estado del arte mecanica

Captulo5Estadodelarte.

FundamentosdelKBE(KnowledgeBasedEngineering) AplicacinaldiseodeengranajescilndricosconCatiav5 155

CAPTULO 5

ESTADO DEL ARTE



5.1. INTRODUCCION Despus de explicar los sistemas que componen el KBE entramos en el estado del arte. En este captulo se hace una relacin de los artculos que hablan sobre el KBE donde se har una taxonoma clasificndolos. En el anexo B de este proyecto se encuentran listados. Tambin se explican tres de ellos para ilustrar el funcionamiento del KBE en distintas aplicaciones. Los dos primeros funcionan con Catia desarrollando productos de la misma forma este proyecto desarrollar los engranajes de ejes paralelos. 5.2. TAXONOMA

Se clasificar el estado del arte de la siguiente forma: 5.2.1. Generalidades del KBE

5.2.2. Aplicaciones del KBE

5.2.2.1. KBE aplicado a la aeronutica 5.2.2.2. KBE aplicado a la automocin 5.2.2.3. KBE aplicado a procesos de estampacin 5.2.2.4. KBE aplicado al clculo por medio de Elementos Finitos

(FEM) 5.2.2.5. KBE aplicado a la extrusin de metales 5.2.2.6. KBE aplicado a estructuras de acero 5.2.2.7. KBE aplicado a la ingeniera elctrica 5.2.2.8. KBE aplicado a la medicina 5.2.2.9. KBE aplicado a la industria del mueble 5.2.2.10. KBE aplicado a la industria del plstico

5.2.3. Uso especfico de Catia 5.2.4. Uso especfico de Icad 5.2.5. Uso especfico de MOKA

5.2.1. Generalidades del KBE En este apartado se puede ver las caractersticas generales del KBE, cuales son sus principales componentes y las soluciones que puede aportar a la industria, planteando las ventajas propias de esta tecnologa.

4. Utilising enterprise knowledge with knowledge-based engineering Chapman, C., Preston, S., Pinfold, M., Smith, G. International Journal of Computer Applications in Technology 28 (2-3), pp. 169-179, 2007



7. Object-oriented hybrid intelligent CAD system Zeiler, W. Computers in Industry 20 (1), pp. 1-9 1992 8. Structural design using intelligent objects Payne, P.N. Artificial Intelligence Techniques and Applications for Civil and Structural Engineers, pp. 177-186 1989 9. A knowledge-based system engineering process for obtaining engineering design solutions Prasad, B., Rogers, J. Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference - DETC2005 3 A, pp. 477-488 2005 11. 25 times faster on smart models Van Der Laan, A.H., Van Tooren, M.L.J. Manufacturing Computer Solutions 11 (8), pp. 22 2005 12. Knowledge-based techniques for developing engineering applications in the 21st century Cooper, D., LaRocca, G. Collection of Technical Papers - 7th AIAA Aviation Technology, Integration, and Operations Conference 1, pp. 146-167 2007 17. Distributed product design and manufacturing based on KBE Mendikoa, I., Sorli, M., Barbero, J.I., Carrillo, A. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics) 3865 LNCS, pp. 404-413 2006 23. Integrate topology/shape/size optimization into upfront automotive component design Chen, C.-J., Young, C. Collection of Technical Papers - 10th AIAA/ISSMO Multidisciplinary Analysis and Optimization Conference 5, pp. 3252-3259 2004



33. Knowledge-based engineering in concurrent engineering automation Chern, J.-H. Applications of Artificial Intelligence in Engineering, pp. 289-302 1992 34. Application of MOKA methodology in generative model creation using CATIA Skarka, W. Engineering Applications of Artificial Intelligence 20 (5), pp. 677-690 2007 35. Expert system methodology and applications-a decade review from 1995 to 2004 Shu-Hsien Liao Expert System with Applications 28 (2005), pp 93-103 2005 36. Intelligent computer-aided design systems: past 20 years and future 20 years Tetsuo Tomiyama Artificial Intelligence Design, Analysis and Manufacturing (2007), 21, pp. 27-29. 2007

5.2.2. Aplicaciones del KBE El KBE ha supuesto un adelanto para las distintas ramas de la industria, aqu se deja ver su influencia en algunas de ellas.

5.2.2.1. KBE aplicado a la aeronutica Es la industria aeronutica donde el KBE tiene ms arraigo, se pueden encontrar muchos artculos relacionados con esta industria para optimizar costes y mejorar la calidad en la fabricacin de componentes de aeroplanos que sufren muchos cambios dependiendo de las solicitaciones de la aplicacin.

1. A knowledge-based engineering tool to estimate cost and weight of composite aerospace structures at the conceptual stage of the design process Choi, J.-W., Kelly, D., Raju, J. Aircraft Engineering and Aerospace Technology 79 (5), pp. 459-468 2007



2. Application of a knowledge-based engineering system for weight and cost estimation to composite aerospace structures Choi, J.-W., Kelly, D.W., Raju, J. International SAMPE Symposium and Exhibition (Proceedings) 51 2006 3. Knowledge-based engineering system to estimate manufacturing cost for composite structures Choi, J.W., Kelly, D., Raju, J., Reidsema, C. Journal of Aircraft 42 (6), pp. 1396-1402 2005 10. Parametric modeling of movables for structural analysis Van Der Laan, A.H., Van Tooren, M.L.J. Collection of Technical Papers - AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference 5, pp. 3600-3610 2004 16. Process examination system of aircraft sheet metal parts based on KBE Ao, Y., Wan, M., Li, X. Beijing Hangkong Hangtian Daxue Xuebao/Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics 32 (9), pp. 1096-1099 2006 21. Functional product life-cycle simulation model for cost estimation in conceptual design of jet engine components Sandberg, M., Boart, P., Larsson, T. Concurrent Engineering Research and Applications 13 (4), pp. 331-342 2005 27. Influences of KBE on the aircraft brake industry Liening, Ansgar, Blount, Gordon N. Aircraft Engineering and Aerospace Technology 70 (6), pp. 439-444 1998 29. Knowledge-based geometric modelling of aircraft structures Bates, J.P., Morris, A.J., Payne, P.N. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering 211 (4), pp. 273-284 1997 30. Expert system eases rotor design Marra, John Mechanical Engineering 119 (4), pp. 70-72 1997



31. Use of knowledge-based engineering in compressor rotor design Marra, John American Society of Mechanical Engineers (Paper), pp. 11pp 1995

5.2.2.2. KBE aplicado a la automocin La industria del automvil sigue a la aeronutica en el uso de esta tecnologa, componentes como las ventanillas de los vehculos, las chapas de carrocera estn siendo mejoradas en cuanto al tiempo de fabricacin por medio del KBE. La marca Jaguar lleva apostando por estos avances desde 1999.

