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Ingeniería ConcurrenteU-4

RETDIC-AECI

Dr. Ing. Heriberto MauryDepartamento de Ingeniería Mecánica

Universidad del Norte

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Where are we coming from andwhere will we be going?♦We have finished the study of initial

specification methods♦Now, we are starting the study of

concurrent engineering principles♦After, we are studying with detailing some

methods that are included within CE philosophy for each one of design process stages

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Contenido del Módulo♦ Definición de Ingeniería Concurrente♦ Antecedentes de la Ingeniería Concurrente♦ Objetivos de la Ingeniería Concurrente♦ Conceptos relativos a la IC♦ Algunos Métodos y Enfoques enmarcados dentro de la

Ingeniería Concurrente– Diseño para Fabricación (DFM)– Diseño para Ensamblaje– Diseño para Fabricación y Ensamblaje– Diseño para Funcionalidad– Diseño Para Usabilidad– Diseño para el Ambiente– Otros Métodos

♦ Conclusiones

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Definición de Ingeniería Concurrente

Dentro de las muchas definiciones existentes se citarán algunas:– La definición más aceptada universalmente es la del IDA

(Institute for Defense Analysis) aparecida en el Report R338 (1986):

• Filosofía para la concepción integral y desarrollo sistemático del producto; es decir, en la que se consideran todas las incidencias de la decisiones de diseño en aspectos tales como la fabricación, el ensamblaje, el servicio de los productos, ... (etapas del Ciclo vida).

– [Mau-2000] Es un nuevo paradigma para el diseño y desarrollo de sistemas y/o productos con el que se ´persigue vincular desdelas etapas más tempranas del proceso de diseño consideraciones relativas a cada una de las etapas de su ciclo de vida; con el fin de garantizar: elevadas prestaciones, bajo coste y tiempo de desarrollo por medio de maximizar la calidad y el valor del producto

http://www.cerc.wvu.edu/

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Research Centers related to Concurrent Engineering

Mexico•The Concurrent Engineering Research Group at ITESM Campus Morelos •Life Cycle Engineering Research Group, CSIM of ITESM Campus Monterrey

•UK•SIMPLOFI : Simultaneous Engineering through People, Organisations and Functional Integration at Loughbrough University

•Information and Simultaneous Engineering Group at Loughbrough University of Technology CAE Research Group of the Manufacturing Engineering DepartmentDO NOT FORGOT TO VIST MOSES PROJECT!!•The CIM Institute, Cranfield UniversityResearch At The CIM InstituteConcurrent Engineering, Product Introduction, Cranfield University

•iDer is an engineering research consoritium running between The University of Hertfordshire and Sheffield Hallam University •Research & Development in Manufacturing , School of Mechanical Engineering at UNIVERSITY OF BATH •Structuring Knowledge of Consequences to Suppor Concurrent Design Decision Making , The DesignCenter at University of Strathclyde•The Concurrent Engineering Research Group at Manchester Metropolitan University•Computer-Aided Engineering Group at Leeds University•Concurrent Engineering System, Department of Product Design & Manufacture at Bournemouth University•PACE Project, Providing a Practical Approach to Concurrent Engineering at Nottingham University

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Research Centers related to Concurrent Engineering

EUROPEA Concurrent Engineering Systems Platform, the Esprit, the Eur opean Union's IT research and development programme. •Integrated Product Development Reserach Group at Department of Machine Design at Royal Institute of Technology•Assembly Technology at Linköpings universitet, SwedenProduct Design Methodology from the Machine Design Division of the Linkoping •Concurrent Engineering Research Twente, ConcERT, at the Department of Technology and Organisation of •The Nordic DfM Forum •Concurrent Engineering Research Group of UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN TIMISOARA in Romania

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Research Centers related to Concurrent Engineering

•USA •The Design for QM Group at New Jersey Institute of Technology •GE Corporate Research & Development Center (CRD) Manufacturing Technology Laboratory (MTL)•The Concurrent Engineering Research Center (CERC) at West Virginia University in Morgantown•Stanford Center for Design ResearchAgent-Based Concurrent Engineering SHARE: A Methodology and Environment for Collaborative Product DevelopmentNEXT-LINK•The Technologies Enabling Agile Manufacturing (TEAM) Program•Product Life Cycle in Leader in Manufacturing at MIT in USA

