Ingeniería concurrente

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La ingeniería concurrente ( CE ) o el diseño y la fabricación concurrentes es una metodología de trabajo que enfatiza la paralelización de tareas (es decir, la realización de tareas de manera concurrente), lo que a veces se denomina ingeniería simultánea o desarrollo integrado de productos ( IPD ) utilizando un enfoque de equipo de producto integrado . Se refiere a un enfoque utilizado en el desarrollo de productos en el que se integran funciones de ingeniería de diseño, ingeniería de fabricación y otras funciones para reducir el tiempo necesario para llevar un nuevo producto al mercado. ^[1]

Al completar las etapas de diseño y fabricación al mismo tiempo, los productos se producen en menos tiempo y a la vez se reducen los costos. Aunque el diseño y la fabricación simultáneos requieren una amplia comunicación y coordinación entre disciplinas, los beneficios pueden aumentar las ganancias de una empresa y generar un entorno sostenible para el desarrollo de productos. El diseño y la fabricación simultáneos pueden generar una ventaja competitiva sobre otras empresas, ya que el producto se puede producir y comercializar en menos tiempo. ^[2] Sin embargo, la ingeniería concurrente mal implementada puede generar problemas. ^{[3] [4]}

El éxito del diseño y la fabricación concurrentes radica en la realización simultánea de los procesos, involucrando a todas las disciplinas. A medida que el desarrollo de productos se ha vuelto más eficiente en términos de costos y tiempo a lo largo de los años, los elementos de la ingeniería concurrente han estado presentes en los enfoques de desarrollo de productos. Los elementos de la ingeniería concurrente que se utilizaron fueron equipos multifuncionales, así como un rápido tiempo de comercialización y la consideración de los procesos de fabricación al diseñar. ^[5] Al involucrar a múltiples disciplinas en la toma de decisiones y la planificación, la ingeniería concurrente ha hecho que el desarrollo de productos sea más eficiente en términos de costos y tiempo. El hecho de que la ingeniería concurrente pueda dar como resultado un tiempo de comercialización más rápido ya es una ventaja importante en términos de una ventaja competitiva sobre otros productores. La ingeniería concurrente ha proporcionado una estructura y un concepto para el desarrollo de productos que se pueden implementar para el éxito futuro.

Una publicación de 2008 describió la ingeniería concurrente como un nuevo sistema de gestión de diseño que ha madurado en los últimos años para convertirse en un enfoque de sistemas bien definido para optimizar los ciclos de diseño e ingeniería. ^[6] La ingeniería concurrente se ha implementado en varias empresas, organizaciones y universidades, sobre todo en la industria aeroespacial. A principios de la década de 1990, la CE también se adaptó para su uso en el campo de la automatización de la información y el contenido, proporcionando una base para la organización y la gestión de proyectos fuera del sector de desarrollo de productos físicos para el que se diseñó originalmente. Organizaciones como la Instalación de Diseño Concurrente de la Agencia Espacial Europea hacen uso del diseño concurrente para realizar estudios de viabilidad para futuras misiones.

La premisa básica de la ingeniería concurrente gira en torno a dos conceptos. El primero es la idea de que todos los elementos del ciclo de vida de un producto (desde la funcionalidad, la producción, el ensamblaje, las pruebas, el mantenimiento, el impacto ambiental y, por último, la eliminación y el reciclaje) deben tenerse en cuenta cuidadosamente en las primeras fases de diseño. ^[7]

El segundo concepto es que todas las actividades de diseño deberían realizarse al mismo tiempo, es decir, simultáneamente. La idea es que la naturaleza concurrente de estas actividades aumenta significativamente la productividad y la calidad del producto. ^[8] De esta manera, los errores y los rediseños se pueden descubrir en las primeras etapas del proceso de diseño, cuando el proyecto aún es flexible. Al localizar y solucionar estos problemas en forma temprana, el equipo de diseño puede evitar errores que suelen resultar costosos a medida que el proyecto avanza hacia modelos computacionales más complicados y, finalmente, hacia la fabricación real del hardware. ^[9]

Como se mencionó anteriormente, parte del proceso de diseño es garantizar que se tenga en cuenta todo el ciclo de vida del producto. Esto incluye establecer los requisitos del usuario, propagar los primeros diseños conceptuales, ejecutar modelos computacionales, crear prototipos físicos y, finalmente, fabricar el producto. Este proceso incluye tener en cuenta plenamente la financiación, la capacidad de la fuerza laboral y los requisitos de tiempo. Un estudio de 2006 afirmó que una implementación correcta del proceso de diseño concurrente puede ahorrar una cantidad significativa de dinero y que las organizaciones han estado moviéndose hacia el diseño concurrente por este motivo. ^[8] También es altamente compatible con el pensamiento sistémico y la ingeniería ecológica .

