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Capítulo 2 - Esquema general
Capítulo 2
Esquema general
Una vez expuestos el contexto y los objetivos, se pasa a analizar el esquema
general que se va a seguir en la realización del proyecto. En primer lugar se detallan
los pasos previos necesarios para capturar la información de relevancia, así como el
tratamiento que se le va a dar con posterioridad a dichas capturas. Este trabajo
desemboca en la generación de un modelo conceptual tanto del producto como del
proceso que se va a seguir, todo ello basado en el lenguaje UML. Posteriormente se
analiza en qué consiste la implementación de dichos modelos y a través de qué
tecnologías se puede llevar a cabo.
1. ANÁLISIS Y MODELADO CONCEPTUAL 1.1. Análisis
En primer lugar, para abordar el problema hay que realizar un análisis de la
metodología seguida por la empresa u organización a la que va dirigida el sistema
PLM y el Cad 3D. El desarrollo del proyecto se restringirá a empresas del sector de la
edificación industrial.
Para poder hacer una buena implantación de estas nuevas tecnologías, habrá
que atender a los siguientes aspectos fundamentales de la empresa:
- Identificar los actores (personas, departamentos y agentes externos)
implicados en el proceso, así como las responsabilidades de cada uno de
ellos.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
- Identificar las actividades realizadas en cada fase del proyecto, las
herramientas soporte utilizadas para llevarlas a cabo (si las hubiera) y qué
actores intervienen en su realización.
- Analizar los flujos de información entre las actividades y las herramientas,
identificando la documentación requerida y producida por cada una de
ellas.
- Establecer la cronología de las actividades, especificando cuáles pueden
desarrollarse en paralelo y cuáles de forma secuencial.
Para la captura de la información necesaria de la empresa se puede optar por
realizar unos formularios de recogida de información. Con ellos se identificarían las
etapas del proceso y sus actividades asociadas. En estas últimas y en función de los
actores se reflejarían datos como: descripción, subactividades, información requerida,
procedencia, procedimiento, etc.
La información extraída debe ser de grano fino; es decir, debe tener un gran
nivel de detalle, para a continuación poder elaborar un modelo de producto y un
modelo de proceso.
Con toda la documentación anterior se podrían elaborar diagramas de cada
una de las etapas del proceso y un modelo de procesos de alto nivel en el que quede
reflejado la secuenciación de etapas, los resultados que producen cada una de ellas
y el flujo de información entre las mismas. En la siguiente figura se puede observar
un ejemplo posible de proceso de alto nivel.
E1
Documentación inicial proyecto
ContratoPlanificación del proyecto
E2E3
E4
Documentación final proyecto
Datos del proyecto
E5Documentos estructuras
Documentos instalaciones
Mediciones y presupuestos
E6 E7
E8
E1
Documentación inicial proyecto
ContratoPlanificación del proyecto
E2E2E3E3
E4E4
Documentación final proyecto
Datos del proyecto
E5Documentos estructuras
Documentos instalaciones
Mediciones y presupuestos
E6E6 E7E7
E8E8
Figura 2-1: Modelo de proceso de alto nivel
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Capítulo 2 - Esquema general
Con toda esta información se puede elaborar el modelo de producto mediante
una serie de diagramas de clases. En dichos diagramas se identifican las distintas
clases, relaciones y atributos necesarios para definir el producto que se desea
diseñar.
Con los distintos diagramas realizados y el modelo de proceso de alto nivel se
genera el modelo de procesos. Éste consiste en un diagrama de actividades, que
analiza las distintas fases que componen el proceso que se quiere implementar.
1.2. Lenguaje Unificado de Modelado (UML)
El UML es un lenguaje para visualizar, especificar, construir y documentar los
artefactos de un sistema con gran cantidad de software. Entre los beneficios más
destacados del lenguaje UML, se pueden mencionar los siguientes:
- Es un lenguaje gráfico con una semántica bien definida.
- Constituye un modelo explícito que facilita la comunicación
- Incorpora específicamente todas las decisiones importantes de análisis,
diseño e implementación que deben tomarse al desarrollar y desplegar un
sistema en software.
- Documenta la arquitectura de un sistema y proporciona un lenguaje para
expresar requisitos y pruebas.
- Su uso está pensado, principalmente, para sistemas con gran cantidad de
software, aunque no está limitado a ello.
El vocabulario de UML incluye tres clases de bloques de construcción:
elementos, relaciones y diagramas.
Los elementos que se van a manejar en la elaboración del modelo conceptual
son los siguientes:
- Clase: Representación de un conjunto de objetos que comparten los
mismos atributos, operaciones, relaciones y semántica.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
- Caso de uso: Descripción de un conjunto de secuencias de acciones que
realiza un sistema, y que produce un resultado observable de interés para
un determinado actor.
- Paquete: Representación con un propósito general puramente conceptual,
que sirve para organizar elementos en grupos.
En cuanto a las relaciones que se van a emplear en la realización del modelo
se pueden encontrar las siguientes:
- Generalización: Es una relación entre un elemento general (padre) y un
tipo más específico de ese elemento (hijo)
- Asociación: Es una relación estructural que especifica que los objetos de
un elemento se conectan a los objetos de otro. Se representa mediante
una línea continua, que une las dos clases.
- Agregación: Es un caso particular de la relación de asociación comentada
anteriormente. Se define como la relación entre un todo y sus partes. En
ella, las partes pueden formar parte de distintos agregados.
Se manejan dos tipos de diagramas, los diagramas de clases y los diagramas
de casos de uso.
Los primeros se utilizan para la realización del modelo de producto. Cuando
se utiliza una clase, puede haber cualquier número de instancias de ella. Lo más
frecuente es que se desee especificar una única, un número específico, cero o
muchas instancias. El número de instancias que puede tener una clase es su
multiplicidad.
Las clases estarán representadas por un rectángulo, que se divide en los
siguientes tres apartados: nombre, atributos o propiedades y métodos u operaciones.
A modo de ejemplo, en la siguiente figura se representa parte del UML de la
cimentación de una nave.
