Implementación de sistemas de gestión de información del ciclo de vida de producto basado en el desarrollo de un molde de inyección : implementación de marco de trabajo basado en herramienta PLM para desarrollo de productos

Abstract

This document presents a system with a combination of technologies whose purpose is to integrate, synchronize and communicate the various agents that make up organizations. Integrations occur at various levels, making communication between personnel, machine tools and applications (software) possible. Systematized transactions are intrinsically related to the product and the technological processes for its manufacture. On the other hand, it delves into procedures related to quality control and related costs in the product and process life cycle. To show the potential adoption of Industry 4.0 in an industrial environment, an (experimental) organization is proposed that allows establishing a mini experimental factory oriented to the development and manufacture of industrial products (Machine elements, industrial services, etc.). multiple agents through a PLM (Product LifeCycle Management) platform, which centralizes information and standardizes procedures to manage and administer knowledge. The implementation is based on the conceptual design of a PLM system that the primitive functions are delimited by the theories of Integrated Product and Process Design (IDPP). The established conceptual design method is the design equation posed by Niam P. Suh and his axiomatic design theory. This method is also applied for the design of products that allow the validation of the framework in a production environment. To establish the determining aspects of the system, the technological capabilities of the experimental mini factory are structured, the functional primitives, the possible product requirements, the process variables and a scheme of the possible standardized design parameters are determined. This exercise will delve into the study of quality and process parameters, such as the roughness or machinability, since through experimentation the information inputs that make the conceptualization of the system possible are fixed. The main corollary of the system is defined by the ability to develop products and processes efficiently (without loss of time, loss of information, or failures in operations), supported by the congruence of the information that defines the product and its process. In other terms; A business model must completely map the variables that determine the product and process to set the estimate of costs and profits of its activity. On the other hand, the robotic automated integration platform (PRIA - AIRP) Robotic automated integration platform, a development of the National University of Colombia and the DIMA-UN research group. It integrates the productive segments of the mini experimental factory, allowing the execution of tasks autonomously and with minimal human assistance. PRIA is capable of providing feedback to the PLM system by means of the framework (framework) proposed. The communication channels at this level are framed by the PLM management system. This work focuses on the development of injection molds for the die casting process of aluminum silicon alloys (AlSi) and low density polymers. Where the variables that influence the injection process and the variables that modify the operation of an HPDC (High Pressure Die Casting) mold are conceptualized. On the other hand, methodologies of the design process are explored to determine the most viable tooling model, based on requirements stated by buyers, operators and producers in the industrial sector. Mold structures and their functions are also studied in depth, with the aim of determining the dominant global concept, which frames a solution to the problems raised around the injection production processes. A translation of the client's requirements is made based on technical and engineering statements to understand the design problem, which is aimed at generating a reliable tooling in terms of its useful life and functionality for production. Through the QFD (Quality Function Deployment) methodology, it is oriented how to determine the viability of the design parameters proposed in order to solve the problem, an analysis of the relationship matrix is ​​presented and improvements are proposed in the design of the manufacturing process. of molds. 3 case studies are presented that validate the efficiency of the framework through the at-line control of characteristics and quality of the product (Mold) and the processes executed. Two experiments are designed to understand the process characteristics that modify the quality and surface integrity of the molding cavities, exploring the optimal values ​​of the dynamic cutting parameters by means of 2 ^ 3 𝑦 3 ^ 3 factorial models.

