7º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA 7º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA México D.F., 12 al 14 de Octubre de 2005 LAS HERRAMIENTAS DE LA GESTIÓN DE LA CALIDAD INTEGRADAS A TRAVÉS DE LA INGENIERÍA SIMULTÁNEA Cáceres Medina H. A. *, Martínez Pellitero Sº., Barreiro García J. º, Cuesta González E. * Dpto. de Ingeniería Mecánica, Industrial y Mecatrónica. Universidad de Pamplona, Km. 1 vía Bucaramanga. Pamplona. Colombia. Telf: (0057) 75685303 Ext. 163, º Escuela de Ingeniería Industrial e Informática. Área de Ingeniería de Fabricación. Universidad de León. 24071. León. España. Telf.: (0034) 987291792, Universidad de Oviedo. Dpto. de Construcción e Ingeniería de Fabricación. Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación. Campus de Viesques, Edif. nº 5, 33204 Gijón, Asturias. Tel: (0034)985182136. *e-mail: hcaceres@unipamplona.edu.co RESUMEN En este artículo se propone un modelo de información para integrar las herramientas dela gestión de la calidad apoyadas por ordenador (CAQ) a otras etapas del ciclo de vida del producto, permitiendo un eficiente flujo de información, evitando que la aplicación informática utilizada en cada uno de los grupos de trabajo sea un obstáculo. Para lograrlo es importante destacar los entornos basados en Ingeniería Simultánea y en especial la norma STEP (ISO 10303), que sirve de base para que etapas del ciclo, como el diseño y la fabricación, hayan conseguido alcanzar una integración muy avanzada, haciendo que los tiempos se reduzcan de manera considerable y proporcionando a las compañías una mayor capacidad de reacción frente al mercado y la competencia. PALABRAS CLAVE: Gestión de la Calidad Asistida por Ordenador (CAQ), STEP, modelo de información, Integración
INTRODUCCIÓN La creciente demanda de productos cada vez mas ajustados a las especificaciones y necesidades del cliente y de un mercado actual muy competitivo, nos revela hoy mas que nunca, que la calidad es un factor relevante a la hora de mantener y acceder a nichos ahogados por la diversificación de la oferta de productos provocada por múltiples competidores que se lanzan agresivamente a conquistarlos [1]. Esta situación y muchos ejemplos nos permiten afirmar que la calidad incide en gran medida en el nivel competitivo de la empresa, sin dejar a un lado los factores tradicionales tiempos y costes. Las empresas buscan con afán métodos que les permitan obtener gran flexibilidad, fiabilidad y capacidad de reacción. Estas tres cualidades sólo son posibles con el apoyo de los sistemas CAx ( Computer Aided ), que son capaces de reproducir estructuras y procedimientos complejos, permitiendo que la gran cantidad de información producida en el ciclo de vida del producto sea tratada con máxima fiabilidad, rapidez y racionalidad [2]. Dentro de este grupo podemos ubicar los sistemas de Gestión de la Calidad Asistida por Ordenador CAQ ( Computer Aided Quality Management ), cuyo rol en la actualidad es ayudar a eliminar defectos en el interior de la empresa y buscar las acciones de mejora continua que le permitan reaccionar oportunamente ante los continuos cambios del mercado. Los sistemas CAQ han estado influenciados por los desarrollos existentes en la planificación y el control estadístico de los procesos asistidos por ordenador. En un comienzo la ayuda de las aplicaciones informáticas se limitaba a desempeñar funciones muy específicas, sin que sus datos pudieran ser conectados con otras actividades de la calidad, surgiendo por lo tanto soluciones aisladas que sólo permitían la captura, elaboración y suministro de datos relevantes de ciertas áreas particulares [3]. Este hecho se solucionó parcialmente cuando se cambio el concepto de control por el de gestión de la calidad, resultando factible el intercambio de información entre los diferentes niveles de una misma área. En general, los CAQ están compuestos de una serie de módulos que comprenden básicamente las tareas de planificación y la ejecución o control de la calidad. En la actualidad podemos hablar de un nivel avanzado de integración en el interior de los sistemas CAQ, pero el problema se encuentra cuando la información se pretende compartir entre este y los otros sistemas CAx que soportan a las diferentes áreas del ciclo de vida del producto. Las soluciones que hoy se presentan para el intercambio de la información del CAQ son bastante disfuncionales, pues lo que proponen es la creación de numerosas interfases, con lo cual se incrementa el