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Capítulo 2 - Esquema general
Figura 2-2: Modelo UML de cimentación
Cada clase debe tener un nombre único, que la diferencie de las restantes. Un
atributo representa alguna propiedad de la clase que se encuentra en todas las
instancias de la clase y pueden representarse sólo mostrando su nombre, mostrando
su nombre y su tipo, e incluso su valor por defecto.
Un método u operación muestra un comportamiento común a todos los
objetos, es decir, es una función que le indica a las instancias de la clase que hagan
algo.
En segundo lugar se emplea un diagrama de casos de uso para realizar el
modelo de procesos. En él se especifican casos de uso, actores y sus relaciones,
mostrándose las distintas fases en las que consiste el proceso, así como, los
documentos que se generan en cada etapa.
Los diagramas que se desarrollan inicialmente son la representación del
dominio, es decir, muestran los elementos que forman parte del campo objeto del
proyecto, en este caso los elementos integrantes de una edificación industrial, y sus
relaciones.
El resultado son representaciones gráficas de las clases de objetos
integrantes, que hacen el papel de nodos, y de sus relaciones, representadas en
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
forma de arcos. Una nave industrial particular será, por tanto, el resultado de
instanciar objetos específicos de dichas clases con sus relaciones correspondientes.
Estos diagramas están complementados con los modelos geométricos
desarrollados mediante una plataforma de diseño 3D. En ellos estarán mejor
definidas las formas geométricas de los elementos, el significado de los atributos y
las relaciones entre las distintas piezas, tanto dimensionales como de posición.
2. TECNOLOGÍAS DEL MODELO DE PRODUCTO
Una vez que se ha modelado en UML tanto el producto como el proceso, se
puede abordar el modelado geométrico a través de un programa de modelado 3D
paramétrico variacional. Este tipo de programas presenta dos características
fundamentales: la definición de los parámetros clave y el uso de las funciones
geométricas inteligentes.
Los parámetros son las dimensiones principales que definen un objeto.
Cuando se dibuja una nueva pieza en el programa de CAD, en lugar de introducir
valores numéricos para las entidades gráficas, se les asocia una variable
(parámetro), de forma que es posible controlar la geometría de la pieza variando el
valor de los diferentes parámetros (diseño variacional). Además es posible establecer
relaciones entre los diferentes parámetros, con lo que la modificación de uno de ellos
puede afectar a otras entidades geométricas de la pieza.
Las funciones geométricas inteligentes facilitan la construcción de la pieza, ya
que poseen librerías de entidades frecuentes (chaflanes, nervaduras, resaltes, etc),
funciones propias del mecanizado (taladros, ranuras, etc), del diseño de moldes o del
cableado de circuitos que se incluyen en el dibujo sin más que indicar sus
dimensiones principales y el punto de inserción.
El significado de forma estricta de diseño paramétrico consiste en manipular la
geometría de modo que se alteran las dimensiones y restricciones de las entidades.
En cuanto a diseño variacional, éste permite manipular las dimensiones de forma que
se modifica la geometría.
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Capítulo 2 - Esquema general
El diseño paramétrico/variacional se compone de cuatro etapas:
- Trazado del dibujo. Esta etapa se corresponde con el diseño tradicional.
- Establecimiento de los denominados parámetros fundamentales que serán
aquellos que fijen la forma y características básicas del modelo, y de los
secundarios que resulten afectados por un cambio de geometría. Lo que
se pretende conseguir es que todo el conjunto dependa de unas pocas
variables (fundamentales) que serán las que permitan modificar el diseño
según las especificaciones requeridas.
- Establecimientos de la relaciones entre los parámetros que se han
seleccionado.
- Realización de iteraciones mediante la alteración de los parámetros
prefijados.
La principal diferencia con el diseño tradicional es que el proceso no termina
con el dibujo propiamente dicho, sino que empieza a partir de él, asociándole una
serie de parámetros y condiciones que, aunque hacen más costosa la obtención del
modelo inicial, agilizan la realización de iteraciones ya que la modificación de las
características se realiza simplemente introduciendo el nuevo valor.
Otra interesante propiedad del diseño paramétrico es la asociatividad
bidireccional. Esta consiste en que una vez construido un modelo en 3D con unas
determinadas vistas en 2D y sus correspondientes cortes, cualquier modificación que
se realice en una de las visualizaciones se transmitirá inmediatamente al resto, así
como a la base de datos, que se va creando mientras se dibuja.
En la plataforma con la que se implemente, se puede modelar
geométricamente los distintos elementos de una nave industrial, la estructura, las
instalaciones, la cimentación, etc. En el ámbito de este proyecto sólo se modelarán
elementos de la estructura.
A modo de ejemplo de un sistema paramétrico/variacional, se muestran a
continuación capturas de los programas SolidWorks y Excel. En la tabla de Excel se
encuentran los ya comentados parámetros fundamentales. Se puede crear desde un
simple pilar a una compleja nave industrial.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
Figura 2-3: Modelo pilar Figura 2-4: Tabla de diseño para pilar
3. TECNOLOGÍAS DEL MODELO DE PROCESOS
Existen dos grandes enfoques a este respecto, el de PLM, que abarca todo el
ciclo de vida del producto desde su diseño hasta su disposición final y el de PDM, el
cual se centra en una parte del ciclo, concretamente se ocupa del diseño y gestión de
la documentación del proceso. A continuación se analizan ambos enfoques.
3.1. Sistema PLM 3.1.1. Definición
Las referencias al PLM comienzan a aparecer a comienzos del 2000 y
emergen de una amplia vista de conceptos y tecnologías existentes anteriormente.
Estos conceptos y tecnologías progresaron siguiendo cada uno su propio camino y
una vez potentes y maduras, han dado lugar al concepto de PLM.
Hay que prestar atención a los cuatro antecesores del PLM: Diseño Asistido
por Ordenador (Computer Aided Design, CAD), Gestión de Datos de Ingeniería
(Engineering Data Management, EDM), Gestión de Datos del Producto (Product Data
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Capítulo 2 - Esquema general
Management, PDM) y Fabricación Integrada por Ordenador (Computer Integrated
Manufacturing, CIM).
