MODELO DE REFERENCIA PARA EL DISEÑO Y DESARROLLO

MCs. Jhonattan Miranda 2015©
GEE | Innovación de Productos
Escuela de Ingeniería y Ciencias ITESM
MODELO DE REFERENCIA PARA EL DISEÑO Y DESARROLLO INTEGRADO
DE PRODUCTOS, PROCESOS, Y SISTEMA DE MANUFACTURA ENFOCADO
A SISTEMAS MECATRÓNICOS
1. EL RETO A ABORDAR
Hoy en día la Mecatrónica se ha convertido en una de las ciencias ingenieriles con mayor
desarrollo y avance tecnológico a nivel mundial. Alrededor de 85% de los productos
innovadores generados pertenecen a sistemas mecatrónicos, lo que da una idea del gran
impacto social y tecnológico que esta ciencia ha logrado en el mundo, beneficiando
principalmente al sector industrial y de servicios [1]. Sin embargo a pesar del auge actual
que tiene esta disciplina en el desarrollo de sistemas mecatrónicos se ha visto limitado para
su desarrollo en el sector académico, así como para las pequeñas y medianas empresas
(Pymes) desarrolladoras de tecnologías, esto debido al nulo acceso y desarrollo de
metodologías y modelos que puedan servir como referencia durante el proceso de diseño
y desarrollo de productos mecatrónicos, que a diferencia del sector industrial (grandes
empresas) que cuenta con el suficiente presupuesto para invertir en investigación,
desarrollo, e incluso contar con modelos de referencia propios. Por tal motivo se trata de
proponer un modelo de referencia integrado para el diseño y desarrollo de producto
mecatrónico, su proceso y sistema de manufactura, que pueda estar al alcance de cualquier
sector y lograr obtener productos innovadores y útiles a la sociedad, haciendo uso de
filosofías y herramientas actuales que permitan realizar toma de decisiones inteligentes,
optimizar tiempos de diseño y desarrollo, hacer uso eficiente de recursos, facilitar la
recolección de la información entre disciplinas a través de recursos emergentes como
herramientas, filosofías y tecnologías de la información [2,3].
La Ingeniería Mecatrónica por su naturaleza se considera una disciplina que involucra a la
ingeniería concurrente y con una nueva concepción de diseño, es decir, que implica que las
etapas de los diferentes procesos de producción se realicen en forma simultánea e integral,
sin embargo las preguntas ¿Cómo realizar la integración de las disciplinas de manera
concurrente en sistemas mecatrónicos (mecánica, electrónica, software y control)? y
¿Cómo se lleva acabo el ciclo de vida integrado (producto, proceso, y sistema de
manufactura) de un producto mecatrónico? ha sido una problemática que no ha sido
resuelta aún.
2. JUSTIFICACIÓN
El diseño de un producto es un proceso cuya extensión temporal varía dependiendo de la
complejidad del producto, sin embargo al seguir un modelo de referencia, este proceso
puede ser acortado en tiempo, dado que la información puede recolectarse y gestionarse
de una manera más organizada sin sacrificar el cumplimiento de los requerimientos del
cliente. Hoy en día existen nuevas herramientas poderosas en diseño y desarrollo de
productos, así como nuevas tecnologías de la información que pueden integrarse para
lograr obtener un modelo de referencia renovado y nos ayude a cumplir los objetivos de
manera eficiente. A continuación de enlistan algunos de los aspectos que motivan la
realización de esta investigación:
MCs. Jhonattan Miranda 2015©
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Escuela de Ingeniería y Ciencias ITESM
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Actualmente no se cuenta con un modelo de referencia que integre herramientas
modernas en diseño y desarrollo de productos mecatrónicos
Las metodologías existentes no cuentan con herramientas emergentes, por lo tanto
es necesario la generación de modelos de referencia para el desarrollo de productos
mecatrónicos que cuenten con herramientas modernas a las cuales se les pueda
tener acceso fácilmente y se encuentre al alcance de cualquier sector
Actualmente no se cuenta con procedimientos en el área de mecatrónica que nos
permitan asegurar que el producto propuesto sea innovador, tenga aplicación
industrial, y tenga actividad inventiva
No existe una cultura en el desarrollo de productos mecatrónicos de realizar
actividades paralelas a través de grupos interdisciplinarios
El estado de la técnica acerca de metodologías de diseño y desarrollo de productos
mecatrónicos indica que pocos son los desarrollos realizados y el acceso a los
existentes es limitado
En la actualidad la ingeniería concurrente se ve apoyada por técnicas emergentes
en el área de tecnologías de la información como el internet o algunas técnicas de
inteligencia artificial; especialmente en el uso de agente de software y lenguajes
para el manejo de conocimiento pueden adoptar una base confiable y flexible para
el desarrollo de plataformas
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Proponer un modelo de referencia para el diseño y desarrollo de producto mecatrónico,
basado en el concepto de desarrollo integrado de producto, proceso y sistema de
manufactura en área de Ingeniería Concurrente utilizando filosofías y herramientas actuales
que les permitan optimizar tiempos de diseño y desarrollo, ahorros de recursos y facilitar la
recolección de la información entre disciplinas.