14. KBE-based stamping process paths generated for automobile panels Zheng, J., Wang, Y., Li, Z. International Journal of Advanced Manufacturing Technology 31 (7-8), pp. 663-672 2007 18. Smart software developing and some key techniques of vehicle glass regulator system design based on KBE Ding, Y., Hu, P., Dong, J., Wang, H., Jiang, H., Yu, Q. Jixie Gongcheng Xuebao/Chinese Journal of Mechanical Engineering 42 (6), pp. 106-111 2006 22. Research on motorcycle design system based on KBE He, S., Du, J., He, Y. Zhongguo Jixie Gongcheng/China Mechanical Engineering 16 (17), pp. 1508-1511 2005 26. Jaguar uses knowledge-based tools to reduce model development times Kochan, Anna Assembly Automation 19 (2), pp. 114-117 1999

5.2.2.3. KBE aplicado a procesos de estampacin El estudio de las mejoras en los procesos de estampacin condujo al uso del KBE. Podemos utilizarlo para modelar los procesos y para la optimizacin del aprovechamiento del material. Resalta el inters de los chinos, emergentes con fuerza en su industrializacin, por esta tecnologa.



14. KBE-based stamping process paths generated for automobile panels Zheng, J., Wang, Y., Li, Z. International Journal of Advanced Manufacturing Technology 31 (7-8), pp. 663-672 2007 19. Knowledge based and integrated stamping product modeling Zhu, W., Li, A., Liu, X. Tongji Daxue Xuebao/Journal of Tongji University 34 (4), pp. 528-533 2006 20. Study of knowledge-based process information model for complicated stampings with large scale Wang, Y., Zheng, J., Li, Z. Huazhong Keji Daxue Xuebao (Ziran Kexue Ban)/Journal of Huazhong University of Science and Technology (Natural Science Edition) 34 (1), pp. 4-7 2006 25. Knowledge-based integrating modeling method for stamping product and process Zhao, Z., Lu, S.-J., Wang, A.-C., Peng, Y.-H. Shanghai Jiaotong Daxue Xuebao/Journal of Shanghai Jiaotong University 37 (2), pp. 153-156 2003

5.2.2.4. KBE aplicado al clculo por medio de Elementos Finitos (FEM) Procesos automatizados de mallado y anlisis mediantes elementos finitos son conseguidos por medio del conocimiento basado en la ingeniera reduciendo el tiempo en cada aplicacin, pudindose plantear ms estados de carga y soluciones a problemas distintos.

5. High-order finite elements reduced models for use in a flutter design tool Lisandrin, P., Van Tooren, M. Collection of Technical Papers - AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference 7, pp. 5131-5145 2004 15. Automated finite element analysis in a knowledge based engineering environment Nawijn, M., Van Tooren, M.J.L., Berends, J.P.T.J., Arendsen, P. Collection of Technical Papers - 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting 15, pp. 11337-11348 2006



32. Knowledge-based engineering method to integrate metal forming process design and simulation Robertson, Tom, Prasad, Biren, Duggirala, Ravi ASME Database Symposium, pp. 41-50 1994

5.2.2.5. KBE aplicado a la extrusin de metales El KBE logra parametrizar las variables de las que dependen la extrusin del aluminio para conseguir diferentes formas para distintas aplicaciones en la industria aeronutica y automovilstica.

13. Research on aluminium profile extrusion product development intelligent decision support system Hongqin, W., Jingxian, C. International Journal of Manufacturing Technology and Management 10 (2-3), pp. 294-309 2007 24. Key technologies of zero die trial design system for aluminum profile extrusion Luo, C., Li, D.-Y., Peng, Y.-H., Zuo, T.-Y. Transactions of Nonferrous Metals Society of China (English Edition) 14 (4), pp. 708-712 2004

5.2.2.6. KBE aplicado a estructuras de acero El modelado de estructuras de acero para edificios tambin puede disearse por medio del KBE, todava no est bien desarrollado debido a que se trata de un proceso complicado, pero este artculo es una aproximacin para conseguirlo.

28. Process improvements from object oriented 3D modelling of steel buildings at conceptual stage Barlow, R.P.G., Raven, G.K. Journal of Constructional Steel Research 46 (1-3), pp. 379 1998

5.2.2.7. KBE aplicado a la ingeniera elctrica Programas especficos basados en el conocimiento para la estructura, principios y funcionamiento de circuitos elctricos son desarrollados en este artculo a travs de Icad.



6. Research on case-based reasoning ICAD system for relay circuit Zhang, G.G., Geng, Y.S., Chen, D.G., Wang, J.H. IPEC 2003 - 6th International Power Engineering Conference, art. no. P1075, pp. 913-917 2003

5.2.2.8. KBE aplicado a la medicina La medicina se ha sumado a la utilizacin del KBE para personalizar sus aplicaciones a cada persona. Aqu se puede ver la automatizacin de los implantes craneales para cada persona dependiendo de sus necesidades mdicas.

37. Nuevo enfoque en el diseo inteligente de implantes craneales personalizados a travs de KBE D. Cebrin-Tarrasn, C. Muoz, V. Chulvi, R. Vidal. XI Congreso Internacional de Ingeniera de Proyectos. 26-28 Septiembre, 2007.

5.2.2.9. KBE aplicado a la industria del mueble La industria del mueble tambin ha conseguido adaptar sus productos dependiendo de las necesidades del consumidor entrelazando los parmetros que definen al mueble para conseguir el diseo rpidamente. Este artculo que detallaremos ms adelante es el que ms se parece a nuestra aplicacin.

38. Gestin del conocimiento de diseo en la industria del mueble Castells MJ, Barbosa R, Peinado V, Vidal R, Mulet E, Bells MJ. Escuela de Tecnologa y Ciencias Experimentales.

5.2.2.10. KBE aplicado a la industria del plstico En esta ltima aplicacin, la industria del plstico intenta construir pequeas aplicaciones a travs de internet para construir sus moldes automatizando el proceso para ahorrar costes

39. MoldXpress: nuevo software de diseo inteligente de molde A. Sancho MetalUnivers 31- julio-Agost-Septiembre 2005.

5.2.3. Uso especfico de Catia

El programa Catia a travs de su modulo Knowledgeware, ofrece muchas posibilidades a la hora de aplicar el conocimiento a muchos productos, ofreciendo soluciones que optimicen tiempo y costes



1. A knowledge-based engineering tool to estimate cost and weight of composite aerospace structures at the conceptual stage of the design process Choi, J.-W., Kelly, D., Raju, J. Aircraft Engineering and Aerospace Technology 79 (5), pp. 459-468 2007 2. Application of a knowledge-based engineering system for weight and cost estimation to composite aerospace structures Choi, J.-W., Kelly, D.W., Raju, J. International SAMPE Symposium and Exhibition (Proceedings) 51 2006 3. Knowledge-based engineering system to estimate manufacturing cost for composite structures Choi, J.W., Kelly, D., Raju, J., Reidsema, C. Journal of Aircraft 42 (6), pp. 1396-1402 2005 9. A knowledge-based system engineering process for obtaining engineering design solutions Prasad, B., Rogers, J. Proceedings of the ASME International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference - DETC2005 3 A, pp. 477-488 2005 11. 25 times faster on smart models Van Der Laan, A.H., Van Tooren, M.L.J. Manufacturing Computer Solutions 11 (8), pp. 22 2005 34. Application of MOKA methodology in generative model creation using CATIA Skarka, W. Engineering Applications of Artificial Intelligence 20 (5), pp. 677-690 2007 37. Nuevo enfoque en el diseo inteligente de implantes craneales personalizados a travs de KBE D. Cebrin-Tarrasn, C. Muoz, V. Chulvi, R. Vidal. XI Congreso Internacional de Ingeniera de Proyectos. 26-28 Septiembre, 2007.




