Modelado de información en la fabricación de
moldes para inyección de plásticos.
Joaquín Barreiro García ([email protected]), Julio E. Labarga Ordóñez
Área de Ingeniería de Fabricación, Universidad de León, ETSI Industrial e Informática, León. José Ríos Chueco ([email protected]), Antonio Vizán Idoipe
Dpto. de Ingeniería Mecánica y Fabricación, Universidad Politécnica de Madrid, ETSII, Madrid.
Resumen
Este artículo se corresponde con parte del trabajo que se viene realizando dentro del proyecto “Modelado e intercambio de información en el diseño y fabricación de moldes”, en el que también están colaborando las empresas GAMEGAM, ASCAMM y BCT. Se presenta el modelo de actividades que refleja las interacciones y flujo de información que tiene lugar durante el desarrollo de productos que contienen piezas de plástico inyectadas. Este modelo establecer el contexto y los agentes principales que intervienen en el proceso, y permite identificar la información que se utiliza desde el diseño de pieza hasta la fabricación del molde. Este trabajo ha servido como base para el posterior desarrollo de un modelo basado en ingeniería concurrente que sistematiza y estructura las actividades principales del proceso y la información, que en forma de Unidades de Funcionalidad, está asociada a cada una de dichas actividades.
1.Introducción.
En la aplicación de la Ingeniería Concurrente para el desarrollo de nuevos productos, ha sido ampliamente reconocida y justificada la necesidad de utilizar aplicaciones que faciliten la comunicación entre las distintas actividades que se realizan. Durante el desarrollo de un producto nos encontramos con diversos agentes (suministradores, clientes, consultores de ingeniería, etc.) que se ven involucrados en el desarrollo de un conjunto de actividades, algunas de las cuales se realizan de forma simultánea y otras de forma secuencial. Como consecuencia, se produce un flujo de información que sin embargo, no siempre es eficiente, ya que en muchos casos al tener que adaptar el formato de los datos entre aplicaciones distintas, parte de la información se pierde o se debe reelaborar. Además, la comunicación emisor-receptor se ve afectada por el punto de vista distinto que ambos pueden tener respecto de la información del producto, por ejemplo el emisor puede estar considerando únicamente el diseño de la pieza, mientras que el receptor está considerando su incidencia en el diseño del molde.
Como consecuencia, la necesidad de una sistematización de la información y de su estructura para la resolución del problema de comunicación entre las distintas aplicaciones que se utilizan en un entorno de ingeniería concurrente, aparece como un aspecto clave. La solución en la que desde hace algún tiempo se viene trabajando a nivel internacional es en el desarrollo de modelos de información de producto que permitan definir una estructura neutra de datos y por tanto especificar la información a intercambiar entre distintas aplicaciones (1) (3). Con este objetivo, y considerando el entorno del diseño y fabricación de moldes, en el presente proyecto se está empleando la norma ISO 10303 STEP (3) en el desarrollo de un modelo de
información para su posterior implantación en una base de datos distribuida (figura 1), dicha base de datos debe ser accedida por las distintas aplicaciones a través de un interfaz neutro de acceso de datos SDAI (3).
MATERIALES BASE DE CONOCIMIENTO PROGRAMA SDAI PROGRAMA SDAI INSPECCIÓN DE PIEZA ACABADO SUPERFICIAL GEOMETRÍA CONTROL ESTADÍSTICO ... MOLDE DISEÑO FABRICACIÓN INSPECCIÓN DISEÑO DE PRODUCTO ESTILIZADO DISEÑO TÉCNICO
ANÁLISIS (ESTRUCTURAL, RECICLADO, MONTAJE, FABRICABILIDAD , ... PROTOTIPOS DISEÑO FINAL ... PROGRAMA SDAI PROGRAMA SDAI SDAI SDAI
SDAI BASE DE DATOS SDAI
COMUN (STEP) INFORMACION PRODUCTO INFORMACION GEOMETRICA NORMAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS MATERIALES
Fig. 1. Entorno de aplicaciones basadas en STEP 2. Modelos de Información.
El desarrollo de Modelos de Producto (con información sobre especificaciones de producto, geometría, tolerancias, materiales, etc.), y de Modelos de Fabricación (con información sobre procesos, recursos, etc.) se viene realizando desde hace algún tiempo (1), (2), (6). El objetivo final es disponer de todos los datos relativos a un producto a lo largo de su ciclo de vida, de forma que cada aplicación en cualquier etapa del ciclo de vida pueda acceder a la información que precisa. Esto ha conducido al desarrollo de modelos de información para contextos limitados, pero en los que la interoperatibilidad de los mismos debe estar garantizada.
