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ANÁLISIS Y CARACTERIZACIÓN DE ARQUITECTURAS MODULARES DE PRODUCTOS INNOVADORES

Judit Coll Raich(p), Carles Riba Romeva

Centre de Disseny d’Equips Industrials (CDEI) Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelona, España

SUMMARY Establishing a modular architecture is one of the most determining aspects in the design of innovating products. The objective of the present paper is to apply a modular architecture model to several real products, in order to verify the capacity to describe its architecture and also to establish the implications for the Product Life Cycle. To do this, we take the mode proposed by Miller and Eldgaar in 1999 (who extend and com-plete the modularity types proposed by Ulrich and Tung in 1991). This model is applied to several innovative products developed by companies in cooperation with the Centre of De-sign of Industrial Equipments in the Polytechnic University of Catalonia (CDEI-UPC). The model is then analysed, taking account of the implications in the different stages of the Product Life Cycle. Key words: module, product architecture, life cycle, technological innovation RESUMEN El establecimiento de una arquitectura modular es uno de los aspectos más determinantes en el diseño de productos innovadores. El objetivo del este trabajo es aplicar modelos de arquitectura modular a varios productos reales a fin de comprobar la capacidad para descri-bir su arquitectura y establecer las implicaciones en las etapas de su Ciclo de Vida. Para ello se toma como modelo los principios de estructuración propuestos por Miller y Eldgaar en 1999 (que extienden y completan los tipos de modularidad de Ulrich y Tung, de 1991) y se aplican a diversos productos innovadores desarrollados por empresas en cola-boración con el Centro de Diseño de Equipos Industriales (CDEI-UPC). Seguidamente se analiza el modelo de partida a la luz de las ventajas e inconvenientes hallados en su aplica-ción a los casos de la presente investigación. Finalmente, se estudia la idoneidad de esta descripción de la arquitectura modular para tener en cuenta sus implicaciones en las distin-tas etapas del Ciclo de Vida del producto. Palabras clave: módulo, arquitectura de producto, ciclo de vida, innovación tecnológica 1 INTRODUCCIÓN A LOS TIPOS DE ARQUITECTURA MODULAR Hoy día se acepta que uno de los aspectos más determinantes en la ideación y di-seño de un producto es el establecimiento de su arquitectura modular. Sin embargo, el concepto de módulo (del término latín modulus, medida o longitud), ha evolucio-nado con el tiempo y todo hace pensar que aún debe precisarse su significado. Después de utilizarse para describir bloques constructivos orientados a la estandari-zación, los ingenieros mecánicos [Pahl & Beitz, 1986] relacionan el concepto de módulo con la funcionalidad (un módulo es la materialización de una función). Si bien estos autores introducen los flujos de materiales, energía y señales, centran su análisis en los tipos de módulo y no tratan el tema de las interfases. Ya en la perspectiva de la mecatrónica, [Ulrich & Tung 1991] observan que en los sistemas modulares se establece una similitud entre la estructura física y la funcio-nal, a la vez que se minimizan las interacciones en las interfases. En base a esta visión, proponen una primera clasificación de los tipos de modularidad en: compo-nentes permutados (component swapping), componentes compartidos (component sharing) y modularidad de bus (bus modularity).

