INGENIERÍA CONCURRENTE, INGENIERÍA COLABORATIVA Y LOS SISTEMAS PLM
Ingeniería Concurrente
El concepto Ingeniería Concurrente no tiene una definición clara y establecida [2]. La más aceptada es la que recoge el Institute of Defence Analysis que la define como una aproximación sistemática al diseño concurrente de productos y sus procesos, incluyendo su fabricación y soporte. Esta aproximación lleva a losdesarrolladores a considerar todos los elementos del ciclo de vida desde la concepción hasta la entrega incluyendo calidad, coste, tiempo y requerimientos del cliente.
Sin embargo, se han realizado múltiples estudios que demuestran un abanico de definiciones. Estas pueden ser clasificadas según su nivel operacional: a nivel de objetivo, estratégicas o tácticas.
En un segundo nivel estaría la definición a nivel estratégico. Esta es la definición propuesta al principio como más aceptada, la ingeniería concurrente entendida como la estrategia de considerar simultáneamente todos los aspectos del producto. Esta estrategia estaría contenida en el objetivo principal de primer nivel ya descrito.
Por último se tendría una serie de definiciones a nivel táctico, que describe la ingeniería concurrente como un conjunto de técnicas y herramientas que articulan la estrategia propuesta en el segundo nivel. Estas técnicas estarían divididas a su vez en técnicas orientadas al Total Quality Management (TQM) y técnicas de diseño para la fabricación (CAx, equipos multidisciplinares).
Sin embargo, se han realizado múltiples estudios que demuestran un abanico de definiciones. Estas pueden ser clasificadas según su nivel operacional: a nivel de objetivo, estratégicas o tácticas.
La definición a nivel de objetivo es la más genérica puesto que presenta a la Ingeniería Concurrente como el vehículo principal para mejorar la introducción de un producto en el mercado y por tanto de mejorar el rendimiento global de la compañía. Esta definición es demasiado ambiciosa puesto que existen otros métodos igualmente válidos para conseguir este objetivo como es una mejor gestión de las tecnologías, mejor selecciónCde ideas, etc.
En un segundo nivel estaría la definición a nivel estratégico. Esta es la definición propuesta al principio como más aceptada, la ingeniería concurrente entendida como la estrategia de considerar simultáneamente todos los aspectos del producto. Esta estrategia estaría contenida en el objetivo principal de primer nivel ya descrito.
Por último se tendría una serie de definiciones a nivel táctico, que describe la ingeniería concurrente como un conjunto de técnicas y herramientas que articulan la estrategia propuesta en el segundo nivel. Estas técnicas estarían divididas a su vez en técnicas orientadas al Total Quality Management (TQM) y técnicas de diseño para la fabricación (CAx, equipos multidisciplinares).
Origen y desarrollo de la Ingeniería Concurrente
El mercado siempre ha tendido a ser cada vez más exigente. Los clientes quieren una respuesta más personalizada pero a la vez más rápida, de mayor calidad y de menor coste. Esto ha obligado a la empresa proveedora a optimizar sus procesos para satisfacer a sus clientes. Metodologías como la fabricación flexible o el lean han sido empleadas desde hace más de medio siglo, pero no dejan de ser optimizaciones de un proceso de fabricación básicamente secuencial.
La generación de un nuevo producto comenzaba con la selección de uno entre una serie de posibles diseños, orientados por objetivos de cara al mercado y las restricciones tecnológicas del momento. El diseño elegido era transferido a la función de industrialización que desarrollaba un plan de fabricación del mismo guiado principalmente por objetivos operacionales (minimización de costes, optimización de capacidad y de carga de trabajo). Finalmente se trazaba un plan logístico y de proveedores teniendo como restricción todo lo anterior.
Este proceso secuencial presenta dos principales deficiencias. La primera es que es lento porque se pierde la oportunidad del proceso en paralelo. La segunda es que lleva al máximo a soluciones parcialmente óptimas ya que al estar desacopladas las funciones a lo sumo, cada una puede alcanzar un óptimo local.
tempranas de diseño.
Por un lado esto disminuye el tiempo de desarrollo respecto a una aproximación secuencial ya que reduce el número de rediseños y retrabajos. Además gracias a ello se suaviza la producción, ayudando a reducir costes y aumentando la calidad.
