METODOLOGIA EN PROYECTOS DE INVESTIGACION Y DESARROLLO INDUSTRIALES

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1 METODOLOGIA EN PROYECTOS DE INVESTIGACION Y DESARROLLO INDUSTRIALES González, J Resumen Dirección de Desarrollo de Producto e Investigación, Tenaris, Argentina Los programas industriales de investigación y desarrollo pueden adoptar diversas formas, organizativas y metodológicas, dependiendo del tipo de industria y de la estrategia de la compañía. La experiencia acá descripta se refiere, en particular, al desarrollo de productos tubulares y accesorios en acero y procesos de manufactura destinados a diversas aplicaciones en el campo de la energía, con una visión de empresa global. Cuando nos referimos a industria de la energía se trata principalmente de exploración y producción de petróleo y gas, conducción de fluidos en aguas profundas, conducción en general, industria petroquímica y generación de energía. El programa de desarrollo se lo conceptualiza como un proceso no-lineal donde la identificación de necesidades del mercado (ideas) ocupa un papel muy importante. La calidad de esta información es fundamental. La estructura y organización que permiten garantizar un alineamiento con la estrategia de la compañía son aspectos claves para el logro de objetivos en forma eficiente. Se describe el sistema y herramientas de gestión utilizados, la vinculación con las áreas de planeamiento, industrial y comercial. Las principales métricas utilizadas apuntan a verificar la utilización eficiente de recursos económicos, la adecuada gestión de competencias, a medir el impacto en el negocio, el incremento de la propiedad intelectual y compromiso con I+D. Se presentan algunos ejemplos de desarrollo exitosos. Abstract The organization and methodology followed in research and development programs at industry are very much dependant on the business segment and on the strategy of the company. The experience here described comes from the development program of steel products for energy industry, understanding by that oil and gas exploration and production, flowlines in deep water, linepipe in general, petrochemical and power generation. The development program has a nonlinear nature, where market needs are extremely relevant. The information quality during needs identification is very important. The program organization and methodology are concentrated in an efficient alignment with company strategy. The management system and tools used in product and process development program are described. Metrics are very important and the focus is on efficient budget execution, business impact, intellectual property and R&D intensity. Son outputs of the program are reviewed. Palabras Clave: Desarrollo de Producto, Iniciativas, Métricas, Modelo de Innovación Keywords: Product Development, Inputs, Metrics, Innovation model

2 1. Introducción La exploración y producción de petróleo y gas, así como su procesamiento en la industria petroquímica y la generación de energía eléctrica en centrales térmicas, requieren de tecnología y materiales modernos confiables de alta performance. La demanda energética creciente que se registra actualmente a nivel global y sus perspectivas futuras definen al sector energía como de extrema criticidad. La disponibilidad de fuentes de hidrocarburos fósiles de fácil extracción se ha comenzado a agotar y la búsqueda de nuevas fuentes de petróleo y gas implican avanzar en áreas donde las condiciones de servicio son muy críticas, tanto por la profundidad a alcanzar (aguas profundas), la presencia de altas temperaturas y presiones, como por los ambientes extremadamente corrosivos [1]. Los equipos e instalaciones son sometidos a condiciones muy exigentes de servicio siendo necesario disponer de materiales y equipos desarrollados especialmente para trabajar en estos ambientes. Considerando los materiales, se requieren aceros y aleaciones de alta resistencia, con exigencia en propiedades mecánicas y de fractura. La industria del petróleo y el gas requiere constantemente soluciones en materiales y equipos, constituyendo un importante componente en la definición de programas de desarrollo de aceros y productos tubulares, Fig. 1. Tenaris es una compañía líder, de presencia global, en la producción y suministro de tubos para la exploración y producción del petróleo y del gas, así como los tubos utilizados en la industria de la energía en general. Tenaris tiene un programa corporativo de investigación y desarrollo en productos y procesos, con fuerte relación con universidades e institutos de I+D [2]. Figura 1. Condiciones muy exigentes en la Exploración y Producción de Petróleo y Gas: drivers importantes de actividades de I+D. El proceso de desarrollo en materiales y componentes es no-lineal, siendo muy importante su referencia con el mercado[3]. La calidad de la información de partida es muy importante. La estructura y organización que permiten garantizar un alineamiento con la estrategia de la compañía son aspectos claves para el logro de objetivos en forma eficiente. Se describe el sistema y herramientas de gestión utilizados, la vinculación con las áreas de planeamiento, industrial y comercial, así como las principales métricas. Se discuten algunos ejemplos exitosos de desarrollo. 2. Programa de Desarrollo de Producto El programa de desarrollo de producto y procesos está institucionalizado en la compañía, su revisión es anual y el seguimiento se hace desde la cabeza de la organización. Contempla actividades en todos los segmentos del negocio. Para su establecimiento se inicia con la colección de ideas y problemas que sería importante resolver, para lo cual es imprescindible un