•the Leaders for Manufacturing Program World Wide Web Server•STEP Repository for Concurrent Engineering•The Concurrent Engineering World Wide Web Server, Part f the Oak Ridge Centers for Manufacturing Technology.•Manufacturing Automation and Design Engineering - (MADE) •Concurrent Integrated Design and Manufacture (CIDAM)•Integrated Graphics, Modeling, Design and Manufacturing at Univ. of Univ. of Utah•Artificial Intelligence in Design Group at WPI

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Significado Gráfico de la IC

Figura 1. Visión integral del proceso de diseño desde la IC.

DFX

-ACV

DFF

DFE

Problema de Diseño

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Dentro de las muchas definiciones existentes se citarán otras más:– Carles Riba (2002).

• Nueva forma de concebir global e integradamente la Ingeniería de Diseño, de Desarrollo de Productos y de Servicios; haciendo concurrir estas perspectivas:

– Desde el punto de vista de producto, se consideran a la vez la gama ofertada y fabricada por la empresa así como los requerimientos,recursos y costes asociados a las diversas etapas del ciclo de vida del producto

– Desde el punto de vista del recurso humano, se integran a la par diferentes especialistas con voces significativas en las decisiones, que no necesariamente pertenecen a la empresa (Empresa Extendida)

– Y desde el punto de vista de los recursos físicos, concurren nuevas herramientas basadas en tecnologías de la información y la comunicación sobre una base de datos y conocimientos cada vez más integrada (Modelos 3D, CAE, CAM, Prototipos y útiles rápidos, redes locales, Internet, etc.)

Visión de la IC por los Académicos Europeos

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Visión de la IC por los Académicos Europeos♦[CAPUZ-2001] Enfoque organizativo que

postula la intervención simultánea de todos los actores en el desarrollo de un producto (los que interactúan con él desde la idea inicial hasta su fin de vida) para asegurar que las condiciones estructurales, funcionales, de fabricación, de mantenimiento, etc. se consideren desde las fases Iniciales

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Significado Gráfico de la ICadministración del proyectodiseño

ensamble

análisis

ProveedorProveedor

Diseño y Desarrollo Global- Tomado de Dr. Ing. Arturo Molina

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Significado Gráfico de la IC

Diseño integrado: Fabricación, ensamble, distribución, servicio, etc

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Diseño integrado: Fabricación, ensamble, distribución, servicio, etcSuppliers Production

Aprovechamiento deLas TIC’s

Significado Gráfico de la ICCustomers

Marketing

Design

Engineering

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¿Quiénes deben su éxito a la IC?

♦Los más relevantes proveedores de productos y servicios:– Industria Automotriz: Honda, Toyota, Ford,

BMW, etc.– Industria Aerospacial: NASA, BOEING,

AIRBUS, etc.– Industria Electrónica: Canon, KODAK, HP,

FUJI-XEROX, etc.

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Antecedentes de la IC

♦ Orígenes:

– Saturación de los mercados y Globalización Económica

– El elevado desarrollo técnico científico que

necesariamente ha llevado a proveer productos más

complejos y con mejores niveles de desempeño, donde

se requiere la participación equipos pluridisciplinarios

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Incidencia del Mercado sobre la gestión y desarrollo de productos

Anteriores + Bajo Costo y Alta CalidadModelos de desarrollo con traslape parcial

Estructuras Matriciales

Rev Ind.Bases de Competitividad

TIEMPODesarrollo Integral

Anteriores + Velocidad y FlexibilidadModelos de desarrollo en Paralelo

Estructuras HorizontalesAños 80’s.

Años 70´s.Funcionalidad, elevados

Niveles de Prod.Producción en serie

Estruct. Verticales- modelossecuenciales

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Evolución del Ingreso de las EmpresasNivelesde Ingresos

Décadas70’s 80’s 90’s

Proyecciones

1/5

1/2

1/3 Ingresos Prod.Nuevos

Ingresos Prod.Tradicionales

Resultados de la encuesta Booz – Allen & Hamilton (1982).

