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2.3. Innovación del producto y proceso por IC En el proceso de DDP es el momento en el que se produce y materializa la innovación, tanto a nivel de producto como de proceso. Estas innovaciones pueden ser del tipo incremental obtenido a partir de rediseños o mejoras parciales en los productos/procesos, e innovaciones radicales, cuando la solución del problema comporta la diferencia absoluta respecto a modelo anterior. Haciendo mención a los dos tipos de Ingeniería descritos en los apartados anteriores, cabe decir que la IC permite alcanzar con mayor garantía de éxito las dos tipologías de innovación, tanto procedentes del mercado (marketing) como por las posibilidades que permitan los avances tecnológicos. 2.4. Técnicas Design for Estas técnicas o métodos (con distinto grado de formalización y desarrollo) se articulan como un conjunto de reglas o principios que, seguidos por un diseñador, conducen a unos buenos resultados. Gran parte de estos principios se derivan de la práctica empresarial y son propios del tipo de actividad o sector. Estas técnicas están articuladas en la metodología de la capa superior como QFD y Diseño Axiomático. A continuación se hace una enumeración de las distintas técnicas Design for, de las que posteriormente profundizaremos en algunas de ellas.

Acrónimo Descripción, Design for …

DFM Manufacturing (Fabricación) DFA Assemby (Ensamblaje) DFC Cost (Coste) DFPe Performance (Funcionamiento/Rendimiento) DFMa Maintenance (Mantenimiento) DFRe Reliability (Fiabilidad) DFS Safety (Seguridad) DFRn Remanufacturing (Reproceso) DFRc Recycling (Reciclaje) DFRu Re-using (Reutilización) DFD Disassembly (Desensamblaje) DFE Enviroment (Medio Ambiente) DFSto Storage (Almacenaje) DFDe Aesthetics (Estética) DFEr Ergonomics (Ergonomía) DFTe Testing (Ensayo) DFP Packing (Embalaje) DFSt Standardization (Normalización) DFVa Value (Valor) DFTo Tolerance (Tolerancia)

Design for Reliability Tiene como objetivo conseguir que los atributos o características del producto se mantengan a lo largo de su ciclo de vida.

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Para llevar a cabo este cometido se utilizan técnicas y recursos como:

- Análisis Modal de Fallo (FMEA) - Análisis de la Criticidad de los Modos y Efectos de Fallo (FMECA) - Análisis de Árbol de Fallo (FTA) - Ingeniería de la Fiabilidad

Design for Safety El objeto de esta técnica es introducir un conjunto de métodos que permitan eliminar e riesgo de accidentes en la producción, mantenimiento, manutención y explotación desde su concepción con un planteamiento integrado en todas las fases del proyecto. Existen varios métodos para la evaluación y valoración del riesgo.

- Análisis Preliminar de Riesgos (PHA: Preliminary Hazard Analysis) - Análisis de Riegos y de Operabilidad (HAZOP: Hazard and Operability

Analysis) - Revisión de seguridad en el Diseño (SDR: Safety Design Review)

Design for Manufacturing Esta técnica pretende garantizar que las piezas/productos se puedan fabricar con facilidad, entendiendo por ello la simplificación de los procesos, economía de procesos, etc. Para ello es necesario tomar un conjunto de decisiones como,

- El producto va a ser fabricado o subcontratado. - Articular los principios de diseño como: simplificación, simetría, etc.

Además de establecer un conjunto de principios generales del tipo,

- Minimizar a complejidad. - Estandarizar. Usar elementos normalizados. - Maximizar la compatibilidad entre procesos de fabricación, piezas,

subconjuntos, etc. - Garantizar la independencia funcional mediante la reducción de la interacción

negativa de los requerimientos funcionales. - Reducir el número de piezas y concebirlas de forma que sean fáciles de

manipular, insertar y fijar, tomando como idea clave la simplificación. Design for Recycling En esta apartado se integran un conjunto de técnicas que permiten el reciclaje, reutilización, desmontaje y reensamblaje. Su propósito es el aprovechamiento de las materias primas, minimizar la generación de residuos y reducir el impacto medioambiental del proceso productivo, en la medida de lo posible, adaptándose a la normativa vigente. Las actividades que conllevan esta técnica tienen como fin que el producto, piezas o materiales, al final de su ciclo de vida pasen a un nuevo ciclo de utilización. De este modo se alimenta de nuevo el ciclo de DDP con los materiales del producto cuyo ciclo de vida ha terminado. Las técnicas concretas para llevar a cabo este proceso reciben el nombre de Producción más Limpia (P+L).

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Design for Re-using Estas técnicas permiten concebir productos para que piezas que han cubierto un ciclo de vida mediante un eventual tratamiento o adecuación puedan prolongar su vida útil, de este modo,

- Se reduce la necesidad de vertederos. - Se reduce el consumo de energía para su fabricación.

Design for Disassembly Aquellos productos que se puedan recuperar para su refabricación debe ser sometidos a los siguientes procesos,

- Desensamblaje. - Limpieza. - Inspección y clasificación. - Sustitución de componente, por renovación o actualización. - Reensamblaje.

En base al proceso los productos que vayan a ser objeto de reutilización refabricación/reprocesado han de ser fácilmente desmontables, limpiables, de sencilla inspección y modulares, con el fin de facilitar el reemplazo y ensamblaje. Design for Enviroment Pretenden reducir el impacto medioambiental en el ciclo de vida del producto, desde su concepción hasta su eliminación o reciclaje. Actualmente se denomina producto ecológico y para obtener esta distinción es necesario cumplir con la normativa vigente, tanto a nivel nacional como internacional, de tal forma que se pueda conseguir la certificación otorgada por el organismo competente en esta materia. Para ello también es necesario realizar una gestión del sistema empresarial ecológico y tener una certificación de ecogestión en relación a una determinada norma como ISO 14.000. Design for Maintenance Estas actividades están orientadas a la detección de averías y a reducción del tiempo entre reparaciones. La complejidad de las operaciones de mantenimiento, los costes y el requerimiento de los distintos tipos de mantenimiento rutinario, ya sea preventivo, mejorativo o predictivo, reciben el nombre de diseño para la mantenibilidad y por ello deben cumplir con un conjunto de requisitos.

