análisis y caracterización de arquitecturas modulares de

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ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN DE ARQUITECTURAS
MODULARES DE PRODUCTOS INNOVADORES
Judit Coll Raich(p), Carles Riba Romeva
Centre de Disseny d’Equips Industrials (CDEI)
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelona, España
SUMMARY
Establishing a modular architecture is one of the most determining aspects in the design of
innovating products. The objective of the present paper is to apply a modular architecture
model to several real products, in order to verify the capacity to describe its architecture and
also to establish the implications for the Product Life Cycle.
To do this, we take the mode proposed by Miller and Eldgaar in 1999 (who extend and complete the modularity types proposed by Ulrich and Tung in 1991). This model is applied to
several innovative products developed by companies in cooperation with the Centre of Design of Industrial Equipments in the Polytechnic University of Catalonia (CDEI-UPC). The
model is then analysed, taking account of the implications in the different stages of the
Product Life Cycle.
Key words: module, product architecture, life cycle, technological innovation
RESUMEN
El establecimiento de una arquitectura modular es uno de los aspectos más determinantes
en el diseño de productos innovadores. El objetivo del este trabajo es aplicar modelos de
arquitectura modular a varios productos reales a fin de comprobar la capacidad para describir su arquitectura y establecer las implicaciones en las etapas de su Ciclo de Vida.
Para ello se toma como modelo los principios de estructuración propuestos por Miller y
Eldgaar en 1999 (que extienden y completan los tipos de modularidad de Ulrich y Tung, de
1991) y se aplican a diversos productos innovadores desarrollados por empresas en colaboración con el Centro de Diseño de Equipos Industriales (CDEI-UPC). Seguidamente se
analiza el modelo de partida a la luz de las ventajas e inconvenientes hallados en su aplicación a los casos de la presente investigación. Finalmente, se estudia la idoneidad de esta
descripción de la arquitectura modular para tener en cuenta sus implicaciones en las distintas etapas del Ciclo de Vida del producto.
Palabras clave: módulo, arquitectura de producto, ciclo de vida, innovación tecnológica
1
INTRODUCCIÓN A LOS TIPOS DE ARQUITECTURA MODULAR
Hoy día se acepta que uno de los aspectos más determinantes en la ideación y diseño de un producto es el establecimiento de su arquitectura modular. Sin embargo,
el concepto de módulo (del término latín modulus, medida o longitud), ha evolucionado con el tiempo y todo hace pensar que aún debe precisarse su significado.
Después de utilizarse para describir bloques constructivos orientados a la estandarización, los ingenieros mecánicos [Pahl & Beitz, 1986] relacionan el concepto de
módulo con la funcionalidad (un módulo es la materialización de una función). Si
bien estos autores introducen los flujos de materiales, energía y señales, centran su
análisis en los tipos de módulo y no tratan el tema de las interfases.
Ya en la perspectiva de la mecatrónica, [Ulrich & Tung 1991] observan que en los
sistemas modulares se establece una similitud entre la estructura física y la funcional, a la vez que se minimizan las interacciones en las interfases. En base a esta
visión, proponen una primera clasificación de los tipos de modularidad en: componentes permutados (component swapping), componentes compartidos (component
sharing) y modularidad de bus (bus modularity).
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2
Más adelante [Ulrich, 1995] presenta un interesante trabajo donde establece las bases de la arquitectura de producto y sus implicaciones en las actividades de las empresas. Distingue entre arquitectura integral (en la que existe una compleja relación
entre los elementos funcionales y los componentes físicos del producto siendo las
interfases acopladas) y la arquitectura modular (que incluye una relación uno-a-uno
entre los elementos funcionales y los componentes físicos siendo las interfases desacopladas). A su vez, Ulrich establece las siguientes tipologías de arquitectura modular: a) Ranura (slot, cada interfase es diferente y los componentes no pueden ser intercambiados en el producto); b) Bus (existe un bus común al cual se conectan los
otros componentes físicos a través del mismo tipo de interfase); c) Seccional (sectional, todas las interfases son del mismo tipo y no existe un elementos singular al cual
se conectan el resto de componentes). En este trabajo de síntesis inicial, Ulrich llama
la atención sobre las principales dimensiones en las que incide la arquitectura de producto: 1. Cambio (mejora y puesta al día, nuevas generaciones, flexibilidad en la configuración, elementos de desgaste o consumo); 2. Variedad (variantes deseables,
flexibilidad en la producción, respuesta en el tiempo a productos personalizados); 3.
