta metodología de trabajo se conoce también como:
Ingeniería simultánea
Equipos de diseño
Desarrollo integrado de producto
Ingeniería total
Principales orientaciones de la Ingeniería Concurrente La Ingeniería Concurrente es un nuevo enfoque que está en pleno proceso de desarrollo. Incorpora una gran variedad de nuevas concepciones y metodologías en relación con proyectos. Algunos de ellos son:
DFF: Diseño para la función
DFM: Diseño para la fabricación
DFA: Diseño para el montaje
DFQ: Diseño para la calidad
DFMT: Diseño para el mantenimiento
Estas metodologías, y otras más, pueden englobarse en dos orientaciones principales:
Ingeniería Concurrente en relación a la Productividad (Fabricación, costo, calidad, comercialización) Ingeniería en relación al entorno (Ergonómica, Seguridad, Medio Ambiente, reciclaje)
La Ingeniería Concurrente en relación a la productividad postula dos grandes principios:
El diseño de un producto precisa tener en cuenta el mercado al que se dirige.
El diseño de un producto debe tener en cuenta los procesos de fabricación.
Entonces, en el equipo de diseño debe participar:
El Departamento de Marketing y los clientes para asegurar que el producto responda a las necesidades de los clientes. El Departamento de Producción, proveedores incluidos, para asegurar la posibilidad de fabricación del producto. El Departamento de Calidad para asegurar que el producto y proceso están dentro de los valores de calidad necesarios.
La Ingeniería Concurrente en relación al entorno busca mejorar el valor, la aceptación del producto, teniendo en cuenta:
Ergonomía para facilitar la relación hombre-máquina
Diseño industrial para hacer atractivo el producto a los clientes.
Seguridad para evitar riesgos y daños personales.
Medio ambiente para economizar consumo de material y energía y evitar la emisión de contaminantes. Reciclaje para facilitar la reutilización o eliminación de los residuos.
NECESIDADES QUE CUBRE LA INGENIERÍA CONCURRENTE La globalización de los mercados implica una competencia cada vez más feroz. Sólo las empresas capaces de ofrecer los productos de mejor calidad en precio adecuado y en un tiempo más corto sobreviven. El reducir el tiempo de respuesta, la adecuación del producto a las necesidades del cliente, un mantenimiento eficaz, a bajo precio, un estándar de calidad y costo adecuado son los objetivos que pretende cubrir la Ingeniería Concurrente.
LÍNEAS DE ACTUACIÓN EN LA INGENIERÍA CONCURRENTE La Ingeniería Concurrente genera un nuevo entorno de trabajo. Utiliza una gran variedad de tecnología y metodología que pueden agruparse en cuatro líneas de actuación:
Organización
Comunicaciones
Especificación
Desarrollo de producto
Organización Busca la creación de equipos de trabajo multifuncionales y pluridisciplinarios para el desarrollo de un proyecto. Es importante estar consiente de que el cambio de una organización funcional con jerarquías a una estructura por equipos de trabajo requiere de técnicas y métodos de motivación, de trabajo en equipo, de consenso en la toma de decisiones, de delegación y asunción de responsabilidades, de dirección, planificación y seguimiento de proyectos, de dirección de reuniones y lo que es más difícil de conseguir, un lenguaje común que elimine el lenguaje técnico de las diferentes especialidades.
Comunicaciones El éxito de la Ingeniería Concurrente se basa en que exista una misma información para los distintos componentes del equipo, es decir, una lenguaje estandarizado. Es esencial tener una base de datos del producto, tanto geométrica como alfanumérica, y de fácil acceso. Para esto, los sistemas de CAD-CAE-CAM pueden ser una buena opción. El hecho de involucrar a la computadora dentro de la Ingeniería Concurrente le ha dado el nombre de Ingeniería Concurrente Asistida por Computadora (Computer Aided Concurrent Engineering, CACE) Para realizar un sistema de Ingeniería Concurrente Asisitido por Computadora es necesario contar con los siguientes elementos:
Modelado de Información, que se relaciona con la identificación y composición de los datos, información y conocimiento que describe por completo un objeto real y permite la construcción de modelos de información que apoyen las necesidades de formación del ciclo de vida del producto. Existen dos áreas complementarias: Representación de la información del producto: Es el modelado de la información asociada con un producto y sus componentes a través de su ciclo de vida. Representación de la información del proceso de manufactura: Es el modelado de información de los recursos de manufactura, procesos, características y capacidades en una empresa. Aplicaciones de ingeniería integradas (o aplicaciones de apoyo a la decisión), son las aplicaciones relacionadas a la implementación e integración de un conjunto de herramientas de software para atacar un diseño específico, problemas de ingeniería o manufactura que ayudarán a la realización del producto. Arquitectura del sistema de información, es la arquitectura que permite la integración de los dos modelos de información y de las aplicaciones de ingeniería integrada dentro de un ambiente amigable para el usuario. Especificaciones La Ingeniería Concurrente ha ampliado el concepto de especificación. De una relación de parámetros técnicos de diseño ha pasado a ser un conjunto de atributos que debe tener el producto para satisfacer las necesidades o preferencias de los clientes.
