Análisis de los sistemas de ingeniería para procesos de embustión de chapas

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de las Villas. Facultad de Ingeniería Mecánica. Departamento de Ingeniería Mecánica.. TRABAJO DE DIPLOMA Análisis de los sistemas de ingeniería para procesos de embutición de chapas.. Autor: Raúl Yanes Rodríguez Tutor: MSc. Ing. Yudieski Bernal Aguilar y Dr. José R. Marty Delgado. Curso: 2011-2012.

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(3) Pensamiento. Una ciencia es tanto más útil cuanto más universalmente pueden comprenderse sus producciones; y, al contrario, lo serán menos en la medida en que éstas sean menos comunicables. Leonardo Da Vinci.

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(5) Dedicatoria. Este trabajo se lo dedico a todos mis amigos por hacerme reír cuando más lo necesitaba, a mis abuelos por aconsejarme como ellos solo saben a serlo, en especial a mi abuela Ivelice y Gloria que aunque ya no estén sé que me indicaron el camino correcto, a mi ídolo, (mi papá) por estar ahí siempre que lo necesitaba, y en especial a mi motor impulsor, (mi mamá) la cual ha sido mi inspiración y guía en estos cinco años. A todos ustedes les dedico mi primer logro..

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(7) Agradecimientos. Mis más sinceros agradecimientos a mis amistades los cuales de alguna forma u otro contribuyeron en el desarrollo de este trabajo. En especial a mi tutor y amigo Yudieski Bernal Aguilar, ya que sin él no hubiese sido posible la realización de este trabajo, al Dr. José Marty Delgado por ser el principal protagonista en el desarrollo de la tesis y a mi familia por ayudarme en este largo camino. Le agradezco a mi Facultad Ingeniería Mecánica y profesores por prepararme y hacer de mí una mejor persona. “A TODOS MUCHAS GRACIAS”.

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(9) Índice Introducción............................................................................................................................................. 1. Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. Análisis crítico sobre los sistemas asistidos por computadoras……………………………… Principales herramientas de inteligencia artificial aplicados a los procesos de embutición de 1.2.chapas………………………………………………………………………………………… Planeación de los procesos asistida por computadoras………………………………………. 1.3.Planeación y programación de procesos de embutido de chapas mediante herramientas 1.4.numéricas……………………………………………………………………………………... 1.4.1.- Proceso de planificación de conformado de chapa metálica…………………………………. Integración CAD/CAPP para la distribución y corte de piezas de forma geométrica irregular 1.4.2.en chapas……………………………………………………………………………………… Planificación y diseño de matrices con el apoyo de la ingeniería basada en el conocimiento 1.4.3.(KBE)…………………………………………………………………………………………. Conclusiones Parciales……………………………………………………………………….. 1.5.1.1.-. 2.1.2.2.2.3.2.4.2.5.2.6.-. Capítulo II: Propuesta de un sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas. Integración del diseño y planeación del proceso en el embutido de chapas.…………………. Análisis externo e interno del sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas……… Análisis interno del sistema…………………………………………………………………... Algoritmo Genético como herramienta de inteligencia artificial en los procesos de embutición de chapas…………………………………………………………………………. Concepción del sistema CAE/CAPP…………………………………………………………. Conclusiones parciales………………………………………………………………………... 7 12 14 16 18 19 21 23. 24 26 28 29 30 33. Capítulo III: Elementos para la implementación del sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas. 3.1.3.1.1.3.2.3.3.3.3.1.3.3.2.3.3.3.3.3.4.3.4.-. Datos de entrada y diseño de la pieza………………………………………………………… Simulación de la pieza utilizando un software ABAQUS/CAE por el FEM………………… Factores más importantes que condicionan la calidad de las embuticiones………………….. Valoración de los impactos económicos, energéticos, sociales y ambientales………………. Valoración de los impactos económicos……………………………………………………... Valoración de los impactos energéticos……………………………………………………… Valoración de los impactos sociales………………………………………………………….. Valoración de los impactos ambientales……………………………………………………... Conclusiones Parciales……………………………………………………………………….. Conclusiones Generales........................................................................................................... Recomendaciones..................................................................................................................... Bibliografía............................................................................................................................... Anexos........................................................................................................................................ 34 35 36 39 39 40 40 41 42 43 44 45.

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(11) Resumen. En este trabajo se hace referencia a la necesidad que tienen las empresas que utilizan los procesos de embutición de chapas de optimizar su producción la calidad del proceso y mejorar su competitividad a nivel mundial. El objetivo de la investigación consiste en realizar un estudio de los sistemas CAPP (Planeación de procesos asistida por computadora) que trabaje conjuntamente con el resto de las aplicaciones CAD, CAE, CAM, los cuales conlleven a disminuir el tiempo de fabricación de un nuevo producto, a una mejor calidad y gestión del funcionamiento del sistema productivo. Además se ofrece una metodología para la planeación asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. Palabras Claves: Planeación, Integración, Sistemas CAE, CAD, CAM CAPP..

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(13) Abstract This paper refers to the need for companies using the methods of drawing sheet to further optimize production and quality of the process and improve their global competitiveness. The objective of this research is to conduct a study of CAPP systems (planning processes assisted by computer) to work together with the rest of the CAD, CAE, CAM, which require you to reduce the manufacturing time of a new product, better quality and operational management of the production system. It also provides a methodology for computer-assisted planning in sheet metal stamping processes. Key words: Planning, Integration, Systems, CAE, CAD, CAM CAPP..

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(15) Introducción Ampliamente utilizados en las industrias médico-farmacéuticos, biotecnológica y de utensilios en general, así como en el sector energético y militar, los procesos mecánicos de conformado de chapas metálicas, gozan hoy de una amplia popularidad asociada a su elevada producción, alta confiabilidad, flexibilidad, bajos costo relativo, bajo consumo de insumos y una alta resistencia mecánica en relación al peso de sus productos terminados. Entre estos procesos se destacan los procesos de embutido de chapas el cual se distingue sobre todo por la distribución de deformaciones principales y por el modo de deformación que se le impone a la chapa. La aplicación de los sistemas computacionales para el diseño y la fabricación han tenido un amplio desarrollo y se han extendido a diversos sectores productivos. Es de vital importancia conocer sus componentes, lo que implica su implementación en el medio industrial bajo la óptica de las medianas y pequeñas empresas de conformación de metales con altos niveles de calidad. Una herramienta poderosa para todo tipo de industria es el uso de la tecnología computacional en las labores de diseño, simulación y planeación. Se analizan sus beneficios desde la perspectiva de la empresa que requieren adoptar nuevas tecnologías, con la necesidad de ser competitivas a nivel mundial. La industria de conformación de metales no está ajena a estas técnicas ya que es un aspecto a considerar en un mercado tan competido como este. La Empresa Industrial Nacional Producto de Utensilios Domésticos “1ro de Mayo” (EINPUD) de Santa Clara, en Villa Clara, es un gran exponente de la utilización de procesos de conformación de chapas metálicas en todo el país. Esta empresa fue fundada en 1964 por el Comandante de la Revolución Ernesto Guevara de la Serna, desde sus inicios la producción ha sido destinada principalmente al consumo nacional. A partir de su creación hasta los años 90, en que el país transitó por el período especial, esta fue la principal industria en Cuba que utilizó los procesos de conformación de chapas. En los inicios del siglo XXI se ha visto una reanimación de la economía cubana y en la EINPUD se retoman las producciones tradicionales, ejemplo de esto es la fabricación de ollas de presión distribuidas a la población como parte de la revolución energética que lleva a cabo el país. En esta industria el 90 por ciento de la producción se efectúa por medio de procesos de conformación de metales, destacándose el uso del proceso de embutido, que es uno de los tipos de estirado de chapas. Situación Problémica. En el país se han realizado pocas investigaciones asociadas al diseño óptimo de piezas en los procesos de embutición de chapas metálicas y el empleo de los sistemas CAPP. Es necesario realizar un estudio acerca de estas técnicas e integrarlas en un sistema teniendo en cuenta la información relativa al proceso y la experiencia acumulada hasta el presente. En nuestro país no se han realizado estudios de esta índole y la introducción de la planeación sería muy ventajosa para estudiar los procesos de embutido de chapas en nuestras industrias, por lo que se sugiere la idea de aplicación de esta integración con el fin de optimizar estos procesos.. 1.