Estandarización (componentes estándar, componentes compartidos con otros productos); 4. Prestaciones (implementación de características de alto valor en función de la
arquitectura); 5. Gestión del desarrollo (partición de tareas, gestión de la complejidad,
equipos geográficamente dispersos, barreras a la innovación). Una de las líneas futuras de investigación apuntadas por el trabajo de Ulrico es el estudio empírico de los
elementos diferenciales en las arquitecturas de productos fabricados por distintas
empresas, orientación en la que se inscribe el presente trabajo.
También es interesante reseñar la propuesta de [Otto y Wood, 2001] que distinguen
entre la modularidad basada en la función (function-based modularity) donde incluyen la modularidad de ranura, la modularidad de bus, la modularidad seccional y
una modularidad mixta (combinación de las anteriores) y la modularidad basada en
la fabricación (manufacturing-based modularity) donde incluye los módulos de montaje, los módulos escalables y los módulos conceptuales.
Finalmente, se destaca la propuesta de los investigadores daneses [Miller y Elgaard,
1999], reelaboración de un trabajo suyo anterior [Elgaard y Miller, 1998], donde presentan varios principios de estructuración de los productos (entre ellos los tipos de
modularidad) agrupados según la etapa del ciclo de vida en la cual su incidencia es
más determinante. En el apartado siguiente se presenta una versión reelaborada de
la propuesta de Miller y Elgaard la cual constituye la base de referencia para el resto
del presente trabajo.
2 CARACTERIZACIÓN DE LOS PRINCIPIOS DE ARQUITECTURAS
MODULARES DE MILLER & ELGAARD
En este apartado se resume y se completa la caracterización de los distintos tipos
de arquitecturas modulares propuestos por [Miller y Elgaard, 1999], agrupadas en
cuatro categorías, según su principal incidencia en el ciclo de vida, y para cuyas denominaciones se propone: 1) Diseño personalizado (se ha eliminado el tipo “patrones de diseño” por no afectar directamente al producto), 2.) Fabricación personalizada, 3) Configuración en el montaje, y 4) Adaptación después de la fabricación
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3
3.1. Diseño personalizado
1
Escalonamiento (Size range)
Definición:
Conjunto de productos que difieren fundamentalmente en uno o más parámetros de carácter general (normalmente el tamaño). (Ej.: Una batería de
ollas de distinto tamaño)
Caracterización:
Realizan la misma función
Se basan en el mismo principio de solución
Responden a un mismo diseño básico
Implican los mismos procesos de fabricación
2
Estrechamiento (Narrowing)
Definición:
Segregación de un módulo con una funcionalidad común compartido por
varios productos. (Ej.: Una fuente de alimentación común a varios productos)
Caracterización:
Permite un mejor desarrollo del módulo segregado
Permite elevadas producciones del módulo segregado
Permite disminuir el número de componentes en una familia de productos
Facilita el mantenimiento del módulo segregado
3.2. Fabricación personalizada
3
Adaptar al fabricar (Fabricate to fit)
Definición:
Producto con un módulo (o más) que presenta uno (o más) parámetros que
puede modificarse durante la fabricación para adaptarse a necesidades específicas. (Ej.: Cables de conexión de distintas longitudes)
Caracterización:
Permite fabricar una gran variedad de productos con modificaciones en uno
(o un número limitado) de módulos
Conviene simplificar el módulo (o módulos) con parámetros modificables
3.3. Configuración en el montaje
4
5
Modularidad de componentes permutados (Component Swapping Modularity)
Definición:
Dos o más módulos distintos pueden ser ensamblados con el mismo módulo
de base (o plataforma) para crear variantes del mismo producto. (Ej.: distintos
motores adaptables a un mismo automóvil)
Caracterización:
Interfases iguales o compatibles entre los módulos permutados y la plataforma
Permite la configuración en el montaje
Si la interfase es desconectable, permite el mantenimiento y la reconfiguración
Modularidad de componentes compartidos (Component Sharing Modularity)
Definición:
Un mismo módulo es compartido por varios módulos de base (o plataformas).