Por otro, se puede llegar a una optimización global del desarrollo del producto, pero complica el problema de diseño ya que el objetivo es más complejo y el número de variables y restricciones a tener en cuenta es mucho mayor.
Técnicas de la Ingeniería Concurrente
Design for Manufacturability
Es la práctica del diseño simultáneo del producto y su posterior fabricación. En la práctica los sistemas
ingenieriles son demasiado complejos como para verdaderamente considerar todos los aspectos que influyenen él simultáneamente luego la aproximación que se suele hacer es una espiral iterativa en la que expertos en marketing, diseñadores, ingenieros de fabricación y de otras áreas interactúan con sus niveles inmediatamente superior e inferior. En teoría a través de estos bucles la información podría moverse desde y hacia cualquier punto del ciclo de vida del producto.
ingenieriles son demasiado complejos como para verdaderamente considerar todos los aspectos que influyenen él simultáneamente luego la aproximación que se suele hacer es una espiral iterativa en la que expertos en marketing, diseñadores, ingenieros de fabricación y de otras áreas interactúan con sus niveles inmediatamente superior e inferior. En teoría a través de estos bucles la información podría moverse desde y hacia cualquier punto del ciclo de vida del producto.
Esta técnica viene a implementar el concepto de paralelismo en el flujo de trabajo. Sirve para compañías de cualquier tamaño y en todos los casos reducen el tiempo y coste de desarrollo y asegurando una transición suave a la industrialización, disminuyendo el tiempo de lanzamiento al mercado. Integra el diseño del producto con el diseño del proceso productivo a través de una serie de pasos escalonados pero con cierto grado de simultaneidad.
Design for Quality.
La calidad debe ser incluida dentro del desarrollo de un producto, no un elemento de inspección. Se busca seguir el modelo TQM. Anteriormente la calidad era percibida como la conformidad entre el producto en estado de entrega y sus especificaciones. Esto llevó a desarrollar técnicas que mantuvieran bajo control los procesos productivos dentro de las especificaciones, como el control estadístico de procesos (SPC). Más tarde la calidad se expandió al cumplimiento de requerimientos del cliente. Hoy el concepto es el de superar las propias expectativas del cliente, proporcionando un producto con un valor superior al esperado.
Para ello se están implementando una serie de herramientas de calidad que enfatizan la mejora continua, entre las que cabe destacar el Quality Function Deployment (QFD), el modelo de ingeniería de calidad de Taguchi y el benchmarking.
Design for Cost.
Los costes de producto son de importancia vital a la hora de plantear un nuevo desarrollo. Anteriormente la función marketing hacía una estimación del precio necesario para alcanzar la cuota de mercado deseada y esto marcaba el precio propuesto en las negociaciones de contrato al comienzo del desarrollo del nuevo proyecto y por ende el coste del mismo. Este coste era trasladado como requerimiento, sin ser consensuado con diseño.
Esta falta de coordinación entre diseño y marketing podía provocar cambios sustanciales en los costes totales del producto si ocurría alguna desviación aguas abajo, provocando renegociación de contratos, pérdida de mercados y en algunos casos finalización del proyecto. Está demostrado que la relación entre el estado del ciclo de vida en el que se encuentra un producto y el impacto asociado al coste total del mismo sigue una distribución de Pareto.
Todas estas técnicas tienen como misión la idea de encontrar el punto óptimo global del desarrollo de un producto en vez de alcanzar óptimos locales por función pero que pueden resultar muy perjudiciales aguas abajo.
Resultados de la aplicación de la Ingeniería Concurrente
La Ingeniería Concurrente ha sido implantada con éxito en grandes compañías desde finales de los ochenta, como Ford, Boeing, Rolls-Royce así como en la pequeña y mediana empresa y en sectores tan diversos como la automoción, el aeroespacial, dispositivos médicos, electrónica o material agrónomo. A modo ilustrativo se exponen los valores medios de mejora con la ingeniería concurrente:- Descenso del Lead Time
- 50% de reducción del tiempo de desarrollo.
- 50% de reducción del tiempo de lanzamiento al mercado.
- Mejora de la calidad
- 75% de reducción en el número de rediseños.
- 75% menos de desperdicios y retrabajos.
- 400% de mejora total de la calidad.
- Reducción de costes
- 50% de aumento de la productividad.