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Más adelante [Ulrich, 1995] presenta un interesante trabajo donde establece las ba-ses de la arquitectura de producto y sus implicaciones en las actividades de las em-presas. Distingue entre arquitectura integral (en la que existe una compleja relación entre los elementos funcionales y los componentes físicos del producto siendo las interfases acopladas) y la arquitectura modular (que incluye una relación uno-a-uno entre los elementos funcionales y los componentes físicos siendo las interfases des-acopladas). A su vez, Ulrich establece las siguientes tipologías de arquitectura modu-lar: a) Ranura (slot, cada interfase es diferente y los componentes no pueden ser in-tercambiados en el producto); b) Bus (existe un bus común al cual se conectan los otros componentes físicos a través del mismo tipo de interfase); c) Seccional (sectio-nal, todas las interfases son del mismo tipo y no existe un elementos singular al cual se conectan el resto de componentes). En este trabajo de síntesis inicial, Ulrich llama la atención sobre las principales dimensiones en las que incide la arquitectura de pro-ducto: 1. Cambio (mejora y puesta al día, nuevas generaciones, flexibilidad en la con-figuración, elementos de desgaste o consumo); 2. Variedad (variantes deseables, flexibilidad en la producción, respuesta en el tiempo a productos personalizados); 3. Estandarización (componentes estándar, componentes compartidos con otros produc-tos); 4. Prestaciones (implementación de características de alto valor en función de la arquitectura); 5. Gestión del desarrollo (partición de tareas, gestión de la complejidad, equipos geográficamente dispersos, barreras a la innovación). Una de las líneas futu-ras de investigación apuntadas por el trabajo de Ulrico es el estudio empírico de los elementos diferenciales en las arquitecturas de productos fabricados por distintas empresas, orientación en la que se inscribe el presente trabajo. También es interesante reseñar la propuesta de [Otto y Wood, 2001] que distinguen entre la modularidad basada en la función (function-based modularity) donde inclu-yen la modularidad de ranura, la modularidad de bus, la modularidad seccional y una modularidad mixta (combinación de las anteriores) y la modularidad basada en la fabricación (manufacturing-based modularity) donde incluye los módulos de mon-taje, los módulos escalables y los módulos conceptuales. Finalmente, se destaca la propuesta de los investigadores daneses [Miller y Elgaard, 1999], reelaboración de un trabajo suyo anterior [Elgaard y Miller, 1998], donde pre-sentan varios principios de estructuración de los productos (entre ellos los tipos de modularidad) agrupados según la etapa del ciclo de vida en la cual su incidencia es más determinante. En el apartado siguiente se presenta una versión reelaborada de la propuesta de Miller y Elgaard la cual constituye la base de referencia para el resto del presente trabajo. 2 CARACTERIZACIÓN DE LOS PRINCIPIOS DE ARQUITECTURAS

MODULARES DE MILLER & ELGAARD En este apartado se resume y se completa la caracterización de los distintos tipos de arquitecturas modulares propuestos por [Miller y Elgaard, 1999], agrupadas en cuatro categorías, según su principal incidencia en el ciclo de vida, y para cuyas de-nominaciones se propone: 1) Diseño personalizado (se ha eliminado el tipo “patro-nes de diseño” por no afectar directamente al producto), 2.) Fabricación personali-zada, 3) Configuración en el montaje, y 4) Adaptación después de la fabricación

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3.1. Diseño personalizado Escalonamiento (Size range) Definición: Conjunto de productos que difieren fundamentalmente en uno o más pará-metros de carácter general (normalmente el tamaño). (Ej.: Una batería de ollas de distinto tamaño)

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Caracterización: Realizan la misma función Se basan en el mismo principio de solución Responden a un mismo diseño básico Implican los mismos procesos de fabricación Estrechamiento (Narrowing) Definición: Segregación de un módulo con una funcionalidad común compartido por varios productos. (Ej.: Una fuente de alimentación común a varios productos)

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Caracterización: Permite un mejor desarrollo del módulo segregado Permite elevadas producciones del módulo segregado Permite disminuir el número de componentes en una familia de productos Facilita el mantenimiento del módulo segregado

3.2. Fabricación personalizada Adaptar al fabricar (Fabricate to fit) Definición: Producto con un módulo (o más) que presenta uno (o más) parámetros que puede modificarse durante la fabricación para adaptarse a necesidades espe-cíficas. (Ej.: Cables de conexión de distintas longitudes)

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Caracterización: Permite fabricar una gran variedad de productos con modificaciones en uno (o un número limitado) de módulos Conviene simplificar el módulo (o módulos) con parámetros modificables

3.3. Configuración en el montaje

Modularidad de componentes permutados (Component Swapping Modularity) Definición: Dos o más módulos distintos pueden ser ensamblados con el mismo módulo de base (o plataforma) para crear variantes del mismo producto. (Ej.: distintos motores adaptables a un mismo automóvil)