(Ej.: Un mismo motor adaptable a distintas carrocerías de automóvil)
Nota: Es un concepto dual de la modularidad de componentes permutados, dependiendo de cual se considera el módulo de base, o plataforma)
Caracterización:
Interfases iguales o compatibles entre el módulo compartido y las plataformas
Permite la configuración en el montaje
Si la interfase es desconectable, permite el mantenimiento y la reconfiguración
246
4
6
Modularidad de bus (Bus modularity)
Definición:
Arquitectura de producto formada por un módulo de base (o plataforma) con
un número N de interfases iguales a las que pueden conectarse combinaciones de u máximo de N módulos iguales o distintos. (Ej.: Un bus informático
donde se conectan indistintamente varios periféricos de distintos tipos)
Caracterización:
Interfase común y compatible entre la plataforma y los módulos conectables
Facilita la formación de familias de productos a través de la configuración
Facilita la incorporación de nuevos módulos en el tiempo
Facilita el mantenimiento y la reconfiguración
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Modularidad seccional (Sectional Modularity)
Definición:
Arquitectura de producto que resulta de la combinación de forma arbitraria de
uno o varios módulos cada uno de ellos con dos o más interfases de un solo
tipo o de pocos tipos. (Ej.: construcciones de LEGO)
Caracterización:
Modularidad orientada a sistemas constructivos (juegos, muebles, paneles)
Pocos elementos (módulos e interfases) permiten una gran variedad de soluciones constructivas
Aplicable a productos configurables y reconfigurables
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Modularidad de apilamiento (Stack modularity)
Definición:
Arquitectura de producto cuyo cuerpo está formado por el apilamiento de
módulos iguales (o de pocos tipos) que se conectan mediante un mismo tipo
de interfase. (Ej.: Determinados sistemas de baterías)
Caracterización:
Facilita la fabricación de productos de grandes dimensiones
Facilita la formación de familias con pocos módulos. Simplifica el diseño y
aumenta las series de fabricación de los módulos que se repiten
Facilita la configuración en el montaje, y el montaje en destino
Si las conexiones son reversibles, facilita la reconfiguración y mantenimiento
3.4. Adaptación en el uso y reconfiguración
9
Ajuste (Adjustment)
Definición:
Estrategia de personalización consistente en posibilitar la adaptación de un
producto a los requerimientos de uso mediante la modificación de uno o más
de sus parámetros (Ej.: regulación de un asiento de automóvil; personalización de un programa de ordenador)
Caracterización:
Aplicable fundamentalmente a sistemas constructivos
Evita la proliferación de variantes pero introduce complejidad
Adecuado para cubrir requerimientos ergonómicos
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Adaptación (Adaptation)
Definición:
Estrategia de personalización de un producto consistente en que éste se
adapta automáticamente a la aplicación concreta sin la necesidad de una
acción deliberada del usuario. (Ej.: cambio automático de automóvil; programas informáticos de instalación automática)
Caracterización:
Aplicable fundamentalmente a sistemas
Evita la proliferación de variantes pero introduce complejidad
247
5
11
Ensanchamiento (Widening)
Definición:
Estrategia de personalización consistente en crear un producto que satisfagan al mismo tiempo una variedad de necesidades no contradictorias. (Ej.:
sistema de alimentación eléctrica bitensión)
Caracterización:
Aplicable fundamentalmente a sistemas informáticos o cuyo coste de fabricación sea muy bajo
No da lugar a variantes pero introduce complejidad técnica
Facilita la configuración y la reconfiguración
Permite hacer productos más simples sin variedad constructiva
3 PRODUCTOS EN CUYO DESARROLLO HA PARTICIPADO EL CDEI-UPC
El CDEI-UPC (Centre de Disseny d’Equipos Industrials de la Universitat Politècnica
de Castalunya) es un centro tecnológico que forma parte de la red de centros de
apoyo a la Innovación Tecnológica de la Generalitat de Catalunya (Xarxa IT) y que
da respuesta a las demandas de diseño y desarrollo de productos y equipos industriales de las empresas. Es experto en ingeniería de máquinas, y su campo de actuación abarca desde la concepción, el diseño, la simulación y el cálculo de productos y equipos industriales, hasta la gestión de su prototipaje y ensayo.
