Consejos sobre la importancia del diseño de producto y su ciclo de vida en la cadena de valor de la empresa
Las empresas deben cuidar el diseño de producto y su propiedad intelectual como parte de sus activos digitales más importantes, es la información a quien todos hacen referencia de inicio a fin en los procesos de desarrollo de la empresa. Es el centro del modelo de gemelo digital de la fábrica. El producto cumple con sus funciones y cubre las necesidades de los clientes, distingue a la empresa de la competencia y es el que le da valor.
En diseño de producto
El diseño CAD es creado a partir de una idea, boceto o a partir de una referencia, será la información central para el resto del proceso de desarrollo de producto, su fabricación, logística y ciclo de vida.
La creación de un producto en un modelo digital geométrico está respaldada por un modelo CAD 3D y su correspondiente dibujo o plano. Esta información digital y sus atributos de peso, forma, materiales una vez autorizada, será la versión oficial de trabajo de un proceso completo, por ejemplo, en una fábrica.
El modelo CAD, su dibujo o representación MBD, tendrán un ciclo de revisiones de las cuales habrá que llevar seguimiento y deberá ser almacenada en una fuente de información controlada (PLM o PDM) para que sea leída por el equipo de trabajo. Cualquier interesado en la empresa que requiera ingresar a esta información centralizada lo podrá hacer con los privilegios necesarios.
Una vez teniendo el modelo 3D CAD del diseño se obtiene acceso a otros beneficios que añaden valor. El diseño de producto tendrá un estudio breve de simulación a nivel conceptual que le dará un sello de validez, esta puede ser a nivel físico o de impacto ambiental. El modelo del diseño será utilizado también para su impresión 3D para revisión de prototipos en juntas técnicas. Su representación fotorrealista o renderizado servirá para presentar propuestas , cerrar el proyecto y desarrollar material de mercadotecnia. El modelo CAD del producto se documentará para su uso y manejo con instrucciones o manuales de uso.
Una de las áreas que más tiempo consume en el diseño de productos es la documentación de dibujos. Esta tarea, en gran medida es por procedimientos y no agrega valor, puede ocupar hasta el 80% del tiempo de un diseñador. Es un área de oportunidad que en breve quedara automatizada por la IA.
Cabe resaltar que el software y hardware son importantes para este desarrollo, la información creada a través de esas plataformas deberá ser transparente para el resto del proceso. La herramienta seleccionada de trabajo ayudará en mayor o menor grado al desarrollo de producto.
Esto no es un sueño, es como debe ser , no más creación de diseños sin control de versiones, sin revisiones o aprobaciones, no se deben enviar diseños por correo, hay que almacenarlos en la nube pública o privada (PLM) que le dará asignación de roles, el atributo de trabajo en iniciado, en desarrollo, o trabajo terminado, para que la siguiente fase del proceso lo tome de ahí. Para cada persona que desee una consulta del proyecto, el sistema debe avisar que hay una tarea pendiente para ellos según su rol, abrir ese proyecto y aunque no tenga las herramientas instaladas, poder abrir el modelo CAD y hacer sus revisiones y comentarios. Colaboración en toda la cadena de valor.
El software a usar debe transformar la forma en que las empresas diseñan y fabrican; debe eliminar las barreras causadas por aplicaciones desconectadas que inhiben el flujo de información entre equipos. Se requiere una solución CAD, CAM, CAE y PCB, y que conecte las soluciones ERP, PLM, MOM, MES, para agilizar los procesos a lo largo de todo el ciclo de vida de desarrollo y fabricación del producto.
El uso de los modelos CAD en ingeniería
El diseño correcto acelera en gran medida el proceso de ingeniería y la continuidad del hilo digital, un error en su representación, versión o formato repercutirá en todo el tiempo de entrega al cliente. Una vez autorizada una versión del diseño de producto o modelo CAD, el siguiente paso es la planeación de ingeniería para la posterior manufactura.