Se definirá la gestión del ciclo de vida del producto (PLM) como el proceso de
gestión de todo el ciclo de vida de un producto desde su concepción, pasando por el
diseño y la fabricación, hasta su servicio y disposición final. Se trata de una de las
cuatro piedras angulares de la estructura de tecnología de la información de una
organización. Todas las empresas necesitan gestionar la información y las
comunicaciones con sus clientes (CRM-Gestión de las relaciones con los clientes) y
sus proveedores (SCM-Gestión de la cadena de suministro) y los recursos dentro de
la empresa (ERP-Planificación de los recursos de la empresa). Además, las
empresas de ingeniería de fabricación también deben desarrollar, describir,
administrar y comunicar información sobre sus productos (PDM).
Los beneficios que se obtienen con el uso de esta tecnología son:
- La reducción del tiempo de salida al mercado.
- La mejora de la calidad de los productos.
- La reducción de los costes de los prototipos.
- Los ahorros a través de la reutilización de los datos originales.
- Un marco para la optimización de los productos.
- La reducción de residuos.
- Los ahorros a través de la integración completa de los flujos de trabajo de
ingeniería.
Las conclusiones que se pueden sacar sobre el PLM son:
- Habla sobre los datos del producto, la información y su conocimiento.
- Se preocupa de toda la vida del producto, desde el principio hasta el final
de su vida.
- Es un enfoque que es algo más que un software o unos procesos.
- Cruza los límites, tanto funcionales como geográficos y organizativos.
- Combina los elementos de personas trabajando, procesos y tecnología.
- Conduce a la próxima generación del Lean Thinking.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
3.1.2. Modelo del ciclo de vida
Se desarrolla un modelo visual que proporcione una gran cantidad de
información de un solo vistazo. El corazón de la información representa todos los
datos del producto y está separado de las funciones o etapas que lo usan. Alrededor
de éste se encuentran las áreas funcionales que componen todo el ciclo de vida del
producto.
Figura 2-5: Ciclo de Vida
a) Planificación: El modelo comienza con unos análisis de requisitos y una
planificación, lo que es una etapa inicial en el desarrollo de cualquier producto. Estas
necesidades se traducen en especificaciones.
b) Diseño: Las funciones generadas por el análisis de requisitos y la planificación
pueden ser generalmente realizadas por más de un camino, es decir, se pueden
emplear diferentes tecnologías para alcanzar dichas funciones.
En esta etapa se tienen que realizar varios test, como análisis de fuerzas y
flujos, en los componentes y en el producto entero, para estar seguros de que el
producto realmente cumple las necesidades especificadas. Al final de esta fase, los
componentes que forman el producto están totalmente definidos en un modelo
matemático o una especificación de CAD.
c) Construcción: El diseño tiene que ser analizado y el diagrama de proceso
desarrollado, para especificar qué operaciones tienen que ser realizadas y en qué
secuencia crear las partes deseadas. Esas partes tendrán entonces que ser
ensambladas en una secuencia especifica para desarrollar completamente el
producto.
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Capítulo 2 - Esquema general
d) Soporte: Las funciones de venta y distribución utilizan la información del producto.
La mejor información con la cual determinar si el producto esta diseñado
adecuadamente es cómo funciona actualmente en uso.
e) Disposición final: La información sobre cómo fue diseñado el producto y cuáles son
sus componentes recuperables es necesaria para una efectiva y eficiente eliminación.
La información sobre si el producto podría ser reciclado usando los procesos
diseñados cuando fue construido es una información importante para los futuros
diseños de producto.
El modelo del ciclo de vida refleja que hay varias etapas separadas, las cuales
se suceden de manera relativamente secuencial. La información del producto
necesita ser desarrollada y usada durante toda la vida del producto sin que se
compartimente por etapas o funciones.
3.1.3. Características
A continuación se definen las características de un sistema PLM.
- Singularidad: Se define como la tenencia de una única e imperante versión
del dato del producto.
- Correspondencia: Se refiere al estrecho vínculo que existe entre el objeto
físico y el dato y la información sobre ese objeto físico.
- Cohesión: Las diferentes representaciones o visualizaciones de la
información del producto tienen que ser cohesivas, aunque dependan de
la perspectiva que se tenga de dicho producto. Se hablará de la lógica de
la visualización, de su funcionalidad, no de su aspecto físico, aunque éste
deberá cambiar para reflejar las variaciones en dicha funcionalidad.
- Trazabilidad: Es la capacidad para demostrar que el camino que sigue el
producto a través del tiempo puede ser seguido a la perfección hasta
volver a su origen. Esto sirve para no perder tiempo, energía y material en
volver a repetir hipótesis sobre atributos o funcionalidades de ideas,
diseños o productos que van surgiendo.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
- Reflexión: Del mismo modo que la imagen en un espejo refleja
instantáneamente en el espacio real los cambios producidos en el objeto
físico, la idea del PLM es capturar esos cambios en el espacio virtual de
manera similar.
- Disponibilidad de las entradas: Esto se refiere al movimiento en sentido
contrario al anterior, del espacio virtual al espacio real e indica
simplemente que sea posible tener la información y los procesos correctos
cuando se necesiten.
3.1.4. Elementos
El objetivo de toda organización es alcanzar un alto nivel de desarrollo de sus
procesos o prácticas y de sus sistemas de información. Esto no será posible si no se
tiene en cuenta un tercer factor, que son las personas. Estos tres elementos forman
un triángulo, en cuya base están los sistemas de información y los procesos o
prácticas y en su cumbre están las personas.