riesgo de perdida de información entre de los sistemas. Esto debido a que cada día las necesidades de información del ciclo de vida del producto son mayores y se deben desarrollar más y más interfases que permitan la comunicación entre sus áreas [4]. El objetivo de esta investigación es precisamente hacer posible la comunicación efectiva de la información entre el sistema CAQ con las otras aplicaciones del ciclo de vida y viceversa. Para ello nos hemos apoyado en la norma ISO 10303 - Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP). Esta norma recomienda que la integración se haga siguiendo una metodología y utilizando unos lenguajes de modelado propios que conduzcan a lo que se denomina un Protocolo de Aplicación (AP) [5]. Las funciones CAQ que se pretenden integrar con este trabajo son las que se relacionan con la planificación, la ejecución, la inspección y la dirección de la calidad. Las tareas del CAQ para la planificación abarcan módulos que especifican las exigencias en relación con la calidad de los productos, de los procesos y de los sistemas productivos en cada etapa de su desarrollo. Entre las tareas de planificación del CAQ se encuentran: DFC. Son las prestaciones dadas por el CAQ para el despliegue funcional de la calidad. El DEE, diseño estadístico de experimentos, proporcionando varios métodos para el desarrollo y ensayo de productos y procesos, apoyado por programas estadísticos. El AMFE, el análisis de modos de fallo y de sus efectos tiene un significado considerable como método de gestión de la calidad y es de los módulos que más a menudo se utiliza en las empresas. Por otra parte podemos mencionar como módulos fundamentales y a la vez los más utilizados en fabricación e inspección de la calidad: el control estadístico de procesos (SPC), la inspección de productos y la inspección en el laboratorio [4].
METODOLOGÍA Para iniciar esta investigación fue necesario identificar los requerimientos de información y las necesidades de intercambio que tiene el CAQ con cada uno de los sistemas y aplicaciones CAx que apoyan las diferentes etapas del ciclo de vida del producto. Estos requerimientos se visualizan si tenemos en cuenta las actividades que se realizan en cada área con apoyo del ordenador y sus interrelaciones, tal como se resume en la figura 1. Figura 1. Actividades que requieren intercambio de información entre el CAQ y otros sistemas CAx. El apoyo metodológico de este trabajo se encuentra referenciado en la norma STEP. Siguiendo sus indicaciones la investigación continua con la elaboración de un modelo de actividades (AAM). Este modelo da como resultado una serie jerárquica de diagramas que muestra de manera clara el flujo de información existente entre las diferentes áreas del sistema productivo. La metodología utilizada para elaborar este modelo ha sido IDEF0 (Integration Definition For Function Modelling) [6]. Con el AAM terminado se agrupa toda la información contenida en él en Unidades Funcionales (UoF), que posteriormente sirven de base para desarrollar el modelo de información de la aplicación (ARM). Con el ARM se identifican y definen las entidades con sus atributos, reglas y relaciones divididas en submodelos, que posteriormente son representadas con el lenguaje de modelado EXPRESS y su representación gráfica EXPRESS-G. Es importante mencionar que se hizo una lectura de los protocolos de aplicación ya existentes en la norma ISO 10303 para identificar grupos o entidades de información comunes ya definidos, para adaptarlos y/o adoptarlos a nuestro trabajo. La última etapa de la investigación y que aun se encuentra en sus inicios es la validación del modelo de información en un entorno de trabajo real.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para integrar el proceso de gestión de la calidad asistido por ordenador se modeló el flujo de información mediante la metodología IDEF0. La figura 2 muestra el diagrama general en el cual se especifican, de manera muy abstracta en este primer nivel, los requerimientos de información en cada una de las actividades. Este diagrama nos permitió identificar y localizar el proceso objeto de estudio en la actividad A0 que corresponde al proceso de planificación y fabricación. Esta actividad se desglosa hasta obtener niveles de concreción en los cuales se van ubicando e interrelacionando cada una de las herramientas que por lo general son utilizadas por la aplicaciones de calidad. Figura 2. Diagrama general (AAM) para el proceso de gestión de la calidad.