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Modelos Organizacionales para IC♦Estructuras Horizontales. Características

– Autonomía– Auto-organización– Fertilización Cruzada. Comunicación

pluridireccional– Igualdad jerárquica de los miembros

COORDINACIÓN

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Evolución de los Modelos de desarrollo de productos

1

2

3

4 5

MODELOS DE DESARROLLO CON TRASLAPE PARCIAL “CARRERA DE RELEVOS (70- 84)’s”

1 2 3 4 5 MODELOS DE DESARROLLO SECUENCIAL ANTES DE LOS 70’s

1 2 3 4 5

MODELOS DE DESARROLLO EN PARALELO “AVANCE EN BLOQUE (RUGBY) DESPUES DEL 85”

Evolución de los modelos para el desarrollo de productos

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NECESIDAD DE NUEVOS MÉTODOS Y HERRAMIENTAS♦La necesidad de productos más prestantes

exige la participación de personal pluridisciplinario, trayendo estas consecuencias:– Complejo proceso de diseño y de comunicación– Desarrollo de nuevos modelos y métodos de

desarrollo que permitan construir herramientas CAx (CAD/CAE/CAM) para salvar los inconvenientes citados

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Aspectos Claves de la IC♦ Consideración del ciclo de vida del producto

(CVP)♦ Desarrollo pluridisciplinario♦ El proceso de desarrollo es ++ importante que el

producto♦ Adecuada Planeación♦ Motivar la generación y evaluación de suficientes

alternativas♦ Mantener una visión de calidad a través de las

fases del diseño (QFD)♦ Desarrollo concurrente del diseño del producto y

del proceso de producción♦ Énfasis en la comunicación de la información

correcta, a la persona adecuada en el momento preciso

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Objetivos de la IC

Se podrían resumir los objetivos como:– Disminuir el tiempo de diseño, desarrollo

y lanzamiento del producto con:• un mejor control de los recursos (costes)

• enfocándose a maximizar su calidad y valor

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Conceptos relativos a la IC

♦ Ciclo Comercial del ProductoDentro de una visión netamente mercadotécnica del producto, se refiere al período que comprende el diseño y desarrollo del producto (su aparición), su juventud, su madurez y decadencia en el mercado por obsolescencia

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Conceptos relativos a la IC♦ Ciclo de Vida del Producto en la IC (CVP)

– Dentro de una visión de ingeniería se refiere a las diferentes etapas por las que pasa un producto y sobre las que tienen incidencia directa las decisiones de diseño; éstas etapas son:

• Diseño, Fabricación, Ensamble, Almacenamiento• Distribución del Producto• Operación o Uso, Servicio o Mantenimiento• Fin de Vida o Reciclado.

25Tomado de Arturo Molina

FIN DE VIDA

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Conceptos relativos a la IC♦ Valor del Producto (VaP)

No hace referencia a la estimación económica de los recursos invertidos en el desarrollo y producción de un bien o producto, sino a lo que significa éste en término de sus prestaciones y valor agregado para el usuario

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♦ Costo en el Ciclo de Vida del Producto (CCVP)

Se refiere a los recursos en términos monetarios que se invierten en la totalidad de las fases del ciclo de vida vida del producto; por lo tanto, es concepto mucho más integral para el usuario que el costo comercial del producto, ya que éste sólo incluye los recursos asociados a la etapas previas al uso del producto

Conceptos relativos a la IC

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♦ Relación VaP/CCVP

Es un parámetro que mide el nivel de efectividad, eficiencia y calidad en el diseño de un sistema o producto; por lo tanto, el maximizarlo debe ser unos de los propósitos fundamentales en el diseño

Conceptos relativos a la IC

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♦ Cliente desde la IC

Todos los, agentes o individuos que se ven afectados por las decisiones tomadas en el diseño del producto: Usuario, Comerciales, Fabricación, Ensamblaje, Almacenaje, Distribución, Ventas, Servicio, FV

Conceptos relativos a la IC

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♦ Ingeniería Simultánea

Forma de Ingeniería Concurrente que suele aplicarse en proyectos de gran complejidad donde prima como factor clave competitividad la disminución del tiempo de diseño y desarrollo (time tomarket o lead time) mediante el desarrollo en paralelo