Este documento presenta un sistema con combinación de tecnologías cuyo propósito es integrar, sincronizar y comunicar los diversos agentes que componen a las organizaciones. Las integraciones se dan en diversos niveles, haciendo posible la comunicación entre personal, máquinas herramientas y aplicaciones (software). Las transacciones sistematizadas están relacionadas de manera intrínseca con el producto y los procesos tecnológicos para su fabricación. Por otra parte, se ahonda en procedimientos relacionados con el control de la calidad y los costos relacionados en el ciclo de vida del producto y proceso. Para mostrar la potencial adopción de la industria 4.0 en un entorno industrial, se propone una organización (experimental) que permite establecer una mini fábrica experimental orientada al desarrollo y fabricación de productos industriales (Elementos de máquina, servicios industriales, etc.) El marco de trabajo integra los múltiples agentes por medio de una plataforma PLM (Product LifeCycle Management), la cual centraliza la información y estandariza los procedimientos para gestionar y administrar el conocimiento. La implementación está basada en el diseño conceptual de un sistema PLM cuyas primitivas funcionales están delimitadas por las teorías del diseño integrado de producto y proceso (IDPP). El método de diseño conceptual establecido es la ecuación de diseño planteada por Niam P. Suh y su teoría del diseño axiomático. Este método es aplicado también para el diseño de productos que permiten la validación de la marco de trabajo en un entorno de producción. Para establecer los aspectos determinantes del sistema, se estructuran las capacidades tecnológicas de la mini fábrica experimental, se determinan las primitivas funcionales, los potenciales requerimientos de producto, las variables de proceso y un esquema de los posibles parámetros de diseño estandarizados. Este ejercicio permitió profundizar en el estudio de parámetros de calidad y proceso, como la rugosidad o la maquinabilidad, puesto que por medio de experimentación se fijan las entradas de información que hacen posible la conceptualización del sistema. El corolario principal del sistema está definido por la capacidad de desarrollar productos y procesos de manera eficiente (sin pérdidas de tiempo, perdidas de información, ni fallos en operaciones), apoyados en la congruencia de la información que define el producto y sus proceso. En otros términos; un modelo de negocio debe mapear por completo las variables que determinan el producto y proceso para fijar el estimado de costos y utilidades de su actividad. Por otro lado, la plataforma robótica de integración automatizada (PRIA - AIRP) Automated integration robotic platform, un desarrollo de la Universidad Nacional de Colombia y el grupo de investigación DIMA-UN. Integra los segmentos productivos de la mini fábrica experimental, permitiendo la ejecución de tareas de forma autónoma y con asistencia humana mínima. PRIA es capaz de retroalimentar al sistema PLM por medio del framework (marco de trabajo) planteado. Los canales de comunicación en este nivel son enmarcados por el sistema de gestión PLM. Este trabajo se centra en el desarrollo de moldes de inyección para el proceso de fundición a presión de aleaciones de aluminio silicio (AlSi) y polímeros de baja densidad. En donde se conceptualizan las variables que influyen sobre el proceso de inyección y las variables que modifican el funcionamiento de un molde HPDC (High Pressure Die Casting). Por otro lado, se exploran metodologías del proceso de diseño para determinar el modelo más viable de herramental, basado en requerimientos enunciados por compradores, operarios y productores del sector industrial. También se profundiza en las estructuras de moldes y sus funciones, con el objetivo de determinar el concepto global dominante, que enmarca una solución a las problemáticas planteadas entorno a los procesos de productivos de inyección. Se hace una traducción de los requerimientos del cliente con base en enunciados técnicos y de ingeniería para comprender el problema de diseño, el cual está orientado a la generación de un herramental confiable en términos de su vida útil y funcionalidad para la producción. Por medio de la metodología QFD (Quality Function Deployment) se orienta cómo determinar la viabilidad de los parámetros de diseño planteados con objetivo de resolver el problema, se presenta un análisis de la matriz de relaciones y se proponen mejoras en el diseño del proceso de fabricación de moldes. Se presentan 3 casos de estudio que validan la eficiencia del marco de trabajo por medio del control at-line de características y calidad del producto (Molde) y los procesos ejecutados. Se diseñan 2 experimentos para comprender las características de proceso que modifican la calidad e integridad superficial de las cavidades de moldeo, explorando los valores óptimos de los parámetros de corte dinámicos por medio de modelos factoriales 2^3 𝑦 3^3.