3 conocimiento acabado del mercado y sus necesidades, tanto explicitas e inmediatas, como la adecuada valoración de tendencias futuras. Las últimas son muy importantes, constituyen la base de la anticipación. Las fuentes de inputs se indican en la Tabla 1. Se destaca la importancia que tiene la percepción de las necesidades del mercado, tanto a través del análisis de las tendencias en tecnología, nuevos desarrollos tecnológicos que la industria en particular adopta y la evolución del I+D en organismos públicos y privados. Tabla 1. Fuentes de Ideas para establecer el Programa de Desarrollo de Producto. Origen Unidades Comerciales, Business Unit Departamento Desarrollo de Producto Propiedad Intelectual Unidades de Producción, Fábricas Centros de I+D Comunidad Técnica Idea / Input Tendencia del Mercado Benchmarking Evaluación Necesidades de Clientes Análisis de Factibilidad Departamentos Técnicos de Clientes Organos de Normativa Foros Técnicos y Conferencias Análisis de Patentes y Alertas Límites de Procesos y / o Tecnología Límites de Capacidad Universidades e Institutos Consultores Especialistas Luego de un ejercicio de análisis de impacto y prioridades, las ideas transformadas en proyectos constituyen el programa, asignándose los recursos humanos y económicos.. Los objetivos del programa son: Desarrollo de Nuevos Productos Mejoría de Productos Existentes Mejoría en Procesos de Fabricación e Inspección Innovación en Procesos I+D Exploratorio (Básico y Aplicado) El modelo de Fig. 2 sintetiza la construcción del programa. La Fig 3 muestra sintéticamente la secuencia ideas proyectos (programa detallado) construcción del presupuesto (budget) previsión de actividades de IP y publicaciones. Esto ocurre normalmente para definir el programa completo de desarrollo de producto y procesos. Figura 2. Alimentación de iniciativas (inputs) para Establecer el Programa de Desarrollo de Producto y Procesos (PDP) y los objetivos buscados.

4 INPUTS PROYECTOS Programa Budget Patentes Publicaciones Figura 3. Proceso simplificado para la generación del programa, culminando con un budget y la previsión de actividades de IP y publicaciones. 3. El modelo de innovación El proceso innovador tiene como objetivo concluir con un producto realizable y útil. No siempre implica investigación básica. Puede originarse en la materialización de ideas que utilizan principios existentes, combinados en forma original. La disponibilidad de recursos humanos capacitados adecuadamente, con sólidas competencias en las distintas disciplinas constituyen el centro del proceso innovador. En nuestro caso, muy vinculado a la ingeniería de materiales, el proceso innovador no es algo que ocurre por casualidad. La confrontación de ideas, a través de visiones independientes, apoyadas en buen conocimiento técnico y científico, son ingredientes esenciales del mismo[3]. Nuestro modelo es no-lineal, podemos referenciarlo con el modelo no-lineal de Kline con algunas modificaciones, Fig. 4. Los retornos de revisión son muy importantes, así como la interacción con el sistema científico-técnico, particularmente los centros de I+D de la compañía. La finalización del proyecto solo es alcanzada cuando los requerimientos establecidos por el mercado son plenamente logrados con consistencia [4]. Para los desarrollos de producto, cuando se parte con varias soluciones alternativas, se aplican una serie de filtros para seleccionar el más adecuado, se lo conoce como embudo de selección, Fig. 5. Centros de I + D de Tenaris Stock de conocimientos científicos y tecnológicos Clientes Mercado Trends Análisis y Diseño Conceptual Análisis de IP inicial Modelado Físico y Numérico Ensayos Caracterización Industrialización Análisis de Consistencia Análisis de Riesgos Comercialización Soporte a Clientes Figura 4. El proceso de generación de nuevos productos. Proceso innovativo no-lineal.