Conceptos relativos a la IC

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Importancia de la IC

70% 20%5%

5%

Fig. Influencia sobre el coste del producto de las distintas áreas de la empresa involucradas

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Importancia de la IC•Reducción de Tiempos

SinDFMA

ConDFMA

Diseñode

Detalle

Construccióndel Prototipo

y Cambios delDiseño

D iseño

Conceptual

Tiempo

IC

IC

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Métodos DFX

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Resumen de Métodos♦ Para solventar la complejidad de un desarrollo

concurrente es necesario el desarrollo de modelos y métodos que permitan construir las herramientas informáticas requeridas, algunos de estos métodos son

– DFF: Análisis Funcional+ Cartas Morfológicas. Diseño-Modular

– DFM, DFA y DFMA: Boothroyd.– DFQ: QFD, Diseño Robusto [Taguchi]– DFE, DFR– OTROS: DFS, DFMT, AMFEC, etc.

DFX

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Métodos de IC - DFXDescripción breve

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Diseño para la funcionalidad (DFF)

♦ ¿Qué es?. Enfoque de IC desde el que se han desarrollado un conjunto de conceptos y de métodospara transformar el problema de diseño del nivel de requerimientos al nivel de conceptos

♦ ¿Cómo?. Partiendo de un análisis funcional en el que se determinen las acciones o funciones que debe ejecutar el sistema a diseñar; para luego entonces, generar las soluciones generales como la combinación sistemática de los principios para las funciones elementales.

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Diseño para la funcionalidad (DFF)

Función Global

Energía

Material

Información/Señales

MaterialEnergía

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Diseño para la Funcionalidad (DFF)♦Orígenes

– Hasta principios del siglo XX, los sistemas eran fundamentalmente mecánicos, incluso su control , mas tarde se introducen paulatinamente los componentes eléctricos, electrónicos, así como los microprocesadores y los elementos de software; se puede afirmar por lo tanto, que el diseño cada vez es una tarea más compleja que abarca campos de la técnica muy diferentes

– En consecuencia el diseño de producto es necesariamente una tarea multidisciplinar que requiere de métodosespeciales que mejoren la creatividad y favorezcan el trabajo en grupo; una de estas técnicas es el DFF

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Diseño para Funcionalidad♦ Ventajas

– Permite salvar el error limitador de creatividad cuando el diseñador inicie el diseño preguntándose qué componentesdebe tener el sistema, en su lugar se preguntará qué funciones ejecutará el sistema

– Facilita la solución de problemas complejos mediante su división en sub-funciones

– Permite ampliar significativamente el campo de solucionesmediante la combinación sistemática

– Al dividirse el problema en funciones se favorece el concentrar y utilizar los esfuerzos de varios expertos lo que permitirá obtener productos con prestaciones mayores que los de la competencia

– Posibilitará la construcción de programas que automaticen el diseño o lo asistan; especialmente en sus fases creativas y de elevado nivel intelectual

– Posibilita el diseño modular a partir del análisis funcional

♦ Desventajas– Su aplicación es laboriosa– El campo derivado de la combinación sistemática puede ser inabordable

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DFM (Descripción Breve)

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Diseño Para Fabricación (DFM)

♦ ¿Qué es?. Es un enfoque avanzado o moderno de diseño en el cual mediante un conjunto de métodos se pretende integrar en el proceso de diseño las consideraciones de fabricación, de manera que se eliminen las barreras existentes en los métodos tradicionales

♦ ¿Cuáles Limitaciones?. Las derivadas de un enfoque centrado más que en la visión simultánea de la función, la forma, los materiales y la fabricación, en qué componentes integrarían la solución, lo obviamente, permitiría reducir errores y sobre costes

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Diseño para Fabricación (DFM)♦Ventajas

– Al integrarse en el diseño el análisis de fabricación se reducen los costos por la eliminación de errores

– Se reducen los tiempos de diseño y desarrollo– Nos ayuda a proyectar desde el diseño las líneas de

proceso– El análisis DFM permite verificar tempranamente la

compatibilidad entre las formas, la función, el material y la fabricación

♦Desventajas– Integrar las consideraciones de diseño y fabricación

incrementa la complejidad del proceso de diseño, lo que se puede salvar con el uso de herramientas informáticas