- Realizar los desmontajes del modo más simple. - Facilitar las tareas de montaje. - No realizar uniones complejas. - Etc.

Una de las técnicas más importantes en el DDP, es el Design for cost.

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2.5. Organización y Modelo para crear un entorno de IC La IC también es conocida por los siguientes nombres en algunos contextos o por determinados autores:

- Team design. - Simultaneous Engineering. - Produceability Engineering. - Concurrent Design. - Transition to Manufacturing. - Integrate Product Development. - Is Still Concurrent Engineering.

La IC como se ha comentado en su definición es un método de organización empresarial en el que se aprovechan al máximo las capacidades de los equipos de diseño y desarrollo de productos, así como del resto de las funciones de la organización empresarial. Actualmente, para que las empresas puedan tener éxito en el mercado, bajo la competencia existente, han de desarrollar productos que tengan mayor calidad, innovación, mejoras y de mayor complejidad, además de producirlo en un tiempo mínimo. En resumen se puede decir que las fases por las que tiene que pasar un producto nuevo o un rediseño son las siguientes, a tener de las fases del ciclo de vida,

- Investigación. - Desarrollo. - Análisis. - Mejoras. - Prototipo. - Producción.

La última meta de IC es la integración de la investigación y desarrollo, el diseño del producto, la planificación del proceso, la fabricación, el ensamblaje, y la comercialización del producto en una actividad común. En el núcleo del proceso de IC está el equipo donde se integran el diseño y la fabricación donde se trabaja sobre los comentarios y se rediseñan las sugerencias de cada uno de los expertos de cada una de las fases. Es crucial para el éxito de IC que la comunicación y la información fluyan entre los expertos. En las reuniones del equipo de trabajo todos los miembros discuten sobre el mismo diseño de producto pero cada uno desde su área de conocimiento. Los expertos en maquinaria diseñan los centros de trabajo y determinan las herramientas de máquina más apropiadas según los requisitos del diseño; los expertos de planificación de proceso consideran la sucesión del proceso; los expertos en ensamble se anticipan a los posibles problemas del ensamble; los expertos del aseguramiento de la calidad participan con el diseño de mecanismos para el control de la calidad; y así sucesivamente. Todos los miembros del equipo tienen que conceptuar el producto y perfeccionarlo hasta el alcance de un acuerdo general en la conformidad del diseño, la funcionalidad, la productividad y las estimaciones de coste. Con este modelo de diseño, se discuten los cambios que se sugieren para satisfacer estos requerimientos del producto entre los expertos de cada ámbito. El proceso de “vuelta atrás” se puede hacer cuantas

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veces sea necesario cuando un experto del equipo propone una sugerencia y con suerte, el diseño necesitará menos modificaciones en cada iteración hasta llegar finalmente al jefe del proyecto (Project leader) sin ninguna nueva sugerencia. El análisis cuidadoso y comprensible de la producción y del proceso de ensamblaje por todos los expertos, permiten los diseños factibles y permiten la predicción de la satisfacción del producto. El diseñador también puede concebir productos que conectan más estrechamente con los requisitos del departamento de marketing y las necesidades del cliente en aspectos como el uso, el precio, y la calidad. Mediante la IC también puede diseñarse la robustez en el sistema de fabricación. La robustez se refiere a la resistencia a variaciones imprevisibles o errores en la producción y en la función. La IC también permite la predicción del coste de la producción porque el producto y el proceso se deciden simultáneamente. Si el coste de la producción es excesivo, el producto se puede rediseñar para lograr un coste más bajo, posiblemente a través de un diseño más fabricable. Una vez se han hecho los planos de detalle, entonces el sistema de fabricación puede elaborarse. De esta forma, esencialmente, los procesos de fabricación son diseñados de forma paralela con el diseño del producto. Muchas compañías han adoptado la IC para el desarrollo de sus productos; otras, sin embargo, se enfrentan a dificultades llevando a cabo las técnicas de IC. Quizás el impedimento más importante al despliegue de IC es que requiere una nueva e innovadora gestión de los recursos humanos y un nuevo diseño organizativo. La inercia institucional y rigidez, la división de la autoridad directiva, el diseño estricto de los métodos de trabajo, los altos costes iniciales del cambio organizativo y el desconocimiento de los conceptos de IC son los principales obstáculos que deben superarse ante IC para que pueda volverse el paradigma dominante de fabricación. Organización interior La utilización de IC requiere nuevas formas de adaptación por parte del equipo dirigente de la compañía y cambios en la organización interna de la misma. El grado de estos cambios depende de un número diverso de factores como son: la sofisticación del producto, la capacidad organizacional, la disponibilidad de recursos, la importancia de un ciclo de vida de producto corto y el compromiso de la compañía al concepto de IC. Debido a estas variaciones, existen bastantes ejemplos de empresas en la forma que se han acercado a los conceptos de IC. El mínimo acercamiento al despliegue de IC requiere la interfaz entre los expertos participantes en el equipo de diseño a través de la interfaz electrónica y el uso de enlaces entre las fases diferentes de la producción. Para facilitar los flujos de información entre las diferentes áreas funcionales, se han desarrollado en gran manera los sistemas de información. El gran auge de las Tecnologías de la Información y la Comunicación han propiciado el desarrollo de esta nueva organización interna. Además de este canal de comunicación, una persona que actúa como un intermediario debe hacer las visitas periódicas a las diferentes áreas funcionales que componen el proceso de diseño de un producto. Esta persona realiza la función de procesar la información y sirve como canalizador de la comunicación de información entre los expertos de dichas áreas. Para realizar su tarea eficazmente, esta persona de enlace, normalmente un ingeniero, debe estar completamente familiarizado con los distintos aspectos de los procesos de