PERSONAS
TECNOLOGÍA DE
INFORMACIÓN
PROCESO /
PRÁCTICA
Figura 2-6: Elementos de un sistema PLM
3.1.5. Desarrollo colaborativo del producto
Se define como un estado inicial del PLM, enfocado a capturar, organizar,
coordinar y/o controlar todos los aspectos del desarrollo de la información del
producto, incluyendo requerimientos funcionales, geometría, especificaciones,
características, y procesos de fabricación en orden a proporcionar una visión
compartida y común de cómo los requerimientos del producto son traducidos de
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Capítulo 2 - Esquema general
forma tangible y se crea un repositorio de información del producto para ser usado en
el ciclo de vida del producto.
a) Diferentes niveles de colaboración
Si la geometría sólo tiene que ser vista, entonces un formato de archivo neutro
de Visualización del Producto (por ejemplo JT) puede ser usado para tareas como
son la visualización, la rotulación con marcas de agua y la maquetación digital multi-
cad.
Si los sistemas PDM/EDM en uso son diferentes, la estructura de datos o
metadatos pueden ser transferidos usando STEP (Standard for the Exchange of
Product model data) que es el nombre por el que se conoce a la norma ISO 10303.
La comunicación entre bases de datos puede ser realizada con herramientas
basadas en la transferencia de datos XML.
b) Correspondencia entre requerimientos y especificaciones
Los requerimientos del producto conducen la geometría, las especificaciones
y las características. Una vez traducidos estos requerimientos en especificaciones, se
puede perder la vinculación entre ellos, ya que en el proceso de diseño pueden verse
modificadas las especificaciones al añadir nuevas funcionalidades. Es importante que
haya una fuente única de información y una consistencia a través de las vistas.
Cualquier cambio en las especificaciones se tendrá que corresponder con
funcionalidades que tendrán que ser examinadas y reconciliadas.
c) Numeración de referencia
Es una cuestión clave en la abstracción de la información del producto para
poder simplificar la manipulación de esa información, ya que se elimina tener que
transmitir todas las especificaciones y características del producto.
Los números de referencia inteligentes (smart part numbers) representan
distintos aspectos de la pieza, lo que permite identificar rápidamente el componente o
el producto al que está vinculado sin tener que recurrir a recursos externos. Con la
implementación del PLM, los números de referencia inteligentes son reemplazados
por números de referencia secuenciales.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
d) Reutilización del producto
Lo que las organizaciones quieren con la reutilización es maximizar el uso y
minimizar la duplicación de piezas que ya han sido diseñadas. Habrá que poner
atención al contexto en el que se han diseñado las piezas que se quieren reutilizar,
para que sirvan en el nuevo contexto.
e) Start y Smart Parts
Las Start Parts son formas prototipo de bloques constructivos que son usadas
para crear nuevos productos y son complementarias a las piezas reutilizables.
También son complementarias las Smart Parts que son piezas o partes que se
construyen siguiendo unas reglas de modificación, de tal manera que si se necesita
escalar una pieza, gracias a estas relaciones se realiza de forma automática.
f) Espacio de colaboración
Los requerimientos para considerar un espacio como de colaboración son que
presente visualmente de forma simultánea la información del producto a todos los
participantes; que contenga un espacio en el que se listen los pasos de desarrollo,
estados y responsabilidades; y que capture los cambios del producto durante su
desarrollo (su trazabilidad).
A este espacio de colaboración ha contribuido en el año 2008 el nuevo
desarrollo de la Web 2.0, que introduce la noción de PLM 2.0, lo que dotará al PLM
de un enfoque de comunidad social con una característica colaboración online.
Actualmente PLM 2.0 es todavía una idea y un concepto más que una realidad.
g) Consistencia de la Lista de Material y Proceso
Muchas organizaciones usan distintas listas de materiales y procesos en
función de las áreas funcionales que se tengan. La gestión del ciclo de vida del
producto tiene que aportar una vista cohesiva y consistente a través de todas ellas.
Permitirá trabajar con información actual y exacta, no sólo de cómo está diseñado el
producto, sino también de cómo está fabricado, los recursos utilizados y sus costes.
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Capítulo 2 - Esquema general
h) Desarrollo de maquetas y prototipos digitales
Se ha pasado de vistas en dos dimensiones a representaciones digitales
tridimensionales. Esto permite ahorrar tiempo, energía y material, y además puede
proporcionar mejores funcionalidades (cambios de iluminación y de color de forma
inmediata).
i) Diseño para el Medio Ambiente (DfE)
Sus objetivos son tratar en el proceso de diseño sobre los temas de
eliminación y reciclaje del producto y examinar los procesos de fabricación para
sustituir métodos, recursos y sustancias químicas que afecten al medio ambiente.
j) Prueba Virtual y Validación
Las organizaciones pueden usar en los ordenadores información para
estructurar y simular las condiciones bajo las cuales el producto es probado. Dos
ejemplos de estos usos son los túneles de viento y las pruebas de choque en la
industria automovilística.
k) Marketing adicional
El PLM además de desarrollar el normalmente llamado marketing, como son
descripciones de producto, fichas descriptivas, también desarrolla el material que
acompaña al producto, como son los manuales de uso, folletos para una rápida
iniciación, etc.
3.1.6. Situación actual
En la actualidad el gasto total en software y servicios PLM se estima en más
de 15 mil millones de dólares al año, pero es difícil encontrar dos informes de análisis
de mercado cualesquiera, que estén de acuerdo en las cifras. Las estimaciones de
crecimiento del mercado están en el 10%.
Hay muchas empresas que suministran software para el mantenimiento de
procesos basados en PLM y aquí es donde se producen la mayoría de los ingresos.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
Algunas empresas como Siemens PLM Software (1.1 billones $), Altair Engineering
(0.15 billones $), Dassault Systèmes (1.1 billones $), Agile Software Corporation
(recientemente adquirida por Oracle Corporation) y SofTech, Inc (0.011 billones $)
ofrecen productos de software que cubren la mayoría de las áreas de funcionalidad
PLM.
3.2. Sistema PDM
3.2.1. Definición
El sistema PDM o Gestión de Datos del Producto (Product Data Management)
se centra en la información relativa a las operaciones básicas de un producto básico
de la empresa. Constituye una de las partes del concepto global de PLM, antes ya
comentado. Se centra en la gestión y el seguimiento de la creación, modificación y
archivo de toda la información relacionada con un producto.