5 Potential candidates Initial screening Basic R&D Testing Protocols Industrialization Field trial Commerciali zation Test # 1 Test #2 Test # 3 T Q R O U S P N L V H M B A C D K I Product XXX Derivative YYY Figura 5. En proyectos de desarrollo de producto, los candidatos alternativa de desarrollo son sometidos a diferentes filtros. Denominamos a este embudo selección de alternativas. 4. La estructura organizativa. La estructura organizativa para actividades de I+D+i depende mucho del tipo de industria y la importancia que estas actividades tienen en los resultados del negocio. Claramente en industrias maduras con un grado alto de comoditización la relevancia podría ser menor. En los grupos intensivos en tecnología, desde la farmacéutica a la electrónica, la bioingeniería, etc., la actividades de I+D+i son centrales y supervisadas directamente por el management superior de esas organizaciones. En el sector industrial que nos toca analizar hay fuertes direccionamientos para profundizar en programas de I+D+i para proveer soluciones en tubos y accesorios de aceros que puedan servir en condiciones extremas de servicio. Si bien la producción de acero en sí es madura, la producción de tubos en grados de acero elevados con químicas propietarios y con requerimientos muy exigentes es un campo muy activo, donde proliferan los centros de I+D dedicados a estos desarrollos y sus aplicaciones. Tenaris cuenta con 4 centros de I+D en distintos países: Argentina, México, Italia y Japón. Desde el punto de vista organizativo el desarrollo de productos y procesos, así como los centros de investigación y desarrollo están bajo la órbita de la Dirección de Tecnología con reporting directo al presidente de la compañía. Esta cercanía con el top del management es fundamental para garantizar el alineamiento con la estrategia. El programa se divide por segmentos de producto. La responsabilidad de cada segmento recae sobre el departamento respectivo, donde su cabeza es el champion o líder del segmento. Cada líder de producto tiene responsabilidad por la ejecución de su portafolio de proyectos. Luego, se trabaja por proyecto, y los integrantes pueden provenir de distintos departamentos del área de I+D, con aportes de ingenieros de calidad, ingeniería y/o procesos. La organización por proyectos adoptada es intermedia, cada miembro del proyecto reporta al project manager por las tareas que es responsable, pero continua reportando a su línea jerárquica por su desempeño global.

6 Cambio en el Producto 5. Procedimientos y Herramientas de Gestión. El proceso de gestión de un Programa Corporativo de Desarrollo de Productos y Procesos esta procedimentado, estableciendo los distintos hitos que permiten ir construyendo el programa, definiendo las responsabilidades y las métricas. Existe una rutina de base anual. Todo comienza con la denominada long list de ideas. En esta lista se vuelcan todas las iniciativas propuestas por R&D, los ingenieros de producto, los de calidad, la gente de planta, los de asistencia técnica y los comerciales. Una somera idea de los recursos necesarios y quienes serían los responsables es establecida desde un inicio. Posteriormente, se efectúa un análisis detallado de cada iniciativa, valorando su impacto, riesgo, y dando prioridades a los desarrollos. Finalmente se llega a una lista depurada de iniciativas, denominada short list. Entre ambos procesos transcurre un tiempo no menor a los dos meses, dependiendo mucho de la cantidad y entidad de las ideas presentadas. El paso siguiente es la construcción de los proyectos, especificando subproyectos y tareas, requerimientos físicos y recursos humanos, finalmente estimando los recursos económicos necesarios. Todo el proceso lleva aproximadamente 4-5 meses.se realiza análisis de portafolio de proyectos, Fig. 6, siendo una herramienta muy útil para diagnosticar la calidad del esfuerzo en R&D. Impacto en el Proceso Innovación Nueva Generación Mejoría Ajuste Nueva Plataforma TenarisBlue Nuevo Producto Clad LP X100 Reeling Derivativo Variación Incremental Conexión para Risers High Performance Bends Valor Estratégico Percepción del Mercado Nuevo Mejoría Aporte Variación Metodología 4D propuesta para el análisis de Portafolio de Proyectos de Desarrollo de Producto Adapted from Wheelright and Clark, 1992 Figura 6. Ejemplo de Análisis del Portafolio de Producto Una parte importante de los proyectos son revisiones de proyectos existentes cuya duración es plurianual. Se ha diseñado una herramienta en intranet que permite gestionar el programa de desarrollo de producto y procesos, Fig. 7. Esto puede hacerse también con programas comerciales existentes para administración de proyectos, también otros de portfolio management, o en casos de un portafolio reducido sería suficiente con Microsoft Excel y Project.

