PRODUCTO-PROCESO-RECURSO.
Tal y como ya se ha mencionado en el apartado de la introducción, el Desarrollo Colaborativo de Nuevos Productos (Collaborative New Product Development, CNPD) resulta un proceso de especial relevancia para la competitividad de muchas empresas y, especialmente, en las virtuales del tipo Empresa Virtual de Producción de Productos de Tipo Único (One of a Kind Production Virtual Enterprise, OKP VE). El proceso de CNPD en OKP requiere de un elevado nivel de integración entre los diferentes subsistemas relacionados con el Diseño y Desarrollo de Productos, la Planificación de Procesos y la Programación y Control de la Producción, y la implantación de una red que permita un alto nivel de interacción entre todos los participantes para facilitar el trabajo cooperativo. Para permitir un proceso efectivo de CNPD en estos entornos, es fundamental diseñar e implantar un sistema de Planificación de Procesos Colaborativa (Collaborative Process Planning, Co-CAPP). Este sistema debe ser capaz de interaccionar con otros subsistemas del sistema de CNPD y permitir que se definan planes de proceso a través de procesos dinámicos, jerárquicos y cooperativos, inter-empresa e inter-dominio, que se establecen alrededor de la planificación de procesos. Todo un conjunto de procesos de colaboración que se integran bajo el concepto de Desarrollo Colaborativo e Integrado de Producto, Proceso y Recurso (Collaborative and Integrated Development of Product, Process and Resource, CIDP2R) [González et ál., 2009; Romero et ál., 2009].
De esta forma se pretenden alcanzar unos niveles de colaboración (cooperación) no presentes en los prototipos de sistemas de planificación de procesos colaborativos publicados en trabajos recientes, que generalmente se basan en la división y distribución de tareas y su comunicación utilizando técnicas para la gestión de proyectos colaborativos y/o flujos de trabajo centrados en documentos [Siller at ál., 2008]. En contraste, Co-CAPP impulsa la cooperación en la planificación, que es entendida como una colaboración para promover las relaciones interpersonales en el grupo de trabajo participante en el proceso CIDP2R. Co-CAPP hace esto utilizando la manipulación interactiva y los mecanismos de discusión y negociación sobre una representación del plan de procesos que permite alternativas (Plan de Procesos No Lineal, PPNL) y que se construye de manera incremental. Este enfoque está bastante bien desarrollado en el campo de las aplicaciones CAD (Computer Aided Design / Diseño Asistido por Ordenador), pero es incipiente en la
planificación de la producción [Li et ál., 2006]. Los sistemas de Co-Diseño notables son los que usan elementos característicos y/o representaciones de ensambles, y por ello facilitan la integración de estos sistemas colaborativos con Co-CAPP, que también adopta este tipo de representación del producto.
Antes de continuar con la descripción del sistema Co-CAPP, es necesario hacer una breve referencia al proceso CIDP2R mencionado y a las categorías de integración que en él se consideran, con el fin de entender la necesidad del sistema Co-CAPP. El proceso CIDP2R considera, por un lado, la integración vertical dividida en tres niveles que hacen referencia al dominio: el Desarrollo de la Ingeniería, la Planificación de los Procesos y la Configuración y Asignación de los Recursos. Por otro lado, el proceso CIDP2R considera la integración horizontal dividida en tres niveles que hacen referencia al detalle alcanzado en el desarrollo en cada uno de los dominios anteriores: Agregado, Supervisor y Operacional. Asimismo, el proceso CIDP2R está apoyado por una actividad de gestión que programa y controla las diferentes tareas y determina las necesidades de infraestructura (información/conocimiento, grupos de trabajo y roles, sistema de información). En el presente trabajo, el foco se centrará en la Planificación de Procesos, pero siempre considerando las interacciones con el resto de dominios de CIDP2R.
Co-CAPP es un sistema integrado y colaborativo diseñado para ocupar un papel central en la integración jerárquica entre el Diseño y Desarrollo de Productos y la Programación y Control de la Producción, cuyo objetivo es definir PPNL representados como una red global [Rosado et ál., 2009; González et ál., 2009]. Esta red, que se establece sobre los tres niveles de agregación mencionados, se construye de forma incremental y cooperativa adoptando diferentes estrategias. De este modo los diferentes planificadores y especialistas en fabricación/inspección participantes en el equipo de trabajo llevan a cabo diferentes acciones de acuerdo con los permisos y asignaciones establecidas por el gestor del proyecto. No hay que olvidar que, tal y como también queda patente del apartado anterior, en este trabajo se plantea una planificación integrada de la fabricación y de la inspección, considerando las operaciones y recursos de ambas y con el objetivo de generar un único PPNL integrado.