5.2.4. Uso especfico de Icad

De la misma forma que Catia, Icad ofrece soluciones basadas en el KBE desde otro punto de vista distinto. Estos artculos hablan de su validez para desarrollar esta tecnologa aplicada a distintas ramas de la industria.

5. High-order finite elements reduced models for use in a flutter design tool Lisandrin, P., Van Tooren, M. Collection of Technical Papers - AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference 7, pp. 5131-5145 2004 6. Research on case-based reasoning ICAD system for relay circuit Zhang, G.G., Geng, Y.S., Chen, D.G., Wang, J.H. IPEC 2003 - 6th International Power Engineering Conference, art. no. P1075, pp. 913-917 2003 8. Structural design using intelligent objects Payne, P.N. Artificial Intelligence Techniques and Applications for Civil and Structural Engineers, pp. 177-186 1989 7. Object-oriented hybrid intelligent CAD system Zeiler, W. Computers in Industry 20 (1), pp. 1-9 1992

5.2.5. Uso especfico de MOKA MOKA puede aplicarse junto con Catia para desarrollar un sistema de KBE muy completo porque tendramos la informacin muy bien ordenada para que Catia la aplicara a los productos diseados. Se puede ver en el primero de estos artculos.

34. Application of MOKA methodology in generative model creation using CATIA Skarka, W. Engineering Applications of Artificial Intelligence 20 (5), pp. 677-690 2007




5.3. ARTICULOS Ahora veremos con ms detalles tres artculos de los de antes expuestos por su parecido con nuestra aplicacin al diseo de engranajes de ejes paralelos. Los artculos que se mostrarn a continuacin sern los nmeros 37, 38 y 39.

5.3.1. NUEVO ENFOQUE EN EL DISEO INTELIGENTE DE IMPLANTES CRANEALES PERSONALIZADOS A TRAVS DE KBE

5.3.1.1. Resumen La necesidad de adaptar el diseo inteligente al mbito mdico para desarrollar aplicaciones ajustadas a las caractersticas del paciente impulsa la creacin de herramientas capaces de aunar la personalizacin del producto con la reduccin de costes, integrando todo el conocimiento del proceso de manera organizada. Este estudio investiga un nuevo enfoque para la aplicacin de la Ingeniera Basada en el Conocimiento (KBE, Knowledge-Based Engineering) en la automatizacin del proceso de diseo de implantes. Adems, se logra la personalizacin de dichos implantes, adaptndose a la anatoma del paciente y consiguiendo una biocompatibilidad estructural, funcional y esttica. Se define una herramienta basada en KBE capaz de realizar un diseo personalizado de implantes para la zona craneal. Para tal fin, se utiliza la herramienta informtica CATIA, donde estn incluidos como mdulos los sistemas KBE y CAD (Computer-Aided Design). El programa creado realiza un modelado automtico de un volumen para cubrir un defecto craneal existente a partir del conocimiento recogido y de las restricciones indicadas por el usuario. Se aade la posibilidad de que el volumen generado sea mecanizado mediante tcnicas de prototipado rpido (RP, Rapid Prototyping). 5.3.1.2. Introduccin Actualmente, la sociedad demanda productos ms adaptados a sus necesidades con un coste ms reducido y disponibles en el menor tiempo posible y, por otro lado, los fabricantes desean tener un control mayor sobre el ciclo de vida de un producto. En el mbito mdico, estos aspectos adquieren una mayor relevancia, pues la personalizacin esttica es un factor muy valorado por los pacientes. Concretamente en el campo de la implantologa, es necesaria la optimizacin del proceso de diseo de implantes.



Los implantes craneales, cuyo objetivo es reconstruir defectos congnitos o adquiridos (p. ej. traumatismos craneales o tumores cerebrales), requieren una planificacin cuidadosa con el fin de obtener un resultado adecuado. Hasta finales del s. XX el proceso de diseo de dichos implantes ha sido laborioso y con un elevado coste econmico. Con la introduccin de tcnicas basadas en el procesamiento de imgenes en 3D, tecnologas asistidas por ordenador (Computer Aided technologies - CAx) y procesos de fabricacin ms eficientes a partir de RP, se han logrado reducir parcialmente los costes. No obstante, no se ha conseguido una total automatizacin del proceso al ser necesaria la creacin de un implante genrico, el cual, posteriormente, se modifica y adecua para cada paciente. El diseo automatizado ha logrado grandes avances en el sector industrial (automocin y aeronutica fundamentalmente) a partir de la gestin del ciclo de vida del producto (Product Lifecycle Management - PLM). No obstante, como los procesos industriales generalmente son difcilmente secuenciables, los sistemas de programacin tradicional se han mostrado a menudo ineficaces. Por el contrario, los sistemas basados en el conocimiento han experimentado un auge enorme al capturar y, sobre todo, almacenar la experiencia adquirida por los profesionales durante su trabajo y formacin. Eso ha permitido la aplicacin de sistemas basados en KBE en diferentes ambientes industriales. En el diseo de implantes hay pocas investigaciones referidas a sistemas KBE. Dooley (1988) fue uno de los pioneros al desarrollar un sistema para la fabricacin de implantes basado en inteligencia artificial y sistemas CAD. Whittaker (1991) introdujo un sistema KBE al desarrollar brevemente un modelo para el diseo personalizado de una cadera. Posteriormente se han desarrollado otros estudios sobre la adquisicin de conocimiento en el diseo de implantes. 1) El estudio sobre el diseo personalizado de implantes craneales se ha centrado en las siguientes tres fases: conversin del formato de imgenes de tomografas computerizadas para su posterior manejo a travs de programas informticos basados en CAx, empleo de tcnicas de ingeniera inversa para el diseo del implante y la utilizacin de formatos adecuados para su posterior fabricacin a travs de tcnicas de RP. El propsito de este artculo es proporcionar una nueva perspectiva en el diseo personalizado de implantes craneales. Para ello, haciendo uso del programa informtico CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) se crea una aplicacin independiente, la cual permite que el usuario sea capaz de interaccionar con el sistema para obtener un diseo ptimo. Este hecho logra que se adapte el conocimiento disponible a las restricciones, tanto de la geometra craneal como de la anatoma del paciente, eliminando prcticamente la necesidad de revisin del implante por parte del cirujano. 5.3.1.3. Mtodos El objetivo de este estudio es desarrollar una aplicacin informtica con objetivo de mostrar la automatizacin del diseo personalizado de implantes craneales basada en la tecnologa KBE haciendo uso del programa CATIA.i et al., 2006)