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Caracterización: Interfases iguales o compatibles entre los módulos permutados y la plataforma Permite la configuración en el montaje Si la interfase es desconectable, permite el mantenimiento y la reconfiguración Modularidad de componentes compartidos (Component Sharing Modularity) Definición: Un mismo módulo es compartido por varios módulos de base (o plataformas). (Ej.: Un mismo motor adaptable a distintas carrocerías de automóvil)

Nota: Es un concepto dual de la modularidad de componentes permutados, depen-diendo de cual se considera el módulo de base, o plataforma)

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Caracterización: Interfases iguales o compatibles entre el módulo compartido y las plataformas Permite la configuración en el montaje Si la interfase es desconectable, permite el mantenimiento y la reconfiguración

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Modularidad de bus (Bus modularity) Definición: Arquitectura de producto formada por un módulo de base (o plataforma) con un número N de interfases iguales a las que pueden conectarse combinacio-nes de u máximo de N módulos iguales o distintos. (Ej.: Un bus informático donde se conectan indistintamente varios periféricos de distintos tipos)

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Caracterización: Interfase común y compatible entre la plataforma y los módulos conectables Facilita la formación de familias de productos a través de la configuración Facilita la incorporación de nuevos módulos en el tiempo Facilita el mantenimiento y la reconfiguración

Modularidad seccional (Sectional Modularity) Definición: Arquitectura de producto que resulta de la combinación de forma arbitraria de uno o varios módulos cada uno de ellos con dos o más interfases de un solo tipo o de pocos tipos. (Ej.: construcciones de LEGO)

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Caracterización: Modularidad orientada a sistemas constructivos (juegos, muebles, paneles) Pocos elementos (módulos e interfases) permiten una gran variedad de solu-ciones constructivas Aplicable a productos configurables y reconfigurables Modularidad de apilamiento (Stack modularity) Definición: Arquitectura de producto cuyo cuerpo está formado por el apilamiento de módulos iguales (o de pocos tipos) que se conectan mediante un mismo tipo de interfase. (Ej.: Determinados sistemas de baterías)

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Caracterización: Facilita la fabricación de productos de grandes dimensiones Facilita la formación de familias con pocos módulos. Simplifica el diseño y aumenta las series de fabricación de los módulos que se repiten Facilita la configuración en el montaje, y el montaje en destino Si las conexiones son reversibles, facilita la reconfiguración y mantenimiento

3.4. Adaptación en el uso y reconfiguración

Ajuste (Adjustment) Definición: Estrategia de personalización consistente en posibilitar la adaptación de un producto a los requerimientos de uso mediante la modificación de uno o más de sus parámetros (Ej.: regulación de un asiento de automóvil; personaliza-ción de un programa de ordenador)

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Caracterización: Aplicable fundamentalmente a sistemas constructivos Evita la proliferación de variantes pero introduce complejidad Adecuado para cubrir requerimientos ergonómicos Adaptación (Adaptation) Definición: Estrategia de personalización de un producto consistente en que éste se adapta automáticamente a la aplicación concreta sin la necesidad de una acción deliberada del usuario. (Ej.: cambio automático de automóvil; progra-mas informáticos de instalación automática)

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Caracterización: Aplicable fundamentalmente a sistemas Evita la proliferación de variantes pero introduce complejidad

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Ensanchamiento (Widening) Definición: Estrategia de personalización consistente en crear un producto que satisfa-gan al mismo tiempo una variedad de necesidades no contradictorias. (Ej.: sistema de alimentación eléctrica bitensión)

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Caracterización: Aplicable fundamentalmente a sistemas informáticos o cuyo coste de fabrica-ción sea muy bajo No da lugar a variantes pero introduce complejidad técnica Facilita la configuración y la reconfiguración Permite hacer productos más simples sin variedad constructiva

3 PRODUCTOS EN CUYO DESARROLLO HA PARTICIPADO EL CDEI-UPC El CDEI-UPC (Centre de Disseny d’Equipos Industrials de la Universitat Politècnica de Castalunya) es un centro tecnológico que forma parte de la red de centros de apoyo a la Innovación Tecnológica de la Generalitat de Catalunya (Xarxa IT) y que da respuesta a las demandas de diseño y desarrollo de productos y equipos indus-triales de las empresas. Es experto en ingeniería de máquinas, y su campo de ac-tuación abarca desde la concepción, el diseño, la simulación y el cálculo de produc-tos y equipos industriales, hasta la gestión de su prototipaje y ensayo.