Figura 1. Vista del las instalaciones del CDEI-UPC (Centre de Disseny
d’Equips Industrials de la Universitat Politècnica de Catalunya)
Entre los productos en cuyo desarrollo ha participado el CDEI-UPC, se analizan los
siguientes: 1. Carro motorizado, 2. Vehículo submarino operado por control remoto
(ROV), 3. Planchadora industrial, 4. Máquina de relajación muscular, 5. Máquina
universal de clasificar monedas, 6. Túnel de lavado para ropa
3.1.
Carro motorizado
3.1.1. Necesidad a cubrir:
Asistir mecánicamente a la tracción de un carro guiado manualmente por un operador humano desde el suelo a fin de facilitar el transporte de cargas pesadas sobre
terrenos irregulares. Los actividades potenciales para este vehículo son invernaderos, almacenes, y otras en la que sea necesario transportar cargas pesadas por terrenos irregulares [Esquerra et al, 2002]
3.1.2. Arquitectura del producto:
Consiste en un kit adaptable a una gran variedad de carros con cuatro ruedas autodireccionables, formado por: a) Una unidad de control que se sitúa en la barra de
empuje; b) Una unidad de tracción consistente en un subchasis articulado en la par-
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6
te central inferior del carro, el cual sostiene la rueda de tracción, el motor, la trasmisión, la batería y el cargador (el peso del conjunto asegura la tracción de la rueda).
La disposición de este kit en una posición inferior central entre las cuatro ruedas
autodireccionables del carro permite que esta quinta rueda ejerza la tracción en una
posición central, se adapte a las irregularidades del terreno y, a la vez, evite la deriva lateral.
Figure 3
Figura 2. Carro articulado motorizado y mando de control (BTH)
3.1.3. Principio de arquitectura
La unidad de tracción (kit con la quinta rueda central, el motor y transmisión, la batería
y el cargador) constituye un ejemplo de modularidad de componentes compartidos
(component sharing modularity) ya que puede aplicarse a una gran diversidad de carros con 4 ruedas autodireccionables. Sin embargo, el sistema no ha sido concebido
en su conjunto, ya que los carros a los que se aplica proceden de una gran diversidad
de diseños y fabricantes distintos. Por lo tanto, la interfase entre el kit y el carro debe
contemplar esta particularidad y ser de tipo ajuste (adjustment) en la instalación.
3.1.4. Incidencia en las fases del ciclo de vida
En el diseño: Un diseño de kit para distintos carros para distintas aplicaciones. Ofrece facilidad para desarrollar variantes del producto.
En la fabricación: Un mismo producto, cuya fabricación puede subcontratarse fácilmente, se aplicar a una gran diversidad de carros. Su relativo poco espacio facilita el
almacenamiento previo.
En el uso y mantenimiento: Permite incorporar o no la motorización en carros de una
gran diversidad de procedencias, sin prácticamente transformaciones. Incluso permite intercambiar el kit entre varios carros de una misma flota.
3.2.
Vehiculo submarino operado por control remoto (ROV)
3.2.1 Necesidad a cubrir
Fabricar un vehículo submarino operado por control remoto (ROV) de bajo coste (los
productos alternativos que ofrecía el mercado se vendían a un precio 10 veces superior y con un peso y un volumen muy elevados).