(16) Introducción Problema de Investigación: ¿Cómo incidir de manera favorable en la planeación de los procesos de embutido de chapas a través de la utilización de técnicas asistidas por computadora? Idea: Análisis y síntesis de sistema de ingeniería para la preparación y toma de decisiones bajo criterios múltiples en los procesos de embutido de chapas para predecir el fallo. Preguntas de Investigación: 1. ¿Qué es un modelo de integración CAD/CAPP? 2. ¿Cómo inciden los sistemas CAPP en los procesos de embutición de chapas? 3. ¿Cómo integrar estos sistemas a los procesos de embutido de chapas? Novedad Científica: Una revisión bibliográfica acerca de la aplicación de las técnicas asistidas por computadora, con el fin de demostrar las ventajas de empleo de estas modernas herramientas de optimización para un proceso de conformado de chapas. Así como una metodología a seguir para la planeación de los procesos de embutición de chapas. Objetivo General: Analizar las características generales de un sistema CAPP integrando las técnicas asistidas por computadora para la fabricación de piezas embutidas en chapas. Objetivos Específicos: 1. Realizar una revisión bibliográfica acerca de los sistemas CAD, CAE, CAM y CAPP. 2. Realizar una propuesta de integración de un sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas. 3. Efectuar un análisis externo e interno del sistema CAPP propuesto. 4. Proponer una metodología para implementar los resultados obtenidos evaluando los impactos económicos, energéticos, sociales y ambientales.. 2.

(17) Introducción Principal Resultado a Obtener: Existen en la actualidad diversos modelos para interpretar las operaciones de conformación de materiales mediante el empleo de variadas técnicas asistidas por computadoras. Como principal resultado se propone una propuesta para la planeación de los procesos de embutición de chapas a través de la utilización de técnicas asistidas por computadoras. Hipótesis del trabajo: Si se establece una correcta propuesta para la planeación de los procesos de embutición de chapas, es posible una adecuada optimización de estos procesos mediante técnicas asistidas por computadora. Justificación: Los resultados de esta investigación le brindarán a la comunidad científica-técnica Villa Clara una herramienta que agilizará los cálculos para el diseño de piezas en los procesos de embutidos de chapas mediante técnicas asistidas por computadoras. Con esta investigación se contribuye a ampliar el horizonte cognoscitivo sobre este tema en los profesionales de la Ingeniería Mecánica en la provincia de Villa Clara, lo cual sería un elemento favorecedor para la introducción del campo de la planificación para los procesos de embutición de chapas en la industria. Viabilidad de la Investigación: La investigación es viable ya que se cuenta con profesionales y estudiantes de la Universidad Central “Marta Abreu de Las Villas” capacitados para llevar a cabo la investigación. Estructura del Trabajo: El trabajo de diploma consta de una síntesis o resumen, introducción, tres capítulos, así como conclusiones, recomendaciones, bibliografías y anexos. Capítulo I: Abordar el análisis crítico sobre el estado actual de los sistemas de ingeniería asistidas por computadora y de los modelos de integración CAD/CAPP existentes para los procesos de embutidos de chapas y otros procesos implicados en el conformado. Capítulo II: Realizar una propuesta de planeación sobre la base de los sistemas de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. Capítulo III: Se propone un método para la validación de los resultados y una valoración de los impactos económico, energético, social y ambiental del sistema propuesto.. 3.

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(19) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. 1.- Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. El objetivo de este capítulo es realizar un análisis del estado del arte sobre las experiencias nacionales e internacionales relacionadas con las principales técnicas asistidas por computadoras aplicadas a los procesos de embutición de chapas, así como la integración de estos sistemas apoyados en las herramientas de inteligencia artificial utilizadas en estos procesos, apreciando los modelos de integración CAD / CAPP aplicados a los procesos de embutición de chapas y otros procesos implicados en el conformado con vistas a desarrollar una valoración que posibilite arribar a conclusiones valiosas para los objetivos del trabajo. La figura 1.1 muestra el esquema de análisis general previsto para el desarrollo del capítulo y la interrelación entre sus elementos.. Figura 1.1: Esquema de trabajo para el desarrollo del capítulo. El diseño y la fabricación asistidos por ordenador es una disciplina que estudia el uso de sistemas informáticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el diseño de cualquier tipo de producto. Esta disciplina se ha convertido en un requisito indispensable en la fabricación de piezas embutidas en chapas la cual se enfrenta a la necesidad de mejorar la calidad, disminuir los costos y acortar los tiempos de diseño y producción. La única alternativa para conseguir estos objetivos es la de utilizar la potencia de las herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos, para reducir los costos (de tiempo y dinero) en el desarrollo de los productos y su fabricación.. 4.

