Ingeniería de producción asistida por ordenador

La ingeniería de producción asistida por computadora (CAPE, por sus siglas en inglés) es una rama de la ingeniería relativamente nueva e importante. La fabricación global ha transformado el entorno en el que se producen los bienes. Paralelamente, el rápido desarrollo de las tecnologías electrónicas y de comunicación ha exigido que el diseño y la fabricación se mantengan al día.

CAPE se considera un nuevo tipo de entorno de ingeniería asistida por computadora que mejorará la productividad de los ingenieros industriales y de fabricación. Este entorno sería utilizado por los ingenieros para diseñar e implementar futuros sistemas y subsistemas de fabricación. Actualmente, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos (NIST) está trabajando en sistemas CAPE. El proyecto del NIST tiene como objetivo impulsar el desarrollo de entornos de software y herramientas para el diseño y la ingeniería de sistemas de fabricación.

El futuro de la manufactura estará determinado por la eficiencia con la que pueda incorporar nuevas tecnologías . El proceso actual en la ingeniería de sistemas de manufactura suele ser improvisado , con un uso limitado de herramientas computarizadas. Dados los costos y recursos que implica la construcción y operación de sistemas de manufactura, es necesario optimizar el proceso de ingeniería. Los nuevos entornos informáticos para la ingeniería de sistemas de manufactura podrían contribuir a lograr este objetivo.

¿Por qué es importante CAPE? Del mismo modo que los diseñadores de productos necesitan sistemas de diseño asistido por ordenador, los ingenieros de fabricación e industriales necesitan capacidades informáticas sofisticadas para resolver problemas complejos y gestionar la gran cantidad de datos asociados al diseño de un sistema de fabricación.

Para resolver estos problemas complejos y gestionar los datos de diseño , es necesario utilizar herramientas informáticas que apliquen métodos científicos y de ingeniería al diseño e implementación de sistemas de fabricación. Los ingenieros deben considerar la fábrica como un sistema integral y analizar las interacciones de dicho sistema con su entorno. Los componentes de un sistema de fábrica incluyen:

• las instalaciones físicas que albergan la planta de fabricación;
• las instalaciones de producción que realizan las operaciones de fabricación;
• las tecnologías utilizadas en la planta de producción;
• los centros/estaciones de trabajo, maquinaria , equipos, herramientas y materiales que componen o son utilizados por las instalaciones de producción;
• las diversas instalaciones de apoyo;
• la relación entre la fábrica y su entorno.

CAPE no solo debe ocuparse del diseño y la ingeniería iniciales de la fábrica, sino que también debe contemplar mejoras a lo largo del tiempo. CAPE debe respaldar los métodos de ingeniería estándar y las técnicas de resolución de problemas, automatizar las tareas rutinarias y proporcionar datos de referencia para apoyar el proceso de toma de decisiones.

El entorno debe diseñarse para ayudar a los ingenieros a ser más productivos y eficaces en su trabajo. Esto se implementaría en ordenadores personales o estaciones de trabajo de ingeniería configuradas con los periféricos adecuados. Los desarrolladores de herramientas de ingeniería tendrán que integrar las funciones y los datos utilizados por diversas disciplinas, por ejemplo:

• Ingeniería de fabricación, industrial y de plantas;
• Procesamiento de materiales e ingeniería de calidad;
• ingeniería ambiental,
• modelado/simulación matemática, control estadístico de procesos e informática,
• Análisis económico y de costos y ciencia de la gestión,

Muchos de los métodos, fórmulas y datos relacionados con estas áreas técnicas actualmente solo se encuentran en manuales de ingeniería. Si bien existen algunas herramientas informatizadas, suelen ser muy especializadas, difíciles de usar y no comparten información ni funcionan conjuntamente. Es necesario que las herramientas de ingeniería desarrolladas por diferentes proveedores sean compatibles mediante arquitecturas de sistemas abiertos y estándares de interfaz.