La ingeniería concurrente reemplaza el flujo de diseño secuencial más tradicional, o "modelo en cascada". ^{[10] [11]} En la ingeniería concurrente se utiliza en su lugar un método de desarrollo iterativo o integrado. ^[12] El método en cascada se mueve de forma lineal, comenzando con los requisitos del usuario y avanzando secuencialmente hacia el diseño y la implementación, hasta que se tiene un producto terminado. En este sistema de diseño, un equipo de diseño no miraría rápidamente hacia atrás o hacia adelante desde el paso en el que se encuentra para solucionar o anticipar los problemas. En el caso de que algo salga mal, el diseño generalmente debe desecharse o modificarse en gran medida. El proceso de diseño concurrente o iterativo fomenta cambios rápidos de rumbo, de modo que se tengan en cuenta todos los aspectos del ciclo de vida del producto, lo que permite un enfoque más evolutivo del diseño. ^[13] La diferencia entre los dos procesos de diseño se puede ver gráficamente en la Figura 1.

Una parte importante del método de diseño concurrente es que el ingeniero individual tiene mucha más voz y voto en el proceso de diseño general debido a la naturaleza colaborativa de la ingeniería concurrente. Se afirma que otorgarle la propiedad al diseñador mejora la productividad del empleado y la calidad del producto, basándose en el supuesto de que las personas a las que se les da un sentido de gratificación y propiedad sobre su trabajo tienden a trabajar más duro y diseñar un producto más sólido, a diferencia de un empleado al que se le asigna una tarea con poca voz y voto en el proceso general. ^[9]

El diseño concurrente conlleva una serie de desafíos, como la implementación de revisiones de diseño tempranas, la dependencia de una comunicación eficiente entre ingenieros y equipos, la compatibilidad del software y la apertura del proceso de diseño. ^[14] Este proceso de diseño generalmente requiere que los modelos de computadora ( diseño asistido por computadora , análisis de elementos finitos ) se intercambien de manera eficiente, algo que puede ser difícil en la práctica. Si estos problemas no se abordan adecuadamente, el diseño concurrente puede no funcionar de manera efectiva. ^[15] Es importante señalar que, si bien la naturaleza de algunas actividades del proyecto impone un grado de linealidad (la finalización del código de software, el desarrollo y la prueba de prototipos, por ejemplo), la organización y la gestión de equipos de proyecto para facilitar el diseño concurrente aún pueden producir beneficios significativos que provienen de la mejora del intercambio de información.

Existen proveedores de servicios que se especializan en este campo, no sólo capacitando a las personas para realizar diseño concurrente de manera efectiva, sino también brindando herramientas para mejorar la comunicación entre los miembros del equipo.

Los equipos multifuncionales incluyen personas de diferentes áreas del lugar de trabajo que están involucradas en un proceso particular, incluida la fabricación, el diseño de hardware y software, el marketing, etc.

Hacer varias cosas a la vez, como diseñar varios subsistemas simultáneamente, es fundamental para reducir el tiempo de diseño y está en el corazón de la ingeniería concurrente.

El intercambio incremental de información ayuda a minimizar la posibilidad de que la realización simultánea de un producto genere sorpresas. "Incremental" significa que tan pronto como se disponga de nueva información, se la comparte y se la integra al diseño. Los equipos interdisciplinarios son importantes para el intercambio eficaz de información de manera oportuna.

La gestión integrada de proyectos garantiza que alguien sea responsable de todo el proyecto y que esa responsabilidad no se transfiera una vez que se haya realizado un aspecto del trabajo.

Se utilizan varias definiciones de ingeniería concurrente.

El primero lo utiliza la Concurrent Design Facility ( ESA ):

La ingeniería concurrente (EC) es un enfoque sistemático para el desarrollo integrado de productos que enfatiza la respuesta a las expectativas de los clientes. Incorpora valores de equipo de cooperación, confianza y participación de tal manera que la toma de decisiones se realiza por consenso, involucrando todas las perspectivas en paralelo, desde el comienzo del ciclo de vida del producto .

El segundo es de Winner, et al., 1988:

La ingeniería concurrente es un enfoque sistemático para el diseño integrado y concurrente de productos y sus procesos relacionados, incluidos la fabricación y el soporte. Este enfoque tiene como objetivo que los desarrolladores consideren desde el principio todos los elementos del ciclo de vida del producto, desde la concepción hasta la eliminación, incluidos la calidad, el costo, el cronograma y los requisitos del usuario. ^[16]