El desarrollo de la ingeniería del producto tomará el modelo CAD original para iniciar las consideraciones en dimensiones, materiales y elementos de ingeniería para dar forma al producto. Los modelos CAD de ingeniería confirmarán el buen desempeño que tendrá el producto, materiales, su forma, función y dimensiones. La constante iteración y documentación de ingeniería ,derivará en la creación de mejores prácticas que serán su base de conocimientos almacenada digitalmente en el PLM.
Posteriormente, una vez creados los modelos de la ingeniería del producto, su lista BOM, ensambles e información de fabricación, estos serán analizados y evaluados mediante simulación CAE, ya sean estudios de cargas, esfuerzos, fluidos, térmicos, el set de piezas de ingeniería debe ser respaldada y aprobada con esta información para garantizar la seguridad , vida de sus componentes y desempeño de materiales.
Con esta información se generan los modelos CAD de ingeniería necesarios para la fabricación de nuestro producto, información que se almacenará en el PLM para disposición del resto de la empresa ya sea compras, logística, producción, etc.
Ejemplo de uso. Tomemos, por ejemplo, el diseño de un coche. Para preparar el modelo digital para la simulación, hay que etiquetar manualmente hasta las tuercas, pernos y tornillos para poder asignar a cada componente los materiales y niveles de detalle adecuados, con las operaciones específicas necesarias para cada uno. Obviamente, se trata de un proceso manual y lento para cientos o miles de piezas individuales. Del mismo modo, ejecutar una simulación aerodinámica con la alta fidelidad necesaria requiere mucho tiempo de cálculo en el centro de datos, lo que limita la posibilidad de probar diseños alternativos o aprovechar simulaciones detalladas en otras fases del diseño.
La simulación es una parte vital del proceso de diseño que cada año adquiere mayor protagonismo conforme los productos se hacen más complicados. Ha demostrado ser una forma rentable para validar y probar los diseños, los modelos computacionales tradicionales pueden tener problemas para seguir el ritmo conforme los diseños se vuelven más sofisticados. Gracias a los recientes avances en HPC, IA y ML, los tiempos de simulación se reducen de días o incluso semanas a minutos, que antes se consideraban imposibles y hoy están al alcance de cualquier diseñador.
La información CAD de las máquinas virtuales de la fábrica, han sido diseñadas previamente por el área de ingeniería de proyectos de planta, serán útiles para montar en ellas la información de producto y su ingeniería. El diseño de las máquinas virtuales o gemelos digitales de las máquinas será acompañado del layout de la planta y de equipos accesorios. En la misma etapa los modelos CAD de ingeniería pueden ser usados para montarse de manera virtual en las máquinas del piso de fabricación para evaluar su desempeño y planear la manufactura. Los sistemas de Administración de Operaciones de Manufactura (MOM) almacenarán información relevante a compartir con el PLM.
La información de diseño de producto en manufactura
El área de fabricación recibe o toma la información de ingeniería de las partes a fabricar en taller o en la línea de producción desde el PLM. Estos datos constan de los modelos CAD, listas BOM, referencias e instrucciones aprobadas por ingeniería, cada modelo descargado de una misma fuente de información de la empresa para ser montado en las diferentes operaciones de la fábrica para transformase en un producto. Gracias a la tecnología, la digitalización permite conectar a diseñadores, máquinas y productos entre sí.
Los dibujos o modelos CAD de despieces, partes y ensambles tomarán diferentes caminos durante la manufactura. La información del producto CAD y de ingeniería será la entrada para máquinas de formado de lámina, corte, máquinas herramientas, manufactura aditiva, fundición, pintura, etc. Mucha de esta información probablemente venga con prototipos e instrucciones visuales de operación creadas desde ingeniería como ayudas usando la simulación virtual de la operación.
Los controles numéricos de cada maquina deben estar enlazados a la red de la fábrica y si la empresa es grande, serán apoyados con cómputo en el borde. El desempeño, alarmas o sensores de cada maquinas serán monitoreados por mantenimiento o ingeniería de proyectos de planta.