7 6. Las métricas utilizadas Figura 7. Herramienta para gestión del programa en intranet. La administración del programa de desarrollo de producto requiere de indicadores y métricas, tanto para medir su efectividad como el avance e impacto en diversas áreas [4]. Los indicadores de gestión más utilizados son: Progreso (Avance), Intensidad, Impacto, Propiedad Intelectual, Nuevos Proyectos, Tiempo de Desarrollo. Se definen de la siguiente forma: Progreso: Gasto Real ($) / Budget ($), evaluado para cada proyecto del programa de desarrollo de producto y procesos. Puede extraerse un indicador promedio para el conjunto del programa. Intensidad: Gasto Real ($) / Ventas Totales ($), evaluado para cada segmento de producto o globalmente por industria. Los valores típicos en la industria del acero para tubos van de 0.5 a 1.5%, contabilizando todas las actividades inherentes al I+D. Impacto: Volumen de Nuevos Productos (ton) / Volumen Total Vendido (ton), se evalúa en un periodo dado por segmento de producto o globalmente por industria. Los nuevos producto se los contabiliza como aquellos que han sido introducidos en los últimos cinco años (o últimos tres en algunas industrias). Dado que se trata de un indicador de participación de los nuevos productos en las ventas totales, la unidad elegida es toneladas, pues sino el precio desvirtuaría al indicador. Propiedad Intelectual: se cuantifican para cada periodo tanto las nuevas patentes otorgadas como las nuevas solicitudes, viendo su incremento por periodos anuales. La evolución de los intangibles es considerada un resultado muy importante del programa de desarrollo. Nuevos Proyectos: el número de nuevos proyectos en el programa de desarrollo se evalúa anualmente. Se cuentan solo los programas iniciados en el año bajo evaluación, muchos programas importantes duran más de un año, a veces más de dos, y no son contados en este indicador. El indicador trata de evaluar la creatividad, proactividad, actitud propositiva, etc. Tiempo de Desarrollo (time to market): se le asigna mucha importancia a la rapidez con que los productos están listos para ser comercializados. Este comienza con la aprobación

8 del proyecto hasta su finalización. Llegar primero al mercado con la solución propuesta es un factor clave para tener éxito. En general, el time-to-market en el desarrollo de grados y conexiones Premium para el petróleo se ha ubicado en aproximadamente 24 meses. Carga Senior Researchers Se evalúa como la cantidad de proyectos en que el Sr Researcher actúa como Proj.Mgr. Se considera que deben ser entre 2 y 4, para guardar el foco y evitar la dispersión de esfuerzos. Sería muy conveniente que tuviera dos como responsable y los otros 2 (máximo) como colaborador principal. 7. Ejemplos de Productos Desarrollados Podemos mencionar los siguientes ejemplos que han resultado del programa de desarrollo de producto, sin mencionar las múltiples contribuciones en procesos de acería, laminación, tratamientos térmicos e inspección no destructiva. Algunos desarrollos en los últimos años: Tubos linepipe para conducción en aguas profundas, de alta resistencia X65 a X75, con características mecánicas, de fractura, y frente a la corrosión muy exigentes. Tubos para Steel Catenary Risers donde adicionalmente las buenas características de resistencia a la fatiga son importantes. Aceros para Exploración y Producción de Petróleo y Gas (OCTG) destinados a servicio Severe Sour Service en grados 95Ksi, 110Ksi y 125Ksi, constituyendo materiales de muy alta performance. Aceros inoxidables martensíticos para resistir la corrosión en ambientes carbónicos con resistencias 80, 95 y 110Ksi. Conexión TenarisBlue Alta performance en tensión, compresión, presión interna y presión externa. Ensayada según norma ISO Cal IV Actualmente desarrollada en la siguiente gama 2.3/8 a 13.5/8 de Diámetro externo de la tubería. Alta sellabilidad para gases. Calificada para servicio a alta temperatura, tanto para producción como para inyección de vapor en pozo. Derivativos: varias conexiones para usos específicos, i.e.: inyección de vapor, barrera de corrosión, perfil esbelto, etc. Desarrollo iniciado en 1999 Finalizado en 2001 Time to market 21 meses Figura 8. Conexión Premium para tubos OCTG. Entre los resultados de los esfuerzos de I+D se encuentran también importantes conexiones para

