Tehnologii si practici moderne în proiectarea produselor complexe

Statistici realizate în ultimii trei ani arata ca primii doi producatori care lanseaza un produs nou acapareaza 80% din piata. Aceasta constatare explica preocuparea producatorilor pentru scurtarea ciclului de fabricatie, reducerea costurilor si cresterea calitatii produselor prin optimizarea proceselor în ansamblul lor: proiectare, fabricatie si distributie.

Time-to-market a devenit un indice de performanta pentru majoritatea industriilor:

• 18-24 de luni pentru lansarea unui model nou de autoturism,
• 5-8 ani pentru lansarea unui nou model de aeronava,
• 4-6 luni pentru lansarea unui nou model de calculator, etc.

Pentru a lansa rapid produse noi pe piata, fabricantii de produse complexe - avioane, autoturisme, material rulant, echipamente si instalatii - acorda o atentie deosebita proceselor de inginerie, deoarece:

• ciclul de proiectare este lung,
• calitatea produsului este definita în etapele de proiectare,
• peste 75% costul produsului este angajat în fazele de proiectare.

Capacitatea unui producator de a raspunde rapid cerintelor pietei a devenit principalul factor critic de succes, fiind mult mai important decât existenta unei capacitati mari de prelucrare, a fortei de lucru ieftine, sau a unor dotari tehnologice de exceptie.

Asistam la transformari majore în modul în care sunt organizate activitatile de inginerie, în sistemul de relatii dintre compartimentele si specialitatile care concura la realizarea produsului, în modul în care fondul de cunostinte ingineresti este captat si reutilizat, în sistemul de relatii dintre producatori si furnizorii de produse - componente si subsisteme - si servicii si, nu în ultimul rând, în capabilitatile de comunicare si dotarile cu tehnologii informatice.

Într-un mediu economic din ce în ce mai deschis, nici un producator nu mai poate conta pe piete captive. Competitia a devenit un mod de viata, iar lupta pentru crestere si profit obliga producatorii sa implementeze noi practici si tehnologii care sa le asigure avantaj competitiv.

În functie de momentul în care practici si tehnologii noi sunt adoptate, producatorii se diferentiaza în:

• pionieri
• urmaritori
• vulnerabili

Pionierii se caracterizeaza prin viziune si capacitate de executie. Ei sunt primii care sesizeaza impactul tehnologiilor asupra competitivitatii companiilor lor si definesc si implementeaza în mod pro-activ practici si tehnologii avansate.

Pionierii sunt cei care câstiga maxim de avantaj competitiv prin introducerea de noi practici si tehnologii.

Urmaritorii sunt cei care adopta practici si tehnologii avansate la un anumit interval de timp de la aparitia acestora. Ei câstiga mai mult sau mai putin avantaj competitiv, în functie de momentul în care decid sa adopte respectivele practici si tehnologii si în functie de calitatea si consistenta modului în care acestea sunt implementate.

Evident, implementarea prea târzie, sau în mod defectuos a unor practici poate sa nu aduca nici un element de avantaj competitiv. Este cazul acelor companii care minimizeaza impactul practicilor si tehnologiilor avansate si nu aloca la timp resursele necesare. Aceste companii sunt vulnerabile si în scurt timp dispar de pe piata, fie înghitite de competitie fie prin faliment.

Pentru a se mentine competitiva, orice companie trebuie sa deruleze în paralel mai multe proiecte vizând introducerea practicilor si tehnologiilor moderne. Aceste proiecte trebuie permanent sincronizate, având în vedere evolutia extrem de rapida a tehnologiilor informatice în raport cu capacitatea de restructurare si absorbtie a organizatiilor mari de inginerie.

Pentru exemplificare, în cele ce urmeaza ma voi referi la câteva practici si tehnologii în proiectarea produselor complexe, la dinamica lor si la impactul asupra organizatiilor de inginerie.

Practica de proiectare bazata pe Prototip digital - DMU: Digital Mock-Up - s-a nascut la jumatatea anilor '80, când modelarea solida a devenit suficient de performanta si rapida, ca un numar din ce în ce mai mare de companii sa decida trecerea de la modul traditional de proiectare în 2D la proiectare integral sau preponderent în 3D. În acelasi timp, un numar restrâns de companii au experimentat ideea de a grupa mai multe modele reprezentate în solizi pentru a crea ansamble mici sau subansamble.

Fara a constientiza inovatia, la acea vreme se nastea un nou concept: Ingineria concurenta.

Au mai fost necesari câtiva ani buni pentru ca acest concept sa fie acceptat ca practica în industrie, asa cum îl stim azi.