3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
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Implementar mejoraras al modelo de referencia IPPMD propuesto A. Molina (2006)
[4]
Realizar la integración de un sistema mecatrónico al modelo de referencia IPPMD
Modelar la información que permita conocer la relación entre ingeniería concurrente
y los diferentes ciclos de vida que tiene un producto mecatrónico
4. METODOLOGÍA
Por la naturaleza de la investigación a desarrollar y con base al objetivo a lograr (modelo
de referencia) se utiliza el método de análisis-síntesis que consiste en la separación de las
partes de un todo para estudiarlas de manera particular (análisis), y su comportamiento
integrado para estudiarlos de manera general (síntesis). La observación, descripción,
descomposición, ordenación, clasificación son algunas de las actividades que toman en
cuenta el método que se sigue.
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GEE | Innovación de Productos
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Para el desarrollo de la investigación se llevaran a cabo las siguientes fases de desarrollo:
1)
2)
3)
4)
5)
Planteamiento del problema
Revisión de la literatura
Recolección de datos
Análisis de los datos
Reporte de resultados
Donde se tratara la información por medio de un enfoque de investigación mixta (cualitativo
y cuantitativo).
5. RESULTADOS E IMPACTO ESPERADOS
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Obtener un modelo de referencia IPPMD actual y con enfoque para el desarrollo de
producto mecatrónico
Contar con una metodología que cuente con herramientas modernas en diseño y
desarrollo de productos mecatrónicos
Integrar los diferentes ciclos de vida relacionados con el diseño integrado de
producto (producto, proceso de manufactura, y sistema de manufactura)
Proponer reglas de diseño como Design for S3 (Sustainable x Smart x Sensing)
[2,3,5]
Modelación del sistema donde se note la interacción del sistema y la concurrencia
de actividades
Uso de tecnologías de la información y herramientas de diseño y desarrollo
emergentes para la integración de sistemas mecatrónicos
Innovación de producto, que el producto propuesto sea innovador, tenga aplicación
industrial, y tenga actividad inventiva
6. ELEMENTOS DE INNOVACIÓN Y/O INTERDISCIPLINARIEDAD
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El tema que se propone es la continuación a trabajos de investigación que han
generado publicaciones de artículos en conferencias internacionales, revistas,
libros, y patentes
El modelo de referencia que se propone engloba temas actuales y prioritarios que
ayudan a los desafíos que afrontan las Pymes de los países en vías de desarrollo
Actualmente los avances y estudios que se tienen en al área de enfoque de diseño
integrado de productos mecatrónicos son limitados y no incluyen los ciclos de vida
de producto, proceso, y sistema de manufactura [6]
El diseño y uso de herramientas emergentes enfocados al diseño y desarrollo de
productos mecatrónicos
El modelo de referencia se considera reconfigurable ya que debe ser capaz de
adecuarse a las características del producto a desarrollar
Modelado de la información de acuerdo a cada una de las etapas de desarrollo
utilizando enfoques actuales como UML e IDEF0 [2,3]
MCs. Jhonattan Miranda 2015©
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7. REFERENCIAS
[1] Barkai, J., (2012). Ford Invest in Mechatronics, Manufacturing Insights.
[2] Mauricio-Moreno H. et al. (2015) Design S3-RF (Sustainable x Smart x Sensing Reference Framework) for the Future Manufacturing Enterprise. INCOM 2015.
[3] Molina, A. et al. (2014). Designing a S2-Enterprise (Smart x Sensing) Reference Model,
Collaborative Systems for Smart Networked Environments, IFIP Advances in Information
and Communication Technology Volume 434, 2014, pp 384-395.
[4] Molina A. (2012) Modelo de referencia para configurar/reconfigurar el desarrollo integral
de producto, proceso, y sistema de manufactura. Academia de Ingeniería A.C.
[5] Karl R. Haapala et al. (2011) A review of Engineering Research in Sustainable
Manufacturing. Journal of Manufacturing Science and Engineering.
[6] Miranda J. (2013). Microfábrica reconfigurable didáctica basada en una metodología de
diseño y desarrollo mecatrónico, Tesis EDIA, ITESM CCM.