9 tuberías utilizadas en petróleo y gas, se trata de las así denominadas juntas Premium, siendo las TenarisBlue, TenarisBlue Dopeless y TenarisBlue NearFlush las más notables, Fig 5. En el caso de las conexiones Premium deben pasar por un testing muy exigente para poder aprobar las versiones bajo I+D, como así las calificaciones con clientes del mercado, se trata de la norma ISO que establece esas condiciones de ensayo [6-7]. TenarisBlue es un producto plataforma que ha originado varios derivativos para proveer soluciones específicas a la industria, Fig. 8. Para este desarrollo se constituyó un grupo de diseño interdisciplinario, donde el diseño conceptual, el modelado por elementos finitos, la prototipación, los ensayos a escala real y el field test constituyeron la metodología. 8. Conclusiones La investigación y desarrollo aplicada a productos y procesos es un asunto central para proveer soluciones innovativas a los nuevos requerimientos del mercado, desarrollando nuevos productos, mejorando los existentes y permitiendo una diferenciación necesaria para mantener la condición de líder en una dada industria. Los programas industriales de investigación y desarrollo pueden adoptar diversas formas, organizativas y metodológicas, dependiendo del tipo de industria y de la estrategia de la compañía. En el caso particular bajo análisis, resulta muy efectiva la supervisión desde la alta gerencia del programa de I+D. Asimismo, la organización por proyectos permite mantener una gestión eficiente para arribar a conclusiones en tiempo y forma. La estructura y organización que permiten garantizar un alineamiento con la estrategia de la compañía son aspectos claves para el logro de objetivos en forma eficiente El proceso de I+D en producto responde a un modelo no-lineal, donde la identificación de necesidades del mercado (ideas) ocupa un papel muy importante. La calidad de esta información es fundamental. Los distintos momentos de revisión son muy útiles para perfeccionar el desarrollo e ir refinando los diseños. En la etapa final de un proyecto, previo a la industrialización, se definen gates de verificación de diseño, finalmente se arriba a la validación funcional en campo. La estructura científico-técnica interna y externa efectúa aportes en las distintas etapas del proceso. Las principales métricas utilizadas apuntan a verificar la utilización eficiente de recursos económicos, la adecuada gestión de competencias, a medir el impacto en el negocio, el incremento de la propiedad intelectual y compromiso con I+D. Las actividades de propiedad intelectual se consideran parte de este programa y contribuyen a materializar los activos intangibles en forma de marcas y patentes. Referencias 1. Modern Pipe Technology Answers to the Present Oil & Gas Industry Needs, J.C.González, T.Ono, E.Dvorkin, Proceedings of China International Tube & Pipe Conference 2004, ITA, Shangai, China, pp , Sept 19-21, Steel Industry and Universities Working Together: The Tenaris Experience J.C.Gonzalez, D.Krishock, F.Tonolini, R.Topolevsky, AIST 2006, Cleveland, May Tecnología e Innovación en la Empresa, Pere Escorsa Castells, Jaume Valls Pasola, 2da Ed. Alfaomega 2005, ISBN X 4. Product Development Metrics Portfolios, The Management Roundtable, 2003 workshop, Boston, MA.

10 5. Quality Management Systems, Requirements, ISO Advanced Tubular Goods from Committed Research, Company profile Tenaris, E&P 2005 R&D Report January 2006 pp Petroleum and Natural Gas Industries, Procedures for testing casing and tubing connections, ISO 13679:2002, 1 st Edition. Correspondencia jcgonzalez@tenaris.com Tenaris Siderca Dr Simini Campana, Pcia de Buenos Aires, Argentina