Cada una de las actividades que aparecen en el diagrama de actividades AAM son definidas de manera inequívoca. En total hablamos de más de 300 definiciones, contando las actividades con sus respectivas entradas, salidas, controles y mecanismos. Las definiciones permiten que toda esta información sea valorada de acuerdo a sus características comunes y se obtengan conjuntos más o menos homogéneos de información que se convierten en unidades funcionales (UoF). Los 15 grupos de información (UoF) que son identificados y sus respectivas siglas se relacionan a continuación: Definición del producto Forma del producto o pieza Requerimientos de inspección Geometría Tolerancias dimensionales Tolerancias geométricas Elementos a inspeccionar DF1 DF2 DF3 G1 T1 T2 EI1 Planificación de procesos Puntos de medición Resultados de inspección Propiedades en general Referencias externas Gestión de la calidad Ajuste Proceso o producto PPI1 DM1 RI1 PR1 EX1 ES1 AP1 Teniendo en cuenta que uno de los objetivos principales de esta investigación es proponer un modelo que se acople perfectamente a los ya existentes en la norma, se consideró conveniente hacer una revisión de los AP relacionados con fabricación, para así obtener entidades ya desarrolladas y que se adaptan a las necesidades de integración de los sistemas CAQ. En la figura 3 se pueden apreciar los diferentes AP que se pueden integrar con el sistema. Figura 3. Integración de la gestión de calidad con otros protocolos de aplicación (AP) de la norma STEP. En cuanto a la unidad funcional de gestión de la calidad (ES1), cabe mencionar que este grupo contiene la información relativa a la planificación, control y análisis de los resultados de la calidad. En la figura 4, por ejemplo, se pueden apreciar las actividades de la planificación del control de la calidad para productos en proceso y final. La figura también muestra como es aconsejable crear subgrupos de información, pues estos facilitan el trabajo posterior de modelado en EXPRESS. En este caso se puede apreciar como la información de los elementos a controlar, de los instrumentos de captura y procesamiento de datos y la información de los elementos de control se agrupa en el interior de la UoF ES1. De igual manera ocurre con las otras actividades propias de la gestión de la calidad.
Figura 4. Subgrupos de información para la planificación del control de calidad. Teniendo como base los grupos de información identificados en el modelo de actividades, se procedió a desarrollar el modelo de información (ARM) que establece de forma detallada la información que se requiere para satisfacer las especificaciones impuestas por el diagrama de actividades. Durante esta fase se han utilizado dos tipos de modelado: el gráfico EXPRESS-G y el textual EXPRESS. Para el modelado de información se identificaron los atributos asociados con las entidades o grupos de información ya mencionados, un ejemplo de ello se muestra en la figura 5, en donde se ilustra el modelado en EXPRESS-G para control estadístico del proceso (SPC), que
corresponde a un elemento del submodelo definido para el control de la calidad. Es necesario mencionar nuevamente que muchos de los elementos de información propuestos en esta investigación son propios y no han sido desarrollados anteriormente, otros en cambio, ya habían sido modelados en protocolos de aplicación publicados por la norma ISO 103030. En este último caso, nuestro trabajo consistió en identificarlos, adoptarlos y en la mayoría de los casos adaptarlos a nuestras necesidades. En la tabla 1 se muestra un breve resumen de algunas de las correspondencias utilizadas y de elementos propios. Figura 5. Modelado de información ARM en EXPRESS-G del SPC
Tabla 1. Resumen de los grupos de información propuestos y sus correspondencias. CONCLUSIONES Hasta la fecha no existen trabajos orientados a la integración de las herramientas utilizadas por la gestión de calidad asistida por ordenador con el ciclo de producción, en cuanto a la información compartida o intercambiada. La integración de estas herramientas es vital para el control dinámico del proceso de fabricación en tiempo real, permitiendo que la información obtenida durante, entre y después de las operaciones de fabricación pueda usarse para la mejora continua del proceso. Permite tomar decisiones rápidas como consecuencia de los eventuales cambios en los parámetros de la pieza, el producto o el proceso. Este modelo de información propuesto debe ser compatible tanto en estructura como en semántica con otros relativos a otras actividades del ciclo de producción. REFERENCIAS 1. Bauer, G. Reiner y R. Shamschule, Organizational and Quality Systems Development: An análisis Via a Dinamic Simulation Model, Total Quality Management, vol 11, pp. 410 416, 2000. 2. H.S. Ketan, M. A. AL-Bassan, M.B. Adel y I. Rawabdeh, Modelling Integration of CAD and Inspection Planning of Simple Element Features, Integrated Manufacturing System, vol. 13 pp. 498-511, 2002. 3. M. Xie, T. Goh y D. Cai, An Integrated SPC Approach for Manufacturing Process, Integrated Manufacturing System, vol. 2 (2), pp. 134 138, 2001. 4. S. Chin, K. Kim y Y-S Kim, A Process Based Quality Management Information System, Automation in Construction, vol 13, pp. 241-259, 2004. 5. K. S. Chin, Y. Zhao y K. Mork, STEP-Based Multiview Integrated Product Modelling for Concurrent Engineering, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol.20, pp. 896 906, 2002. 6. J. Barreiro, J. Labarga, A. Vizán y J. Ríos, Functional Model For The Integration Of The Inspection Activity In The Production Cycle, International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol. 43, pp. 1621-1632, 2003.