En la información que se almacena y gestiona, se incluyen datos de ingeniería
tales como el diseño asistido por ordenador (CAD), los modelos, los dibujos y sus
documentos asociados. Este último término agrupa documentos como requisitos,
especificaciones, planes de fabricación, planes de montaje, planes de prueba,
procedimientos de ensayo y productos de visualización de datos.
Este sistema también gestiona metadatos, como la propiedad de un archivo y
el cambio de estado de los componentes. Se podrá controlar el check-in (traer) y el
check-out (registrar) de datos del producto de múltiples usuarios; además, se podrá
llevar a cabo la gestión de cambios de ingeniería y el control de versiones y tipos de
componentes de un producto. Permite construir y manipular la lista de materiales del
producto (BOM) para los conjuntos y ayuda en la gestión de configuraciones de
variantes del producto.
El PDM está enfocado a capturar y mantener la información de los productos
y/o los servicios a lo largo de su desarrollo y vida útil. La típica información que se
gestiona incluye: Número de pieza, descripción de pieza, suministrador, unidad de
medida, coste/precio y hoja de datos de materiales.
3.2.2. Ventajas
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Capítulo 2 - Esquema general
Destacan de este sistema las siguientes ventajas:
- Seguimiento y gestión de todos los cambios de los datos relativos al
producto.
- Aceleración del retorno de la inversión con una fácil instalación.
- Disminución del tiempo dedicado a la organización y seguimiento de los
datos de diseño.
- Mejora en la productividad a través de la reutilización del diseño de datos
del producto.
- Mejora la colaboración.
3.2.3. Capacidades
- Control de acceso: Existe un control del acceso a los elementos que forman la
base de datos del producto. En función de la responsabilidad del usuario se
otorga un tipo de permiso u otro. Debido a que este sistema evoluciona hacia un
sistema de comercio colaborativo del producto, el control de acceso adquiere una
gran importancia.
- Clasificación de componentes y materiales: Tanto los componentes como los
materiales pueden ser clasificados, organizados y se les pueden asignar
atributos. Todo ello para eliminar redundancias, crear listas de piezas favoritas y
minimizar los tiempos de búsqueda de información.
- Estructura de producto: Esto permite diferentes enfoques de las relaciones entre
las piezas de diferentes ensamblajes en función de las necesidades del
departamento de la empresa interesado, siempre y cuando se mantenga la
consistencia y el rigor en la definición del producto por medio de una única base
de datos.
- Cambios de ingeniería: Estos sistemas permiten que los cambios de ingeniería
puedan ser analizados y desarrollados de manera más completa para una mejor
definición del impacto de esos cambios.
- Gestión de procesos y flujos de trabajo: El proceso se define de forma que se
especifican los pasos que tienen lugar y los requisitos que los datos tienen que
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
alcanzar para avanzar en dicho proceso. Dentro de un proyecto las
responsabilidades se asignan a los distintos pasos del proceso.
- Colaboración: Este sistema permite un entorno de colaboración para que equipos
de usuarios accedan, revisen y trabajen con la información del producto y del
proceso.
- Almacenamiento y recuperación de información del producto: Se trabaja con una
única base de datos, que almacena todos los datos relativos al producto y a los
procesos. También incorpora herramientas de búsqueda que permiten la
recuperación de dicha información.
4. ENTORNO DE TRABAJO 4.1. Herramientas para el modelo conceptual A la hora de realizar el modelo conceptual se va a elegir la herramienta
Rational Rose que forma parte de la familia Rational Software, empresa de IBM
dedicada al despliegue, diseño, construcción, pruebas y administración de proyectos
en el proceso de desarrollo de software.
En concreto, la aplicación Rose se define como una herramienta de modelado
visual para el análisis y diseño de sistemas basados en objetos.
La interfaz está formada por los siguientes elementos:
- Browser ó Navegador, que permite navegar rápidamente a través de las
distintas vistas del modelo.
- Ventana de documentación, para manejar los documentos del ítem
seleccionado en cualquiera de los diagramas.
- Barra de herramientas Standard, para acceder a las acciones comunes a
ejecutar para cada uno de los diagramas del modelo.
- Barra de herramientas de Diagrama, muestra el conjunto de herramientas
disponibles para el diagrama activo.
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Capítulo 2 - Esquema general
- Ventana de Diagrama, que permite desplegar y editar cualquiera de los
diagramas UML.
- Ventana Registro ó Log, que registra todas las órdenes ejecutadas y los
errores que se producen durante su ejecución.
- Barra de Estado, que muestra el programa de la carga del modelo, el
estado de lectura/escritura del elemento seleccionado y otros datos de
utilidad.
A continuación se realiza una captura del programa y se indican los distintos
elementos que forman parte de la interfaz.
Ventana de Diagrama
Browser
Barra de herramientas
Diagrama Ventana de Log
Barra de herramientas Standard
Ventana de Documentación
Figura 2-7: Interfaz Rational Rose
4.2. Herramientas para el modelo de producto
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
En la actualidad existen dos grandes plataformas para la implementación del
modelo geométrico del producto de una empresa. Por un lado se encuentra Siemens
UGS, que proporciona el programa SolidEdge para empresas de tamaño medio/bajo
y el software NX para las de tamaño grande. Como competencia directa está
Dassault Systemes, plataforma que suministra la herramienta SolidWorks para
soluciones medianas y pequeñas y el software Catia para grandes proyectos.
Para el ámbito del proyecto, se opta por una solución mediana. Al ser los
programas que ofrecen ambas plataformas muy parecidos en cuanto a
funcionalidades, para el proyecto en cuestión se ha optado por elegir la herramienta
SolidWorks. A continuación se explican brevemente en qué consisten ambas
aplicaciones.
4.2.1. SolidEdge
Esta aplicación es un programa de parametrizado de piezas en 3D basado en
un software de sistema de diseño asistido por ordenador (CAD). Permite el modelado
de piezas de distintos materiales, doblado de chapas, ensamblaje de conjuntos,
soldadura y funciones de dibujo en plano para ingenieros.
A través de software de terceras partes, es compatible con otras tecnologías
PLM. También trae "Insight", escrito en PDM y con funcionalidades CPD basadas en
tecnología Microsoft.