Ingeniera Basada en el Conocimiento La ingeniera basada en el conocimiento (KBE) es una disciplina con base en CAx y sistemas basados en el conocimiento (KBS- Knowledge-Based Systems) pero que tiene diversas definiciones y funciones dependiendo del contexto de su aplicacin. En el mbito de la ingeniera del diseo, KBE se puede definir como el desarrollo de una estructura, a partir de la cual se puede implementar un diseo automtico, haciendo uso del conocimiento experto sobre el ciclo de vida de un producto. Por ello, un sistema KBE requiere almacenar el conocimiento necesario para el posterior desarrollo de una aplicacin para la cual se ha creado. La aplicacin creada se ha basado en el sistema KBE considerando que la herramienta adecuada para poder llevar a cabo este proceso sea CATIA. CATIA A pesar de los estudios llevados a cabo para la aplicacin formal del conocimiento en el proceso de diseo, se han creado pocas soluciones complejas de sistemas KBE que permitan integrar la aplicacin del conocimiento con las funciones modernas de los sistemas CAx. Este tipo de aplicaciones se consideraran sistemas abiertos, independientes de cualquier otra aplicacin. Por otro lado, hay un grupo de sistemas CAx que tienen la posibilidad real de representar y almacenar el conocimiento en forma de funciones listas para usar. La principal base para su aplicacin es la conexin perfectamente establecida entre el conocimiento obtenido de procesos particulares a travs de reglas, entidades estructurales y funcionales del producto de diseo y sus restricciones. En dicho grupo se encuentran Unigraphics NX (Siemens) y CATIA (Dassault Systems), los cuales se podran considerar sistemas interactivos. Como sistema interactivo, el programa CATIA tiene una estructura dividida en mdulos. Dichos mdulos agrupan funciones similares para una misma especializacin. El mdulo de conocimiento de CATIA (Knowledgeware) forma un mdulo especializado agrupando funciones relacionadas con el conocimiento, permitiendo enlazar caractersticas de diseo con elementos de dicho conocimiento. Dispone de varios submdulos de los cuales los ms importantes son:

Asesor de conocimiento (Knowledge advisor)

Experto en conocimiento (Knowledge expert)

Plantilla de conocimiento del producto (Product knowledge template) Estos mdulos componen muchas funciones que permiten la automatizacin en la eleccin de las caractersticas del diseo a travs del uso de diferentes formas de representacin del conocimiento por herramientas preparadas para tal fin:

Parmetros Herramienta bsica para parametrizar un componente.

Frmulas Relacin de caractersticas entre partes separadas.

Tablas de diseo Determinacin de familias de dimensiones de productos.



Reglas y chequeo Implantacin de determinadas caractersticas de un

producto para establecer las restricciones relevantes a su ciclo de vida.

Copia maestra, caractersticas del usuario, plantilla de documento permiten la reutilizacin de las caractersticas de un producto.

Reacciones permiten proporcionar un comportamiento a un componente.

Conjunto de ecuaciones resuelven ecuaciones y desigualdades.

Guin (script) El script es un programa informtico escrito para un lenguaje de programacin interpretado. Para tal fin, CATIA utiliza VBScript (Visual Basic Script). En dicho lenguaje se utilizan las APIs (Application Programming Interface - Interfaz de Programacin de Aplicaciones), conjunto de llamadas al sistema que ofrecen acceso a los servicios del sistema desde los procesos. La principal ventaja consiste en que proporcionan un conjunto de funciones de uso general, simplificando la tarea de la programacin. El formato del archivo de la imagen 3D que se maneja en CATIA es STL (Stereolithography), el cual puede ser transferido a una mquina de RP, nombre que recibe la tecnologa utilizada para la fabricacin tridimensional del implante directamente desde CAx. Con este sistema se obtiene una mejora del diseo, as como una reduccin en el tiempo de fabricacin, con una mejor utilizacin del material y excelentes tolerancias. 5.3.1.4. Resultados El punto de partida de la aplicacin KBE fue la imagen 3D en formato STL, la cual nos permiti localizar y calcular la zona donde se requera el implante. A partir de esta informacin geomtrica, y por medio del conocimiento del modelado, se gener automticamente un volumen para cubrir el defecto existente en el crneo, de tal manera que el diseo creado incluye la forma geomtrica, el espesor, y las caractersticas fsicas del implante. Para simplificar la resolucin del problema, inicialmente el desarrollo de la aplicacin se bas en una imagen 3D de una seccin esfrica en el que se haban realizado varios orificios de diversos tamaos (Figura 1) con el objetivo que el usuario final de la aplicacin pudiera elegir el hueco a rellenar.



Figura 5.1: Seccin de esfera con orificios Con tal fin, el modelado se realiz de la siguiente manera: 1.- Definicin del proceso de modelado a travs de herramientas CAD. 2.- Automatizacin del diseo a travs del mdulo KBE. 3.- Adaptacin del proceso de modelado al usuario final. 4.- Conversin del volumen final para ser utilizado a travs de tcnicas de fabricacin por RP.

Figura 5.2. Algoritmo de resolucin del modelado



Definicin del proceso de modelado a travs de herramientas CAD Utilizando el mdulo CAD de CATIA se determinaron manualmente los distintos pasos necesarios para definir el modelado del recubrimiento del hueco, de tal manera que constituyera un proceso que posteriormente pudiera automatizarse (figura 5.2). Para ello se definieron los siguientes pasos:

Localizacin de los agujeros existentes en la superficie del objeto a travs del anlisis del contorno de la figura.

Establecimiento de una distancia de separacin desde el contorno del agujero que servir de base para la creacin del contorno de un rea nueva.

Creacin de una superficie auxiliar a partir del contorno establecido.

Extrusin del volumen del implante desde la superficie creada. Automatizacin del diseo a travs del mdulo KBE

La mayora de las instrucciones utilizadas en el programa creado estn desarrolladas a travs de APIs. Una vez que el proceso de modelado haba sido definido, las instrucciones fueron grabadas en una macro a travs de cdigo interpretado en el lenguaje VBScript. Dicho cdigo fue modificado para que el usuario pudiera elegir el agujero deseado (en el caso que hubiera ms de uno) y tuviera conocimiento de las medidas del volumen creado. Adaptacin del proceso de modelado al usuario final

A continuacin, el programa haba de incluir determinadas reglas y restricciones para el usuario final. Estas reglas procedieron del conocimiento obtenido a partir de sistemas de implantes usados en craneotomas y patentes relacionadas. Un ejemplo de las reglas inferidas a partir del conocimiento fue la referida a la distancia necesaria entre el hueco (defecto craneal) y el volumen modelado (implante). El resultado del programa se muestra en la figura 5.3.