Los mercados a los cuales se dirige el producto son: 1) Actividades recreativas: náutica, pesca, submarinismo, 2) Seguridad: Rescates y salvamentos, 3) Control: Reparación de embarcaciones, piscifactorías, maniobras en puertos; 4) Cultural-investigación: estudios, conocimiento del litoral, escuelas de submarinismo
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7
Figura 3. ROV (Vehículo Submarino Operado por control Remoto) (PRAESENTIS)
3.2.2. Arquitectura del producto
Propulsión
Estructura
Carcasa
(no está)
Vídeo
Luces
Figura 4. Estructura del producto
El producto consta de las siguientes partes: 1. Vehículo submarino; 2. Equipo de
superficie formado por: 2a. Pantalla de vídeo, 2b. Sistemas de alimentación de
energía y 2c. Sistemas de mando; y 3. Cable umbilical que une y establece las comunicaciones entre el submarino el equipo de superficie.
La arquitectura tradicional en los vehículos subacuáticos consiste en: 1) Un carcasa
cerrada que soporta la presión y da estanqueidad al conjunto y 2) En su interior el
resto de funciones pueden estar integradas o separadas en módulos no estancos.
3.2.3. Principios de arquitectura:
Por un lado, la arquitectura de este vehículo se basa en la modularidad de ranura,
según la descripción de [Ulrich, 1995], no explicitada en el modelo de [Miller y Elgaard, 1999]. Sin embargo, el aspecto más significativo de la arquitectura alternativa
desarrollada por el CDEI consiste en: a) Chasis abierto que hace las funciones de
soporte; b) Módulos funcionales, independientes, cada uno de ellos estancos en sí
mismo (3 motores-propulsores; 2 focos; 1 cámara de vídeo con movimiento de cabeceo); c) Cubierta no estanca que únicamente cumple funciones estéticas y de protección. Así pues, al no tener que soportar elevadas presiones, el diseñador de la cubierta dispone de una gran libertad de formas mientras que, en la arquitectura tradicional
con cuerpo único estanco, la carcasa debe tener una forma lo más sencilla posible y
cercana a la forma esférica. En este caso se ha producido una transferencia de función de un aspecto relevante (la estanqueidad) desde el conjunto del producto a sus
módulos. Es un principio de arquitectura no contemplado en las propuestas de [Ultich y Tung, 1991; Ulrico, 1995; Miller y Elgaard, 1999; Otto y Wood, 2001].
250
8
3.2.4. Incidencia en las fases del ciclo de vida
En el diseño: El producto es mucho más modular (los cambios en los módulos no
han afectado al resto del producto) y tres equipos de diseño han trabajado en paralelo (mecánico, control y diseño industrial). Especialmente relevante ha sido la libertad adquirida en el diseño de la cubierta.
En la fabricación: Facilita la subcontratación de los módulos (ensayos incluidos).
Permite el montaje a la orden (ATO, assembly to order) lo que simplifica los estoques y es favorable al servicio post-venta.
En el uso y mantenimiento: Facilita el mantenimiento por su gran accesibilidad y lareparación por substitución de módulos
3.3
Planchadora Industrial
3.3.1. Necesidad a cubrir
Desarrollar de una nueva familia de planchadoras industriales para distintos anchos
de prendas (sábanas, toallas, manteles).
3.3.2. Arquitectura del producto
Hasta el lanzamiento de este proyecto, las máquinas de este tipo que ofrecía el mercado se construían en base a una bancada integral para cada dimensión de máquina.
En este diseño se establece una nueva arquitectura de producto consistente en una
bancada formada por dos cabezales extremos (donde se concentran las partes complejas y comunes de la familia de productos) unidos mediante un conjunto de elementos longitudinales (travesaños, tambor, rodillos, etc.) simplificados en lo posible para
facilitar la formación de una familia de productos variando tan solo su longitud.
3.3.3. Principio de arquitectura:
Para todos los componentes largos se identifica como adaptar al fabricar (en este
caso en varios valores discretos).
Figura 5: planchadora industrial (Girbau S.A.)
3.3.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida
En el diseño: Simplifica el diseño dado que los principales elementos son comunes
En la fabricación: Lo componentes más complejos y caros son comunes a todas las
máquinas de la familia y sólo deben gestionarse un número limitado de variantes en
los elementos largos. Esta arquitectura tiene la ventaja de que los componentes de
251
9
las bancadas modulares ocupan un espacio mucho más reducido que las bancadas
unitarias. Además, la logística de compras y la gestión de la fabricación son mucho
más simples y robustas.