3. Ingeniería concurrente y STEP.
La norma ISO 10303 -STEP (3) tiene por objetivo definir una estructura de información común y única capaz de representar todos los datos de un producto a lo largo de su ciclo de vida. De forma que todas las aplicaciones asistidas por ordenador puedan utilizar una misma estructura y un mismo formato de información. STEP permite aplicar el concepto de vistas de información (4). Es decir, un mismo concepto puede ser entendido de una manera diferente desde el punto de vista de
diseño que desde el punto de vista de fabricación, análisis o inspección, por lo que la información a la que en cada caso se tendrá acceso puede ser diferente.
Dentro de las distintas partes que constituyen la norma, se encuentran los Protocolos de Aplicación o APs. Un AP es una especificación de una estructura de información para un área específica de aplicación. Por ejemplo, el AP223 se encarga de piezas fundidas, el AP229 de piezas forjadas, etc. La tarea inicial en el desarrollo un protocolo de aplicación es la elaboración de un “modelo de actividades” o AAM, que define el ámbito de aplicación del protocolo y los requerimientos funcionales para la aplicación o proceso en cuestión, documentándose según la metodología IDEF0 (5).
El presente trabajo presenta un modelo de actividades general desarrollado para el proceso de diseño, fabricación e inspección de piezas de plástico inyectadas. Presenta los agentes que intervienen en dicho proceso así como la información fundamental que se intercambian entre sí (ver figura 2).
4. Estructura del modelo de actividades.
El modelo de actividades se ha desarrollado según la siguiente estructura:
1) Modelo funcional general: Representa las funciones o actividades
principales que tienen lugar en el diseño y fabricación de piezas de plástico inyectado, y el flujo de información entre ellas desde un punto de vista general. Este modelo sirve como punto de partida para el desarrollo de los submodelos siguientes.
2) Submodelos funcionales:
2.1) Submodelo funcional para el cliente (fabricante del producto donde se insertará la pieza de plástico). Ej. : fabricante de automóvil.
2.2) Submodelo funcional para el transformador (empresa encargada de inyectar). 2.3) Submodelo funcional para el moldista (empresa encargada de realizar el molde).
3) Modelo de información de ingeniería concurrente: A partir de los
submodelos funcionales anteriores, se identifican las actividades que pueden realizarse de forma simultánea, cuáles se pueden adelantar en el proceso productivo, qué unidades de información son necesarias, cuál es la interacción
entre los diversos agentes para lograr esto, etc. En la figura 2se pueden observar
las actividades principales que tienen lugar en la producción de piezas de plástico inyectadas.
Hay que destacar el flujo de información que existe entre las actividades de diseño de pieza y diseño del molde.
5. Modelo de actividades.
observar las relaciones más importantes que pueden existir entre los cinco agentes que intervienen en la fabricación de piezas de plástico inyectadas.
Producir piezas Desarrollar piezas Desarrollar procesos de fabricación Definir piezas Estilizar piezas Evaluar piezas Diseñar piezas Desarrollar recursos de fabricación Planificar estrategia de fabricación Diseñar y fabricar molde Diseñar molde Planificar fabricación de molde Desarrollar recursos de fabricación Fabricar molde Homologar molde Producir piezas Fabricar pieza Homologar pieza
Fig. 2. Principales actividades en el diseño y fabricación de piezas de plástico inyectadas. Normalmente el cliente subcontrata el diseño y/o la fabricación de las piezas de plástico. Así tenemos que se pueden dar cierto número de combinaciones posibles, tales como:
1) El diseño lo realiza completamente el cliente y subcontrata su fabricación con un transformador, el cual se encarga de contactar con el moldista para la fabricación del molde.
2) El diseño lo realiza el cliente en colaboración con el moldista y subcontrata la fabricación con un transformador. Esto no quiere decir que la fabricación del molde la realice este moldista, ya que se puede subcontratar con otro que ofrezca mejores condiciones económicas o de plazos.
3) El diseño y la fabricación se subcontratan con un transformador, el cual se encarga de realizar el diseño de la pieza de plástico, o bien subcontra el diseño con una consultora de ingeniería, y contacta con un moldista para la fabricación del molde.