(20) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. En el diario vivir se utilizan muchos productos metálicos que son fabricados por procesos de conformado a partir de una lámina metálica. Ejemplo de ello son, ollas, tanques de combustible, recipientes de alimentos y bebidas, etc. Dentro de los procesos mecánicos de conformación de chapas, los más complejos desde el punto de vista físico mecánico, son los procesos de embutido en sus diversas variantes tecnológicas. Mediante estos procesos se pueden conformar piezas desde muy sencillas en su configuración geométrica hasta piezas muy complejas. El embutido se puede clasificar en: embutido cilíndrico, rectangular e irregular por la figura del producto. Cada uno de estos tres tipos de embutido tiene condiciones y características de transformación [1], sin embargo existen muchos factores que influyen de forma negativa como son:  Las deformaciones  La variación en los espesores  Las grietas, roturas  La aparición de arrugas  Características del material inicial K. Sipos Hrabal como autor principal, expone en su trabajo que la elaboración de módulos embutidos de acero, es una de las operaciones más importantes en la industria de manufactura de producción en serie. Este procedimiento logra la obtención de piezas de gran calidad y homogeneidad. Este tipo de proceso ha probado ser un método económicamente efectivo ya que elimina operaciones costosas como lo son el maquinado y la soldadura. Los costos tienden a reducirse debido a que las partes pueden obtenerse en pocas operaciones a tasas elevadas de producción. El material de lámina tiene una razón alta de resistencia/peso lo que permite la producción de piezas ligeras y fuertes. La intercambiabilidad de las partes está asegurada debido a que el punzón y los troqueles (dados) usados para embutir producen virtualmente partes idénticas. Las partes embutidas pueden fabricarse en una gran variedad de metales y aleaciones. [2] La fabricación de piezas por embutido comienza cuando una lámina metálica inicialmente llana o preconformada reposa sobre la matriz, la cual es empujada a través de la misma por un punzón. Con el objetivo de evitar cortaduras, el punzón y la matriz deben poseer cantos redondeados. La zona anular exterior de la chapa es doblada a lo largo de la matriz y al ser embutida forma la parte cilíndrica del recipiente, esta zona tiende a elevarse formando arrugas, producto de las tensiones tangenciales, lo que se evita por medio del empleo del pisador o prensachapa, el cual. 5.

(21) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. ejerce presión sobre la zona anular exterior de la chapa durante el proceso de embutido, como se muestra en la figura 1.2 [3]. Figura 1.2: Partes que conforman la herramienta utilizada para los procesos de conformación por embutición. Según [2] la fricción es un factor que debe tomarse en cuenta por cuanto el material se desliza en la abertura entre el punzón y la matriz. Por lo tanto esta área debe estar pulida y lapeada. Esto reduce la carga necesaria para el desarrollo del embutido. El achaflanado de los bordes de la matriz ayuda a la chapa a resbalar por la pared del agujero, facilitando la operación de embutir. Facilitan también el embutido la lubricación adecuada, de la chapa y de la herramienta en su conjunto. La complejidad físico mecánica de la operación de embutido demanda el uso de técnicas para su optimización como una posible vía para resolver los problemas que en ella se presentan. En los anexos la figura 1.3 muestra ejemplos de piezas de embutición con diferentes grados de dificultad. El conjunto de técnicas asistidas por ordenador (CAD, CAM, CAE, CAPP), han experimentado una gran evolución en estos últimos años, y pueden ser consideradas suficientemente maduras como para aplicarse de forma rentable en prácticamente todo el proceso de diseño y fabricación de un producto. Es bajo una perspectiva global de la aplicación integrada de todas estas técnicas donde puede considerarse realmente efectiva la utilización del CAD.. 6.

(22) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. 1.1.- Análisis crítico sobre los sistemas asistidos por computadoras. Hoy en día, prácticamente ninguna compañía que diseñe y desarrolle algún tipo de producto por medio de los procesos de conformación de chapas, cuestiona la aplicación de los sistemas asistidos por computadora, y aunque es evidente que existen muchas formas de enfocar estos temas y cada empresa lo hará del modo que considere más oportuno, la experiencia en la aplicación de estos sistemas demuestra que su utilización aislada aporta únicamente beneficios parciales a la empresa en su conjunto. En definitiva, en muchas ocasiones la simple aplicación de la computación no es suficiente para incrementar la calidad, reducir los plazos de desarrollo y acelerar la salida al mercado de un producto. CAD/CAM Dando un recorrido por la historia del CAD podemos encontrar predecesores de estas técnicas en dibujos de civilizaciones antiguas como Egipto, Grecia o Roma. Los trabajos de Leonardo da Vinci muestra técnicas CAD muy avanzadas a su tiempo como el uso de perspectivas. Sin embargo, el desarrollo de estas técnicas está ligado a los avance de los ordenadores que se originan a partir de la década de los 50. Según la literatura estudiada el primer sistema CAD fue creado en el año 1955 donde se desarrolla el primer sistema gráfico SAGE (Semi Automatic Groun Enviorement), en el laboratorio Lincoln del MIT (Massachusetts Institute of Technology). En 1959 fue acuñado por Douglas Ross y Dwight Baumann el diseño asistido por computadora, y aparece oficialmente por primera vez en 1960, en un anteproyecto del MIT, titulado “Computer-Aided Design Project”. En aquel entonces ya se había comenzado a trabajar en la creación de sistemas informáticos en el diseño, fundamentalmente de curvas y superficies. Muchos de estos trabajos fueron enfocados al desarrollo de las industrias automovilística, naval y aeronáutica ya que eran las únicas industrias capaces de utilizar este software por sus altos costos. Un problema crucial para estas industrias eran los diseños de superficies, estos se resolvían siempre que era posible instanciando curvas, superficies conocidas y fácilmente representables como círculos, rectas, cilindros, conos ,etc. Las porciones que no podían ser diseñadas de este modo como casco de buques, fuselajes y alas de aviones o carrocería, serian procesos más avanzados. Unos de los impulsores en el desarrollo de los sistemas CAD fue Ivan Sutherland quien con su tesis doctoral en 1963 desarrolló el primer sistema gráfico CAD llamado "Sketchpad" un sistema de diseño el cual permitía la definición y edición de elementos geométricos, que podían ser almacenados de forma concisa.. 7.

(23) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. A finales de la década de los sesenta y principios de los setenta, se comenzaron a desarrollar modeladores de sólidos. Entre ellos cabe destacar EUCLID, desarrollado por J.M. Brun en Francia, PADL-1 de la Universidad de Rochester, Shapes del MIT, TIPS-1 desarrollado por Okino. Ya en estos años se consolidan las investigaciones anteriores y la industria se percata del potencial del uso de estas técnicas, la que lanza definitivamente la implementación y uso de estos sistemas, limitadas por la capacidad de los ordenadores de esta época. Aparecen los primeros sistemas 3D (Prototipos), sistemas de elementos finitos, control numérico, etc. Hechos relevantes de esta década son, entre otros, la celebración del primer SIGGRAPH y la aparición de IGES. Históricamente los sistemas CAD comenzaron como una ingeniería tecnológica computadorizada, mientras los CAM eran una tecnología semiautomática para el control de máquinas de forma numérica, pero no fue hasta los años 80 cuando se generaliza el uso de las técnicas CAD/CAM propiciada por los avances en hardware y la aparición de aplicaciones en 3D capaces de manejar superficies complejas y modelados sólidos. Aparecen multitudes de aplicaciones en todos los campos de la industria que usan técnicas de CAD/CAM, y se empieza a hablar de realidad virtual. La década de los 90 se caracteriza por una automatización cada vez más completa de los procesos industriales en los que se va generalizando la integración de las diversas técnicas de diseño, análisis, simulación y fabricación. La evolución del hardware y las comunicaciones hacen posible que la aplicación de técnicas CAD/CAM este limitada tan solo por la imaginación de los usuarios. En la actualidad, el uso de estas técnicas ha dejado de ser una opción dentro del ámbito industrial, para convertirse en la única opción existente. Podemos afirmar por tanto, que el CAD/CAM es una tecnología de supervivencia. Solo aquellas empresas que lo usan de forma eficiente son capaces de mantenerse en un mercado cada vez más competitivo. CAPP. Dentro del mundo de la manufactura que incorpora la automatización de los trabajos, uno de los avances más importantes fue la planeación de procesos asistidos por computadora (CAPP, por sus siglas en inglés). Los sistemas CAPP tienen sus orígenes en la década de los 50, donde se vio la introducción del control numérico (NC) y el lenguaje de programación APT; y el cual consiste en un sistema de cómputo inteligente que sirve para determinar la secuencia óptima de operaciones para la fabricación de una pieza.. 8.