La ingeniería concurrente y secuencial abarcan las mismas etapas de diseño y fabricación, sin embargo, los dos enfoques varían ampliamente en términos de productividad, costo, desarrollo y eficiencia. La figura "Ingeniería secuencial vs. Diseño y fabricación concurrentes" muestra la ingeniería secuencial a la izquierda y el diseño y fabricación concurrentes a la derecha. Como se ve en la figura, la ingeniería secuencial comienza con los requisitos del cliente y luego avanza hacia el diseño, la implementación, la verificación y el mantenimiento. El enfoque de la ingeniería secuencial da como resultado una gran cantidad de tiempo dedicado al desarrollo del producto. Debido a la gran cantidad de tiempo asignado a todas las etapas del desarrollo del producto, la ingeniería secuencial se asocia con un alto costo y es menos eficiente ya que los productos no se pueden fabricar rápidamente. La ingeniería concurrente, por otro lado, permite que todas las etapas del desarrollo del producto ocurran esencialmente al mismo tiempo. Como se ve en la figura "Ingeniería secuencial vs. Diseño y fabricación concurrentes", la planificación inicial es el único requisito antes de que pueda ocurrir el proceso, incluida la planificación del diseño, la implementación, las pruebas y la evaluación. El enfoque de diseño y fabricación concurrentes permite acortar el tiempo de desarrollo del producto, una mayor eficiencia en el desarrollo y producción de piezas antes y menores costos de producción.

La ingeniería concurrente y secuencial también se pueden comparar utilizando una analogía de carrera de relevos. ^[17] La ​​ingeniería secuencial se compara con el enfoque estándar de correr una carrera de relevos, donde cada corredor debe correr una distancia establecida y luego pasar el testigo al siguiente corredor y así sucesivamente hasta que se complete la carrera. La ingeniería concurrente se compara con correr una carrera de relevos donde dos corredores correrán al mismo tiempo durante ciertos puntos de la carrera. En la analogía, cada corredor cubrirá la misma distancia establecida que el enfoque secuencial, pero el tiempo para completar la carrera utilizando el enfoque concurrente es significativamente menor. Al pensar en los diversos corredores en la carrera de relevos como etapas en el desarrollo de un producto, la correlación entre los dos enfoques en la carrera de relevos con los mismos enfoques en ingeniería es muy similar. Aunque hay procesos más complejos y numerosos involucrados en el desarrollo de un producto, el concepto que proporciona la analogía es suficiente para comprender los beneficios que vienen con el diseño y la fabricación concurrentes.

Con la ingeniería concurrente, las empresas pueden reducir el tiempo que lleva pasar de la idea al producto. El ahorro de tiempo se produce al diseñar teniendo en cuenta todos los pasos del proceso, eliminando cualquier cambio potencial que deba realizarse en un diseño después de que una pieza haya llegado a la fase de producción antes de darse cuenta de que es difícil o imposible de mecanizar. Reducir o eliminar estos pasos adicionales significa que el producto se completará antes y con menos material desperdiciado en el proceso. Durante el proceso de diseño y creación de prototipos, los posibles problemas en el diseño se pueden corregir en las primeras etapas de desarrollo del producto para reducir aún más el tiempo de producción.

Los beneficios del diseño y la fabricación simultáneos se pueden clasificar en corto y largo plazo.

• Ventaja competitiva con implementación rápida de la pieza en el mercado
• Grandes cantidades de la misma pieza producidas en un período de tiempo más corto
• Permite la corrección temprana de la pieza.
• Menos material desperdiciado
• Menos tiempo dedicado a múltiples iteraciones de esencialmente la misma pieza

• Más rentable a partir de varias piezas producidas y varios años
• Grandes cantidades de piezas diferentes producidas en un tiempo total más corto
• Mejor comunicación entre disciplinas en la empresa
• Capacidad para aprovechar el trabajo en equipo y tomar decisiones informadas ^[17]

Actualmente, varias empresas, agencias y universidades utilizan CE. Entre ellas se pueden mencionar:

• Instalación de diseño concurrente ^[18] - Agencia Espacial Europea
• Equipo X de la NASA : Laboratorio de propulsión a chorro
• Centro de Diseño Integrado (IDC), Laboratorio de Diseño de Misiones (MDL) y Laboratorio de Diseño de Instrumentos (IDL) de la NASA - Centro de Vuelo Espacial Goddard
• Equipo Compass de la NASA ^[19] - Centro de Investigación Glenn
• CNES ^[20] – Agencia Espacial Francesa
• ASI – Agencia Espacial Italiana
• Boeing
• EADS Astrium – Oficina de diseño de satélites
• Thales Alenia Space
• Centro de diseño conceptual de la Corporación Aeroespacial
• STV Incorporated
• Instalación de ingeniería concurrente del Centro Aeroespacial Alemán
• Centro espacial de la EPFL
• Schlumberger
• Harley Davidson
• ASML
• Fibratres
• Toyota

• Instalación de diseño concurrente de la ESA
• Diseño iterativo
• Desarrollo de nuevos productos
• Servidor de diseño concurrente abierto
• Ciclo de vida del producto
• Gestión del ciclo de vida del producto
• Ingeniería tradicional