Tot în acea perioada, Boeing Aircraft Corporation a început sa investigheze piata sistemelor CAD pentru a decide sistemul urmatorilor ani, cu care sa poata beneficia de avantajele noii tehnologii. Dupa mai multe proiecte mici utilizând noul sistem, Boeing a anuntat public ca noua aeronava, modelul 777, va fi integral proiectata în tehnica de modelare solida si ca întreg produsul va fi simulat în asamblare în mediu digital.

Asa s-a nascut Prototipul digital!

Este posibil ca Boeing sa nu fi fost prima companie care a încercat acest mod de utilizare a tehnologiei informatice, dar au fost primii care au anuntat public intentia de a o utiliza, iar ulterior au comunicat rezultatele obtinute.

Amploarea efectelor economice generate de noua practica:

• eliminarea prototipului fizic,
• reducerea costurilor de executie,
• cresterea calitatii produsului,
• reducerea ciclului de lansare a produsului pe piata, au atras atentia companiilor de talie mare, în special a celor din aviatie si a furnizorilor de sisteme CAD/CAM .

Ca o consecinta, practica Prototip digital a fost imediat acceptata de industria aeronautica, iar producatorii de sisteme CAD/CAM au adoptat aceasta noua tehnologie si au oferit-o imediat pe piata.

Desi prototipul fizic este mai putin costisitor în industria de autovehicule, comparat cu costul prototipului fizic în aviatie, cererea de reducere a ciclului de dezvoltare a autovehiculelor, în anii '90, a gasit un raspuns în practica Prototipului digital, deja generalizata în industria aerospatiala.

Anul 1994 a marcat începutul implementarii pe scara larga a practicii de prototipizare digitala în ingineria autovehiculelor: Chrysler Corporation, Volovo si BMW decid sa treaca la definitia 100% digitala a produselor.

În 1996, Volkswagen, FIAT si Daewoo au decis adoptarea practicii de prototipizare digitala si au pornit implementarea ei prin alinierea proceselor si a organizatiei în linie cu cerintele noului concept.

Destinat initial reducerii costurilor cu prototipul fizic în industria aeronautica, practica de Prototipizare digitala s-a dovedit a aduce beneficii suplimentare prin modul în care faciliteaza lucrul în echipa. Aceasta deoarece prototipul digital nu este o simpla imagine digitala plasata într-un loc anume, asa cum este prototipul fizic. Prototipul digital poate fi accesat de pe orice ecran de statie grafica, indiferent de momentul sau locul în care proiectantii au nevoie de o imagine actualizata a rezultatelor activitatii colective de proiectare.

Prototipul digital permite simularea lucrului colectiv, chiar daca proiectantii nu se afla în aceeasi locatie geografica.

O noua practica avea sa se nasca, pornind de la Prototipul digital, de data aceasta în industria de autovehicule: Localizarea virtuala.

Utilizând tehnici de comunicare (Internet), instrumente de navigare prin baze largi de date, (Product Data Management) si tehnici de comunicare între grupuri (tele-conferinte), vom vedea producatorii integrând activitatile de proiectare si inginerie si extinzând masiv conceptul de inginerie concurenta si practica Prototip digital asupra lantului de furnizori, în urmatorii doi-trei ani.

David Burdick, analist la Gartner Group, defineste acest nou val de tehnologie (CAPE II) în raportul intitulat: Extending Engineering Competitiveness Across the Supply Chain.

Localizarea virtuala

Pe masura ce companiile moderne si-au schimbat structurile, s-a dezvoltat rapid cerinta de a gestiona o diversitate mare de date tehnice, definite si utilizate de multiple specialitati, lucrând în comun pe acelasi reper, sau colectiv pentru definirea ansamblelor complexe.

În special în industria de autovehicule, echipele de proiectare sunt în locatii diferite, sau chiar în companii diferite.

Pentru a raspunde acestei cerinte, s-au dezvoltat instrumente capabile sa identifice componente sau subansamble nu numai prin nume ci si prin disciplina inginereasca implicata (sasiu, motor, instalatii electrice), sau zona de lucru (baia de ulei, carcasa cutiei de viteze).

Studii recente privind utilizarea practicilor si tehnologiilor bazate pe Prototip digital au demonstrat ca:

• regasirea informatiei este de 25 de ori mai rapida în acest mediu în comparatie cu mediile de tip CAD centrate pe functii de modelare,

atunci când aceste instrumente nu au fost utilizate, pachete de date cum ar fi subansamblele au fost numai 60% complete, iar în 22% din cazuri proiectele contineau erori.