– Puede llevar a conjuntos más costosos por ensamblaje

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DFA- Descripción Breve

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Diseño para el Ensamblaje (DFA)Diseño para el Ensamblaje (DFA)♦¿Qué es? El enfoque DFA permite integrar en

el diseño las consideraciones del ensamble, con lo que se facilita el montado y el armado de productos

♦¿Cómo? por la racionalización del diseño del producto y la mejora de la efectividad del ensamble; así como, de la calidad del producto y del entorno o sistema de ensamblado

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Diseño para el ensamblaje (DFA)♦Ventajas

– Mejora de la efectividad del ensamble– Mejora de la mantenibilidad– Mejora de la fiabilidad del sistema de

ensamblado requerido– Mejora del ambiente de trabajo dentro del

sistema de ensamblado del producto– Reducción de costes de ensamblado– Mejora sustancial de la calidad– Mejora de la competitividad

♦Desventajas– Hace más complejo el proceso de diseño– Puede llevar a partes más complejas

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DFMA- Descripción Breve

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Diseño para Fabricación y Ensamble(DFMA)

♦¿Qué es? Es un enfoque posterior a las dos anteriores y resulta de su integración. Por lo tanto, permite encontrar un razonable punto de equilibrio entre el DFM y el DFA

♦¿Cómo?. El DFMA consigue una simplificación de la estructura del producto por medio de la racionalización de su diseño y de la consideración del impacto de las decisiones de diseño tanto sobre la facilidad de fabricación como de ensamble

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DFMA♦ Ventajas

– Mejora sustancial de la fabricación y del ensamble de un producto, a partir de diseñarlo respondiendo esta preguntas

• ¿qué métodos de fabricación y ensamble son acordes con la función, la forma, los materiales los volúmenes y los costes?

• ó ¿qué modificaciones en la forma, en las conexiones, en los materiales y en la estructura funcional favorecen la fabricabilidady el ensamblado?

– Ahorro de tiempo no sólo por las mejoras en el diseño sino por la proyección desde el diseño del producto de los procesos de fabricación y ensamblado

– Reducción de Costes

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DFMA

♦(+) Ventajas– Mejora de la mantenibilidad– Mejora de la calidad– Mejora de la competitividad

♦Desventajas– Complejo y laborioso proceso de diseño

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DFQ-Breve

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DFQ (Design For Quality)♦¿Qué es?. Perspectiva de ingeniería

concurrente que va más allá de buscar la conformidad de un producto o servicio en relación con unas especificaciones previstas; sino en la maximización o su superación del grado satisfacción del usuario

♦¿Cómo?. por medio de incrementar su valor utilizando herramientas como el QFD, análisis de la competencia, el diseño robusto, etc.

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DFE – DFS – DFU (Breve)

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Ingeniería concurrente Enfoques DFX♦ Aspectos relativos al entorno (Ambiente,

Ergonomía y Seguridad).– ¿Qué son?. Enfoques de ingeniería concurrente

que integran consideraciones relacionadas con las limitaciones o escasez de los recursos naturales, los impactos ambientales y los requerimientos enmarcados bajo el concepto de factor humano (ergonomía, seguridad e inteligibilidad)

– IMPORTANCIA. Aspectos tales cada vez más sometidos a normativas y legislaciones

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Diseño para Seguridad

♦Enfoques o metodologías de diseño encaminadas a vincular en el diseño las consecuencias de las decisiones sobre la seguridad de las máquinas

♦Seguridad de las máquinas. Calidad o condición de ser seguras; en otras palabras, libres de generar peligro, producir daño o lesión

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Diseño para SeguridadDiseño para Seguridad-- ImportanciaImportancia♦ El código ASME de ética dice: “Para los Ingenieros

debe ser de máxima importancia la seguridad, la salubridad y el bienestar público en su ejercicio profesional”– En este ejercicio profesional es clave el diseño

♦ The National Safety Council says:– Los accidentes son la quinta causa de las muertes y sólo en