- 70% de aumento de los beneficios.
- 40% de reducción de los costes de fabricación.
Ingeniería Colaborativa
Al igual que ocurre con la Ingeniería Concurrente, no hay una única definición que se emplee para describir la Ingeniería Colaborativa [4]. La definición más formal la describe como una disciplina de la ingeniería, de carácter socio-técnico, que facilita el establecimiento de acuerdos técnicos dentro de un equipo multidisciplinar en el que cada uno de los miembros trabaja con un objetivo común pero con recursos limitados o con intereses en conflicto con otros miembros.
Puesto que no hay unicidad de definiciones para los términos Ingeniería Concurrente e Ingeniería
Colaborativa, a menudo son confundidas. Son muchas las empresas que dicen estar empleando actualmente métodos de ingeniería colaborativa y en realidad están aplicando métodos de concurrencia o ni una ni la otra. Se hace pues necesario aclarar la diferencia entre ambas expresiones.
La anterior definición empieza diciendo que la Ingeniería Colaborativa es una disciplina de la ingeniería con componente técnico pero también social. Quizá este sea un punto de partida claro que refleje la diferencia entre concurrente y colaborativo.
Se puede decir que en la Ingeniería Concurrente la comunicación está mediada [5], es decir, la información es transmitida según la dirigen unos procesos ya establecidos. Sin embargo en la Ingeniería Colaborativa es la comunicación la que genera los procesos.
Se puede decir que en la Ingeniería Concurrente la comunicación está mediada [5], es decir, la información es transmitida según la dirigen unos procesos ya establecidos. Sin embargo en la Ingeniería Colaborativa es la comunicación la que genera los procesos.
La filosofía básica de la Ingeniería Concurrente es desarrollar los productos con procesos paralelos en vez de secuenciales, pero esto a menudo es más una serie secuencial de procesos con subprocesos en paralelo. Aunque los equipos de trabajo que se forman son multidisciplinares suelen seguir teniendo que reportar a su superior funcional y normalmente la vida de estos equipos solo se alarga hasta alcanzar el grado de detalle requerido para alcanzar la siguiente fase secuencial del producto. Además el grado de colaboración es muy bajo puesto que los integrantes del equipo solo se comunican en las reuniones de seguimiento del proyecto y en entornos poco favorecedores para la comunicación. Esta es la problemática más habituales en empresas geográficamente dispersas.
Se observa que el concepto no es nuevo. En lo que se está trabajando es en el desarrollo de herramientas y métodos virtuales que simulen ese “entorno colaborativo” sin necesidad de desplazar a los integrantes de un equipo de trabajo a un sitio concreto.
Aproximación científica de la Ingeniería Colaborativa
La ingeniería colaborativa persigue entender los mecanismos de toma de decisiones y dinámica de grupos desde un punto de vista centrado en el humano, que pueda crear en todos los participantes de un grupo de trabajo una conciencia colectiva que los oriente a llegar a acuerdos racionales y orientados al objetivo. Solo una vez entendidos estos mecanismos y usando las tecnologías actuales, se pueden simular los entornos colaborativos.
De siempre se ha conocido que el objetivo alcanzado de un trabajo en equipo es mayor que la suma del
trabajo individual de los integrantes. El origen de este axioma es tan antiguo como la propia humanidad y prueba de ello es nuestra naturaleza gregaria y el desarrollo de comunidades y civilizaciones.
Sin embargo se dan ocasiones en las que el axioma anterior se contradice y es aquí donde la ingeniería
colaborativa entra como disciplina científica. Desconocemos aun muchos de los mecanismos de colaboración, coordinación y cooperación humana hasta el punto que cuando se reconoce un buen ejemplo de ellos y se quiere reproducirlo en otro ámbito se antoja bastante difícil.
colaborativa entra como disciplina científica. Desconocemos aun muchos de los mecanismos de colaboración, coordinación y cooperación humana hasta el punto que cuando se reconoce un buen ejemplo de ellos y se quiere reproducirlo en otro ámbito se antoja bastante difícil.
Esto es así porque anteriormente se ha pensado que la colaboración humana era una habilidad social adquirida y que por tanto no podía ser estudiada puesto que no existía modelo matemático completo, estable, convergente y único en el que asentarse. Esto no exenta a la colaboración humana de ser estudiada de una manera analítica, rigurosa y sistemática. Se le ha intentado encuadrar matemáticamente pero sin éxito en el campo de la teoría de juegos y socialmente en la dinámica de grupos pero por sí solos no son ni tan siquiera una buena aproximación al problema real.