(24) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. Así la planeación de procesos se definió como: ´´El subsistema responsable de realizar la conversión de datos de diseño a instrucciones de trabajo´´ Spur y Optiz fueron los primeros en escribir sobre la automatización de sistemas da manufactura y el papel que la planeación de procesos podrían jugar en estos sistemas. Spur fue uno de los primeros en definir los métodos de planeación de procesos variante y generativo y la implementación de cada uno de estos sistemas de planeación. La investigación sobre los sistemas CAPP se iniciaron en la década de los 70 y se enfocaron en los sistemas variantes (conocido también como sistema derivado), donde los archivos contienen un plan patrón de procesos para la pieza que se va a fabricar, es decir modifica un plan ya existente. Posteriormente en la década de 1980 se desarrollaron los de tipo generativo, los cuales se generan en forma automática el plan de procesos para fabricar determinadas piezas. En la actualidad los sistemas CAPP son utilizados por casi todas las empresas y ha sido reconocida como una de las tareas más importante en la investigación de la ingeniería de fabricación, en el esfuerzo de unir varios modelos en el ambiente de fabricación integrada por computadora. A modo de resumen, la tabla 1.1 muestra los principales hechos en la evolución del CAD/CAM y CAPP.. Años 50 y 60. Años 70.  Un ordenador ocupa una habitación y cuesta cientos de millones.  Aparecen Control Numérico (NC) y el Lenguaje de programación APT.  Aparecen sistemas CAPP.  Primera pantalla gráfica en el MIT.  Concepto de programación de control numérico.  Primeras máquinas herramientas.  Cada compañía desarrolla su propio y peculiar sistema de CAD (GM).  Lápiz óptico: inicio de los gráficos interactivo.  Aparición comercial pantallas de ordenador.  Utilizado por la industria del automóvil, aeronáutica y compañías muy grandes.  Los minicomputadores son cabinas y cuestan unos pocos millones.  Desarrollan enfoques variantes.  Aparecen los primeros sistemas 3D (prototipos).  Potencia de los sistemas limitada modelado de elementos finitos, control numérico.. 9.

(25) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas.  Aparecen empresas como Computervision o Applicon. Celebración del primer SIGGRAPH y aparición de IGES.. Principios 80. Principios 80. Principios 90. Finales 90 - Siglo XXI.                    . Incremento de potencia (32 bits). Desarrollan enfoques generativos. Se extiende la funcionalidad de las aplicaciones CAD. Superficies complejas y modelado sólido. Los sistemas de CAD son caros todavía. Se incrementa el interés en el modelado 3D frente al dibujo 2D. Nace Autocad y los PC´s. Menor precio y mayor funcionalidad de los sistemas. Los sistemas potentes están basados en estaciones Unix. El mercado del CAD se generaliza en las empresas. Automatización completa procesos industriales. Integración técnica diseño, análisis, simulación y fabricación. Tecnología de supervivencia. Estaciones PC. Nuevas funcionalidades: modelado sólido, paramétrico, restricciones. Internet e Intranet lo conectan todo El precio del Hardware cae La potencia aumenta Gran cantidad de aplicaciones Se impone el PC. Tabla 1.1: Principales hechos en la evolución del CAD/CAM y CAPP. ¿Qué es un sistema CAD? El CAD (Competer Aidid Design), o diseño asistido por computador, permite al diseñador crear imágenes de partes, circuitos integrados, ensamblajes y modelos de prácticamente todo lo que se le ocurra en una estación gráfica conectada a un computador. Estas imágenes se transforman en la base de un nuevo diseño, o en la modificación de uno previamente existente. A éstas se le asignan propiedades geométricas, cinéticas, del material entre otras, mejorando así el diseño sobre papel. Se logra así una mayor velocidad en el diseño, al existir la posibilidad de corregir, encargándose el computador de recalcular el dibujo[4]. Existen sistemas CAD especiales para aplicaciones mecánicas, electrónicas y de arquitectura, los cuales permiten una mejor interrelación con sus respectivos sistemas CAE. [5] [6]. 10.

(26) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. ¿Qué es en sistema CAM?. CAM (Fabricación asistida por computadora) es básicamente, proporcionar una serie de herramientas que permitan fabricar la pieza diseñada. El sistema CAM también se encarga de simular el recorrido físico de cada herramienta, con el fin de prevenir posibles interferencias entre herramientas y materiales. Todo este conjunto de posibilidades, que proporciona la tecnología CAM, acortan de forma considerable el tiempo de mercado, evitando tener que efectuar correcciones a posteriori en las características básicas del diseño. [7] ¿Qué es en sistema CAE? El CAE (Competer Aided Engineering), o ingeniería asistida por computador, es la tecnología que analiza un diseño y simula su operación para determinar su apego a las condiciones de diseño y sus capacidades. Hoy en día, CAE es casi dos tecnologías separadas: una es la aplicada a la mecánica y otra a la electrónica. Ambas realizan extensos análisis respecto de las leyes físicas, así como de los estándares de la industria. El CAE mecánico, en particular, incluye un análisis por elementos finitos (FEA, finite element analysis) para evaluar las características estructurales de una parte y programas avanzados de cinemática para estudiar los complejos movimientos de algunos mecanismos. El CAE electrónico, asimismo, permite verificar los diseños antes de fabricarlos, simular su uso y otros análisis técnicos para evitar perder tiempo y dinero. [6] ¿Qué es en sistema CAPP? El CAPP (Computer Aided Process Planning), o planificación de procesos asistida por computador, es un sistema experto que captura las capacidades de un ambiente manufacturero específico y principios manufactureros ingenieriles, con el fin de crear un plan para la manufactura física de un pieza previamente diseñada. Este plan especifica la maquinaria que se ocupará en la producción de la pieza, la secuencia de operaciones a realizar, las herramientas, velocidades de corte y avances, y cualquier otro dato necesario para llevar la pieza del diseño al producto terminado [8] .El CAPP tiene dos tipos básicos: el variante y el generativo. El variante es el más comúnmente usado y desarrolla un plan modificando un plan previamente existente, eligiendo éste usando criterios de tecnología de grupos y de clasificación. El generativo incorpora el concepto de inteligencia artificial, usando sus conocimientos sobre las capacidades de la planta. Basado en la descripción de la pieza (geometría y material) y sus especificaciones, el computador elige el método óptimo para producir la pieza y genera automáticamente el plan. [6]. 11.