Presentado en 1996, inicialmente fue desarrollado por Intergraph como uno de
los primeros entornos basados en CAD para Windows NT, ahora pertenece y es
desarrollado por SIEMENS. Su kernel de modelado geométrico era originalmente
ACIS, pero fue cambiado a Parasolid.
La inclusión de SolidEdge dentro de Siemens está suponiendo muchas
mejoras. Dentro de las más notables destaca en la última versión v.20, la traducción
de archivos de otras plataformas.
Con esta nueva tecnología queda derogada el orden de generación de las
operaciones, lo que quiere decir esto es que no importa el orden en que se han
creado las operaciones, recalcula sólo las geometrías necesarias, y con la
introducción del llamado steering wheel, podemos dinámicamente modificar los
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Capítulo 2 - Esquema general
sólidos sin siquiera tocar el boceto. Esta tecnología también permite actuar sobre las
operaciones de geometrías importadas de otras plataformas CAD con total libertad,
acelerando el proceso de creación y modificación de geometría entre empresas que
cuentan con programas diferentes.
4.2.2. SolidWorks
Esta herramienta es un programa de diseño asistido por ordenador para
modelado mecánico que funciona bajo el sistema operativo Microsoft Windows y es
desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., una subsidiaria de Dassault
Systèmes (Suresnes, Francia). Es un modelador de sólidos paramétrico, que usa el
kernel de modelado geométrico Parasolid.
Fue introducido en el mercado en 1995 y es actualmente el líder del mercado
del modelado mecánico en CAD. Permite modelar piezas y conjuntos y extraer de
ellos tanto planos como otro tipo de información necesaria para la producción.
Funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. El
proceso consiste en trasvasar la idea mental del diseñador al sistema CAD,
"construyendo virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las
extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante
automatizada.
4.3. Herramientas para el modelo de procesos
Al igual que para el modelado geométrico, las mismas plataformas anteriores,
proporcionan distintas soluciones para el caso de la implementación del modelo de
procesos.
La plataforma Siemens UGS proporciona la herramienta Teamcenter para las
grandes empresas, teniendo la versión Express para las empresas medianas y
pequeñas. En cuanto a Dassault Systemes, para las grandes posee la aplicación
SmarTeam y para las medianas y pequeñas PDMWorks Enterprise. A continuación
se analizan las herramientas de tamaño medio de ambas plataformas, necesarias
para la realización del proyecto.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
4.3.1. Aplicación: Teamcenter
a) Antecedentes
La plataforma Teamcenter es suministrada por la empresa Siemens UGS, que
es un proveedor global de software y servicios de gestión del ciclo de vida del
producto (PLM), con cerca de 3,3 millones de licencias y 42.000 clientes en todo el
mundo.
Figura 2-8: Plataforma Teamcenter
Teamcenter proporciona soluciones del ciclo de vida del producto para la
gestión de los requerimientos de los procesos de ingeniería, el aprovisionamiento del
ciclo de vida del producto, la gestión de los procesos de fabricación y la gestión de
los servicios, que a su vez están respaldados por la gestión del conocimiento del ciclo
de vida, la gestión de proyectos y procesos, la colaboración y la visualización.
Los motivos para la posible aplicación de esta plataforma son los siguientes:
- Las empresas están experimentando un rápido aumento de sus datos de
ingeniería y/o necesitan gestionar datos procedentes de múltiples fuentes
de CAD.
- Se necesita mejorar la eficacia de los procesos de cambios de ingeniería y
diseño.
- Se necesita colaborar con proveedores, clientes y socios.
- Las empresas pueden aprovechar procesos pre-configurados, reduciendo
la necesidad de invertir en personalización antes de obtener los resultados
de estas inversiones.
- Se utiliza Microsoft Windows y otros productos asociados de Microsoft
como entorno de usuario común.
- Se precisa un modelo de crecimiento para funcionalidades avanzadas, es
decir, una escalabilidad con protección de datos integrada que permita el
crecimiento de la aplicación.
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Capítulo 2 - Esquema general
b) Funcionalidades
- Rápida implementación: El entorno de usuario está totalmente configurado y está
disponible para su uso inmediato tras la instalación, sobre la base de una
configuración empresarial típica. Proporciona un único programa de instalación
para instalar y configurar:
- Interfaz de usuario avanzado: Teamcenter Express implementa una interfaz de
usuario estándar e intuitivo, configurada para satisfacer las necesidades de los
usuarios. Cuenta con un aspecto y funcionamiento tipo Microsoft® Outlook™ y
una interfaz dinámica que se adapta a la tarea. Los asistentes ayudan a los
usuarios a realizar las operaciones principales, como la creación de un nuevo
elemento, un nuevo flujo de trabajo, creación de un informe, etc.
- Concepto de “Item”: Los datos se gestionan como una unidad “lógica”,
visualizándose fácilmente y facilitando la gestión coordinada de los datos
relacionados. Con la siguiente imagen se puede comprender mejor este
concepto.
Modelo CAD Especificaciones
Archivo
Resumen de costes
Análisis
Número de elemento/revisión
Dibujo
Figura 2-9: Concepto de “item”
- Soporte Multi CAD: Teamcenter Express proporciona las opciones de
proteger/desproteger, búsqueda y recuperación y gestión de la Estructura del
Producto para los principales sistemas de CAD.
- Integración de aplicaciones: Teamcenter conserva rutas de bases de datos muy
precisas que anotan la residencia física de los datos de aplicación y garantizan la
actualización directa de Teamcenter cada vez que se realiza un cambio en los
datos. Asimismo, guarda metadatos (por ejemplo atributos de los archivos de
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
datos que se registran) para facilitar la posterior búsqueda y recuperación de la
información.
- La visualización: Posee una visualización dinámica de documentos Office y
documentos CAD 2D/3D. Incluye funciones de medición, anotación, acotación y
seccionado y es compatible con los procesos de revisión de diseños.