La estrategia del proceso de manufactura fue definida previamente en ingeniería y con las máquinas virtuales probadas con anterioridad. La programación de las celdas robotizadas se realiza en esta etapa utilizando los modelos CAD de ingeniería montados que fueron revisados en celdas virtuales.
Los modelos CAD de producto en fabricación serán la información para mantener durante el proceso y al final de la línea, la fabricación de las piezas físicas deberá compararse contra el modelo digital original mediante inspección y al ser aprobados pasar a la siguiente fase.
La proveeduría recibirá la información para apoyar con operaciones de subcontratación esta información que se tomará desde los sistemas PLM/ERP a través de un ambiente seguro SaaS, estos datos incluyen diseño CAD y documentación, los cuales deberán estar protegidos como propiedad intelectual, la salida y entrada de la proveeduría estará controlada por el departamento de calidad o metrología que dará fe que lo que se pidió se recibe en dimensiones, materiales y calidad.
La información general del proyecto de calendarios y tiempos de entrega vienen desde los enlaces del ERP con el PLM desde donde los lideres de proyecto darán seguimiento en sus tableros.
La fábrica digital puede fusionar el mundo real y el virtual a través del gemelo digital para realizar la misma tarea mucho más rápido y con menos prototipos, reduce los recursos utilizados durante las pruebas. A medida que los diseñadores perfeccionan y maduran el Gemelo Digital del producto, otros equipos de ingeniería lo aprovechan en diversos entornos de simulación para probar y mejorar todos los aspectos. Este circuito cerrado de información da lugar a la manufactura inteligente.
El uso del modelo CAD en inspección
El laboratorio de metrología hará las comparaciones debidas de las piezas físicas mediante máquinas, escáneres y otros dispositivos de medición y detección de defectos de la pieza física contra la información digital CAD solicitada en diseño de producto, además de estándares, calibraciones y referencias.
El trabajo del software de inspección es alinear y comparar el modelo CAD nominal con los puntos medidos desde la pieza terminada, ya sea que incluya un número de puntos de contacto capturados manualmente o datos de nubes de puntos escaneados sin contacto que contengan millones de puntos.
En ciertas fases de producción se podrá hacer esta comparación directo sobre la máquina herramienta para control de calidad y no esperar hasta el final de la línea. Los reportes de inspección retroalimentarán los historiales en los sistemas principales PLM, MOM, MES para control de proceso, auditorías y otros indicadores.
Los lideres de proyecto podrán ver en tiempo real los indicadore de piezas buenas contra rechazos. Los estudios de inspección serán útiles para datos históricos, realizar ajustes, renovación de indicadores y ante cualquier reclamación.
Información del diseño de producto en logística
Una vez aprobadas las piezas del producto terminado será manejado por logística quienes con la información del modelo CAD de diseño virtual se adelantaron para planear y programar los transportes internos y externos con los datos de dimensiones, peso y límites de carga como resultado de la simulación en ingeniería.
En el ciclo de vida
La vida del producto podrá ser monitoreada por retroalimentación de sensores o técnicas IoT. Desde su fase de concepción, diseño, ingeniería, fabricación, proceso industrial hasta su vida en campo, mantenimiento y retiro. El modelo CAD y los componentes del diseño detrás del gemelo digital, serán referente para el relanzamiento, modificación o creación de un nuevo producto.
En conclusión, la información de diseño de producto y su modelo CAD tienen trazabilidad mediante una única fuente de verdad que es el PLM.
El software de administración del ciclo de vida del producto PLM es una solución integral de desarrollo de productos que permite a las empresas impulsar la innovación, modernizar sus negocios, agilizar el desarrollo de productos y simplificar la colaboración. El software PLM es una única fuente de información para los datos relacionados con los productos en tiempo real, que conecta a las personas, productos y el desarrollo a lo largo de todo el ciclo de vida del producto en una única plataforma.
Por: Sergio Alvarez, editor de 3DCadPortal