En el uso y mantenimiento: Se puede responder más rápidamente a la demanda de
cualquier producto de la familia y, se abarata el servicio postventa al unificarse los
elementos más críticos.
3.4
Máquina de relajación muscular
3.4.1. Necesidad a cubrir
Sustituir la tarea manual de aplicar masajes de relajación muscular a las piernas de
los deportistas después de un entrenamiento o una competición. La máquina desarrollada, sobre la cual no había precedentes, evita la pesada tarea del masajista a
la vez que flexibiliza el uso de este servicio para el deportista.
3.4.2 Arquitectura del producto
El producto consta fundamentalmente de dos módulos: a) Cuerpo principal con el
mecanismo de vaivén; b) Soporte regulable (permite la regulación simple de las tobilleras en altura e inclinación a voluntad del usuario).
4.4.3. Principio de arquitectura:
Para el soporte se aplica una estrategia en la etapa de uso de tipo ajuste (altura e
inclinación).
Figura 6. Máquina de relajación muscular (Hirt S.L.)
3.4.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida
En el diseño: El cuerpo principal es un módulo fundamentalmente integral (admite
variantes en las tobilleras). El módulo de soporte admite tanto la adaptación al usuario como la compacidad durante su no utilización y transporte.
En la comercialización: Más allá de la dificultad en introducir un producto nuevo en
el mercado, una dificultad en su comercialización ha sido su no integración en una
línea de máquinas de fitness de las habituales en los gimnasios y entidades deportivas (canales comerciales integrados, estética común, servicio postventa).
En el uso y mantenimiento: El poder ajustar la altura y la inclinación a las necesidades del usuario aporta una mejora substancial en la usabilidad y amplía de manera
significativa el mercado, puesto que el producto puede ser utilizado por una población más amplia de personas.
252
10
3.5
Máquina universal de clasificar monedas
3.5.1. Necesidad a cubrir:
Se detectó una oportunidad en el mercado consistente en desarrollar una máquina
universal para clasificar monedas de manera que, mediante un reconocimiento inicial
de una muestra mediante la medida automática de varias de sus características, luego fuera capaz de contar y clasificar cualquier tipo de monedas sin necesidad de operar adaptaciones mecánicas (tipo trampillas, pestañas) al cambiar el tipo de monedas.
Los posibles clientes de este producto son, entre otros, los bancos, el comercio al
detalle, y los operadores de máquinas de vending y máquinas de juego.
3.5.2. Arquitectura del producto
El principio de funcionamiento adoptado para controlar el movimiento de las monedas (y así asegurar la fiabilidad en la clasificación) se basa en una cadena de eslabones de empuje arrastrados por unas ruedas de fricción.
3.5.3. Principios de arquitectura
En este caso, para adaptar la máquina a distintos números de cajones de clasificación, se desestimó la modularidad de apilamiento (en base al apilamiento de elementos de un cajón) o la estrategia de adaptar al fabricar (en la parte central del sistema
donde hay los cajones) a causa del aumento de coste (más piezas y más operaciones
de montaje) pero, sobretodo, por el riesgo de perder calidad en el guiado de los eslabones de cadena. La arquitectura resultante consiste en varios componentes modulares unidos a una base (modularidad de ranura).
Figura 7: Máquina universal de clasificar y contar monedas (Ibersélex S:A☺
La máquina consta de los siguientes módulos:
Identificación
y CPU
Clasificación
Expulsión
Carcasa
(no está)
Electrónica
Chasis
Tracción
Cadena
Figura 8. Máquina de contar y clasificar monedas: estructura modular
253
11
Al desestimar la adaptación en longitud a partir de máquinas con distintos números
de cajones, implícitamente se opta por la estrategia de ensanchamiento ya que, finalmente el coste tiene una variación pequeña en función de su número.
3.5.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida
En el diseño: Existe la posibilidad de modificar en el futuro determinados módulos
con cierta independencia del resto.