Figura 5.3. Seccin esfrica con orificio tapado Conversin del volumen final para fabricacin por RP

Finalmente, se aadi una instruccin al cdigo creado para que el volumen resultante se pudiera exportar en formato STL compatible con el proceso de fabricacin, en este caso RP, y que fue utilizado para obtener el modelo del crneo. Una vez resuelto el problema planteado para el volumen esfrico, se comprob la funcionalidad de la aplicacin creada para una imagen 3D de un crneo en formato STL (figura 5.4).



Figura 5.4. Diseo del implante para un crneo 5.3.1.5. Conclusin En este artculo hemos presentado un nuevo enfoque para el diseo inteligente de implantes craneales personalizados. Este estudio muestra una aplicacin basada en un mtodo a partir del cual los implantes personalizados adquirirn una mejora notable consiguiendo una mayor biocompatibilidad estructural, funcional y biolgica con el paciente mejorando la calidad de vida de stos, lo cual conducir a una ciruga menos invasiva que permitir el incremento de calidad de vida en los pacientes. Dicha automatizacin permitir reducir ostensiblemente el tiempo de diseo y, por tanto, los costes. Este programa logra una nueva perspectiva en el campo de la implantologa craneal al mostrar la posibilidad de englobar el conocimiento disponible no slo de la anatoma del crneo, sino tambin del conocimiento mdico. Esto permite que se cree una aplicacin capaz de adaptarse a las necesidades del entorno mdico ofreciendo una compatibilidad completa con las fases del proceso de produccin. As se posibilita la automatizacin del proceso sin necesidad de crear un implante genrico previo, eliminando la fase de ajustes por parte del cirujano en la etapa de fabricacin.



Igualmente, se ha demostrado como el programa CATIA dispone de las herramientas adecuadas para la creacin de una aplicacin completamente personalizable, adaptable a las necesidades del usuario final. A partir del archivo de un crneo en formato STL, dicha aplicacin ha permitido desarrollar el diseo del implante y posteriormente retornarlo al mismo formato para su fabricacin por tcnicas de RP. El programa creado muestra que el proceso de diseo automtico de implantes es posible a travs de KBE. Sin embargo, el conocimiento mdico debe ser ampliado para considerar todos aquellos aspectos relevantes referidos al sistema KBE: informacin completa del paciente para prevenir futuras complicaciones, base de datos de crneos, o las diferentes caractersticas de los implantes disponibles. Igualmente se debe mejorar la adaptacin de la geometra del implante al crneo. En un futuro cabra la posibilidad de seguir desarrollando esta aplicacin aplicando la metodologa MOKA (Methodology Oriented to Knowledge Application), la cual permitira recopilar todo el conocimiento necesario para optimizar el diseo. Dicha metodologa se podra enlazar con el programa CATIA a travs de una ontologa. Se ha demostrado que esta aplicacin establece las bases del diseo inteligente al conseguir que, a partir de un sistema definido de reglas y restricciones, se pueda definir un diseo ptimo para el implante. Esto va a permitir una va prctica para el desarrollo de programas capaces de almacenar el conocimiento mdico disponible para la mejora de procesos de diseo de implantes.



5.3.2. GESTIN DEL CONOCIMIENTO DE DISEO EN LA INDUSTRIA DEL MUEBLE

5.3.2.1. Resumen. El objetivo general de este proyecto era mejorar el proceso de diseo de los productos de la industria del mueble. Consista en investigar en la definicin de un modelo basado en el conocimiento para asistir el diseo de productos industriales. En primer lugar se realiz un anlisis y rediseo del proceso de diseo actual de la empresa estudiada mediante el modelado de procesos. A partir del modelo de proceso actual se obtuvo un nuevo modelo, en el cual se analizaban y reflejaban los cambios y consecuencias en el proceso ante la implementacin de una nueva herramienta de diseo, como es Catia. Se obtuvieron mejoras en aspectos de tiempo, flujo de actividades, reduccin de fallos y una mayor eficiencia en el diseo. Otro de los puntos del proyecto fue la construccin de un Modelo Informal, desarrollado con el conocimiento de producto de la empresa, el cual constituye el paso necesario entre la informacin que define el producto en relacin con la empresa y la obtencin del Modelo Formal, requerido para su aplicacin en herramientas informticas para el diseo de productos. Y por ltimo, mediante la utilizacin de la aplicacin Catia V5 se desarroll un prototipo de un modelo que permite la obtencin de variaciones en diseos desarrollados rutinariamente de manera automtica, teniendo en cuenta las caractersticas y limitaciones del mismo. Esto se produce, cuando el usuario introduce los parmetros deseados, modificando as las variables definidas, produciendo de esta forma una reduccin de tiempos y minimizacin en cualquier tipo de error. Con todo ello se consigue una minimizacin de tiempos y errores, aumentar la flexibilidad en cuanto a la introduccin de cambios en el diseo, aumentar la integracin entre las actividades de produccin y las actividades de diseo y una mejor gestin del conocimiento del producto por parte de la organizacin. 5.3.2.2. Introduccin. El objetivo general de este proyecto es mejorar el proceso de diseo de los productos producidos en la empresa Permasa, dedicada al diseo y fabricacin de mobiliario de oficina. Esta mejora se va a llevar a cabo evaluando los siguientes aspectos del proceso de diseo:

Se pretende reducir significativamente el tiempo de proceso de diseo, rediseando el proceso con la ayuda del modelado de procesos, y dando paso a una automatizacin del proceso de diseo, la cual, mejorar la efectividad del diseo minimizando fallos y errores en el proceso.

Aumentar la flexibilidad en cuanto a la introduccin de cambios en el diseo.

Aumentar la integracin entre las actividades de produccin y las actividades de diseo.

Permitir una mejor gestin del conocimiento del producto por parte de la organizacin.



El proyecto se divide en tres partes principales. La primera parte, Gestin del Conocimiento en el Proceso de Diseo, la segunda parte, Gestin del Conocimiento de Producto, y la tercera y ltima parte, Aplicacin del Conocimiento en Catia V5. El estudio se limita al proceso de desarrollo de productos especiales, lo que sera el llamado diseo rutinario, que es el que presenta un mayor potencial para su automatizacin. En este proceso, los diseadores se limitan a realizar pequeas modificaciones de los productos del catlogo de la empresa, segn los requerimientos de los clientes. Las modificaciones ms comunes son de medidas y de material y acabado de los productos. 5.3.2.3. Gestin del conocimiento en el proceso de diseo.

