IDENTIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS PARA UN SISTEMA BASADO EN EL CONOCIMIENTO DE APOYO AL DISEÑO DE MUEBLES.

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1 IDENTIFICACIÓN DE REQUERIMIENTOS PARA UN SISTEMA BASADO EN EL CONOCIMIENTO DE APOYO AL DISEÑO DE MUEBLES. Chiner M. (p), Ferrer R., Gómez-Senent E., Vidal R. Resumen En este artículo se presentan los resultados de un análisis realizado en empresas del sector del mueble en la Comunidad Valenciana para identificar los requerimientos que debería tener un sistema basado en el conocimiento SBC, de apoyo al diseño de muebles. El trabajo es parte de un proyecto CICYT para el período cuyo título es Desarrollo e implementación de una arquitectura multiagente para la asistencia en el diseño de productos. Aplicación al diseño de muebles. Para la identificación de las necesidades de las empresas se han realizado entrevistas y reuniones con las empresas del sector del mueble, con el objetivo de diseñar el sistema SBC bajo criterios de optimización de tiempo y de coste en el proceso de diseño. Palabras clave: Sistemas basados en el conocimiento, diseño de muebles, ingeniería de producto. Abstract This paper shows the results of analysis with furniture enterprises in Community Valenciana about industrial requirements investigation for KBS (knowledge based system).this work is part of a project CICYT, Development and implantation of multiagent architecture for products design. Application to furniture design. Period Interview to designers has been realized in order to identification of needs in furniture enterprises. The target is the KBS with optimal criteria in time and cost in the process of design. Key word: Knowledge based system, design of furniture, product engineering. Correspondencia Mercedes Chiner Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Diseño Universidad Politécnica de Valencia Telf Fax mchiner@dpi.upv.es 702

2 1.INTRODUCCIÓN. El desarrollo de sistemas de soporte de diseño (DSS) está siendo objeto de investigación en los últimos años [Ullman, 2002]. Si bien el diseñador sigue siendo el centro del proceso de diseño puede conseguir mejorar los resultados con el apoyo de SBC (sistemas basados en el conocimiento) que gestionen el conocimiento disponible en la empresa mediante bases de datos con casos razonados y facilitando al diseñador una generación automática de alternativas de diseño y de documentos, entre otras funciones. Se ha podido demostrar en una tesis doctoral en la Universidad de Cambridge [Richard,1997] que más de un 78% de la información que tiene almacenada un diseñador en su memoria procede de experiencias personales de colegas y contactos. Por ello un sistema informático que permita reutilizar el conocimiento de diseño disponible es el mejor sistema de ayuda al diseño. Para llegar a formular un SBC, en primer lugar debemos cuestionarnos qué es el conocimiento? y explorar la relación entre la resolución del problema por el humano y el entorno externo. Existe un modelo [Newell &Simon, 1972] llamado sistema de procesado de información (IPS). Los SBC [Ferrer, 1995] deben ser capaces de resolver problemas considerados como muy difíciles con un nivel de ejecución equiparable al de los expertos humanos. Un SBC debe ser capaz de funcionar de la mejor forma posible ante cualquier incertidumbre en la información que reciba. Esta es una de las principales características que los diferencia funcionalmente de los programas convencionales. El SBC tiene que ser capaz de mantener un cierto grado de conversación en lenguaje natural con el usuario. Solicitan información diversa del usuario a medida que van necesitándola para resolver el problema. Una vez alcanzada la solución el sistema debe ser capaz de dar cuenta de los fundamentos de la misma así como de la cadena concreta de inferencias mediante la cual la ha alcanzado. Un SBC debe ser flexible y permitir la incorporación de nuevos conocimientos. Los problemas a que se dedican los SBC constituyen dominios avanzados del conocimiento humano, en los cuales se producen constantes invenciones. Así las novedades relevantes se deben poder incorporar de forma directa. Un SBC no sólo proporciona soluciones apropiadas a problemas reales, sino que ofrece respuestas justificadas a problemas que nunca hayan llegado a plantearse realmente. Para estructurar la evolución del conocimiento, [Zhang, 1998] encontramos un modelo que distingue un dominio de conocimiento general y casos particulares. Considerando tres niveles de conocimiento: un primero de conocimiento del diseño, uno segundo de conocimiento de actividades de diseño y un tercer nivel de conocimiento del proceso de diseño. En este modelo, el diseño se considera una actividad con entradas y salidas. Las entradas son los requerimientos (del cliente, del entorno, legales, ambientales, tendencias de mercado, etc.) que condicionan la salida es decir, la solución de diseño. La Teoría de las Dimensiones [Gómez-Senent,1997] propone seis dimensiones para modelizar las actividades del proyecto, clasificadas como: entorno, proceso de diseño, fases, métodos, gestión e instrumentos. 703