Fig. 3. Modelo de Actividades E M P L E A D O E N : C O N T E X T O : N O D O : T IT U L O : N U M E R O : A U T O R : P R O Y E C T O : N O TA S : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 1 2 1 3 1 4 1 5 F E C H A : R E V : D E T R A B A J O B O R R A D O R R E C O M E N D A D O F IN A L R E V IS A D O P O R : F E C H A P á g . P R O D U C IR P R O D U C T O (C L IE N T E ) A 0 P R O D U C IR P IE Z A S D E P L A S T IC O (T R A N S F O R M A D O R ) A -0 1 D IS E Ñ A R P IE Z A (I N G E N IE R IA ) A-0 2 D IS E Ñ A R Y F A B R IC A R M O L D E (M O L D IS T A ) A -0 3 P e ti c ió in d e d is e ñ o d e p ie z a In fo rm a c ió n d e p ie z a P e ti c ió n d e fa b ri c a c ió n d e p ie z a P e ti c ió n d e o fe rt a d e d is e ñ o y fa b ri c a c ió n d e m o ld e P e ti c ió n d e d is e ñ o d e p ie z a In fo rm a c ió n d e p ie z a P e ti c ió n d e o fe rt a d e d is e ñ o y fa b ri c a c ió n d e m o ld e A n te p ro y e c to d e lm o ld e a p ro b a d o P e ti c ió n d e d is e ñ o y fa b ri c a c ió n d e m o ld e P ie z a fi n a l h o m o lo g a d a M o ld e d e in y e c c ió n h o m o lo g a d o M a n u a l d e l m o ld e A n te p ro y e c to d e l m o ld e O fe rt a d e l m o ld e In fo rm a c ió n d e l tr a n s fo rm a d o r In fo rm a c ió n d e tr a n s fo rm a c ió n A n te p ro y e c to d e l m o ld e a p ro b a d o P e ti c ió n d e d is e ñ o y fa b ri c a c ió n d e m o ld e In fo rm a c ió n d e p ie z a S U M IN IS T R A R M A T E R IA L P L A S T IC O (F A B R IC A N T E D E M A T E R IA L ) A -0 4 M a te ri a p ri m a In fo rm a c ió n d e l m a te ri a l R e s u lt a d o s a n á li s is re o ló g ic o P ro d u c to fi n a l c o n tr o la d o P ro y e c to d e l m o ld e B C T A S C A M M G A M E G A M x C IC Y T -M O L D S T E P U P M /U L E 0 5 /0 8 /9 8 0 5 /0 8 /9 8 T o p 1 D IA G R A M A G E N E R A L P A R A L A P R O D U C C IÓ N D E P IE Z A S D E P L A S T IC O A -0
4) El diseño se encarga directamente a una consultora de ingeniería externa, y posteriormente se contacta con el transformador y/o moldista para su fabricación. Como se puede observar, las combinaciones son más complejas de lo que a simple vista pudiera parecer.
Queda perfectamente claro como en este entorno de ingeniería concurrente, los diversos agentes que aparecen a lo largo del ciclo de vida del producto, interaccionan entre sí de forma continua, ya sea intercambiando información o trabajando en equipos multidisciplinares. Esto permite tener en consideración, de forma simultánea, los diferentes puntos de vista que tienen dichos agentes sobre el producto y, por lo tanto, adelantar información correspondiente a etapas posteriores del ciclo de vida para prever posibles consecuencias de las decisiones tomadas en etapas anteriores.
Conclusiones.
Se ha presentado un modelo general de actividades en el que se representan las interacciones entre los diversos agentes que intervienen en el diseño y fabricación de piezas de plástico inyectadas (cliente, transformador, moldista, ingeniería externa, suministrador plástico). En un entorno de ingeniería concurrente se precisa de una sistematización y unificación de la estructura de la información que se maneja reflejando los puntos de vista que cada equipo de trabajo tiene del producto. Los submodelos derivados de este modelo general han permitido definir las Unidades de funcionalidad de información asociadas con cada actividad.
Agradecimientos.
Este trabajo se ha desarrollado dentro del proyecto TAP97-1197-C02-01. Referencias.
1. KJELLBERG, T.; SCHMEKEL, H. (1992) “Product Modelling and Information Integrated Engineering Systems”, Annals of the CIRP, vol. 41/1/1992.
2. ELLIS, T.I.A.; YOUNG, R.I.M.; BELL, R. (1993) “Modelling manufacturing process
information to support simultaneous engineering”, Proceedings of the Intl. Conference on Engineering Design (ICED´93), Agosto 1993 ,The Hague.
3. ISO-10303, (1994) “Product Data Representation and Exchange”, Part I “Overview and Fundamental Principles”, Diciembre 1994.
4. CANCIGLIERI, O.J. y YOUNG, R.I.M. (1997) “A multi-viewpoint reasoning system in design for injection moulding”, International Conference on Design and Production of Dies and Molds”, Junio 1997, Estambul.
5. NIST, (1993) IDEF0 (ICAM Definition Language 0), “Integration Definition for Functional Modeling (IDEF0)”, FIPS PUB 183, NIST, USA.
6. RIOS, J. (1997) “Integración de las funciones de las funciones de programación de MHCN mediante una aplicación OO basada en un modelo de información de operaciones de mecanizado”, Tesis Doctoral, UPM, Febrero 1997.