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la producción, y en la manera que se deben integrar mediante la IC. Esto incluye, como mínimo, el conocimiento necesario del diseño del producto y del proceso de fabricación del producto. No obstante, existe limitación esa este enfoque de la IC. La interfaz electrónica, aunque vital para la eficaz transmisión de información rutinaria, no es ningún suplente para la interacción física de los expertos de cada fase. El uso de la persona-enlace podría facilitar la transmisión más rutinaria de las especificaciones técnicas y requisitos pero, en el caso de la información no tan rutinaria y de tareas más sofisticadas, la información puede perderse entre las diferentes áreas funcionales durante la transmisión. Esto es porque el conocimiento de la fase del proceso de diseño y la capacidad de procesar la información del enlace es limitado. Como resultado, esta vía de cambio organizacional es la deseable para iniciar el camino hacia la IC y normalmente es la vía utilizada para evitar un profundo cambio organizacional. Un paso importante hacia la IC ha sido la utilización de equipos multidisciplinares. Como mínimo, el equipo consiste en un diseñador y un ingeniero de la rama industrial que trabajan juntos a lo largo del proceso entero. La frecuente interacción permite el injerto de ideas y técnicas y por lo tanto propicia la educación mutua de cada uno en el área del otro. Esto contribuye al perfeccionamiento de capacidades de todos los miembros del equipo y puede llevar a un aumento de la innovación. No obstante, facilitando la comunicación en gran manera entre los diferentes expertos, el enfoque del equipo multidisciplinar es sólo un paso del intermedio. El cambio organizacional es todavía mínimo. Aunque ellos participan en el mismo equipo multidisciplinar, los expertos de cada área ven normalmente el proceso de la producción a través del prisma de su propia especialización funcional. Cada miembro del equipo todavía está separado desde un punto de vista operacional. La rivalidad todavía podría levantarse porque “la lealtad” de los miembros del equipo es más grande hacia su departamento y, en segundo término, hacia el propio equipo. Finalmente, existe una redundancia a nivel de organización; los miembros del equipo son dirigidos por dos jerarquías, sus gerentes en los departamentos y sus coordinadores del equipo. Un acercamiento más integrador involucra un cambio estructural mayor en la organización interior de la compañía. El cambio significativo es la creación de una sola sección responsable para el producto y el proceso. La aproximación en un solo departamento permite la IC y la educación mutua a través del contacto diario. Cada miembro de este único departamento es consciente de los requisitos necesarios de todos los aspectos técnicos y no sólo de los propios de su campo funcional de especialización. Ingenieros con diferentes conocimientos técnicos pueden aprender a analizar los problemas a través de los ojos de otros ingenieros miembros del departamento. Los diseñadores, por ejemplo, pueden enterarse de la fabricabilidad y los problemas de ensamblaje que los ingenieros de la producción deben solucionar y, a su vez, los ingenieros de producción pueden volverse más receptivos en una orientación hacia al cliente tal como los diseñadores y los responsables del marketing demandan. La oportunidad para la experimentación innovadora y la sinergia tecnológica se aumenta grandemente a través de la fusión de información de las competencias heterogéneas de los miembros diferentes. La aproximación a un solo departamento también permite los contactos constantes con todos los otros miembros los cuales conllevan a un flujo de información sin interrupciones entre los diferentes módulos de la producción. Más específicamente, todos los miembros del equipo están sujetos a una sola jerarquía directiva uniforme. El alcance para los conflictos

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interdepartamentales así como el solapamiento de jurisdicciones se abrevian y por consiguiente son drásticamente reducidas. La evolución hacia una sola sección responsable para el producto y el proceso de la producción es un camino difícil para seguir para muchas compañías. El cambio organizacional implica un replanteamiento de la autoridad y del poder. Muchos gerentes están acostumbrados a ejercerlos para mantener su statu quo (estado de las cosas) y por tanto son reticentes a aceptar estos cambios. Debido al buen flujo de la información, puede haber una mayor iniciativa por parte del personal técnico y se puede reducir la necesidad de supervisiones y controles y consecuentemente existe la posibilidad que el número de posiciones directivos medios puede reducirse a través del despliegue de IC. Por consiguiente algunas compañías son reticentes a adoptar la ingeniería concurrente debido a que los riesgos y los costes de ajuste son grandes. No obstante, cada vez más las compañías van dándose cuenta que los organigramas divisionales tradicionales no llevan a la competitividad a largo plazo y que el éxito pasa por integrar formas de organización con una flexibilidad mayor para conseguir responder a las demandas del mercado. A continuación se citan algunos ejemplos [Shenas, 1994]. El automóvil Ford Taurus fue diseñado por una nueva aproximación radical en la industria automovilística basada en Ingeniería Concurrente. Más recientemente, BMW ha creado el Centro de Ingeniería de Investigación (Fiz Center) en Munich. Está construido de forma que ningún ingeniero tiene que caminar más de 150 metros para hablar con un colega. Según su gerente de la Investigación, Fiz ha permitido a BMW ser capaz de recortar su ciclo de desarrollo en dos años. Basado en el pensamiento similar, las nuevas plantas de Chrysler en Michigan son construidas para facilitar los flujos de información entre las fases diferentes de producción. El resultado de este proyecto es que el automóvil Viper, según Chrysler, ha sido desarrollado en sólo dos años. Aplicación de la IC al entorno empresarial y su adaptación. La IC tiene cuatro factores estructurales en la empresa susceptibles de aplicación, como son:

- La organización. - La infraestructura de comunicación y los procesos. - Los requisitos y los recursos. - El producto y su desarrollo o proceso.

Estos factores proporcionan un conjunto de áreas, procesos y actividades susceptibles de organizarse de a forma más eficaz para buscar la manera más eficiente de relacionar las actividades y procesos en el DDP. Esta combinación entre actividades y procesos se pueden analizar a través de las “dimensiones estratégicas” utilizadas en la IC, como:

- Estrategia de Integración. - Estrategia de estandarización. - Estrategia de paralelización.