Figura 1. Vista del las instalaciones del CDEI-UPC (Centre de Disseny

d’Equips Industrials de la Universitat Politècnica de Catalunya)

Entre los productos en cuyo desarrollo ha participado el CDEI-UPC, se analizan los siguientes: 1. Carro motorizado, 2. Vehículo submarino operado por control remoto (ROV), 3. Planchadora industrial, 4. Máquina de relajación muscular, 5. Máquina universal de clasificar monedas, 6. Túnel de lavado para ropa

3.1. Carro motorizado 3.1.1. Necesidad a cubrir: Asistir mecánicamente a la tracción de un carro guiado manualmente por un opera-dor humano desde el suelo a fin de facilitar el transporte de cargas pesadas sobre terrenos irregulares. Los actividades potenciales para este vehículo son invernade-ros, almacenes, y otras en la que sea necesario transportar cargas pesadas por te-rrenos irregulares [Esquerra et al, 2002] 3.1.2. Arquitectura del producto: Consiste en un kit adaptable a una gran variedad de carros con cuatro ruedas auto-direccionables, formado por: a) Una unidad de control que se sitúa en la barra de empuje; b) Una unidad de tracción consistente en un subchasis articulado en la par-

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te central inferior del carro, el cual sostiene la rueda de tracción, el motor, la trasmi-sión, la batería y el cargador (el peso del conjunto asegura la tracción de la rueda). La disposición de este kit en una posición inferior central entre las cuatro ruedas autodireccionables del carro permite que esta quinta rueda ejerza la tracción en una posición central, se adapte a las irregularidades del terreno y, a la vez, evite la deri-va lateral.

Figura 2. Carro articulado motorizado y mando de control (BTH)

3.1.3. Principio de arquitectura La unidad de tracción (kit con la quinta rueda central, el motor y transmisión, la batería y el cargador) constituye un ejemplo de modularidad de componentes compartidos (component sharing modularity) ya que puede aplicarse a una gran diversidad de ca-rros con 4 ruedas autodireccionables. Sin embargo, el sistema no ha sido concebido en su conjunto, ya que los carros a los que se aplica proceden de una gran diversidad de diseños y fabricantes distintos. Por lo tanto, la interfase entre el kit y el carro debe contemplar esta particularidad y ser de tipo ajuste (adjustment) en la instalación. 3.1.4. Incidencia en las fases del ciclo de vida En el diseño: Un diseño de kit para distintos carros para distintas aplicaciones. Ofre-ce facilidad para desarrollar variantes del producto. En la fabricación: Un mismo producto, cuya fabricación puede subcontratarse fácil-mente, se aplicar a una gran diversidad de carros. Su relativo poco espacio facilita el almacenamiento previo. En el uso y mantenimiento: Permite incorporar o no la motorización en carros de una gran diversidad de procedencias, sin prácticamente transformaciones. Incluso per-mite intercambiar el kit entre varios carros de una misma flota.

3.2. Vehiculo submarino operado por control remoto (ROV) 3.2.1 Necesidad a cubrir Fabricar un vehículo submarino operado por control remoto (ROV) de bajo coste (los productos alternativos que ofrecía el mercado se vendían a un precio 10 veces su-perior y con un peso y un volumen muy elevados). Los mercados a los cuales se dirige el producto son: 1) Actividades recreativas: náu-tica, pesca, submarinismo, 2) Seguridad: Rescates y salvamentos, 3) Control: Repa-ración de embarcaciones, piscifactorías, maniobras en puertos; 4) Cultural-investi-gación: estudios, conocimiento del litoral, escuelas de submarinismo

Figure 3

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Figura 3. ROV (Vehículo Submarino Operado por control Remoto) (PRAESENTIS)