USA significan 399 billones de USD, pero el costo asociado a la tristeza humana que generan es incalculable

– Los accidentes casi nunca son de ocurrencia aleatoria, son el resultado de una pobre planeación de los entornos y máquinas con los que la gente vive, trabaja o juega. Los accidentes son algo previsible y por la tanto, prevenibles

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Diseño para Seguridad♦ [Rib, 2002] “Si bien la seguridad de las máquinas había

adquirido una atención e importancia creciente en el diseño de productos, con la entrada en vigor de la directiva 89/392/CEE del Consejo de la Comunidad Europea con el consecuente despliegue normativo EN414, se ha convertido en un requerimiento obligatorio” – De acuerdo con estas disposiciones sólo se podrán comercializar y

ponerse en servicio las máquinas que no comprometan la seguridad ni la salud de las persona y los animales, como tampoco los bienes; para lo que deberán cumplir los requisitos esenciales contenidos en las mismas

♦ Sanciones por incumplimiento:– Retirada del producto del mercado– Sanciones legales y penales para los diseñadores y fabricantes– Las sanciones se aplicarán aun cuando los diseñadores, fabricantes ni

los comercializadores no sean conscientes, ni responsables directos de la causa, responderán por sus proveedores

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Diseño para Seguridad♦ OBJETIVOS DEL DISEÑO PARA SEGURIDAD

– Minimizar los riegos en los diferentes modos de operación o servicio del sistema a diseñar, y por lo tanto, los accidentes y las interrupciones serán también reducidos

– Incorporar elementos o sistemas de protección eléctricos, mecánicos, de control, etc. desde el diseño que mejoren la seguridad

– En orden de prioridad, las acciones del diseñador para eliminar o reducir los riesgos deberían ser:

• Eliminar los componentes o agentes que los induzcan, si es posible mediante rediseño

• Controlar el riesgo con dispositivos en el software o en el hardware de control (sensórica, interruptores, fusibles mecánicos y eléctricos, etc.)

• Aislar los agentes (guardas)• Informar del riesgo: Anuncios de advertencia (complementario)

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Diseño para Seguridad♦Requisitos Esenciales y Estado de la

Técnica (ET)– En el diseño se deberá cumplir los requisitos

esenciales y acercarse en lo posible al máximo grado del estado de la técnica (Conocer el ET)

• Ejemplo. Hace algunos años a los fabricantes de automóviles no se les exigía el Airbag porque estaba en fase experimental, hoy día se les exige porque es una tecnología probada de dominio común que se ha convertido en un requerimiento esencial

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Diseño para Seguridad♦Control del riesgo

– Hace pocos años las lavadoras de ropa domésticas, no tenían avisos de advertencia del riesgo para acceder en uso a los elementos móviles, hoy la mayoría cuentan con interruptores en los que una vez se levanta la tapa se detienen automáticamente

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Diseño para Seguridad♦Aislar los agentes de riesgo

– Suele ser una buena práctica, sino es posible eliminar el agente de riesgo, ó si por otro lado no hay inconvenientes en la operación o en el mantenimiento que impidan hacerlo.

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Diseño para Seguridad♦Avisos de Seguridad

– Solo es la práctica complementaria, por lo que combinada con algunas de las anteriores es muy efectiva

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Diseño para Seguridad♦Ventajas del Diseño para Seguridad

– Reducción de costes por calamidades y demandas

– Es una ventaja competitiva especialmente en mercados regulados

– El incluir la seguridad desde las Especificaciones Iniciales permite, a diferencia de los métodos tradicionales, atacar el riesgo desde su origen; ¿qué más conveniente que hacerlo desde el propio diseño?

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Diseño para Seguridad♦Métodos del Diseño para Seguridad. Existen varios métodos de análisis de riesgo y de mejora de la seguridad

– Análisis Preliminar de Riesgos (PHA)– Análisis de riesgos en funcionamiento (HAZOP)– Revisión de la Seguridad en el Diseño (SDR)

Estos métodos tienen una gran componente cualitativa, para obtener resultados cuantitativos, se apoyan en técnicas clásicas de fiabilidad como el FMEA y el FTA (Fault Tree Analysis)