- Gestión del proceso: Teamcenter proporciona un conjunto de funcionalidades de
flujo de trabajo (workflows) que una empresa puede utilizar para automatizar sus
procesos de ciclo de vida, por ejemplo: definiciones de reglas, funciones de
usuario y servicios de notificación. La versión Teamcenter Express incorpora
flujos de trabajo pre-configurados.
Figura 2-10: Ejemplo flujo de trabajo
- Gestor de la estructura del producto (BOM): Teamcenter Express captura
automáticamente y sincroniza la estructura de conjunto de CAD. La estructura del
producto puede manipularse mediante la aplicación PSE (Editor de Estructura de
Producto). Los cambios realizados mediante PSE se sincronizan con el conjunto
de CAD.
- Integración con ERP: Teamcenter Express incluye una interfaz genérica de ERP
en la que los datos de la pieza y de la lista de materiales se formatean y se
extraen en un archivo XML. Se utilizan procesos de flujo de trabajo pre-
configurados para gestionar las transacciones de ERP.
- Generación de informes configurable: El programa incluye informes pre-
configurados, como historial de cambios de la pieza, informe de cambios y lista de
materiales. Incluye un asistente con el que se pueden definir nuevos informes.
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Capítulo 2 - Esquema general
Figura 2-11: Generador de informes
- Opción Multi-site: Los usuarios de Teamcenter Express pueden utilizar la
tecnología de colaboración entre varios sitios de Teamcenter, reuniendo las
bases de datos dispersas geográficamente en un único sistema lógico.
- Seguridad de la información: Teamcenter conserva las rutas y los metadatos
correspondientes a la información gestionada del entorno PLM en un repositorio
de bases de datos que se puede controlar, acceder, auditar y compartir con
carácter empresarial. Teamcenter admite el protocolo de seguridad HTTPS
estándar para proteger el suministro de información basada en Web a través de
barreras de cortafuegos.
- Acceso/obtención de la información: Teamcenter incorpora la función de
búsqueda universal ya que permite a los usuarios emplear exploradores Web
convencionales para realizar consultas en el entorno PLM y obtener información
que ha sido creada en múltiples sistemas nativos de autor.
c) Beneficios
Su principal beneficio es que optimiza las primeras fases del desarrollo, que
son las que determinan en un 80 por ciento el coste de los productos. Además hay
que destacar las siguientes ventajas:
o Permite beneficiarse del mejor precio alcanzable al ser el primero en lanzar el
producto al mercado.
o Potencia al máximo la reutilización del capital intelectual.
o Permite crear, modificar y reconstruir rápidamente la cadena de valor cuando
surgen oportunidades de mercado.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
o Incorpora nuevas formas de conocimiento de los productos a todos los
ámbitos de la organización.
o Simplifica los procesos de lanzamiento de productos repetitivos.
o Detecta con antelación los errores de diseño más costosos al principio del
ciclo de vida de los productos.
o Mantiene al más alto nivel los requisitos del producto durante todo su ciclo de
vida.
o Evalúa el impacto de los recursos, los costes y la planificación de los cambios
propuestos para el producto.
Figura 2-12: Etapas en el desarrollo de un producto
4.3.2. Aplicación: PDMWorks Enterprise
El programa PDMWorks Enterprise es suministrado por la plataforma Dassault
Systemes y ofrece una solución de software de gestión de datos de productos (PDM).
Permite a la organización gestionar y compartir datos de productos de una manera
más eficaz, así como crear mejores productos en menos tiempo.
a) Beneficios
A continuación se destacan los beneficios que aporta esta aplicación.
- Mejora del uso compartido de la información e implementación rápida en
varios sitios, ya que gestiona y comparte información y datos de cualquier
tipo. La interfaz del software es muy intuitiva y proporciona una integración
inigualable con el Explorador de Windows.
- Aumento de la eficacia en la gestión de datos, lo cual evita que el personal
cometa errores y además facilita la reutilización de los datos.
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Capítulo 2 - Esquema general
- Agilización de los procesos mediante la automatización de los flujos de
trabajo.
- Actividades de auditoría para la mejora de la calidad y del cumplimiento de
normas. Existen en este entorno herramientas de auditoría que se
encargan de registrar los cambios y sus autores, así como la fecha, la
forma y la causa de la modificación.
- Participación de la información con clientes y proveedores acortando el
proceso de desarrollo de productos.
b) Características
- Integración con SolidWorks: La integración sin problemas con SolidWorks
incentiva el trabajo en equipo entre equipos de diseño. Las funciones de
notificación automáticas incorporadas informarán, recordarán o alertarán a los
miembros del equipo cuando se haya modificado un archivo o cuando haya
cambiado su estado.
- Integración con Windows: PDMWorks Enterprise es el primer sistema exclusivo
de gestión de documentos de ingeniería comercial totalmente integrado en el
Explorador de Windows. Los usuarios realizan todas las funciones con
PDMWorks Enterprise a través del Explorador de Windows o una de sus
integraciones de CAD, con lo que no existe ninguna interfaz propia que se deba
aprender.
Figura 2-13: Entorno Windows con PDMWorks
- Acceso seguro: Esta plataforma permite que el personal autorizado acceda a la
información de diseño más actual de forma rápida y sencilla desde cualquier
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
parte. Esto garantiza que se presenten los datos correctos al usuario correcto en
el momento correcto, con lo que se reducen los errores.
Figura 2-14: Pantalla inicio de PDMWorks
Figura 2-15: Configuración usuario
- Vista preliminar completa del documento: Además de la capacidad de PDMWorks
Enterprise de gestionar cualquier tipo de documentos, las funciones de
visualización incorporadas admiten la visualización, incluido el zoom y la
impresión, de más de 250 tipos de archivos. Estos tipos de archivo incluyen
archivos de SolidWorks, AutoCAD, Inventor, Solid Edge y Microsoft Office,
imágenes, animaciones, archivos de película, archivos PDF y muchos otros.
- Búsqueda y reutilización de datos de diseño: Las funciones de búsqueda de
PDMWorks Enterprise hacen que sea más fácil buscar documentos según sus
nombres, datos contenidos, metadatos adjuntos, estado de flujo de trabajo, etc.