Desarrollo y anlisis de la descripcin del proceso actual. Con el fin de obtener toda la informacin necesaria para el estudio y anlisis de la gestin del conocimiento de diseo de un modo organizado, se desarroll la descripcin del proceso mediante el Mtodo de Modelado de Procesos IDEF3, consiguiendo el modelo del proceso de diseo seguido por la empresa correctamente documentado. Para la obtencin del modelo se tom como gua la metodologa recomendada por el mtodo IDEF3, recogiendo toda la informacin necesaria mediante entrevistas y cuestionarios realizados a los principales expertos dentro de la empresa, con los que se mantuvo un contacto constante. Seguidamente, toda la informacin obtenida se tradujo a los diagramas utilizados por el IDEF3, mostrando, en varios niveles de detalle, todas y cada una de las actividades que se realizan para la obtencin de los diseos de los productos especiales, as como el flujo del conocimiento requerido para cada actividad a travs del proceso. Desarrollo y anlisis de la descripcin del proceso nuevo. El objetivo principal de este apartado del proyecto era analizar los efectos en el proceso de diseo ante la implementacin de una nueva herramienta de diseo, como es el Catia V5, as que se desarroll un nuevo modelo, mostrando el proceso de diseo que resultara con la implantacin de Catia en la empresa. Con el uso de esta herramienta se consegua la automatizacin de gran parte de las principales actividades a realizar en el proceso de diseo, como es la modificacin de los componentes del producto, la obtencin de los planos o la confeccin de los programas de Control Numrico, reduciendo el nmero de tareas requeridas para su ejecucin. El uso del Catia facilitaba, adems, la informatizacin del proceso, puesto que proporcionaba toda la documentacin en formato digital (planos, listado de materiales, listado de componentes, etc.). La figura 5.5 muestra un fragmento del modelo IDEF3 del proceso de diseo con el Catia implantado.



Figura 5.5. Fragmento del diagrama para el diseo de productos especiales.

Anlisis comparativo de los procesos. La comparacin de los dos procesos revela que la incorporacin de Catia proporcionara, de manera automtica, toda la documentacin necesaria, y que, mientras en el proceso nuevo toda la documentacin se hallara en formato digital, en el proceso actual todava se utilizaban ms de un 50% de los documentos necesarios en formato fsico. Con el uso del formato digital en el nuevo proceso se reducira la posibilidad de prdidas de documentacin y se agilizara el proceso, eliminando actividades como fotocopiar documentos y tiempos de espera que aparecan en el proceso actual debido a que el intercambio de documentacin entre departamentos se realizaba de forma manual. Por otro lado, la automatizacin de las principales actividades en el nuevo proceso y la reduccin del nmero de actividades debido a esta automatizacin, proporcionaran tambin unos tiempos de ejecucin del proceso menores y un proceso ms simple y homogneo respecto al actual. Adems, el hecho de que el Catia reuniera en una sola las tres aplicaciones que se necesitaban en el proceso actual (Microsoft Excel, base de datos AS400 y programas de CN), facilitara el trabajo al diseador, que podra trabajar con mayor comodidad sin tener que cambiar de una aplicacin a otra, y ante una interfase bastante amigable, como lo es la del Catia y la de otros programas similares a ste. Aunque Catia como herramienta de diseo requiera de un tiempo de aprendizaje mayor, a la larga resulta ms ventajoso que el uso de varias aplicaciones ms sencillas que dificultan la automatizacin del proceso y aumentan el tiempo necesario para la ejecucin del proceso, aumentado tambin la posibilidad de errores. 5.3.2.4. Gestin del conocimiento de productos. La gestin del conocimiento de producto es uno de los elementos clave para poder conseguir los beneficios asociados a la utilizacin del KBE en el diseo de productos dentro de las empresas. El diseo es un servicio en el cual, debido a su condicin de intangible, se manejan gran cantidad conocimientos de tipo tcito, que son aquellos que responden a esquemas no racionales como son la intuicin, la creatividad, etc.



Pero este tipo de conocimientos son principalmente usados en las etapas de diseo conceptual de producto, las cuales no son el principal punto de incidencia del KBE. Sin embargo es a partir de estas etapas cuando se empiezan a manejar conocimientos de producto de tipo explcito el cual se puede formalizar mediante reglas lgicas y representadas en diferentes niveles, bases de datos, conocimientos tericos, procedimientos, experiencias, etc. La captura, mantenimiento, reutilizacin y regeneracin de todo este capital intelectual, representar uno de los activos ms importantes de las organizaciones, y en este sentido se hace conveniente la utilizacin del KBE (empleo de tcnicas avanzadas de software para la gestin del conocimiento de producto y sus procesos) para este propsito. Cabe resaltar que todos aquellos productos en los que se producen una gran cantidad de tareas de diseo rutinario cuyo conocimiento (explcito) est bien entendido son altamente susceptibles a la aplicacin del KBE con el fin de automatizar dichas tareas de diseo. El primer paso en la aplicacin del KBE en una organizacin es identificar aquellos posibles casos de aplicacin, pero es fundamental estudiar su conveniencia, con el objetivo de evitar efectos no deseados. Adems se defini el alcance y el papel a desempear de la posible aplicacin, establecindose as la realizacin de un ensayo con un armario perteneciente a la familia de productos especiales de la empresa, de tal manera que, la aplicacin cubriera ntegramente el proceso de diseo del mismo. Posteriormente y de cara a la fase de captura del conocimiento de producto, fue necesario determinar y examinar las fuentes de conocimiento para poder tipificarlas (en humana, documentacin fsica e informtica) y as valorar la conveniencia del conocimiento disponible. En este caso exista una figura predominante como era la del jefe del departamento de diseo que responde al tpico experto que posee la mayora del conocimiento de producto, por lo que es una figura imprescindible. Por ello el medio principal para capturar el conocimiento y acceder a las dems fuentes fue mediante entrevistas, las cuales se prepararon debidamente, de acuerdo con el tipo de conocimiento que se quera capturar. En este sentido el enfoque en nuestro caso fue gradual obteniendo primeramente informacin ms general sobre el proceso de diseo y finalmente informacin mucha ms detallada y concreta del conocimiento de producto. Una vez capturado todo el conocimiento bruto es cuando se procedi a almacenarlo y clasificarlo segn el tipo de conocimiento para poder estructurarlo, con el fin de construir un Modelo Informal del conocimiento entendible por el ingeniero del conocimiento y los expertos de la empresa. Para ello se utiliz la metodologa MOKA, ya que, es una metodologa muy adecuada para aquellos casos de diseo rutinario y para manejar informacin como materiales, geometra, costes, etc. por lo que se procedi a estructurar el conocimiento utilizando las ICARE forms de MOKA que sostienen el conocimiento en funcin a cinco categoras, Restricciones, Actividades, Reglas, Entidades e Ilustraciones. Juntas forman el conocimiento total del producto y representan el mnimo requerido para la construccin del Modelo Informal, lo cual en nuestro caso fue suficiente. En la tabla 5.1 se muestra un ejemplo de ICARE FORM para un Regla. Por ltimo se procedi a verificar el Modelo Informal comprobando si estaba construido correctamente, para asegurarse antes de proceder a construir el Modelo Formal. Para ello se facilitaron las ICARE forms al jefe del departamento de diseo para que comprobara convenientemente que el conocimiento sostenido en las ICARE forms era correcto.



Tabla 5.1. Plantilla de una regla para el diseo de armarios. La consecucin de los objetivos planteados para esta investigacin demuestra que:

- El KBE es perfectamente aplicable a cualquier sector industrial, as como, a organizaciones de diferentes caractersticas.