En la fabricación: Posibilidad de subcontratar ciertos módulos
En el uso y mantenimiento: Facilidad de reparación por substitución de componentes
3.6
Túnel de lavado para ropa
3.6.1. Necesidad a cubrir
Diseñar un nuevo túnel de lavado para ropa, fácil de fabricar y configurar, y con un
funcionamiento fiable, flexible y, eventualmente reconfigurable, para unas capacidades de proceso entre 0,5 a 1 tonelada de ropa por hora.
3.6.2. Arquitectura del producto
Los túneles convencionales respondían a dos arquitecturas distintas: 1. Túnel en base
a módulos independientes (tambor+envolvente) yuxtapuestos por las bocas, solución
que permite una configuración muy flexible pero muy costosa y de funcionamiento
poco fiable; 2. Túnel basado en un cuerpo integral del tambor; solución que si bien es
económica, no es configurable y su construcción es penosa y poco precisa.
La arquitectura principal del nuevo túnel se basa en la formación del cuerpo del tambor a partir del apilamiento de módulos prefabricados, análogos a un tambor de lavadora, que se unen a través de unos tirantes (de forma análoga a una viga postensada), y con unos módulos extremos donde se sitúan los apoyos y los accionamientos.
Figura 9. Modularidad de apilamiento aplicada al cuerpo básico del túnel de
lavado (Girbau S.A.)
Ésta se complementa con unos dispositivos auxiliares (conductos de comunicación
y bombas de impulsión, cajas de niveles, entradas de productos, calefactores) que
pueden aplicarse indistintamente en cada uno de los módulos del túnel y que posibilitan la gestión de su secuencia de funcionamiento.
254
12
3.6.3. Principios de arquitectura
El cuerpo central del tambor del túnel responde al principio de modularidad de apilamiento. En conjunto de dispositivos auxiliares para la gestión del funcionamiento
del túnel se soportan a una guía lateral continua, y se conectan a determinadas
aberturas previstas en los módulos de tambor, por lo que responden al principio de
modularidad de bus.
Figura 10. Modularidad bus aplicada al sistema de gestión del proceso de lavado
de un túnel (interconexiones entre módulos, cajas de niveles, entradas de productos). Permite la reconfiguración del proceso (Girbau S.A.)
3.6.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida
En el diseño: El proceso de diseño y desarrollo fue largo y se simularon y ensayaron
prototipos para asegurar la fiabilidad de la estructura rotativa del tambor. Una vez
desarrollado, evita la adaptación particular del diseño a los requerimientos de cada
nueva unidad. Facilita el desarrollo de nuevos dispositivos auxiliares.
En la fabricación: La aplicación de la modularidad de apilamiento al cuerpo principal
del tambor presentan las siguientes ventajas: a) Divide un elemento constructivo de
grandes dimensiones en elementos más simples y fabricables; b) Hace posible la
fabricación continua de módulos de tambor; c) Permite formar túneles de distintas
longitudes por configuración y acorta el tiempo hasta el mercado (time-to-market).
Fijada una longitud de túnel, la modularidad de bus en los dispositivos auxiliares
proporciona una gran libertad para configurar su funcionamiento (secuencia de operaciones que se realizan en los sucesivos módulos)
En el uso y mantenimiento: La modularidad de bus en los dispositivos auxiliares
permite una fácil reconfiguración del funcionamiento del túnel en cualquier momento. La existencia de componentes repetidos facilidad las tareas de mantenimiento y
reparación.
4
CORRELACIÓN Y ANÁLISIS ENTRE EL MODELO DE MILLER Y ELGAARD
Y LOS PRODUCTOS PRESENTADOS
A continuación se muestra un esquema con las correlaciones halladas entre el modelo de referencia de [Miller y Elgaard, 1999] y los productos presentados en el
apartado anterior
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Escalonamiento (Size range)
Diseño
Fabricación
Montaje
Carro motorizado
Estrechamiento (Narrowing)
Adaptar al fabricar (Fabricate to Fit)
¿?