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La paralelización conlleva acortar y optimizar el tiempo. El primer paso sería la comprobación de los tiempos flotantes en el desarrollo de DDP mediantes estudios de precedencia y dependencia de actividades. La estrategia de estandarización tiene por objeto obtener la economía de tiempo y coste, derivada de la especificación exhaustiva de los procedimientos de los procesos y de la información, así como de los productos y/o piezas. Y por último, la integración. Como se ha comentado en reiteradas ocasiones, la IC propicia la participación conjunta de todas las áreas organizativas de la empresa, por lo que esta estrategia requiere trabajo a nivel de grupos y deberá ser interdisciplinaria e integradora del pensamiento, comportamiento de los actores y de las funciones. A continuación se va a analizar cada uno de los factores estructurales en base a las dimensiones estratégicas y la aplicación de a IC. La organización En este factor cohabitan dos entidades funcionales como son los administradores (Project Leader) y los equipos de desarrollo del producto. Los primeros tienen que crear, autorizar y sostener los equipos cuyo número de miembros y disciplinas dependerán de la complejidad del producto. Los equipos de desarrollo tienen que suponer la autoridad y responsabilidad para sus decisiones de diseño y además, cada miembro tiene que comprometerse con las decisiones acordadas entre todos. Las tácticas a emplear para cada una de las dimensiones estratégicas en este factor se muestran a continuación,

- Paralelización o Unidades de proyecto autónomas y autárquicas. o Organización de equipos orientados a productos o subsistemas.

- Estandarización o Transferencia clara de información a otros equipos. o Flujo de trabajos integrados. o Estructura de proyecto uniforme.

- Integración o Disminución de las distancias de campos relacionados. o Los equipos de trabajo sustituyen al trabajo individual. o Definición de interfaces de modo que se minimice el número de la

misma. La infraestructura de comunicación y los procesos Disponer de una buena comunicación, así como de una infraestructura de comunicación posibilita que exista un vínculo de comunicación de ideas, especificaciones y procesos que faciliten a realimentación. En este factor son importantes,

- Los procesos para la creación de datos y productos. - La administración del soporte al proceso.

Seguidamente se muestran las estrategias de la IC aplicadas a este factor y desagregándolo en las dimensiones estratégicas.

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- Paralelización

o Máquinas y recursos diseñados para apalancar capacidades humanas, sistemas PDM.

o Transferencia de información por el principio de arrastre. - Estandarización

o Base de datos orientada a objetos. o Interfaces estandarizadas de las aplicaciones. o Implementación de estándares internacionales, normas de daos de

producto STEP. - Integración

o Plataformas integradas. o Herramientas para el trabajo en equipo (pizarras estándar y

electrónicas, videoconferencia, etc.) o Realimentación informacional.

Los requisitos y los recursos Este factor proviene de los requisitos del cliente, es decir, la organización tiene que determinar lo que un cliente le demande y garantizar su satisfacción. Este factor además, depende de total de clientes, la propia compañía y los requisitos de la industria para un producto concreto. Este factor de subdivide en,

- Recursos humanos. - Recursos físicos.

Para este factor se muestra el desglose de las dimensiones estratégicas,

- Paralelización o Flexibilización de los trabajos. o Comenzar los trabajos con información incompleta. o Desagregar el work-package buscando simultaneidad. o Utilizar la tecnología que propicie el work-flow, PDM. o Capacidad de comenzar trabajos simultáneamente con información

incompleta y realizarlos adecuadamente. - Estandarización

o Lenguaje común entre ingenieros, proveedores, clientes, etc. o Proceso de comunicación.

- Integración o Orientación de los grupos a la generalidad y no a la especialización. o Reducción de los intereses particulares, dotándose de capacidades de

resolución de problemas en grupo. o Poseer una metodología de diseño y desarrollo que facilite la

integración. El producto y su desarrollo o proceso Este factor se orienta a desarrollar librerías de componentes, cuyo objetivo principal es mejorar continuamente el proceso de desarrollo del producto y su proceso productivo. Este factor estructural se puede desagregar en dos,

- El producto.

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- El diseño y desarrollo. En referencia al primero de ellos y analizando las dimensiones estratégicas, se tiene que el producto se puede dividir en:

- Complejidad del producto. - Infraestructura de prototipado rápido. - Familia de productos.

En base a las dimensiones estratégicas sobre el producto,

- Paralelización o Modularización del producto para formar work-package.

- Estandarización o Definición integral de las interfaces entre módulos. o Construcción de sistemas unitarios.

- Integración o Creación de sistemas con proveedores. o Diseño con el entorno normalizado. o Creación de plataforma de productos. o Integración de procesos horizontal y verticalmente.

En cuanto al diseño y desarrollo, las dimensiones estratégicas se establecen:

- Paralelización o Separación de procesos independientes. o Identificación de procesos independientes. o Comienzo temprano de procesos y actividades, incluso con información

incompleta. - Estandarización

o Identificación de procesos repetidos. o Introducción de normas escritas para procesos repetidos. o Plantillas unificadas de tareas.

- Integración o Comunicación de arriba abajo y cara a cara. o Transparencia en los procesos relevantes para cada proceso.

2.6. El enfoque Desarrollo Integrado de Producto (IPD) En 1976, Fredy Olsson, de a Universidad de Lund (Suecia), expuso la primera formulación de la metodología del enfoque IPD (Integrated Product Develoment). Se puede considerar como la aplicación al producto de la metodología de la IC. Al idear un sistema o algunos de sus productos mediante la estrategia de a IC, surge la necesidad de realizar un desarrollo integrado de los mismos, así como de sus procesos de fabricación y producción. Esta estrategia desarrolla y potencia la coordinación de todas las actividades de ingeniería en las primeras fases de diseño, mejora la calidad de los productos, ajusta su precio y reduce los tiempos de entrega. Esta forma de trabajar implica a las actividades internas de la empresa, y también a clientes y suministradores. De esta manera, se refuerzan los valores del trabajo en equipo se asegura e intercambio constante de información y se optimiza el proceso sincronizado y consensuado de toma de decisiones.

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Para llevar a cabo una manera eficiente de ejecución, es necesario que se tengan en cuenta eficaces metodologías de diseño. Concretamente, las herramientas informáticas son indispensables en el contexto actual de la ingeniería de diseño. Este método muestra las diferentes dimensiones de un proyecto de producción, desde la identificación de la necesidad, hasta la introducción del producto en el mercado, en el que se consideran cuatro dimensiones:

- Comerciales (influencia de mercado). - Creativas (proceso de diseño). - Tecnológicas (proceso de producción). - Económicas (estrategia de empresa/situación financiera).