- El MOKA proporciona un marco de trabajo para capturar, estructurar y almacenar el conocimiento de producto, de una manera flexible y manejable.

- Es posible obtener y manejar el conocimiento de producto, para descomponerlo en unidades de conocimiento.

- Es posible representar el conocimiento de una manera informal, mediante la construccin de un modelo informal valindose de las plantillas ICARE.

- El Modelo informal del conocimiento permite transmitir, compartir y almacenar el conocimiento de producto.



Ciertamente estas tcnicas incrementan la eficacia y optimizan el proceso de diseo de productos, lo cual, visto desde una perspectiva industrial resulta muy ventajoso, pero no sustituyen la intervencin del diseador en la fase de diseo conceptual. A este respecto resulta positivo que surjan herramientas que asistan a los diseadores en aquellas tareas repetitivas, eliminndonos en cierto sentido del trabajo engorroso. 5.3.2.5. Aplicacin del conocimiento en Catia V5. Se tena como objeto el estudio de las capacidades del CATIA V5, e introducir el conocimiento utilizado para el diseo de mobiliario de oficina, en nuestro caso un armario, en la aplicacin de software. Cuando se habla de conocimiento se hace referencia a las bases que definen un determinado producto, bien sea de una pieza o de un mecanismo ms complejo, en definitiva es un diseo creado y que tiene unas clusulas para que funcione correctamente. El conocimiento viene determinado por la empresa que elabora el producto, por la legislacin, por los materiales, etc. Este conocimiento se recoge de forma que sea tratado y gestionado para poder traducirlo al lenguaje del software en cuestin. Una vez introducida toda la informacin necesaria en el software, ste controla el buen funcionamiento del producto creado, teniendo en cuenta las restricciones del mismo, y evitando as cualquier posibilidad de fallo. El asistente toma decisiones, con un determinado orden, reduciendo as los posibles errores humanos que se suelen producir; es una forma de automatizar el diseo y llevarnos a maximizar la productividad y el rendimiento creado. Los usuarios introducen el conocimiento en el diseo a travs de frmulas, reglas, tablas, etc. e influyen en la pieza, ensamblaje, mecanismo de diseo creado, en definitiva el producto. De esta forma se pretende obtener mejoras de rentabilidad y productividad en cuanto a la etapa de diseo o cambios posteriores en el mismo. Se utilizaron diferentes mdulos del CATIA V5, pero el proyecto se centr en las posibilidades que aportaba el mdulo destinado al asesoramiento del conocimiento, el Knowledgeware, formado por Knowledge Advisor, Knowledge Expert, junto a otros. Se seleccion este mdulo porque hasta el momento no haba sido muy experimentado y poda aportar beneficios a la empresa. El uso de Catia y de este mdulo en concreto se utiliz en el desarrollo de un prototipo sencillo, como es un armario de oficina, pero con la finalidad de tener la posibilidad de extender su aplicacin a otros productos. Como resultado de la introduccin en el Catia V5 del conocimiento extrado del armario se obtuvo un prototipo con las siguientes caractersticas (figura 5.6):

Para el cambio de tamao del armario el usuario nicamente tiene que introducir tres parmetros fundamentales (alto, ancho y profundidad) del armario en la tabla de diseo y actualizarlos, con ello se obtiene cualquier tamao del modelo y tambin puede seleccionar el acabado del mismo, visualizndolo en 3D. Con esto, el programa genera el tamao del armario en funcin de las dimensiones que el usuario haya introducido, teniendo en cuenta las limitaciones del armario.

Tambin se generan los planos correspondientes al conjunto y a las piezas de ste. Los planos, al estar vinculados al objeto en 3D, cambian cuando cambia el tamao de ste, obteniendo con ello un gran ahorro de tiempo.



El programa puede realizar diferentes clculos de las piezas o del conjunto que hayamos realizado en 3D. Puede realizar clculos de masa, volumen, centro de gravedad, etc. Y con estos clculos se puede comprobar de forma muy sencilla la estabilidad del armario, teniendo en cuenta el ensayo de la normativa.

Adems de todo esto, proporciona listados de los componentes de las piezas que se han elaborado (en formato .txt), de caractersticas de los materiales utilizados, de anlisis estructurales, etc., que pueden resultar de gran inters para la empresa, por lo que respecta al la documentacin requerida en el proceso del diseo de productos.

5.3.2.6. Conclusin. La experiencia realizada ha permitido a la empresa tener mejor conocimiento de cmo desarrolla el proceso de diseo y adoptar medidas correctoras cuyo objetivo es mejorar la eficiencia y la productividad.

Figura 5.6. Imagen del armario comprobando el cambio de profundidad con una sola

puerta



5.3.3. MOLDXPRESS: NUEVO SOFTWARE DE DISEO INTELIGENTE DE MOLDES

5.3.3.1. Resumen.

El moldeado por inyeccin es una de las maneras ms comunes de crear productos plsticos. En el ciclo de desarrollo de producto, la fabricacin del molde supone ms tiempo que cualquier otra etapa. Para aumentar la claridad, reducir costes y plazos de entrega, los fabricantes de moldes estn continuamente buscando mejoras en sus procesos de diseo y fabricacin. En este artculo se explican las ventajas del diseo y desventajas en 3D, las particularidades de los sistemas KBE y los detalles del MoldXpress, una solucin "pay per use" para el diseo automtico de moldes para la inyeccin de plstico. 5.3.3.2. Introduccin.

Tradicionalmente, los fabricantes de moldes realizaban sus diseos en 2 dimensiones. A finales de los 90, la tendencia ms notable fue la incorporacin de software de 3 dimensiones en las etapas de diseo y fabricacin del molde. Estas aplicaciones 3D substituyeron los programas tradicionales de dos dimensiones. Existan claras ventajas en las reas tcnicas, econmicas y comerciales que explican esta tendencia hacia el diseo en tres dimensiones. Estos sistemas 3D ayudaron a los fabricantes del molde a aumentar su capacidad y eficacia tecnolgica. Esto les permiti realizar desarrollos ms complejos en menos tiempo. No todo son ventajas en el uso de estos programas sino que tambin comportan algunos problemas:

Modelar completamente un molde en 3 dimensiones puede ser una tarea muy compleja debido al gran nmero de componentes existentes en un molde.

Otra desventaja importante es la complejidad de uso de estos programas: los usuarios necesitan un aprendizaje intensivo para poder utilizarlos correctamente.

As pues, se convirti en una prctica muy comn entre las empresas de moldes el uso de programas 3D para el modelado de la cavidad y el punzn pero seguan utilizando programas 2D para los otros componentes del conjunto del molde. De esta manera, algunas de las ventajas de los programas 3D se pierden porque, al modelar los sistemas de inyeccin y refrigeracin, se pueden producir interferencias entre los elementos. Ms an, la manera que los programas de 3D relacionan muchos elementos del conjunto del molde con la pieza de plstico, pueden ayudar al usuario a facilitar los cambios de diseo.