La solución ha sido tratar de desarrollar una estructura base que ante la falta de ciencias que soporten un modelo sea la propia estructura que cumpliendo con el método científico la que genere la ingeniería colaborativa como ciencia.
La Ingeniería Colaborativa y los nuevos retos de mercado
A pesar de la falta de madurez de la disciplina y la dificultad al evaluar los Returns on Investments (RoIs) se han aplicado algunas iniciativas que han resultado satisfactorias en términos de ahorro y mejora de la productividad para las empresas afectadas.
El planteamiento que lleva a considerar la ingeniería colaborativa como una necesidad real es la globalización del mercado. Nadie puede lograr una producción por sí solo, es necesaria una colaboración a todos los niveles, ya sean técnicos o de organización. A pesar de encontrar aplicaciones en el mercado que dicen ser soluciones de ingeniería colaborativa, es necesario analizar si cubren los principales problemas de la industria para los cuales se ha identificado como idónea para corregirlos. Estos son:
- Mala definición del problema.
- Problemas abiertos debido a la escasez de recursos o de conocimientos.
- Fuerte interdependencia entre los socios.
- Heterogeneidad en estructuras, recursos, conocimientos e intereses entre los socios, por lo que a menudo interpretan el problema de manera diferente.
- Diferentes perspectivas a menudo contrapuestas entre los socios.
generación colaborativa de ideas, conclusiones comunes y mejores decisiones) y el flujo de trabajo (reducción del tiempo de desarrollo, productos más innovadores, mejor integración de la tecnología, mejora de la calidad del producto y el proceso e incremento del valor añadido).
Por último se exponen casos reales de implantación de la ingeniería colaborativa.
- Canon ha reducido significativamente el número de iteraciones de diseño, costes totales y Lead-Time.
- Hewlett-Packard ha reportado un aumento del 240% del RoI en el desarrollo de sus productos globales.
- McDonell Douglas ya había usado aproximaciones de ingeniería colaborativa para distribuir y sincronizar información de producto a lo largo de la Extended Enterprise.
- La NASA utilizó para el programa de lanzadera la ingeniería colaborativa para compartir e intercambiar datos de ingeniería entre sus empleados.
Los sistemas PLM
CIMData define PLM [6] como una estrategia de negocio que implanta una serie de soluciones que soportan la creación, gestión, diseminación y uso colaborativo de la información que define el producto a través de la “extended Enterprise” desde su concepción hasta el final de su vida, integrando personas, procesos, sistemas e información.
Esta es una definición extensa y compleja, en el siguiente apartado se tratará de describir el recorrido que se ha tenido hasta alcanzar dicha definición y posteriormente analizar las consecuencias del uso de esta estrategia en la empresa.
Aparición del PLM
El concepto “product lifecycle management” (PLM) ha emergido después de unos veinte años de evolución tecnológica y del mercado.
En los años ochenta se desarrollaron múltiples sistemas Computer Aided (CAx) que hicieron crecer enormemente el volumen de información de producto. Había una cierta confusión en determinar qué se podía considerar como información relacionada con el producto y su categorización. Tanto es así que todo se englobó bajo la expresión “product data”. Rápidamente se introdujo el concepto Product Data Management (PDM), cuya aplicación era gestionar y mantener el control de toda la información ingenieril generada.
Sin embargo en breve tiempo comenzaron a aparecer múltiples acrónimos derivados con sus respectivas definiciones, algunas veces solapándose entre sí, que confundieron a los usuarios. Este fenómeno ocurrió porque en sus primeras fases era más una implantación personalizada para cada empresa de soluciones muy concretas y en principio independientes, solo manteniendo en común el enfoque al dato de producto y en particular al dato tecnológico. En su mayoría trataban de gestionar planos técnicos, luego su uso era limitado a los departamentos de ingeniería.