3 2. PROBLEMÁTICA DE LOS SBC EN EL MUEBLE En el diseño de productos podemos distinguir diferentes tipologías. Unos productos están fuertemente influenciados por la ergonomía, de tal manera que un mal diseño puede repercutir negativamente sobre la salud de las personas. Por ejemplo, en el diseño de una silla si el respaldo no es ergonómicamente correcto puede provocar una postura forzada de espalda que a la larga se convertirá en una desviación de columna. En el diseño de una mesa de ordenador, igualmente los requerimientos ergonómicos son muy fuertes. Las dimensiones de la mesa condiciona la correcta visión de la pantalla de visualización de datos y el manejo del teclado, dando lugar a diferentes problemas para la salud (problemas en la visión, en las cervicales, en el zona lumbar, en el túnel carpiano, etc.). En otros productos la ergonomía influye menos sobre la salud del usuario, por ejemplo en muebles de uso decorativo, en los que prima la estética sobre otros factores. 3. SISTEMAS DE SOPORTE DE DISEÑO. El conocimiento de diseño se puede categorizar según diferentes modelos. En la bibliografía consultada aparecen referencias como la propuesta de Zhang que investiga sistemas complejos para la industria aeroespacial. Con carácter general propone una estructura con las siguientes categorías: 1. Proceso de diseño. 2. Requerimientos del cliente. 3. Solución de diseño y casos. 4. Consideraciones prácticas. 5. Conceptos y principios. Las consideraciones prácticas proporcionan el conocimiento sobre las restricciones de diseño, como materiales, fabricación, tecnología, costes, leyes, etc. La solución de diseño es el conocimiento acerca del producto. Utiliza un lenguaje propio para la comunicación entre diseñadores y fabricantes. En la actualidad existen en el mercado gran variedad de programas que actúan como sistemas de soporte al diseño (CATIA, ICAD, UNIGRAPHICS, etc.). ICAD es una herramienta para aplicaciones de ingeniería basada en el conocimiento desarrollada en el campo de la inteligencia artificial, especialmente concebida para el diseño. Dispone de un lenguajes de programación orientado a objetos, COMMON LISP y, un modelador geométrico avanzado (Parasolid). Su entorno de diseño estructurado permite que la información sobre un producto se genera de manera automática, basándose en reglas codificadas. Las capacidades del modelador geométrico son las existentes en un sistema avanzado de diseño asistido por ordenador (CAD), incluyendo modelado de sólidos, modelado de superficies, interacción con sistemas CAD (IGES, STEP, DXF, etc.). Además permite desarrollar interfaces de usuario y la posibilidad de generar datos en múltiples formatos, permitiendo la estructuración del conocimiento de diseño en forma de taxonomías. El resultado del diseño de productos con ICAD son instancias de los modelos de conocimiento, las cuales generan la información asociada (planos, secuencias de fabricación, etc.). Desde el punto técnico ICAD sólo funciona en estaciones UNIX. Autodesk ha presentado recientemente en la Feria Proto-Design 2003, un nuevo producto informático INVENTOR que integra herramientas, conocimiento y 704

4 experiencias, aumentando la productividad a través de ayudas para el diseño visual; incorpora, también, un sistema de diagnóstico inteligente. Incluye funciones como: Gestión de proyectos desde el punto de vista de la organización (ingeniería concurrente, ensamblaje, ) Funciones de mecanizado. Funciones adaptativas. Bibliotecas adicionales. Intercambio de información con los principales programas de CAD. 3. INVESTIGACIÓN DE REQUERIMIENTOS PARA UN SBC DE APOYO AL DISEÑO DE MUEBLES. Para el diseño de productos complejos, en la industria aeroespacial y la industria de transporte se está desarrollando un proyecto europeo KCSR- Knowledge Capture Sharing and Reuse,[Li&Wallace,2002] desde las universidades de Cambridge, Sheffield y Southampton. La lista de requerimientos elaborada para este proyecto incluye aspectos como los siguientes: 1. Captura de resultados intermedios. 2. Balance entre pasos intermedios y la generalización del conocimiento. 3. Revisión estructurada del proyecto como ayuda. 4. Identificación de expertos. 5. Entrenamiento para diseñadores en como resolver problemas y como mejorar los resultados. 6. Compartir el conocimiento. 7. Detallar al máximo las responsabilidades de cada miembro en el proyecto. 8. Crear cultura de reutilización. 9. Facilitar fichas de materiales para usar y reutilizar. 10. Revisar las fases del diseño y tomar tiempo para llevar a cabo esta tarea. 11. Mantener las responsabilidades y las buenas prácticas. 12. Estandarizar términos. 13. Buscar energía para perseguir lo que se quiere. 14. Integración, acceso e intercambio con otras bases de datos. 15. Sistema para mostrar los dibujos generados en tiempo real. 16. Asegurar márgenes de confidencialidad. 17. Sistema para recibir entradas de diferentes modalidades. 18. Sistemas para propiciar debates. 19. Recordar la necesidad de mantener conversaciones. 20. Desarrollar e implementar software compatible. 21. Automatizar las actividades de diseño. 22. Crear carpetas bien estructuradas con los esquemas de diseño. A través de reuniones y entrevistas con los diseñadores de las empresas es posible un acceso rápido a la información y el conocimiento de diseño con el objetivo de investigar como reutilizar el conocimiento. Normalmente, será necesario un cambio cultural y organizacional en la empresa que soporte estos procedimientos que son tan importantes como los técnicos. En la industria del mueble en la que estamos desarrollando nuestra investigación, los productos son muy diferentes. Se caracterizan por ser productos con formas simples y pocos elementos, por ejemplo, un mesa, un silla, etc. Sin embargo, la diversidad 705