(27) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. 1.2.- Principales herramientas de inteligencia artificial aplicados a los procesos de embutición de chapas. Las herramientas de inteligencia artificial (IA) tienen un peso considerable en la optimización de los procesos de embutición de chapas metálicas. Con respecto a las definiciones actuales de inteligencia artificial, se puede encontrar autores como Rich & Knig, quienes definen en forma general la IA como la capacidad que tienen las máquinas para realizar tareas que en el momento son realizadas por seres humanos; otros autores como, Nebendan y Delgado, arrojan definiciones más completas y las definen cómo el campo de estudio que se enfoca en la explicación y emulación de la conducta inteligente en función de procesos computacionales basadas en la experiencia y el conocimiento continuo del ambiente. Hay más autores como Marr y Rolston, que en sus definiciones involucran los términos de soluciones a problemas muy complejos. [9] Mucho de los problemas resueltos en los procesos de conformado de chapas, está sentado en la base de la inteligencia artificial, este es el caso del trabajo de R. Singh y G.S. Sekhon los cuales describen un sistema experto desarrollado para ayudar a planificadores en la fabricación de chapas para el conformado. Este sistema es capaz determinar la fuerza mínima necesaria, las máquinas que estén disponibles, el cálculo de unidades de fabricación y seleccionar la mejor máquina para la producción. Siendo de gran ayuda para el equipo de diseñadores que trabajan en la industria. [10] J. Huang, sobre la base de las limitaciones de los análisis generales realizados por el método de elementos finitos, proponen la combinación del análisis paramétrico, red neuronal artificial y algoritmo genético, para investigar problemas de optimización en el conformado de chapa. Actualmente según la literatura estudiada existen tres paradigmas en cuanto al desarrollo de la IA en los procesos de embutición de chapas. - Redes Neuronales (Artificial Neural Networks). Una red neuronal es un modelo computacional con un conjunto de propiedades específicas, como son la habilidad de adaptarse o aprender, generalizar u organizar la información, todo ello basado en un procesamiento eminentemente paralelo. [11] Las redes neuronales son modelos que intentan reproducir el comportamiento del cerebro. Los mismos constan de dispositivos elementales de proceso: las neuronas. A partir de ellas, se pueden generar representaciones específicas, de tal forma que un estado conjunto de ellas puede significar una letra, un número u otro objeto. Generalmente se pueden encontrar tres tipos de neuronas: Aquellas que reciben estímulos externos relacionados con el aparato sensorial, que tomarán la información de entrada.. 12.

(28) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. Dicha información se transmite a ciertos elementos internos que se ocupan de su procesamiento. Es en las sinapsis y neuronas correspondientes a este segundo nivel donde se genera cualquier tipo de representación interna de información. Como no tienen relación directa con la información de entrada ni con la salida, estos elementos se denominan unidades ocultas. [12] Una vez finalizado el período de procesado, la información llega a las unidades de salida, cuya misión es dar la respuesta al sistema. En los anexos la figura 1.4 se muestra un esquema de una Red Neuronal. - Sistemas Expertos (Expert Systems) Es una aplicación informática capaz de solucionar un conjunto de problemas que exigen un gran conocimiento sobre un determinado tema. Un sistema experto (SE) es un conjunto de programas que, sobre una base de conocimientos, posee información de uno o más expertos en un área específica. Se puede entender como una rama de la inteligencia artificial, donde el poder de resolución de un problema en un programa de computadora viene del conocimiento de un dominio específico. Estos sistemas imitan las actividades de un humano para resolver problemas de distinta índole (no necesariamente tiene que ser de inteligencia artificial). También se dice que un (SE) se basa en el conocimiento declarativo (hechos sobre objetos, situaciones) y el conocimiento de control (información sobre el seguimiento de una acción). [13] En los anexos la figura 1.5 se presenta un proceso de desarrollo de un sistema experto. - Algoritmo Genético (Genetic Algorithms) Los Algoritmos Genéticos (AG) son métodos adaptativos que pueden usarse para resolver problemas de búsqueda y optimización. Están basados en el proceso genético de los organismos vivos. A lo largo de las generaciones, las poblaciones evolucionan en la naturaleza de acorde con los principios de la selección natural y la supervivencia de los más fuertes, postulados por Darwin. Por imitación de este proceso, los algoritmos genéticos son capaces de ir creando soluciones para problemas del mundo real. La evolución de dichas soluciones hacia valores óptimos del problema depende en buena medida de una adecuada codificación de las mismas. Un algoritmo genético consiste en una función matemática o una rutina de software que toma como entradas a los ejemplares y retorna como salidas cuáles de ellos deben generar descendencia para la nueva generación. Versiones más complejas de algoritmos genéticos generan un ciclo iterativo que directamente toma a la especie (el total de los ejemplares) y crea una nueva generación que reemplaza a la antigua una cantidad de veces determinada por su propio diseño. Una de sus características principales es la de ir perfeccionando su propia heurística en el proceso de ejecución, por lo que. 13.

(29) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. no requiere largos períodos de entrenamiento especializado por parte del ser humano, principal defecto de otros métodos para solucionar problemas, como los Sistemas Expertos. [14] - Lógica difusa (Fuzzy Logic). La Lógica Difusa, es una lógica matemática basada en la teoría de conjuntos que posibilita imitar el comportamiento de la lógica humana. La lógica difusa se utiliza para representar la información imprecisa, ambigua, o vaga. Se utiliza para realizar operaciones en los conceptos que están fuera de las definiciones de la lógica booleana. Un tipo de lógica que reconoce valores verdaderos y falsos más que simples. Con lógica difusa, los subconjuntos se pueden representar con grados de la verdad y de la falsedad. [15] 1.3.- Planeación de los procesos asistida por computadoras. Se entiende como planeación de procesos al acto de preparar instrucciones de operaciones detalladas para convertir un diseño de ingeniería en una pieza final [16], lo que implica la necesidad de traducir las especificaciones de diseño de una pieza a instrucciones de operaciones de fabricación requeridas, para convertir desde una materia primera de partida en una pieza en su estado final. [17] La planeación de procesos asistida por la computación (CAPP) ha evolucionado como una de las herramientas de ingeniería más importante en el análisis de los procesos de embutición de chapas. La CAPP ha sido dirigida por varios investigadores para ayudar a establecer un puente entre el CAD y el CAM a través de la mejora en la planificación de procesos. Y en algunos casos bajo la estrategia CIM (Manufactura Integrada por Computadora) desarrollar una estructura de integración que apoye el flujo de información entre CAD/CAM, CAE. [18] Para que el CAPP sea más eficiente el diseño debería provenir electrónicamente de un ambiente CAD. Debido a que el CAPP determina cómo una pieza va a ser hecha, aporta en gran medida a la optimización del proceso y a la disminución de los costos y se puede manejar los procesos de más de un diseño. La finalidad de la planificación de procesos es seleccionar y definir, en detalle, el proceso que debe ser ejecutado con el fin de transformar una chapa metálica en una forma dada. Este sistema contiene una riqueza de datos de fabricación considerable, como la identificación de máquinas, herramientas, operaciones, etc. Todos estos datos deben de ser evaluados para seleccionar una secuencia de operación que conformará lo que se denomina hoja de ruta. La secuencia es obtenida acorde a objetivos particulares, como puede ser el tiempo más corto, el mínimo coste o la menor fuerza requerida en el proceso.. 14.