CAPE se basará en sistemas informáticos que proporcionan un conjunto integrado de herramientas de diseño e ingeniería. Estas herramientas de software serán utilizadas por los ingenieros de producción de la empresa para mejorar continuamente sus sistemas de producción. Mantendrán información sobre los recursos de fabricación, optimizarán las capacidades de producción y desarrollarán nuevas instalaciones y sistemas. Los ingenieros que trabajen en diferentes estaciones de trabajo compartirán información a través de una base de datos común.

Mediante CAPE, un equipo de ingeniería podrá elaborar planos detallados y modelos funcionales para toda una fábrica en cuestión de días. Se podrán desarrollar y evaluar rápidamente soluciones alternativas a los problemas de producción. Esto supondría una mejora significativa con respecto a los métodos manuales actuales, que pueden requerir semanas o meses de trabajo intensivo.

Para lograr este objetivo, se necesita un nuevo conjunto de herramientas de ingeniería. Algunos ejemplos de funciones que deberían ser compatibles son:

• identificación de las especificaciones del producto y los requisitos de producción;
• Análisis de la producibilidad de los productos y modificación de los diseños de los productos para abordar los problemas de fabricación, así como gestión, planificación y seguimiento de proyectos;
• modelado y especificación de procesos de fabricación, diseño de planta y planificación de instalaciones;
• consideración de las diversas ventajas y desventajas económicas de los diferentes procesos de fabricación, sistemas, herramientas y materiales;
• Análisis que respalda la selección de sistemas/proveedores y la adquisición de equipos de fabricación y sistemas de soporte;
• diseño de tareas y lugares de trabajo;
• cumplimiento de diversas normativas, especificaciones y estándares, y control de materiales peligrosos.

Las herramientas que implementan estas funciones deben estar altamente automatizadas e integradas, y deberán proporcionar acceso rápido a una amplia gama de datos. Estos datos deben mantenerse en un formato accesible y utilizable por las herramientas de ingeniería. Algunos ejemplos de la información que podrían contener estas bibliotecas electrónicas incluyen:

• Modelos y datos de procesos de producción y configuraciones de sistemas de fabricación genéricos;
• especificaciones de maquinaria y equipos, y catálogos de proveedores;
• métodos, prácticas, algoritmos, etc. recomendados, y datos comparativos;
• diseños típicos de plantas/sistemas,
• modelos de estimación de costos, tarifas laborales, otros datos de costos y plantillas de presupuesto,
• estándares de tiempo, estándares industriales, planes de proyecto y leyes/regulaciones gubernamentales.

Estas bibliotecas en línea permitirían a los ingenieros desarrollar rápidamente soluciones basadas en el trabajo de otros.

Otro aspecto fundamental de este entorno de ingeniería es la asequibilidad, que se logra mejor diseñando un entorno que pueda construirse con productos comerciales estándar de bajo costo, en lugar de hardware y software a medida. El entorno de ingeniería básico debe ser asequible. Tanto por razones de costo como técnicas, debe diseñarse para admitir actualizaciones incrementales. Estas actualizaciones permitirían a las empresas agregar funcionalidades según las necesiten. Los productos de software comerciales deben ser fáciles de instalar e integrar con otros programas ya en uso. Estas funcionalidades existen, en cierta medida, en algunos programas comerciales de uso general actuales, como procesadores de texto, bases de datos y hojas de cálculo.

En el diseño y desarrollo de nuevas herramientas de ingeniería para CAPE, deben considerarse muchos aspectos técnicos. Estos aspectos incluyen:

• funcionalidad requerida de las propias herramientas;
• Formalización y perfeccionamiento de los métodos de ingeniería;
• Desarrollo de bibliotecas de referencia técnica en línea, ingeniería de usuario y visualización gráfica;
• Técnicas de ingeniería de usuario y visualización gráfica;
• Conectividad del sistema, intercambio de información y estándares de integración para el entorno informático;
• incorporación de comportamiento inteligente en las herramientas.

Hay tres elementos críticos que deben abordarse: la creación de un modelo de información común para los sistemas de fabricación ; el uso de un enfoque de ciclo de vida de la ingeniería; y el desarrollo de un marco de integración de herramientas de software.