5 de materiales, acabados dimensiones que se pueden incorporar justifica la informatización del proceso de diseño. Mediante reuniones y entrevistas con diseñadores de las empresas del sector y con la Asociación de Empresarios del Mueble hemos podido recoger información de la situación actual en cuanto al grado de informatización del proceso de diseño. Todavía existe un elevado número de empresas pequeñas en el sector del mueble que manejan el diseño de forma manual. Se ha desarrollado una aplicación GDPE que integran el proceso de fabricación en el software de Oficina Técnica a nivel de definición de escandallos de fabricación, rutas de fabricación y costes, sobre una gran variedad de acabados. Estas aplicaciones permiten definir variables de usuario como material, color acabado, dimensiones, elementos, etc. Así como enlazar con el programa INVENTOR que genera la geometría del producto, mediante un flujo de información único, haciendo referencia a la petición del cliente. En la aplicación GDPE el menú principal incluye funciones de Oficina Técnica, Comercial, Compras, Producción, Almacén, Previsión, Ventas e Informes, que permiten un buen seguimiento de la fabricación, incluso del mantenimiento de las operaciones así como estimaciones de costes a partir de los tiempos de operación. Sin embargo, las empresas reconocen que sería de mayor ayuda un SBC, ya que permitiría reutilizar el conocimiento adquirido por la empresa para generar nuevos productos, reduciría los tiempos en el proceso de diseño al tiempo que se conseguirían mayor número de soluciones de diseño de manera ágil. En esta línea de trabajo es donde se enmarca el proyecto CICYT Desarrollo de un sistema multiagente de apoyo al diseño de productos. Aplicación al sector del mueble. Cuyo objetivo es desarrollar un SBC utilizando arquitecturas multiagente para modelar el conocimiento. El núcleo central está formado por un agente lógico y de razonamiento. Un agente de interfaz con el usuario debe ser capaz de traducir los requisitos de los usuarios y de representar los resultados de diseño. Para traducir los requisitos de los usuarios y representar los resultados se cuenta con un agente de interfaz. A su vez un agente de aspectos prácticos integra en el sistema los modelos de conocimiento existente en la organización, referentes a procesos de fabricación, materiales, impacto ambiental, etc. Por otra parte un agente de evaluación valora cada paso de generación de soluciones utilizando las restricciones impuestas por el agente práctico. Finalmente se incorpora un agente de tipologías de productos y un agente de organización para validar el sistema. 4.CONCLUSIONES. A diferencia de los modelos KBE tradicionales que se basan en el diseño rutinario, en este proyecto de investigación nos proponemos desarrollar un sistema SBC multiagente de ayuda al diseño de productos de aplicación al sector del mueble. Las empresas entrevistadas afirman estar interesadas por un sistema SBC que gestione el conocimiento de diseño que han adquirido a través de los años de experiencia con sus productos. Estarían dispuestas a adquirir un software de estas características en el caso que llegará a comercializarse. AGRADECIMIENTOS. 706

6 Los autores agradecen al Ministerio de Ciencia y Tecnología la ayuda recibida para desarrollar este proyecto de investigación. Así mismo agradecen a las empresas del sector del mueble y a la Asociación AIDIMA su colaboración. REFERENCIAS. -Blasco, J. Los artefactos y sus proyectos. Ed. UPC Candy L. Computers and creativity support: knowledge, visualisation and collaboration. Knowledge Based Systems 10, 1997 pp Ferrer R. Clasificación y proyecto de edificios inteligentes Ed. UPV Gómez-Senent E. La Ciencia de la Creación de lo Artificial Ed. UPV Gómez-Senent E. Una aproximación a la resolución de problemas en proyectos. Revista de Proyectos de Ingeniería, Diseño, Innovación. Nº 1 Oct.2002 pp Gómez-Senent, E., Chiner M, et al. The Design Dimensions. A Design Theory Proposal. International Conference on Engineering Design. ICED 97 Tampere Hubka V., Eder W.E. Design Science: introduction to the needs, scope and organization of engineering design knowledge, Inventor Autodesk. The Design Support System. w.w.w. autodesk.com -Li G., Cooper S.C., García-Fornieles J.M., Fan I.S. Knowledge Reuse: Experiences Gained from Integrating Manufacturing Knowledge into product Design, International Conference on Engineering Design, ICED 99. Munich Li G., Bracewell R.H., Wallace K.M. A Knowledge Framework to Support Engineering Design UTP. University Technology Partneship for Design with BAE SYSTEMS, Rolls-Royce and the universities of Cambridge, Sheffield and Southampton, Malinowski, U. Knowledge based support for the user interface design process. SIEMENS Corporate Research&Development Germany. -Ullman D. Towarde the ideal mechanical engineering design support system. Research in Engineering Design 13, 2002, pp Wallace K. Research issues on Engineering Knowledge Management Presentation on UTP Spring Conference Bristol UK