Ya a mediados de los noventa, tras reconocer que muchas de las necesidades de las empresas eran en gran medida comunes, se trató de agrupar las funciones en kits de aplicaciones genéricas según el tipo de función que resolvían. A finales de los noventa y en vista de las mejoras obtenidas se empezó a trabajar en la idea de la estandarización de las aplicaciones para resolver ciertos problemas a nivel ya de compañía, que permitieran el uso de una plataforma común para áreas muy diversas en la empresa y que trabajasen sobre partes del ciclo de vida del producto diferentes. El concepto de solución PLM había surgido.
Hoy en día la tendencia es a definir un conjunto de soluciones de negocio que permita al PLM convertirse en la herramienta clave en la gestión estratégica de la compañía. Esto ha hecho que la adquisición de un PLM por parte de la compañía sea una de las decisiones más importantes de la misma y por tanto requiere de la implicación de toda la alta dirección.
Alcance de los sistemas PLM dentro del ciclo de vida del producto
El ciclo de vida de un producto genérico está compuesto por una serie de etapas. Según la etapa en la que se encuentre el producto actuarán con mayor o menor relevancia las distintas funciones de la empresa. Por ejemplo para la etapa de toma de requerimientos y estudio de oportunidades de mercado la función de Marketing será la que cobre mayor protagonismo, para la fase de diseño será Ingeniería la que aporte mayor valor al producto al igual que Servicios en la etapa de soporte y mantenimiento.
El ciclo de vida del producto se puede entender además como la interacción de tres ciclos de vida diferentes pero que deben estar coordinados entre sí:
- Ciclo de vida de la Definición de Producto. Intangibles que definen el producto.
- Ciclo de vida de la Producción de Producto. Parte física del producto.
- Ciclo de vida del Soporte a las Operaciones. Recursos financieros y humanos asociados al producto.
Por tanto no se reduce a la etapa de diseño sino que la definición del producto realmente es la propiedad intelectual del mismo. Esta propiedad intelectual debe ser debidamente capturada, mantenida y contrastada. Además no reside exclusivamente en la propia empresa tractora sino que se extiende a través de la red de proveedores, colaboradores y clientes, es decir, el PLM debe ser capaz de gestionar el conocimiento por toda la Extended Enterprise.
No es un alcance primario del PLM el enfoque sobre la gestión de la producción del producto, desde la primera pieza hasta la entrega, es decir, la planificación, control de la producción, logística o gestión de la cadena de suministro. En esto el ERP es la principal solución propuesta en el ámbito empresarial.
Tampoco entra dentro del alcance de un PLM la gestión de las áreas soporte que posee la empresa. Esto esgestión de los recursos humanos, finanzas, marketing o ventas. El Customer Relationship Management (CRM) constituye una solución para ello.
Por tanto a modo aclarativo el PLM nos daría el qué, el cómo y el con qué fabricamos y el ERP nos daría el cuándo y el dónde. Sin embargo, la estrategia de los proveedores de PLM de nueva generación es la de ampliar el terreno hacia áreas tradicionalmente ocupadas por el ERP, favoreciendo la interoperabilidad y transición entre ambos.
Funciones y aplicaciones incluidas en un sistema PLM de última generación
Como se ha dicho previamente, los nuevos sistemas PLM están considerados como una herramienta
estratégica de la empresa y como tal transversal a todas las áreas funcionales de ella. Entre las funciones de un PLM destacan [7]:
estratégica de la empresa y como tal transversal a todas las áreas funcionales de ella. Entre las funciones de un PLM destacan [7]:
- Gestión de Documentación/Datos. Permite acceder, organizar y almacenar toda la documentación generada durante la vida del producto, incluyendo mecanismos de revisión, control, clasificación, análisis y generación de informes. Pueden ser documentos de texto, tablas, planos, audiovisuales, etc.
- Gestión del producto/configuración de producto. Posibilitan la gestión de productos, estructuras de producto, atributos, nuevas revisiones de diseño, reutilización, etc.
- Gestión del cambio. Capacitan para trazar, actualizar y dar visibilidad de cambios en la compañía, ya sean de producto, de organización, etc.
- Gestión de flujos de trabajo y de procesos. Permiten crear procesos de negocio y definir flujos de trabajo además de automatizarlos con lógicas y patrones.
- Gestión de proyectos y programas. Posibilitan la planificación, gestión y control de proyectos a través de hitos y control de entregables. Dan visibilidad del estado del proyecto tanto en coste como en progreso. Muestran relaciones entre los recursos y los entregables. Están disponibles diversas formas de visualización con gráficas, grafos, cuadros de mando, etc.