La resolución de estos aspectos contribuirá a garantizar que los sistemas desarrollados de forma independiente puedan trabajar conjuntamente. El modelo de información común debe identificar los elementos del sistema de fabricación y sus interrelaciones; las funciones o procesos que realiza cada elemento; las herramientas, los materiales y la información necesarios para llevar a cabo dichas funciones; y las medidas de eficacia del modelo y sus componentes.

A lo largo de los años, se han realizado numerosos esfuerzos para desarrollar modelos de información para diferentes aspectos de la fabricación, pero ningún modelo existente conocido satisface plenamente las necesidades de un entorno CAPE. Por lo tanto, se requiere un enfoque de ciclo de vida para identificar los diferentes procesos que debe soportar un entorno CAPE y definir todas las fases de la existencia de un sistema o subsistema de fabricación. Algunas de las fases principales que pueden incluirse en un enfoque de ciclo de vida del sistema son: identificación de requisitos; especificación del diseño del sistema; selección de proveedores; desarrollo y actualizaciones del sistema; instalación, pruebas y capacitación; y evaluación comparativa de las operaciones de producción.

Las funciones de gestión, coordinación y administración deben llevarse a cabo durante cada fase del ciclo de vida. Estas fases pueden repetirse a lo largo del tiempo a medida que el sistema se actualiza o se rediseña para satisfacer necesidades cambiantes o incorporar nuevas tecnologías.

Un marco de integración de herramientas de software debe especificar cómo se pueden diseñar y desarrollar las herramientas de forma independiente. Este marco definiría cómo las herramientas CAPE gestionarían los servicios comunes, interactuarían entre sí y coordinarían las actividades de resolución de problemas. Si bien algunos productos y estándares de software existentes abordan actualmente el problema de los servicios comunes, el problema de la interacción entre herramientas sigue sin resolverse en gran medida. Este problema no se limita al ámbito de la ingeniería de sistemas de fabricación asistida por ordenador, sino que está presente en toda la industria del software.

Se ha establecido un entorno CAPE inicial a partir de paquetes de software comerciales estándar (COTS). Este nuevo entorno se utiliza para demostrar las herramientas disponibles comercialmente para realizar funciones CAPE, comprender mejor y definir los requisitos funcionales de las herramientas de ingeniería individuales y del entorno general, e identificar los problemas de integración que deben abordarse para implementar entornos compatibles en el futuro.

Se están desarrollando varias demostraciones de ingeniería utilizando herramientas COTS (comerciales y de uso común). Estas demostraciones están diseñadas para ilustrar los distintos tipos de funciones que deben realizarse en la ingeniería de un sistema de fabricación.

Las funciones compatibles con el entorno COTS actual incluyen: especificación/diagramación de sistemas, diagramación de flujo de procesos , modelado de información , diseño de productos asistido por computadora, diseño de planta, análisis de flujo de materiales , diseño ergonómico del lugar de trabajo, modelado matemático, análisis estadístico, equilibrado de líneas, simulación de fabricación, análisis de inversiones, gestión de proyectos, desarrollo de sistemas basados ​​en el conocimiento, hojas de cálculo, preparación de documentos, desarrollo de interfaces de usuario, ilustración de documentos, formularios y gestión de bases de datos.

1. ^ CAPE
2. ^ Estudio del NIST
3. ^ Estudio del NIST
4. ^ Estudio del NIST
5. ^ Estudio del NIST
6. ^ Estudio del NIST

1. JP Tanner, Ingeniería de fabricación: Introducción a las funciones básicas, Marcel Dekker, Nueva York, 1991.
2. G. Salvendy (ed.), Manual de ingeniería industrial, Wiley Interscience, Nueva York, 1992.
3. D. Dallas (ed.), Manual para ingenieros de herramientas y fabricación, McGraw-Hill, Nueva York, 1976.
4. WD Compton (ed.), Diseño y análisis de sistemas de fabricación integrados, National Academy Press, Washington, DC, 1988.