El sistema Co-CAPP está constituido por tres módulos que llevan a cabo la gestión del proceso de CNPD [Rosado et ál., 2009]. En primer lugar, se encuentra el módulo del Desarrollo de la Ingeniería (para Fabricación) encargado de asegurar la fabricabilidad de la pieza, utilizando el mapa de asociación entre los elementos característicos de forma y los elementos característicos funcionales de precisión con los procesos y recursos de fabricación e inspección con las capacidades requeridas que están disponibles en el intervalo de tiempo de la fabricación de la pieza. En segundo lugar, se encuentra el módulo de la Planificación de Procesos encargado de especificar la red global de planes de proceso (producto-proceso-recurso), resultado de un procedimiento dinámico para desarrollar gradualmente los detalles del plan en diferentes fases y pasos. En tercer y último lugar, se encuentra el módulo de la Configuración y Asignación de Recursos encargado de asegurar que la asignación de recursos individuales o configuraciones de recursos se lleva a cabo teniendo en cuenta sus capacidades, disponibilidad, limitaciones logísticas y las políticas de asignación de recursos establecidas en el acuerdo de la OKP VE.
Por otra parte, las tres etapas de la Planificación de Procesos en Co-CAPP son: agregada, supervisora y operacional [Maropoulos et ál., 2006; Wang et ál., 2006]. A continuación, se describen brevemente los objetivos de cada una de estas etapas y sus interacciones con las fases equivalentes del Desarrollo de la Ingeniería (para Fabricación) y la Configuración y Asignación de Recursos (Figura 2.6).
La Planificación Agregada establece el macro-plan para la fabricación e inspección de la pieza, y representa el primer nivel de la red global de nodos y relaciones que será
detallada en las siguientes etapas. Los nodos básicos, que representan los procesos agregados o meta-procesos (por ejemplo, fundición, mecanizado, tratamiento térmico, etc.), se asocian, por una parte, con los nodos del árbol de elementos característicos de forma y de especificaciones dimensionales y geométricas en el nivel de pieza correspondientes a este nivel; y, por otra parte, también se asocian con los nodos del árbol de recursos agregados para formar una red global en este primer nivel. Sobre cualquiera de las relaciones entre los nodos, se establecerán restricciones que permiten definir las posibles alternativas del PPNL en el nivel de los meta-procesos (por ejemplo, podría ser una restricción sobre la relación entre dos nodos que representan dos meta-procesos y que hace referencia a la secuencia en la cual deben ejecutarse estos meta-procesos en lo que se ha venido a denominar red o cadena de procesos [Blanch, 2011]).
Figura 2.6 Arquitectura funcional del proceso CIDP2R [Rosado et ál., 2009].
En la actividad de Desarrollo de la Configuración es donde se establece el árbol de elementos característicos de forma y de especificaciones dimensionales y geométricas. Este árbol de elementos característicos representa el diseño preliminar del sistema, tanto a nivel de conjunto/subconjunto como de sus partes, vinculando aquellas superficies de las piezas que mantienen relaciones funcionales o de montaje. Este árbol describe la geometría de la pieza y la información asociada en un nivel agregado y para que se pueda llevar a cabo el análisis de la viabilidad de la fabricación y la inspección en este nivel de meta- proceso. Del mismo modo, en la actividad de Asignación y Configuración del Sistema de Fabricación Virtual se establece un árbol de recursos agregados, que describe las configuraciones alternativas de células o grupos de máquinas virtuales que tienen las capacidades necesarias para llevar a cabo uno o más meta-procesos. Estas células o grupos virtuales, que están formados por recursos pertenecientes a diferentes empresas, se configuran con un proceso de negociación y de toma de decisiones consensuadas entre las empresas del consorcio. Esta última actividad tiene una estrecha relación con las actividades de Planificación de la Producción (materiales, recursos y órdenes) en el nivel del consorcio y, a su vez, interacciona con las partes correspondientes de cada una de las compañías participantes. La cooperación establecida alrededor de esta actividad permite diseñar las alternativas de configuraciones de recursos que pueden asignarse a los meta- procesos de manera que se adapten a las circunstancias de producción de las empresas en un periodo de tiempo determinado.
En la Planificación Supervisora los nodos del nivel agregado de fabricación e inspección se disgregan en más nodos que representan los subprocesos (por ejemplo, planeado, medición con máquina de medida por coordenadas (MMC), etc.) de los meta- procesos y estos se asocian, de la misma forma, con los nodos de los árboles que representan los recursos (máquinas con sus tipos de utillajes y herramientas) y a la pieza (elementos característicos de mecanizado e inspección) para detallar la red global en este nivel supervisor. Asimismo, el árbol de nodos también puede ampliarse al definir la pieza bajo diferentes puntos de vista o al asignar varios procesos alternativos a un mismo elemento característico. Del mismo modo que en la etapa anterior, sobre las relaciones entre los nodos en este nivel se establecen restricciones que determinan las posibles alternativas de hojas de procesos, describiendo las secuencias de operaciones que pueden lanzarse y que tienen la información necesaria para la supervisión en un nivel de célula virtual.