Estas búsquedas se pueden predefinir, guardar y compartir con uno o más
usuarios. Una vez encontrado el documento que se desee se puede volver a
utilizar en nuevos diseños.
- Gestor de plantillas: Mediante un asistente se permite la creación automática de
carpetas con derechos de usuario asignados. Esto proporciona a las empresas
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Capítulo 2 - Esquema general
una clasificación y un control de estándares que puede ligarse a esquemas de
numeración basados en proyectos y vínculos de bloques de títulos automáticos.
Figura 2-16: Gestor de plantillas
- Diseño distribuido: El programa PDMWorks Enterprise cubre la necesidad de
ampliaciones adicionales de la empresa y de compatibilidad, con la duplicación de
almacenes de documentos/dibujos a través de una red WAN en el caso de
empresas multinacionales con varios centros.
Figura 2-17: Diseño distribuido
- Procesos de aprobación automatizados (Flujo de trabajo): Los diagramas de flujo
de trabajo definen las rutas de los documentos y la información relacionada a
través de los distintos procesos junto con los individuos responsables y sus
derechos de acceso (lectura, modificación, aprobación, etc.). Las notificaciones
automáticas avisan a los trabajadores de acciones necesarias en etapas de salida
específicas mientras que una perspectiva general del estado del proyecto
muestra a los gestores los obstáculos.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
Figura 2-18: Configuración flujo de trabajo
- Registro de auditoría: Las herramientas de auditoría registran quién realizó una
acción y cuándo lo hizo, así como por qué se efectuó un cambio y cómo se hizo.
Las funciones de auditoría ayudan en la preparación de informes de cumplimiento
de calidad, determinados por la misma empresa o solicitados por organismos de
regulación, auditores de la norma ISO o criterios de rendimiento específicos del
proyecto.
Figura 2-19: Historial
- Conectividad en sistemas ERP/MRP: PDMWorks Enterprise incluye una API de
programador basada en COM con todas las funciones. Si se utiliza esta API, se
puede integrar PDMWorks Enterprise con la mayoría de los restantes sistemas.
4.3.3. Comparativa entre Teamcenter y PDMWorks
La comparativa se realiza entre la versión Express de Teamcenter (TC)
suministrada por Siemens UGS y la aplicación PDMWorks Entreprise de Dassault
Systemes.
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Capítulo 2 - Esquema general
a) Funcionalidades
Las funcionalidades y posibilidades de personalización son mayores en
Teamcenter, pero son suficientes para el ámbito del proyecto las que incorpora el
PDM. El control de la temporalidad, en principio, no está contemplado en esta última
plataforma.
Por otro lado, se suele trabajar con muchos procesos en paralelo y
dependientes entre sí, para recortar los tiempos de desarrollo. Esto hace más
conveniente un modelo con tareas sencillas, más basadas en la evolución de estados
de los distintos documentos de información, sobre los que trabajan equipos
interdisciplinares en un entorno colaborativo. En particular, el Teamcenter Express
parece más enfocado a procedimientos de fabricación en serie, mas secuenciales,
siendo necesario una mayor tarea de personalización para su aplicación al diseño. El
TC parece más orientado a cambios a largo plazo.
La automatización de tareas secuenciales no está del todo resuelta con el
PDMWorks. Es posible la secuenciación de tareas sencillas directamente y de tareas
complejas a través de la aplicación Visual.net.
La asociatividad de la información, muy útil para un PLM no está tan definida
en el caso de PDMWorks. Por otro lado, los tipos de información utilizados son más
habituales a los usuarios, pero se pierden posibilidades de asociatividad.
La nomenclatura automática y el uso de plantillas, existe en ambos programas
y es suficiente para el proyecto que se va a desarrollar.
La carga masiva de datos en Teamcenter se desarrolla mediante una
aplicación particular que adapta los nombres originales a la nomenclatura propia del
sistema. En el sistema PDM se permite la copia masiva en el sistema y su registro
manteniendo nombres y estructuras originales.
b) Compatibilidad e integración
La compatibilidad fundamental que se persigue es con los programas de CAD
y en este sentido ambas plataformas tienen suficiente compatibilidad con programas
de este tipo como SolidEdge, SolidWorks o Autocad.
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Utilidad del CAD 3D y del PLM en el Sector de la Construcción Industrial
La compatibilidad con herramientas de ofimática está asegurada con el
paquete MSOffice, por lo que no supone ningún problema para cualquiera de los dos
sistemas comparados.
La compatibilidad con el sistema operativo para el programa PDMWorks es
evidente, pues trabaja directamente con Windows, integrándose en su estructura de
directorios. Al mismo tiempo, utiliza sus herramientas de mensajería, como Outlook
para la comunicación entre los usuarios.
c) Seguridad
La seguridad de entrada en el sistema es similar en ambas plataformas. Todo
usuario debe entrar identificándose e introduciendo su palabra clave. Esto se controla
mediante la gestión adecuada de permisos y el seguimiento de las distintas acciones
realizadas por cada usuario. El sistema permite la gestión de dichos permisos por
grupos de trabajadores con roles similares, con lo que facilita la personalización, por
tipos de datos y por tareas. Las funcionalidades de gestión de permisos son más
avanzadas en el caso de TC, pero son suficientes en el sistema PDM para los
objetivos del proyecto.
d) Interfaz
En este punto se consideran ciertas ventajas de PDMWorks frente a TC. La
principal es el uso de la misma interfaz de Windows, ya conocida y familiar a los
usuarios. Con un correcto modelo del flujo de trabajo, manteniendo el procedimiento
de la empresa, el cambio a los usuarios en el uso del sistema PLM frente al anterior
es muy poco con lo que se ahorra tiempo en el periodo de adaptación.
En cuanto a la capacidad de consulta dentro del sistema, el PDM resulta más
flexible que el TC, facilitando la generación de nuevas consultas.
Como conclusión se decide optar por la aplicación PDMWorks Enterprise
porque se ajusta mejor a los objetivos del proyecto, al tener unas funcionalidades
suficientes y poseer una interfaz y un manejo más intuitivo.
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