Aceste rezultate demonstreaza clar ca prototipizarea digitala genereaza efecte economice considerabile, prin:

• reducerea ciclului de proiectare,
• cresterea calitatii,
• reducerea costurilor,
• atunci când este aplicata la proiecte de scara mare.

Deoarece tehnologia informatica permite accesul facil la informatie oricarui participant la procesele de proiectare, proiectantii responsabili cu detalierea produsului si întocmirea specificatiilor nu mai pierd timpul cu regasirea informatiei necesare activitatii lor. Ei sunt siguri ca informatiile pe care le extrag din prototipul digital sunt actuale si corecte.

Dar cel mai important beneficiu pentru acestia consta în faptul ca ei proiecteaza în context.

Mediul de inginerie în care proiectantii lucreaza reprezinta stadiul de proiectare atins de colegii lor pâna la acel moment, indiferent de amplasamentul acestora, si este utilizat ca geometrie de referinta pentru definirea propriilor parti.

De exemplu, inginerii proiectanti de panouri de caroserie (Body in White) proiecteaza chesoanele si panourile interioare direct pe, si asociativ cu geometria exterioara creata în alta divizie de stilisti.

Geometria panourilor se actualizeaza ori de câte ori geometria exterioara se modifica, pastrând toate regulile dupa care aceasta a fost construita.

Rezultatul este în mod nativ lipsit de erori cum ar fi coliziunile între componente, iar departamentul de analiza a ansamblului caroserie, care în mod uzual aloca un timp semnificativ acestor verificari, îsi poate concentra resursele spre activitati cu plusvaloare ridicata cum ar fi optimizarea structurii autovehiculului.

Tehnicile de prototipizare digitala combinate cu instrumente de comunicare ca Internet, permit membrilor echipelor de proiectare sa acceseze informatii actuale, complete si corecte relative la definitia produsului, în orice moment si din orice loc.

Aceasta este în fapt adevarata revolutie generata de prototipizarea digitala, pe lânga economiile pe care le aduce eliminarea prototipului fizic. Ea se potriveste perfect cu tendinta de globalizare a eforturilor de inginerie si cu cea de integrare a furnizorilor, a aprovizionarii si a service-ului, înca din primele stadii de conceptie ale unui produs nou.

Tehnologia de Localizare virtuala este disponibila pe piata. Producatorii se vor diferentia prin capacitatea lor de a implementa cât mai curând si în mod consecvent acest concept si prin modul în care se pregatesc pentru urmatorul val de tehnologie: Fabricatia virtuala.

Sunt oare Prototipul digital si Localizarea virtuala cele mai avansate practici în inginerie?

Evident, nu!

Si aceasta deoarece industria continua procesul sau inovativ, iar companiile care au implementat cu succes Prototipul digital si/sau Localizarea virtuala, au început deja activitati de pionierat în ceea ce va reprezenta urmatorul val tehnologic: Fabricatia virtuala.

Sunt multe limitari datorate tehnologiei de fabricatie care pot fi considerate înca din primele etape de definire a prototipului digital. Cu toate acestea, un aspect esential nu a fost tratat în cadrul prototipului digital, atâta timp cât fabricatia a fost privita ca o succesiune de operatii si nu ca proces.

Studii efectuate de universitati europene si japoneze si studii sponsorizate de Uniunea Europeana au relevat la început câteva observatii de baza:

1. în orice mediu de fabricatie a produselor complexe, proiectantii adopta decizii referitoare la produs în etapele de definire a acestuia;
2. fiecare decizie de proiectare reprezinta o parte din costul total al programului;
3. costul total este compus din cheltuieli care se vor materializa în procesul de fabricatie a produsului;
4. cele mai mari costuri apar în procesul de asamblare a produsului complex;
5. fiecare decizie de proiectare eronata identificata pe linia de asamblare

afecteaza:

• costul unitar,
• imobilizarea de capital,
• gradul de utilizarea SDV-urilor si a echipamentelor speciale,
• viteza si acceleratia liniei de asamblare.

Marea dificultate în procesul de proiectare consta în inexistenta unor mijloace si/sau metode de evaluare a consecintelor unei alternative de proiectare asupra costurilor procesului de fabricatie.

Un punct important pe curba îl reprezinta cel în care proiectul este "înghetat", adica nu mai sufera modificari ulterioare. În acest punct, s-a estimat ca peste 75% din costul total al proiectului a fost deja angajat prin deciziile proiectantilor.

Firesc, prima întrebare este: cum poate fi simulat procesul de fabricatie pentru fiecare din alternativele de proiectare?