2.7. Tecnologías de la información aplicadas a la IC. Sistemas PDM y Normas de datos de productos STEP. Técnicas CAD, CAE, CAM Cada vez más hoy en día, las empresas están cambiando la tecnología del CAD-2D a sistemas CAD-3D, de modelado sólido y PDM. Esta circunstancia se debe a:

- La necesidad de mejorar la eficiencia operacional mediante innovación, calidad y time to market.

- Os avances en tecnología de la información, tecnología de ordenadores, sistemas operativos, Internet, Intranet, aplicaciones informáticas, videoconferencia, etc.

- El disponer de recursos humanos de elevada cualificación y motivación en las organizaciones industriales.

Uno de los sistemas de gestión de la información con mayor nivel de implantación es el sistema Product Data Management (PDM), Gestión de Datos del Producto. Sistemas PDM El PDM es una herramienta que almacena los datos de forma segura, permite un seguimiento del manejo de los datos durante el DDP, asiste a la gestión del proceso y da acceso controlado a todos los datos generados en los procesos anteriores, documentos de especificación, microfichas, notas, facturas de material, ensayos de piezas, etc. Es una herramienta que ayuda a controlar toda la documentación que se genera y que se necesita en el proceso de diseño, e incluso en todas las fases del ciclo de vida del producto, desde su concepción hasta el servicio post-venta. Al tratar la información de una forma centralizada y homogénea en cuanto a formato y soporte, se obtienen grandes beneficios en la gestión del proceso de diseño como por ejemplo:

- Elimina el proceso de búsqueda y recreación de datos perdidos o mal ubicados.

- Facilita la compartición de información dentro del grupo de trabajo. - Elimina el tiempo invertido en trabajar con datos desfasados. - Permite definir con una mayor exactitud el coste del producto. - Permite trabajar a equipos de trabajo dispersos geográficamente. - Reduce el tiempo de desarrollo.

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La creciente implantación de este tipo de herramientas en las oficinas técnicas radica en la generalización del empleo de herramientas CAD/CAM/CAE, programas de cálculo, tratamiento de texto y hojas de cálculo, entre otros. La gestión de la cada vez mayor cantidad de archivos electrónicos asociados al desarrollo de un proyecto puede hacerse inviable si no se dispone de una herramienta específicamente diseñada para ello como son los sistemas PDM. En la actualidad, se puede considerar este tipo de sistemas como una de las tecnologías fundamentales que permiten la implementación de una filosofía de diseño basada en el concepto de Ingeniería Concurrente. Estos sistemas sacan partido completo a los beneficios de las herramientas computerizadas que asisten al diseño y desarrollo. Se suele caer en el error de pensar que la implementación de sistemas CAD/CAM/CAE asegura una disminución del tiempo de desarrollo y fabricación del producto. Estas herramientas simplifican las tareas disminuyendo el tiempo de ejecución de las mismas, pero aparecen paralelamente otras, debido a la cantidad de datos que se generan y, por lo tanto, no son óptimas. Otros de los beneficios del PDM son,

- Todos los datos se almacenan relacionados y vinculados con otros afines. - La actualización de los datos en el sistema se realiza de forma simultánea,

permitiendo trabajar a todos los miembros del grupo con las últimas actualizaciones.

- La disponibilidad simultánea de los datos ayuda a la paralelización de los procesos y actividades.

El PDM es un sistema que permite disminuir el tiempo de desarrollo de la IC, mientras se mantiene el control de los datos y se distribuye automáticamente a quien los necesite y en el momento oportuno. Los datos son almacenados en un depósito seguro, donde serán controlados y registrados todos los cambios que se realicen, en este coexistirán la documentación e información actualizada y vigente además de los registros de las versiones anteriores. Las funciones básicas de un sistema PDM, considerando el término objeto como producto o documento gestionado por un PDM.

- Almacenamiento seguro de los documentos en una BD con acceso controlado. - Mecanismo para asociar los objetos con atributos. - Gestión de la evolución temporal de un objeto a través de revisiones

secuenciales. La evolución de los planos y otros diseños de objetos son capturados en forma de sucesivas revisiones.

- Gestión de variantes de un objeto. - Gestión de la inspección y de los procedimientos de promoción asociados a los

objetos. Se requieren chequeos y aprobaciones de los objetos antes de ser expuestos a su uso general.

- Gestión de las divisiones recursivas de los objetos en componentes más pequeños.

- Gestión de los cambios que afectan a objetos múltiples relacionados. Conjunto de objetos relacionados con uno único, ¿qué ocurre cuando este último se modifica?

- Gestión de las diferentes vistas o representaciones de un objeto. - Gestión de las múltiples representaciones de un documento. Por ejemplo,

diferentes formatos de un mismo archivo. - Herramientas de visualización.

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- Integración de herramientas. - Gestión de componentes y suministradores.

El término Gestión de la Configuración no debe ser confundido con configuración del producto o producto configurable, estos últimos términos se refieren al producto genérico que puede ser personalizado de acuerdo con las necesidades del cliente. Estándares PDM Estándar internacional para el intercambio de datos de producto, es conocido oficialmente como ISO 10303 y generalmente referido al estándar STEP. El objetivo es desarrollar un estándar para la representación de todos los datos relativos al producto. Todavía el efecto de este estándar en el campo del PDM es mínimo. Una gran porción del estándar STEP trata de la representación de datos geométricos. Desde el punto de vista de las herramientas PDM, interesa la parte de STEP que proporciona estructuras genéricas del producto. Parte todavía no desarrollada y que presenta algunas dificultades. STEP define modelos de datos para los distintos aspectos del producto, y estos modelos se definen mediante un lenguaje, el denominado EXPRESS. Este lenguaje puede ser utilizado para la construcción de un esquema de Base de Datos, que está formado por los tipos de objetos, sus relaciones, sus atributos y sus restricciones de validación. No se trata pues de un lenguaje de programación. Este lenguaje define clases de objetos denominadas entidades. EXPRESS representa la relación entre entidades con atributos de referencia. EXPRESS-G es una representación gráfica de esquemas definidos en EXPRESS. Puede representar entidades y sus atributos pero no puede representar reglas. Sirve para realizar una revisión incompleta pero comprensible del esquema, que deberá ser descrito en detalle con el lenguaje textual EXPRESS. Volviendo al estándar STEP, éste define protocolos de aplicación para intercambiar datos de producto entre aplicaciones. Son partes de STEP vinculadas a la estructura del producto, las partes 41 y 44, que se denominan “fundamentos de descripción del producto y soporte” y “configuración de la estructura del producto” respectivamente. Para ampliar información véase documentación adjunta. Técnicas CAD/CAM/CAE La integración de las herramientas CAD/CAM/CAE es necesaria para obtener el máximo aprovechamiento de las mimas y de las sinergias derivadas del modo en que éstas se integran en los entornos de IC. La elección de estos sistemas se ha de llevar a cabo de forma que garanticen su integración y facilidad de uso. Una de las formas en que se suelen estructurar las herramientas CAD/CAE/CAM es mediante una organización modular, como se muestra en la figura xx en torno a un sistema PDM.