(30) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. Según M. L. García-Romeu y colaboradores, los sistemas CAPP han ido evolucionando temporalmente y tecnológicamente, partiendo del enfoque tradicional/manual hacia los dos enfoques tradicionalmente reconocidos: el variante y el generativo. Aunque con el desarrollo de nuevas técnicas muchos sistemas CAPP no encajan exactamente en esta clasificación y combinan ambos enfoques. [18] La naturaleza del conocimiento, las ventajas y limitaciones, las condiciones para sus usos, como su ámbito de aplicación son características que permiten definirlos. Sistema actual de la integración CAD/CAE/CAM y CAPP. El modelo o diseño realizado mediante CAD es, en general, el punto de partida para la aplicación del resto de técnicas asistidas en los procesos de embutición de chapas. La calidad de este modelo CAD condiciona pues la calidad de los resultados que puedan obtenerse posteriormente del CAE, CAM. Este aspecto es de gran importancia para obtener el éxito esperado de la utilización de estos sistemas y merece mucha más atención de la que se le concede normalmente. Los sistemas integrados de fabricación se ven afectados seriamente por la falta generalizada de los sistemas CAPP, que trabajen conjuntamente con el resto de aplicaciones CAD, CAE, para obtener mayor rendimiento del sistema productivo. Esta carencia supone además de dificultar la integración, un escaso aprovechamiento de las ventajas del computador en estas tareas. Estas ventajas pueden llevar, además de disminuir los tiempos de lanzamiento de la fabricación de un nuevo producto, a una mejor gestión del funcionamiento del sistema productivo. En la práctica, el CAD/CAM se utiliza de distintas formas, para producción de dibujos y diseño de documentos, animación por computador, análisis de ingeniería, control de procesos, control de calidad, etc. Por tanto, para clarificar el ámbito de las técnicas CAD/CAM, las etapas que abarca y las herramientas actuales y futuras, se hace necesario estudiar las distintas actividades y etapas que deben realizarse en el diseño y fabricación de un producto. Para referirse a ellas se emplea el término ciclo de producto, que aparece reflejado en la figura 1.6.. 15.

(31) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas.. Figura 1.6: Ciclo de producto típico Para convertir un concepto o idea en un producto, se pasa por dos procesos principales, el de diseño y el de fabricación. A su vez, el proceso de diseño se puede dividir en una etapa de síntesis, en la que se crea el producto y una etapa de análisis en la que se verifica, optimiza y evalúa el producto creado. Una vez finalizadas estas etapas se aborda la etapa de fabricación en la que, en primer lugar se planifican los procesos a realizar y los recursos necesarios, pasando después a la fabricación del producto. Como último paso se realiza un control de calidad del producto resultante antes de pasar a la fase de distribución y marketing. En el mercado actual existen muchas empresas con el objetivo de marcar la diferencia en la contante competencia en el mercado de sus productos. Todas estas tienen como prioridad la utilización de sistemas CAPP en la optimización de sus productos. Muchos estudios se han realizado para aplicar estos sistemas de planeación en los procesos de conformado de chapas, a continuación se mostrarán propuestas de sistemas CAD/CAPP realizadas por diferentes invesgadores con el fin de ahorrar tiempo y recursos sin disminuir la calidad del producto. 1.4.- Planeación y programación de procesos de embutido de chapas mediante herramientas numéricas. En el trabajo realizado por Y. Bernal y colaboradores se pueden apreciar claramente los elementos a considerar en la planeación de los procesos de embutido de chapas y las posibilidades que ofrece en la optimización del proceso. Esta compleja tarea está apoyada en el. 16.

(32) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. empleo de métodos de elementos finitos, técnicas de inteligencia artificial, y los conceptos de planeación de procesos asistidos por computadoras. En la literatura consultada por Y. Bernal y colaboradores se presenta una secuencia de pasos para la planeación y programación de procesos de embutido de chapas mediante herramientas numéricas. [19] Paso 1. Inicio a. Establecer las relaciones cinemáticas del proceso (forma, velocidad, relación de deformación, entre la parte deformada y la no deformada). b. Establecer los límites de conformabilidad de material, o sea, determinar si es posible ejecutar la operación de conformación sin causar algún defecto de superficie o interno en el material. c. Prever la fuerza y las tensiones para ejecutar la operación de conformación. d. Considerar la influencia del endurecimiento por deformación, la relación de embutición, tipo de lubricante empleado y los diagramas límite de conformación. Paso 2. Simulación del poseso de embutido de chapas empleando el método de elementos finitos (MEF). a. Definir la variable de entrada con la que se trabajará, forma geométrica, material, parámetros del proceso, diagrama límite de conformado. b. Establecer las condiciones de frontera para cada uno de esos parámetros. c. Definir las variables de salida que interesan. d. Diseñar la simulación para determinar el efecto de la variación de las variables de entrada sobre los indicadores de eficiencia. e. Variación del MEF.. 17.

(33) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. Paso 3. Seleccionar de forma apropiada una herramienta de inteligencia artificial para modelar el efecto de las variables de entrada sobre los indicadores de eficiencia.. Tabla 1.2: Ejemplo de variables a optimizar en el embutido de chapas (izquierda) y parámetros para la creación de un algoritmo genético. Paso 4. Modelar la herramienta de IA para cada indicador de eficiencia seleccionado. Paso 5. Comparar los resultados de la simulación por MEF y por IA. En este modelo Y. Bernal señala, que en la simulación de las operaciones de embutido de chapas, otros parámetros y la influencia de varios factores deben ser considerados, como las propiedades del material, las leyes constitutivas y las condiciones tribológicas y de fricción. Las representaciones geométricas y los tiempos de cálculos computacionales deben ser también considerados para un costo real y efectivo da la modelación y simulación de la operación de conformado. 1.4.1.-Proceso de planificación de conformado de chapa metálica. GEORG THIMM como autor principal propone un sistema CAPP para disminuir los errores en los procesos de conformado de chapas, así como las dimensiones geométricas y tolerancia. GEORG THIMM explica que la mayor parte de la investigación en CAPP con respecto a la chapa se ha dedicado para la operación de doblado, aunque algunos trabajos de investigación hablan sobre otras operaciones tales como embutido profundo. El proceso de planificación empleada en este documento sobre conformado de chapa metálica se ilustra en la figura 1.7. Prefase de trabajo consiste en la adquisición de la información CAD, la selección de material, determinación de la máquina, etc. La planeación de la instalación es el paso más importante en el proceso de planificación de la chapa. El propósito principal de la. 18.