- Gestión colaborativa. Son capaces de gestionar equipos geográficamente diversos pero trabajando sobre una misma plataforma y usando datos actualizados.
- Visualización. Incluyen formas de visualización ligeras y de maquetación virtual.
- Integración. Gran capacidad de intercambio de datos de diferente forma y proveniente de otros sistemas externos como Enterprise Resource Planning (ERP) o CAx.
- Gestión de infraestructuras. Pueden dar soporte y gestionar redes, servidores y bases de datos.
- Gestión del conocimiento. Ideas, opiniones, experiencia adquirida tanto de la empresa como del exterior (clientes, proveedores) pueden ser capturadas, analizadas y puestas a disposición de la compañía.
Contribución de los sistemas PLM a superar los nuevos retos de mercado
El mercado actual, sea cual sea el producto, tiene una tendencia común. Cada vez las expectativas del cliente son más altas, tanto en calidad del producto como en su personalización, además de a un coste razonable y entregado a tiempo. Esto sumado a la globalización hace mucho mayor la competitividad entre empresas y acrecienta la necesidad de ser líder del sector. La empresa tiene que proveer un producto robusto, de valor para el cliente y rápidamente.
Para alcanzar esta excelencia operativa es necesario operar con eficacia, eficiencia y flexibilidad. Es entonces cuando la innovación en la empresa juega un factor determinante. Mientras que anteriormente era el producto físico en sí el que poseía el valor actualmente es el uso de nuevos métodos, procesos y herramientas las que aportan el valor frente a la competencia. El cliente ahora valora más el capital intelectual que lleva el producto que lo propiamente tangible.
Sin embargo, de nada sirve que un producto lleve consigo un gran componente innovador si su coste no viene acompasado con la demanda del mismo. Por ello, la innovación debe ser llevada a cabo siempre para reducir el coste total de producto.
En su momento el ERP abordó y mejoró la eficiencia operativa, pero la continua presión sobre la reducción del tiempo de desarrollo de productos, la mejora de la calidad y la reducción de costes ha convertido a esta herramienta por sí sola como insuficiente para encarar la gran exigencia del mercado.
El PLM es la herramienta estratégica necesaria para superar estos retos, puesto que provee una plataforma común en la que las organizaciones pueden desarrollar y llevar al mercado sus productos de una manera mucho más eficiente y eficaz. Aunque la empresa sea geográficamente dispersa el PLM asegura una estructura de organización global, uniforme y estandarizada, creando una cadena de valor virtual que no entiende de tiempo o distancia. Esto mejora la capacidad, eficiencia y eficacia de la compañía.
Desde el punto de vista de la integración es capaz de bajo una única plataforma gestionar toda la información de producto generada a lo largo de su ciclo de vida. La información es generada, clasificada, mantenida y protegida, a sabiendas que es este conocimiento el elemento de valor más importante de la empresa.
El PLM por tanto es un catalizador perfecto para actividades colaborativas, favoreciendo la reutilización de la información y facilitando la gestión del cambio.
En general, el PLM ayuda a la empresa a superar los retos anteriormente comentados entregando productos más innovadores, reduciendo costes, mejorando la calidad, acortar el tiempo de lanzamiento al mercado y de retorno de la inversión y estableciendo relaciones mucho más colaborativas entre clientes, socios y clientes.
Todo esto se traduce en un aumento del beneficio para toda la Extended Enterprise y asegurando por tanto su supervivencia a largo plazo. Este aumento del beneficio es habitual que esté en el rango del 10 al 100 por ciento.
El PLM ha sido implantado con éxito en empresas de muy diversa índole: aeroespacial, automoción, farmacéuticas, servicios sanitarios, financieras, etc.
A modo de conclusión se exponen los datos extraídos sobre una empresa tras implantar un PLM.
- 40% de reducción del tiempo de ciclo de cambio en el producto.
- 15-30% de reducción en número de prototipos.
- 40% de reducción del Lead Time.
- 25 % de incremento de la productividad en ingeniería de diseño.
- Reducción del tiempo de desarrollo en un 75%.
- Reducción del tiempo para saber el coste incurrido sobre un producto de días a minutos.
- 83% de reducción del tiempo de una revisión de ingeniería.
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