Acesta este în fapt rolul sistemelor de Fabricatie virtuala!

În timp ce Prototipul digital îsi are originea în industria aeronautica, fiind ulterior adoptat de producatorii de autovehicule, Fabricatia virtuala îsi are originea în industria de autovehicule si, mai exact, a aparut odata cu initiativa Corporatiei Chrysler de a identifica urmatoarea resursa de scurtare a ciclului de lansare a produsului nou, în colaborare cu Dassault Systemes.

Proiectul, denumit <<DMAPS - Digital Manufacturing - Assembly Process Simulation>>, a fost ulterior aplicat si în industria aeronautica.

Fabricatia virtuala are la baza un model de proces de fabricatie computerizat, cu urmatoarele caracteristici:

• este asociat cu definitia produsului (cu prototipul digital), ceea ce înseamna ca fiecare operatie în procesul de fabricatie este legata de un reper din produs;
• este o definire logica a procesului, cu reprezentarea grafica a fluxurilor de fabricatie, a diverselor componente ale produsului si a operatiilor necesare asamblarii componentelor (gaurire, manipulare cu roboti, transfer, etc.); aceste operatii sunt selectate dintr-un catalog cu operatii pre-definite si reprezinta experienta tehnologica a producatorului;
• este o definire fizica a procesului, care ia în calcul disponibilitatea resurselor de productie în companie, sau necesare pentru a fabrica un anumit produs; aceasta reprezentare fizica permite realizarea unor analize de tip what-if- pe prototipul digital; daca o decizie de proiectare necesita un anume mijloc de fabricatie care nu este disponibil în cadrul companiei (de exemplu: nu sunt suficienti roboti disponibili), acest lucru trebuie cunoscut; decizia de proiectare îsi va urma cursul daca se justifica achizitionarea respectivului mijloc de fabricatie, sau alta varianta de proiectare va fi analizata daca costurile cu noua resursa de fabricatie sunt prea mari;
• este o definitie dinamica a procesului care permite simularea fluxului de fabricatie si analiza imobilizarilor în cazul în care o anumita capacitate de fabricatie devine indisponibila; este posibila astfel analiza factorilor de risc si minimizarea imobilizarii liniilor de fabricatie.

Toate aceste capabilitati permit doua mari îmbunatatiri ale proceselor:

Deoarece procesele de fabricatie sunt simulate înca din primele etape de proiectare constructiva, deciziile de proiectare vor considera costurile de realizare asociate. În acest fel, costurile angajate de proiectanti vor fi bine fundamentate, iar definitia produsului va corespunde costurilor minime de realizare.

Deoarece procesul de fabricatie este asociat definitiilor produsului, acesta poate fi continuu actualizat pentru a considera toate modificarile sau definitiile noi introduse în produs. Când porneste productia, planificarea este deja efectuata si validata prin considerarea resurselor disponibile înca din fazele de simulare. Daca au fost luate decizii de proiectare care necesita investitii, acestea sunt cunoscute si pot fi achizitionate din timp. Se reduce astfel ciclul de accelerare a liniilor de fabricatie.

Utilizând aceasta tehnologie, Chrysler a scurtat perioada de lansare în fabricatie a modelelor noi cu 20%, a redus costurile de fabricatie si a stabilizat mai rapid procesul de asamblare a autoturismelor.

Concluzii

Avantajele Prototipului digital, ale Localizarii Virtuale si ale Fabricatiei Virtuale sunt evidente pentru producatori.

Conceptul Prototip digital opereaza în industriile de vârf si fiecare sistem profesional de proiectare asistata trebuie sa ofere aceasta functionalitate daca vizeaza segmentul de piata orientat proces: companiile mari.

Numai câteva companii din industria de autovehicule experimenteaza deja urmatorul val de tehnologie: Fabricatia virtuala.

În calitate de furnizori de tehnologie, dar în special în calitate de parteneri pentru industria aerospatiala si industria de autovehicule, IBM si Dassault Systemes au determinat aceste transformari împreuna cu organizatii mari de inginerie.

Experienta astfel acumulata se regaseste în aplicatia CATIA, lider pe piata solutiilor CAPE pentru companii mari, în anul 1997 (conform raportului Gartner Group: CAPE 1997 Year în Review din data de 21 ianuarie 1998).

Aplicatia este disponibila pentru toate companiile care doresc o evolutie similara.

IBM si Dassault Systemes dispun de consultanti cu experienta, capabili sa realizeze aceasta transformare în conditii de risc minim.

(C) Copyright Computer Press Agora