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Las prestaciones que de un modo general pueden aportar a un entorno de IC los sistemas CAD/CAM/CAE son: En sistemas CAD, Computer Aided Design

- Modelado Geométrico: 2D/3D tanto alámbrico, superficial y sólido, paramétrico y variación.

- Dibujo Técnico: Realización de todo tipo de planos. - Técnica de Render soportando: luz, color, texturas, etc. - Animación y realidad virtual. - Intercambio de ficheros. - Diseño de feature CAD inteligente. - Base de datos gráficas y de propiedades tecnológicas: materiales, tolerancias

dimensionales y geométricas, acabados, etc. - Diseño Estético.

En sistemas CAE, Computer Aided Engineering

- Determinación de propiedades másicas como volumen, masa, centro de gravedad, momento de inercia, radio de giro, etc.

- Análisis estructural (lineal o no lineal). A fin de determinar la resistencia, rigidez, estabilidad de componentes mecánicos.

- Análisis cinemático y dinámico, a fin de determinar los movimientos y las fuerzas asociadas en mecanismos.

- Análisis térmico, en régimen estacionario y transitorio de fenómenos de conducción y radiación de calor, para predecir comportamiento frente a temperatura.

- Análisis tensional estático y dinámico.

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- Análisis reológico o de fluidos, de interés en la determinación del comportamiento de líquidos, gases y materiales viscosos dentro de conductos, cavidades y moldes.

- Análisis vibroacústico a fin de determinar las vibraciones libres de componentes, vibraciones debidas a acciones externas y estudios de resonancia.

- Análisis electrostático, magnetostático y electromagnético para el diseño de componentes con partes eléctricas o electrónicas.

- Análisis de choque, impactos, roturas, grandes deformaciones, para predecir el comportamiento de componentes en estado se servicio.

- Simulación de procesos, generación de moldes. - Simulación de procesos de fabricación, llegando a la fabricación virtual. - Mecanizado conformado de chapas metálicas, así como el correspondiente

análisis y validación de utillaje y fijaciones. Sistemas CAM, Computer Aided Manufacturing

- Herramientas de programación y control numérico. - Simulación de procesos de fabricación por control numérico. - Programación de Robots. - Programación de máquinas ATE. - Planificación, programación y control de la fabricación asistida por ordenador. - Mantenimiento asistido por ordenador. - Sistemas de prototipado rápido.

Profundizando algo más en cada uno de los sistemas, Sistemas CAD Es el uso de programas informáticos para crear representaciones gráficas de los objetos físicos en dos o tres dimensiones (2D o 3D). El software CAD puede ser especializado para aplicaciones específicas. El CAD es ampliamente utilizado en la animación por ordenador y en los efectos especiales en películas, publicidad, y otras aplicaciones donde el diseño gráfico en sí es el producto final. CAD también se utiliza para diseñar productos físicos en una amplia gama de industrias, donde el software realiza los cálculos para determinar la forma y tamaño óptimos para una variedad de productos y aplicaciones de diseño industrial. En el producto y el diseño industrial, el CAD se utiliza principalmente para la creación de modelos 3D detallados de sólidos o superficie, o dibujos en 2D basados en vectores de los componentes físicos. Sin embargo, el CAD también se utiliza en todo el proceso de ingeniería desde el diseño conceptual y el diseño de productos, a través de la potencia y el análisis dinámico de los ensamblajes, hasta la definición de los métodos de fabricación. Esto permite que un ingeniero tanto de forma interactiva como automática analizar variantes de diseño, para encontrar el diseño óptimo para la fabricación y reducir al mínimo el uso de prototipos físicos. Beneficios del CAD Entre los beneficios del CAD se incluyen menores costos de desarrollo de productos, mayor productividad, mejor calidad del producto y mejora del time to market.

- Una mejor visualización del producto final, subconjuntos y componentes en un sistema CAD acelera el proceso de diseño.

- El software CAD ofrece una mayor precisión, por lo que los errores se reducen.

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- Un sistema CAD proporciona más fácil, la documentación del diseño, incluida las geometrías y dimensiones, listas de materiales, etc.

- El software CAD ofrece fácil reutilización de los datos de diseño y las mejores prácticas.

En atención a las características del modelo a elaborar y sus prestaciones, los sistemas CAD se dividen en:

- Sistemas de modelado 2D/3D. - Sistemas de modelado alámbrico. Wireframe. - Sistemas de modelado de superficies. Surface Modelling. - Sistemas de modelado sólido o de volúmenes. Solid Modelling.

Un modelo CAD es una representación matemática de una forma geométrica almacenada en la memoria de la aplicación CAD en forma de algoritmos. Sistemas CAE Se pueden definir como una herramienta que permite resolver problemas de diseño, combinando información geométrica (modelos orientados a la ingeniería) con información funcional (modelos matemáticos del comportamiento del sistema), permitiendo un eficaz y eficiente análisis de ingeniería. Las herramientas CAE ayudan a los miembros del equipo de ingeniería a analizar, optimizar y documentar los diseños. La fase de diseño CAE se compone de las siguientes subfases,

- Modelado geométrico. - Análisis. - Síntesis del Diseño. - Documentación de análisis.