Pocos aos despus de los programas de diseo 3D, aparecieron en el mercado los denominados "sistemas para el diseo automtico de moldes". Estos programas ayudan al usuario a disear el molde completo automatizando las etapas ms repetitivas, evitando as la mayora de las desventajas de los sistemas 3D. No son paquetes independientes sino que estn integrados en programas CAD 3D comerciales. Realmente estos programas son rutinas y macros automticas dentro de los sistemas CAD que hacen el trabajo ms fcil al disear moldes en 3D. No debemos confundir estos programas con los sistemas KBE. Los sistemas KBE van ms all: incluyen conocimiento del proceso para el desarrollo del molde de una manera tal que el sistema pueda proponer opciones de diseo al usuario. 5.3.3.3. El proyecto MoldXpress. Disear un molde es un proceso de ingeniera y el 80 por ciento de las actividades de ingeniera estn descritas como rutinarias: actividades conducidas por las reglas tcitas que todo profesional tiene en mayor o menor cantidad. Hace siete aos (en el ao 2000) se inici el trabajo de creacin de un KBE para el diseo de moldes. El proyecto inicial fue financiado por la Comisin Europea bajo el Programa IST llamado KBEMould con varias entidades participantes: AIJU Coordinador del Proyecto, Fundacin Ascamm, Ismo (Instituto Superior del Molde Francia), UNIPG (Universidad de Perugia), KTI (Knowledge Technologies International Luxemburgo) y 8 moldistas. El desarrollo del proyecto KBEMould comprendi diferentes fases:

Deteccin de las necesidades reales de los usuarios.

Recogida de conocimiento tcito de diseo de moldes que existe en las empresas de moldes

Una de las necesidades ms significativas que se detect en el sector fue la necesidad de disponer de programas de diseo ms asequibles econmicamente para las empresas de moldes (el tamao medio de estas empresas no supera los 20 trabajadores). Cuando una empresa de moldes compra un sistema de CAD, supone una gran inversin debido a los altos costes de las licencias y al entrenamiento de los diseadores en el sistema elegido. Esta inversin puede llegar a hipotecar la compaa "totalmente" de modo que pueda acceder solamente a los usos o a las actualizaciones del sistema de CAD implantado. Si aparece una herramienta ms avanzada nueva, no pueden permitirse comprarla. Se decidi entonces que la aplicacin a crear debera ser una aplicacin de tipo pay per use, que significa que los usuarios solo pagan lo que usan sin necesidad de una inversin inicial.



Figura 5.7. Reduccin de tiempo con MoldXpress.

En la recogida de conocimiento dentro del proyecto KBEMould, se captaron las reglas que rigen todo el proceso de diseo de moldes. La recogida del conocimiento se llev a cabo a travs de la generacin de cuestionarios y la realizacin de entrevistas a empresas del sector y a profesionales de reconocido prestigio. Para la formalizacin del mismo se utiliz la metodologa descrita en el Proyecto Europeo ESPRIT ES-25418 MOKA Methodology and software tools oriented to KBE applications. Todo ese conocimiento captado se us en otro proyecto dentro del programa de subvenciones Profit 2003 del Ministerio de Ciencia y Tecnologa: KBM: Desarrollo y validacin de una aplicacin basada en el conocimiento (Knowledge Based Engineering) para el diseo automtico y remoto de moldes de inyeccin de plstico para pymes . En este proyecto participaron los mismos colaboradores que en el proyecto KBEMould: Aiju, Ismo, y Ascamm. Se aadi al consorcio Missler una empresa desarrolladora de software CAD, propietaria de software como TopSolid - TopMold, y que ha sido la responsable de desarrollar y optimizar la aplicacin a partir del conocimiento recogido y de las necesidades del sector. Como resultado de este proyecto ha nacido una nueva aplicacin: MoldXpress. Se trata de una solucin "pay per use" para el diseo automtico de moldes para la inyeccin de plstico. El concepto bsico es una herramienta que contiene el conocimiento de las empresas de moldes y a un precio asequible. Gracias a MoldXpress, los tcnicos pueden usar su tiempo para realizar tareas complejas, aquellas que requieren una gran creatividad, evitando malgastar esfuerzos en las rutinarias.



Figura 5.8. MoldXpress MoldXpress es en realidad un asistente para ayudar al usuario a disear del molde, es decir, una especie de wizard que gua al usuario durante todo el proceso de diseo del molde aportando conocimiento y evitando al usuario tener que hacer tareas repetitivas tales como la creacin de la particin, los postizos de cavidad y punzn, etc. Pasos del MoldXpress:

1. Importacin de la pieza: MoldXpress puede importar varios tipos de formato CAD, como pueden ser igs, step, parasolid, etc.

2. Orientacin de la pieza en la posicin del molde: MoldXpress proporciona al usuario toda una serie de herramientas para posicionar correctamente la pieza

3. Seleccin del plstico a utilizar: el usuario selecciona el plstico de la pieza y MoldXpress recomienda un valor de contraccin.

4. Anlisis de los ngulos de la pieza: ngulos de desmoldeo, negativos, etc. 5. Creacin automtica de las superficies de particin del molde: MoldXpress

detecta las lneas de particin y crea las superficies automticamente 6. Creacin automtica de cavidad y punzn: con las superficies de particin

MoldXpress crea los postizos de cavidad y punzn 7. Seleccin del Portamoldes: en funcin del tamao de la cavidad y del punzn

MoldXpress preselecciona un tamao de portamoldes de la base de datos de elementos normalizados (normalizados disponibles: VAP, Hasco, Rabourdin, Dme, Pedrotti, Futaba, etc...) pero deja a eleccin del usuario cambiar de tamao.

8. Diseo del sistema de inyeccin: MoldXpress asiste al usuario durante la creacin del sistema de inyeccin

9. Sistema de expulsin: el usuario selecciona los puntos de pieza que quiere utilizar para expulsar y MoldXpress se encarga de seleccionar el mejor expulsor y situarlo correctamente dentro del molde.

10. Refrigeracin: En funcin de la geometra y del espesor de la pieza, MoldXpress crea automticamente el sistema de refrigeracin adecuado para cada caso y selecciona los todos los elementos necesarios para completar el sistema



11. Planos de molde y lista de materiales: Para terminar MoldXpress nos ofrece la posibilidad de crear automticamente un plano con las vistas ms significativas del molde y una lista de materiales

12. Exportar a otros sistemas: el resultado de MoldXpress a parte de los planos y la lista de materiales ser la posibilidad de exportar todo el diseo del molde al formato requerido por el usuario.

Figura 5.9. Moldeado con MoldXpress. 5.3.3.4. CONCLUSIONES

En el estado del arte actual se puede comprobar que la industria que ms apuesta por el conocimiento basado en la ingeniera es la aeronutica seguida muy de cerca por la automovilstica. Poco a poco las dems industrias han ido apostando por esta tecnologa para crecer en optimizacin, calidad y competitividad.

estado del arte mecanica

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