(34) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. planificación es para determinar datos óptimos y ubicaciones de modo que la influencia de la tolerancia sea mínima. [20]. Figura 1.7: Proceso de planificación de conformado de chapa metálica. Como conclusión, al proceso de planeación, el autor plantea que este sistema CAPP se centra en la secuenciación del proceso, pero descuida los temas de tolerancia así como los errores en los procesos de conformado. 1.4.2.- Integración CAD/CAPP para la distribución y corte de piezas de forma geométrica irregular en chapas. Arlys Michel Lastre Aleaga desarrolló un modelo de la integración CAD/CAPP para el proceso de distribución y corte de piezas de forma geométrica irregular en chapas, el cual fue. 19.

(35) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. implementado en una herramienta informática y los resultados obtenidos se validaron por métodos estadísticos, lo que posibilitó demostrar su factibilidad y ajuste a la tarea de distribución y corte de piezas. Este trabajo puede ajustarse perfectamente a la planeación de cortes de chapas para el embutido el cual sería de gran ayuda en la optimización del proceso. También presupone la integración del módulo CAPP con el diseño y la fabricación dentro del concepto de los sistemas CAD/CAPP, donde se establecen los vínculos y relaciones entre ellos que aseguran la obtención de las piezas terminadas a partir de chapas con el uso racional de la maquinaria y la tecnología disponible. El sistema CAD/CAPP a su vez se vincula con el sistema director de la producción CAP del que recibe información directiva y al que entrega información de actualización sobre el proceso de corte. En la figura 1.8 se muestra esta integración para el problema en estudio. El sistema de dirección de la producción CAP solicita la entrada en producción de un lote de piezas, además, indica el tipo de proceso de corte, tipo de tecnología que se utiliza, en qué momento entrará en producción y en cuál máquina de corte. La información es suministrada directamente a la sección CAPP en carácter de datos iniciales. La información gráfica sobre las chapas y las piezas que se fabrican es tratada en el módulo de preproceso y edición de la sección CAD. Posteriormente se transfiere junto a la información tecnológica al módulo de optimización para la generación de variantes de distribución y corte de las piezas en la chapa. [21]. Figura 1.8: Integración CAD/CAPP para la distribución y corte de piezas de forma geométrica irregular en chapas.. 20.

(36) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. El conjunto de variantes de solución que se obtiene del proceso de optimización puede ser analizado a través del módulo de simulación en la sección CAD. Una vez seleccionada la variante de preferencia por el tecnólogo, es transferida al módulo de postproceso donde se genera la información necesaria para la producción. Además, se entrega el reporte del estado y consumo del material, el cual constituye información de retorno al sistema CAP. Las características del sistema CAPP desarrollado para la distribución y corte de piezas de forma geométrica irregular en chapas se corresponden con la de los sistemas híbridos. Asimismo, permite la participación humana en determinadas etapas de la planificación del proceso, así como durante la toma de decisiones. 1.4.3.- Planificación y diseño de matrices con el apoyo de la ingeniería basada en el conocimiento (KBE). En el artículo presentado por Yi-Lung Tsai como autor principal, se automatiza el proceso de planificación y diseño de matrices con el apoyo de la ingeniería basada en el conocimiento (KBE), para la producción de paneles de automóviles. Razonamiento basado en casos (CBR) está integrado en la planificación del proceso para generar un sistema KBE híbrido. El conocimiento de las partes de estampado y de fabricación de paneles, se conservan, el cual es acelerado por la planeación y automatización del diseño utilizando la propuesta del sistema KBE. Yi-Lung Tsai y colaboradores plantean que los modelos de superficie de los nuevos paneles de automóviles es la primera entrada en el sistema KBE. Para facilitar el proceso de planificación, se comienza con una nueva chapa de metal y se analiza para identificar las características fundamentales en la forma de un gráfico atribuido. El nuevo caso, que se representa en un esquema basado en gráficos, se pasa a un esquema de casos para extraer un caso existente que se asemeje al del proceso. En casos de éxito, los planes de los procesos y diseños de troqueles se almacenan en sus respectivas bibliotecas. La similitud entre un caso y cada caso de entrada en la biblioteca se evalúa a través de un gráfico basado en método de comparación. Si existió un diseño será bastante similar al nuevo diseño, el plan de proceso para el caso seleccionado se adquiere. La solución es entonces revisada para satisfacer un nuevo diseño. Cuando todas las soluciones existentes en la biblioteca no son satisfactorias, las operaciones de estampado son basadas en las características geométricas de la superficie del modelo. Después de identificar estas operaciones, los mecanismos necesarios son identificados para operaciones en cuestión. Los troqueles de prensa luego son diseñados utilizando el módulo diseño de troquel, que es un sistema CAD externo combinado con el sistema KBE. Por último, el nuevo caso con su plan de proceso y los juegos de troqueles se mantienen en las bibliotecas, respectivamente, como un caso exitoso. Siempre que un nuevo caso se resuelve, la biblioteca de casos es ampliado y el sistema KBE mejora. [22] En la figura 1.9 se muestra un diagrama esquemático del marco KBE propuesto para la planificación del proceso de estampado de metal y diseño de la matriz.. 21.

(37) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas.. Figura 1.9: Representación esquemática del marco propuesto KBE. A conclusión del autor la metodología de CBR, utilizado en el módulo de razonamiento, es efectiva y eficiente ya que mejora el desarrollo del plan de proceso y diseño de la matriz mediante la reutilización de los conocimientos de diseño existente retenido en la biblioteca cada vez que un nuevo caso se ha resuelto por completo. El plan de proceso de arquitectura híbrida, y matrices de estampado puede ser desarrollado mediante la revisión de un diseño anterior o la generación de un nuevo diseño. El sistema KBE ayuda a las empresas a preservar el conocimiento tácito de las partes de estampado y acelera el panel del automóvil en fabricación mediante la automatización del diseño.. 22.

(38) Capítulo I: Caracterización del estado actual en la integración de un sistema de ingeniería asistida por computadora en los procesos de embutición de chapas. 1.5.- Conclusiones Parciales 1. En los procesos reales de embutición profunda están involucrados geometrías y/o formas complejas, razón por la cual, las ecuaciones analíticas simplificadas no son en general muy prácticas para conocer y eventualmente, optimizar un proceso industrial. 2. La combinación de herramientas de inteligencia artificial, como redes neuronales o lógica difusa, con técnicas de adquisición de datos en proceso y con técnicas de visión artificial se está revelando como una estrategia prometedora para el control en tiempo real de los procesos de conformado de chapa metálica. Se está gestando el nacimiento de los denominados procesos inteligentes. 3. El conjunto de técnicas asistidas por ordenador (CAD, CAM, CAE, CAPP) son sistemas que han revolucionado la industria desde las fases de diseño y análisis hasta los procesos que involucran la producción simplificando las operaciones de los dibujantes y los diseñadores. 4. El uso de estos sistemas ahorra tiempo, recursos de producción y costos, con un aumento de la eficiencia y de la exactitud dimensional. Abarcan el diseño gráfico, el manejo de bases de datos para el diseño y la fabricación, control numérico de máquinas herramientas, simulación de procesos y robótica. 5. En la bibliografía revisada se hace poca referencia a la integración de los sistemas CAD/CAPP en los procesos de embutición de chapas, mayormente esta técnica es realizada para los procesos de doblados, corte y estampado de chapas. 6. Debido a que el CAPP determina cómo una pieza va a ser concebida, aporta en gran medida a la optimización del proceso y a la disminución de los costos.. 23.