Estos sistemas se utilizan para simular el rendimiento, a fin de mejorar los diseños de productos o ayudar en la resolución de problemas de ingeniería. Esto incluye la simulación, validación y optimización de productos, procesos y herramientas de fabricación. Un proceso típico de CAE consta de pre-procesamiento, resolución de problemas, y las medidas post-procesamiento. En la fase de pre-procesamiento, los ingenieros modelan la geometría y las propiedades físicas del diseño, así como el medio ambiente en forma de cargas aplicadas o limitaciones. A continuación, el modelo se resuelve mediante una formulación matemática adecuada de la física subyacente. En la fase de post-procesamiento, los resultados se presentan al ingeniero para su revisión. Las aplicaciones CAE apoyan una amplia gama de disciplinas de ingeniería o fenómenos como:

- El estrés y el análisis de la dinámica de los componentes y ensamblajes utilizando análisis de elementos finitos (FEA)

- Análisis térmico y fluido con la dinámica de fluidos computacional (CFD) - Cinemática y análisis dinámico de mecanismos (dinámica de sistemas

multicuerpo) - Mecánica de simulación de eventos (MES) - Control de sistemas de análisis - Simulación de procesos de fabricación, como la fundición, moldes y prensas

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Beneficios del CAE Los beneficios de la CAE incluyen la reducción de costes y tiempo de desarrollo de productos, con la calidad del producto mejorada y durabilidad.

- Las decisiones de diseño se pueden hacer en función de su impacto en el rendimiento.

- Los diseños pueden ser evaluados y redefinidos mediante simulaciones por ordenador en lugar de ensayos de prototipos físicos, ahorrando tiempo y dinero.

- CAE puede ofrecer antes una perspectiva de rendimiento en el proceso de desarrollo, cuando los cambios de diseño son más baratos de hacer.

- CAE ayuda a los equipos de ingeniería a gestionar el riesgo y comprender las implicaciones del rendimiento de sus diseños.

- La gestión de datos CAE integrados y de procesos amplía la capacidad para aprovechar eficazmente las ideas de rendimiento y mejorar los diseños para una comunidad más amplia.

- La exposición de garantía se ve reducida al identificar y eliminar los problemas potenciales. Cuando está bien integrado en el desarrollo de productos y fabricación, CAE puede permitir la resolución del problema antes, ya que puede reducir drásticamente los costos asociados al ciclo de vida del producto.

Aplicaciones informáticas CAE Estos son algunos ejemplos de aplicaciones de software CAE: NX es una suite integrada, completamente asociativa, de aplicaciones CAD / CAM / CAE. Las aplicaciones de simulación de NX incluyen la simulación de movimiento dinámico, lineal y el análisis de tensión lineal, simulación de sistemas a nivel de rendimiento, respuesta dinámica de simulación, análisis de vibraciones, flujo de fluidos y análisis térmico, análisis de durabilidad, el análisis multi-físico, ingeniería y análisis de correlación test físico. NX Nastran es un programa análisis de elementos finitos, que analiza el estrés, la vibración, un fallo estructural /durabilidad, transferencia de calor, el ruido/ acústica y el aleteo / aeroelasticidad. Femap is a CAD-independent, Windows-native pre- and post-processor for advanced engineering FEA. It provides engineers and analysts with an FEA modeling solution to handle even the most complex tasks easily, accurately and affordably. Solid EdgeSimulation es una herramienta integrada FEA para ingenieros de diseño para validar diseños de piezas y montaje digital en el entorno de Solid Edge. Basado en la probada tecnología de modelado de Femap de elementos finitos, Solid EdgeSimulation reduce significativamente la necesidad de prototipos físicos, reduciendo así el material y los costos de las pruebas, mientras se ahorra en tiempo de diseño. Los siguientes componentes de software son utilizadas por los desarrolladores de software CAE como base para sus aplicaciones: The NX Nastran SDK es un kit de desarrollo de software que permite a los desarrolladores de software utilizar la potencia y las capacidades de NX Nastran en una gran variedad de entornos empresariales.

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Parasolid es el software 3D de modelado geométrico, que permite a los usuarios de los productos de Parasolid modelar piezas complejas y ensamblajes. Se utiliza como motor de la geometría en cientos de diferentes CAD, CAM y CAE. D-CubedComponents D-Cubed Componentes son seis bibliotecas de software que pueden ser autorizadas por los desarrolladores de software para la integración en sus productos. Las capacidades que ofrecen incluyen dibujo paramétrico, diseño de piezas y ensamblajes, simulación de movimiento, detección de colisiones, medición y visualización de líneas ocultas. Análisis o método por Elementos Finitos Uno de los métodos de análisis más utilizado es el método por elementos finitos. Es un método numérico para resolver las ecuaciones diferenciales que modelan un sistema continuo. Los principios teóricos provienen del cálculo de variaciones, teoremas de energía, principios de elasticidad y otros modelos de la física e ingeniería. Es un potente método para calcular la solución numérica de problemas de análisis de tensiones, transferencia de calor, flujo de fluidos, campos eléctricos y muchas otras áreas. Se pretenden analizar los puntos del modelo geométrico según dos tipos de análisis,

- Lineales y no lineales. - Estáticos, dinámicos, de fatiga y problemas de campo.

Actualmente existen en el mercado un gran número de aplicaciones informáticas que permiten desarrollar estas tareas de forma gráfica interactiva. Para llevar a cabo un análisis estructural por elementos finitos se han de seguir los siguientes pasos,

- Preprocesado o Identificar y formular el problema, su geometría, propiedades de los

materiales, y decidir si puede ser discretizado con la aplicación de elementos finitos.

o Definir la geometría del problema usando un sistema CAD o modelador geométrico.

o Determinar la geometría y realizar el mallado. o Aplicar las condiciones de contorno, es decir, restricciones a modelo de

elementos finitos. - Procesado

o Efectuar el cálculo por el método de elementos finitos. - Posprocesado

o Analizar el modelo de elementos finitos. o Representar, interpretar y evaluar gráfica y numéricamente el resultado.