Modularidad de componentes permutados
(component swapping modularity)
Vehiculo submarino
operado por control
remoto (ROV)
Planchadora industrial
Modularidad de componentes compartidos
(component sharing moduklarity)
Modularidad de bus (Bus Modularity )
Modularidad seccional (Secctional
modularity)
Modularidad de apilamiento (Stack
Modularity)
Ajuste (Adjustment)
Uso
ranura
Adaptation (Adaptación)
ranura
Máquina de relajación
Muscular
Máquina universal de
clasificar monedas
Túnel de lavado para
ropa
Ensanchamiento (Widening)
Tabla 1. Correlación entre los principios de arquitectura del modelo de [Miller y
Elgaard, 1999] y los principios de arquitectura de los productos analizados
Se observa que los principios de arquitectura contemplados en el modelo de [Miller
y Elgaard, 1999] se orientan fundamentalmente hacia las familias y portafolios de
productos con el objetivo principal de obtener la variedad que requieren los mercados y los usuarios.
Sin embargo, al analizar la correlación de este modelo con diseños y desarrollos
reales, se detecta la existencia de productos únicos cuyos principios de arquitectura
persiguen fundamentalmente obtener ventajas en varias de las etapas de su ciclo de
vida, sin buscar necesariamente la variedad. En este caso se encontraría la
modularidad de ranura (contemplada por [Ulrich, 1995]) que incluye como casos
particulares la modularidad de componentes permutados y la modularidad de
componentes compartidos de [Ulrich y Tung, 1991], más adelante recogido por el
modelo de [Miller y Elgaard, 1999]
En el análisis anterior se ha encontrado un caso de principio de arquitectura no
contemplado en ninguno de los modelos anteriores (y en particular en el modelo de
[Miller y Elgaard, 1999]), que se relaciona con la transferencia de funciones entre
distintos niveles de módulos en un mismo producto (caso del ROV, indicado como
¿? en la tabla anterior).
5
CONCLUSIONES
Este trabajo está destinado a correlacionar la caracterización de los principios de
arquitectura propuestos por diversos autores (en especial, el modelo de [Miller y Elgaard, 1999]) con el análisis de diversos productos innovadores desarrollados y (la
mayor parte de ellos) implantados con éxito en el mercado.
La caracterización de los distintos principios de arquitectura de los productos (y, dentro de ellos, los tipos de modularidad), acompañados de ejemplos exitosos en la
industria, constituye una poderosa herramienta para la docencia y la aplicación al
diseño y desarrollo de productos y de familias de productos innovadores.
256
14
Sin embargo, el análisis anterior muestra que al comparar los modelos con la realidad, las arquitecturas de producto resultan ser mucho más complejas. Las aportaciones de [Ulrich y Tung, 1991], [Ulrich, 1995], [Miller y Elgaard, 1999] y [Otto y Wood,
2001], aportan visiones muy sugerentes para el diseñador pero, a la vez, son aún muy
elementales para explicar la riqueza de principios de arquitectura detectados en los
productos reales.
El análisis de nuevos casos, así como el ajuste de los modelos a la nueva complejidad detectada deberán ser objeto de trabajos y propuestas posteriores.
REFERENCIAS
Elgaard, P.; Miller, T.D., Designing Product Families”, Working Paper, Department of
Control & Engineering Design, Technical University of Denmark, May, 1998.
Esquerra, J.; Presas, A.; Domènech, C; Riba, C., Motorized Traction Systems for
Manual Guided Trolleys, 6th International Research / Expert Conference “Trends in
the Development of Machinery and Associated Technology”, Neum, Bosnia &
Herzegovina, 2002
Miller, T.; Elgaard, P, Structuring Principles for Designar CIRP International Design
Seminar: Integration Process Knowledge into Design Support Systems. ISBN 07923-5655-1, Denmark, 1999
Otto, K.; Wood, K., Product Design, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NY, 2001.
Pahl, G.; Beitz, W. Engineering design. A systematic approach, Springer-Verlag,
London, 1986.
Ulrich, K., The Role of Product Architecture in the Manufacturing Firm, Research
Policy, 24, 419 – 440, 1995
Ulrich, K.; Tung, K., Fundamentals of product modularity, Issues in
Design/Manufacture Integration, Design Engineering Division DE, 39, pp. 73-79,
ASME, New York, 1991
CORRESPONDENCIA.
Judit Coll
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Carles Riba Romeva
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