En la Planificación Operacional, cada una de las operaciones (un proceso con una máquina, un utillaje y una herramienta concretas) identificadas en el nivel supervisor se asocia a uno o más pasos de trabajo (working-step) alternativos (de acuerdo al estándar STEP-NC, ISO14649). Hay que recordar que un paso de trabajo es una operación con un utillaje y una herramienta concretas asignadas. Este conjunto de pasos de trabajo correspondientes a una operación se asocian a un único elemento característico (elemento característico operacional).
Tal y como se puede ver en la parte central de la Figura 2.6, el grupo de funcionalidades proporcionadas por Co-CAPP para la Planificación de Procesos es común a las tres fases y se ha diseñado para ser utilizado en procedimientos de trabajo que implican la cooperación de personas. Esta orientación general de Co-CAPP, y específicamente de muchas de las funcionalidades del módulo de Planificación de Procesos, es compatible con el uso de funcionalidades expertas y/o de optimización incluidas en sistemas de Planificación de Procesos Asistida por Ordenador (Computer Aided Process Planning, CAPP).
En concreto, en la Figura 2.6 pueden distinguirse cuatro grupos de funcionalidades en este módulo, que serán proporcionadas a cualquier participante en el proceso de Co- Planificación de acuerdo con los permisos establecidos por el gestor del proyecto. El primer grupo de funcionalidades permiten la construcción incremental de la estructura básica de nodos (elementos característicos, procesos y recursos) de la red global o de una de sus partes (subredes), a través de acciones aditivas llevadas a cabo por funciones de asignación. La posibilidad de construir subredes independientemente para su posterior integración en la red global, es un mecanismo que facilita la ejecución de un trabajo distribuido coordinado. Sobre las relaciones existentes entre nodos individuales y/o grupos de nodos (grupos de nodos del mismo tipo y nivel) de la estructura básica pueden establecerse las restricciones de secuencia. La posibilidad de realizar agrupaciones de nodos se ha incluido para facilitar la expresión de restricciones, como por ejemplo las impuestas por ciertas especificaciones dimensionales y geométricas y que llevan al planificador a agrupar ciertos elementos característicos para mecanizarlos en la misma subfase. De la misma forma, también pueden asignarse a las relaciones y redes de nodos los atributos de coste, calidad, tiempo, etc., lo que permitirá posteriormente las comparaciones hechas entre alternativas con el objetivo de descartar las menos apropiadas de acuerdo a los criterios de optimización seleccionados. Asimismo, para permitir que planes (completos o parciales) lineales, completamente caracterizados y contrastados se puedan incorporar a la red global, el sistema también incluye la funcionalidad de adición de plan lineal.
El segundo grupo de funcionalidades están destinadas a comprobar la consistencia y completitud de la red global de PPNL obtenida utilizando las funcionalidades descritas anteriormente. Dicha red global debe ser comprobada para determinar si cumple todas las reglas definidas para asegurar la consistencia tecnológica de las combinaciones elemento característico-proceso-recurso representadas y la existencia de al menos una solución que permita la fabricación e inspección completa de la pieza. Asimismo, en este grupo se incluye la funcionalidad que permite el descarte de algunas soluciones para obtener una red de PPNL seleccionados.
El tercer grupo de funcionalidades tienen como objetivo fundamental la validación de algunos de los planes seleccionados (alternativas) para comprobar el cumplimiento de ciertos requisitos (coste, tiempo, tolerancias, etc.), así como la generación de toda la documentación necesaria. En particular, la funcionalidad vinculada al tratamiento de la de la variabilidad (cumplimiento de tolerancias de especificación e incertidumbres de inspección) será objeto de una atención preferente, tanto en el modelo funcional de actividades del siguiente punto como en los modelos de producto desarrollados en los capítulos 5 y 6.
Por último, se contempla un cuarto grupo de funcionalidades encargadas de la gestión, como por ejemplo: dividir el problema en partes (subredes), distribuir y planificar el trabajo requerido por estas partes, coordinar su ejecución, gestionar la estructura de PPNL, etc.
Aunque una primera lectura del marco desarrollado pueda hacer pensar que solo es válido para la planificación de procesos de fabricación (por ejemplo, mecanizado), un acercamiento en mayor profundidad permite visualizar que se trata de un enfoque genérico que considera la inspección como un proceso más. Con la adopción de este enfoque es posible abordar una planificación integrada de fabricación e inspección.
Cabe hacer notar que durante la descripción del sistema Co-CAPP se ha hecho referencia a los elementos característicos (feature), entendidos como aquellos elementos que, además de la geometría, incorporan información y conocimiento específico y útil para los razonamientos propios de un ámbito concreto. Este concepto y la adecuación de los enfoques basados en elementos característicos para entornos de desarrollo colaborativo serán objeto de estudio del capítulo 4 y constituirá una de las bases importantes para las propuestas desarrolladas en esta tesis. Asimismo, y tal y como se verá en el siguiente apartado, también se hace referencia a los elementos característicos, y más concretamente a los del ámbito de la inspección, a lo largo de la descripción de las actividades del modelo funcional propuesto en el siguiente apartado para la Planificación Supervisora de Procesos de Fabricación e Inspección.