Si el resultado no es el esperado, se procede a una rectificación del modelo en la fase de preprocesado y realizar su comprobación posterior con la ejecución de las siguientes fases. Sistemas CAM La fabricación asistida por ordenador (CAM) comúnmente se refiere al uso del control numérico (NC), son las aplicaciones informáticas para crear instrucciones detalladas (G-código) que lleven a las herramientas de unidad de control numérico (CNC), a la

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fabricación de piezas. Los fabricantes de muchas industrias dependen de las capacidades de CAM para producir piezas de alta calidad. La combinación CAD/CAM permite la transferencia de información dentro de la etapa de diseño a la etapa de planificación para la fabricación de un producto, sin necesidad de volver a capturar en forma manual los datos sobre la geometría de la pieza. La base de datos que se desarrolla durante el CAD es almacenada; posteriormente ésta es procesada por el CAM, para obtener los datos y las instrucciones necesarias para operar y controlar la maquinaria de producción, el equipo de manejo de materiales y las pruebas e inspecciones automatizadas para establecer la calidad del producto. El CAM ofrece ventajas significativas con respecto a los métodos más tradicionales de controlar equipos de fabricación con ordenadores en lugar de hacerlo con operadores humanos. Por lo general, los equipos CAM conllevan la eliminación de los errores del operador y la reducción de los costes de mano de obra. Sin embargo, la precisión constante y el uso óptimo previsto del equipo representan ventajas aún mayores. Por ejemplo, las cuchillas y herramientas de corte se desgastarán más lentamente y se estropearían con menos frecuencia, lo que reduciría todavía más los costes de fabricación. Frente a este ahorro pueden aducirse los mayores costes de bienes de capital o las posibles implicaciones sociales de mantener la productividad con una reducción de la fuerza de trabajo. Los equipos CAM se basan en una serie de códigos numéricos, almacenados en archivos informáticos, para controlar las tareas de fabricación. Este Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos especiales y de la geometría de formas de los componentes, creando archivos informáticos especializados o programas de piezas. La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran medida, se realiza hoy día por software informático especial que crea el vínculo entre los sistemas CAD y CAM. Se considera control numérico (CNC) a todo dispositivo capaz de dirigir posicionamientos de un órgano mecánico móvil (herramienta), en el que las órdenes relativas a los desplazamientos del móvil son elaboradas en forma totalmente automática a partir de informaciones numéricas definidas, bien manualmente o por medio de un programa. Una función de CAD/CAM importante en operaciones de fabricación, es la posibilidad de describir la trayectoria y control de velocidad de la herramienta para diversas operaciones, como por ejemplo torneado, fresado y taladrado con control numérico. Las instrucciones o programas se generan en computadora, y pueden ser modificados por el programador para optimizar la trayectoria de las herramientas. El ingeniero o el técnico pueden entonces mostrar y comprobar visualmente si la trayectoria tiene posibles colisiones con prensas, soportes u otros objetos. Algunos ejemplos de CAM son: el fresado programado por control numérico, la realización de taladros en circuitos automáticamente por un robot, soldadura automática de componentes SMD en una planta de ensamblaje. Beneficios del CAM Los beneficios de la CAM incluyen un plan de producción bien definido que ofrece los resultados esperados en la producción.

- Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización de una gama completa de equipos de producción, incluidos los de alta velocidad, 5 ejes, de múltiples

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funciones y las máquinas de torneado, mecanizado de descarga eléctrica (EDM) y equipo de inspección de CMM.

- Los sistemas CAM pueden ayudar en la creación, verificación y optimización de programas NC para la productividad de mecanizado óptimo, así como automatizar la creación de la documentación.

- Los sistemas avanzados CAM con la integración de la gestión del ciclo de vida del producto (PLM), pueden proporcionar servicios de planificación de fabricación y de producción con los datos y gestión de procesos para asegurar el uso correcto de los datos y los recursos estándar.

- Los sistemas CAM y PLM se pueden integrar con los sistemas DNC para la entrega y gestión de archivos para máquinas CNC en el taller.

Aplicaciones informáticas CAM Estos son algunos ejemplos de aplicaciones de software CAM: NX CAM and CAM Express permiten a los programadores NC maximizar el valor de sus inversiones de sus máquinas herramientas de la forma más eficiente. NX CAM ofrece toda la gama de funciones para hacer frente a la superficie de mecanizado de alta velocidad y el mecanizado de 5 ejes. CAM Express ofrece una potente programación NC con un bajo coste total de propiedad. NX Tooling and Fixture Design offers ofrece un conjunto de aplicaciones automatizadas para el moldeado y el diseño de troqueles, herramientas de diseño del muebles y otros procesos construidos sobre una base de conocimiento de la industria y las mejores prácticas. Tecnomatix Part Planning and Validation permite que los ingenieros de fabricación, programadores NC, los diseñadores de herramientas, y gerentes trabajar juntos para definir y validar el proceso de fabricación de piezas en formato digital. Ellos pueden compartir bibliotecas de herramientas y recursos, y conectar el plan de datos directamente a la planta así como DNC y herramienta de gestión. Los siguientes componentes de software son utilizados por los desarrolladores de software CAM como base para sus aplicaciones: Parasolid es el software 3D de modelado geométrico, que permite a los usuarios de los productos de Parasolid modelar piezas complejas y ensamblajes. Se utiliza como motor de la geometría en cientos de diferentes CAD, CAM y CAE. D-Cubed Components son seis bibliotecas de software que pueden ser autorizadas por los desarrolladores de software para la integración en sus productos. Las capacidades que ofrecen incluyen dibujo paramétrico, diseño de piezas y ensamblajes, simulación de movimiento, detección de colisiones, la medición y despacho de la visualización. Implementación de un sistemas CAD/CAM/CAE Ventajas:

- Aumento de la competitividad. - Reducción del coste de diseño y producción. - Aumento de la productividad en la realización del dibujo. - Incremento de la flexibilidad en la empresa. - Mejora de la calidad del producto.

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- Mejora del entorno del trabajo. - Reducción del tiempo de diseño y desarrollo. - Automatización de tareas del proceso de diseño. - Sinergias derivadas de los flujos de información. - Utilización más eficiente de las capacidades de diseño. - Homogenización de la tecnología. - Documentación del diseño más precisa. - Mayor facilidad de actualización de los documentos y gestión de la

configuración. En cuanto a los inconvenientes,

- Altos costes de adquisición. - Falta de aplicaciones informáticas adecuadas. - Estructura inadecuada de la empresa. - Sistema de producción inadecuado a su incorporación. - Requerimientos de cualificación del personal.