(39) 24.

(40) Capítulo II: Propuesta de un sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas. 2.- Propuesta de un sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas. La preocupación sobre la planificación de procesos y sobre las metodologías usadas para su implantación en el embutido de chapas es muy amplia. La planificación de procesos es entendida como el acto de preparar instrucciones de operaciones detalladas para convertir un diseño de ingeniería en una pieza final y contiene una riqueza de datos de fabricación importante, tales como la identificación de máquinas, herramientas, utillajes, selección de parámetros, operaciones y requerimientos del diseño. Esta situación ayudó al desarrollo de un sistema para resolver la tarea de la planificación de procesos de embutición de chapas. En este capítulo se realizará una propuesta de integración de un sistema para la planeación de proceso asistida por computador. La figura 2.1 muestra el análisis general previsto para el desarrollo del capítulo y la interrelación entre sus elementos.. Figura 2.1: Esquema de trabajo para el desarrollo del capítulo II. 2.1.- Integración del diseño y planeación del proceso en el embutido de chapas. Las tareas de integración de los sistemas CAD/CAPP/CAM para el diseño, la fabricación, simulación y la planeación de producción son los principales pilares a la hora de producir una pieza mediante el proceso de embutición de chapas.. 24.

(41) Capítulo II: Propuesta de un sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas. Por ello, se analiza, en una primera fase, la tarea de toma de decisiones de mayor envergadura, es decir se estudia la tarea mayor a la cual se encuentra subordinado el sistema objeto de análisis, en este caso (piezas por embutido de chapas). Solo de esta forma se puede asegurar que el sistema objeto de análisis (CAPP) se inserta adecuadamente en el “medio ambiente” en el que deberá funcionar. En una segunda etapa, se realiza el análisis de la tarea de diseño en un ambiente CAD. La tarea de planeación del proceso de fabricación se subordina, sin dudas, al diseño de la pieza embutida. Esta subordinación obedece necesariamente a los principios de organización de la estructura centralizada, ya que se requiere fabricar exactamente lo que se diseñó. El cumplimiento de las tareas productivas puede y debe ser realizado mediante la transferencia de la información directiva desde el CAPP hasta el agregado tecnológico de que se trate. En la figura 2.2 se muestra la estructura general de la integración CAD/CAE/CAPP/CAM.. Figura 2.2: Integración del sistemas CAD/CAE/CAPP/CAM para la fabricación de piezas embutidas en chapas. El sistema CAPP es el encargado de generar las diferentes opciones de fabricación del producto para los agregados productivos del taller, por lo que suministra propuestas al sistema de toma de decisiones de la producción del taller. La propuesta seleccionada para cada fase dada de fabricación del producto debe ser implementada en el momento establecido por el sistema de toma de decisiones de la producción del taller. El sistema CAE se encarga de la simulación del proceso mediante los métodos de elementos finitos (MEF) y las herramientas de inteligencia artificial que se encargan de optimizar el proceso modelando las variables de entrada con el objetivo de comparar ambos resultados. Una vez definida la opción de fabricación más adecuada, el sistema CAPP suministra la información necesaria al sistema CAM para efectuar la fabricación.. 25.

(42) Capítulo II: Propuesta de un sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas. 2.2.- Análisis externo e interno del sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas. La integración de los sistemas enunciados anteriormente se somete a análisis externos e internos. La utilización de esta herramienta de análisis facilita el diagnóstico para la identificación y articulación de estrategias que permitan al sistema reorientar el proceso de planeación, identificando así la posición actual y suministrando elementos para tomar nuevas trayectorias de acción. Permite, también establecer la congruencia entre las acciones a ejecutar y los recursos que existen, facilitando la alineación de la planificación estratégica al mantener el orden indicado, corregir posibles fallos y posibilitar el logro de los objetivos de la planeación y visión establecidas. Análisis externo del sistema. Existen varias etapas en el análisis externo del sistema entra las más importantes se encuentran: Variables de coordinación, determinación de los indicadores de eficiencia, variables de decisión y datos de entrada como se muestra en la figura 2.3.. Figura 2.3: Clasificación de la información involucrada en el análisis externo del sistema. Variables de Coordinación. Uno de los aspectos fundamentales a tener encuentra a la hora de realizar el análisis externo del sistemas son las variables de coordinación, las cuales determinan el enlace entre las variables de decisión de la tarea de mayor envergadura y la tarea estudiada. En otras palabras, las variables de coordinación son aquellas cuyos valores se definen durante la solución de otra tarea de toma de decisiones de mayor envergadura (en el espacio, la función y/o el tiempo), con respecto a la cual la tarea en análisis constituye una subtarea. Así, entre las variables de coordinación más importantes se encuentran:. 26.

(43) Capítulo II: Propuesta de un sistema CAPP para la fabricación de piezas embutidas en chapas.  Configuración geométrica y especificaciones técnicas de cada una de las piezas que deben ser producidas en un período.  Cantidad de pasos de embutición.  Juego de embutido.  Lubricación.  Materia prima (chapas) que se utilizará para garantizar los volúmenes de producción.  Disponibilidad de máquinas de embutir de acuerdo a la tecnología. Determinación de los indicadores de eficiencia. Son aquellos indicadores que caracterizan la calidad de las soluciones posibles de la tarea analizada. Estos se definen mediante el estudio de la bibliografía asociada, encuestas entre empresarios y especialistas vinculados a los procesos de embutición de chapas y pueden tener carácter cuantificable (ser calculables) o no cuantificable (evaluados subjetivamente). Ejemplos de indicadores cuantificables son:       . Costo de fabricación. Fuerza de embutido. Costo herramental. Durabilidad (de un producto, una herramienta, etc.). Indicadores de resistencia mecánica. Variación en el espesor de la pieza. Ganancia esperada.. Ejemplos de indicadores no cuantificables son:  Comodidad en el uso de un producto, herramienta, etcétera.  Factibilidad de fabricación (máximo aprovechamiento del material, estirado satisfactorio de la pieza, etc.).  Valor estético de un producto. La evaluación de los indicadores de eficiencia no cuantificable está relacionada, generalmente, con la observación de las imágenes gráficas asociadas a las diferentes alternativas de solución generadas por el sistema, o bien con ayuda de herramientas de simulación no incluidas en el modelo de optimización utilizado. Variables de decisión. Las variables de decisión son aquellas que pueden ser modificadas a voluntad por el usuario del sistema, con el fin de obtener el mejor compromiso posible entre los indicadores de eficiencia del proceso. Este mejor compromiso está condicionado por la importancia relativa que el usuario le concede a cada indicador.. 27.

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