3.2.2. Arquitectura del producto

Figura 4. Estructura del producto

El producto consta de las siguientes partes: 1. Vehículo submarino; 2. Equipo de superficie formado por: 2a. Pantalla de vídeo, 2b. Sistemas de alimentación de energía y 2c. Sistemas de mando; y 3. Cable umbilical que une y establece las co-municaciones entre el submarino el equipo de superficie. La arquitectura tradicional en los vehículos subacuáticos consiste en: 1) Un carcasa cerrada que soporta la presión y da estanqueidad al conjunto y 2) En su interior el resto de funciones pueden estar integradas o separadas en módulos no estancos. 3.2.3. Principios de arquitectura: Por un lado, la arquitectura de este vehículo se basa en la modularidad de ranura, según la descripción de [Ulrich, 1995], no explicitada en el modelo de [Miller y El-gaard, 1999]. Sin embargo, el aspecto más significativo de la arquitectura alternativa desarrollada por el CDEI consiste en: a) Chasis abierto que hace las funciones de soporte; b) Módulos funcionales, independientes, cada uno de ellos estancos en sí mismo (3 motores-propulsores; 2 focos; 1 cámara de vídeo con movimiento de cabe-ceo); c) Cubierta no estanca que únicamente cumple funciones estéticas y de protec-ción. Así pues, al no tener que soportar elevadas presiones, el diseñador de la cubier-ta dispone de una gran libertad de formas mientras que, en la arquitectura tradicional con cuerpo único estanco, la carcasa debe tener una forma lo más sencilla posible y cercana a la forma esférica. En este caso se ha producido una transferencia de fun-ción de un aspecto relevante (la estanqueidad) desde el conjunto del producto a sus módulos. Es un principio de arquitectura no contemplado en las propuestas de [Ul-tich y Tung, 1991; Ulrico, 1995; Miller y Elgaard, 1999; Otto y Wood, 2001].

Propulsión

Carcasa (no está)

Estructura

Vídeo

Luces

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3.2.4. Incidencia en las fases del ciclo de vida En el diseño: El producto es mucho más modular (los cambios en los módulos no han afectado al resto del producto) y tres equipos de diseño han trabajado en para-lelo (mecánico, control y diseño industrial). Especialmente relevante ha sido la liber-tad adquirida en el diseño de la cubierta. En la fabricación: Facilita la subcontratación de los módulos (ensayos incluidos). Permite el montaje a la orden (ATO, assembly to order) lo que simplifica los esto-ques y es favorable al servicio post-venta. En el uso y mantenimiento: Facilita el mantenimiento por su gran accesibilidad y la-reparación por substitución de módulos

3.3 Planchadora Industrial 3.3.1. Necesidad a cubrir Desarrollar de una nueva familia de planchadoras industriales para distintos anchos de prendas (sábanas, toallas, manteles). 3.3.2. Arquitectura del producto Hasta el lanzamiento de este proyecto, las máquinas de este tipo que ofrecía el mer-cado se construían en base a una bancada integral para cada dimensión de máquina. En este diseño se establece una nueva arquitectura de producto consistente en una bancada formada por dos cabezales extremos (donde se concentran las partes com-plejas y comunes de la familia de productos) unidos mediante un conjunto de elemen-tos longitudinales (travesaños, tambor, rodillos, etc.) simplificados en lo posible para facilitar la formación de una familia de productos variando tan solo su longitud. 3.3.3. Principio de arquitectura: Para todos los componentes largos se identifica como adaptar al fabricar (en este caso en varios valores discretos).

Figura 5: planchadora industrial (Girbau S.A.)

3.3.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida En el diseño: Simplifica el diseño dado que los principales elementos son comunes En la fabricación: Lo componentes más complejos y caros son comunes a todas las máquinas de la familia y sólo deben gestionarse un número limitado de variantes en los elementos largos. Esta arquitectura tiene la ventaja de que los componentes de

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las bancadas modulares ocupan un espacio mucho más reducido que las bancadas unitarias. Además, la logística de compras y la gestión de la fabricación son mucho más simples y robustas. En el uso y mantenimiento: Se puede responder más rápidamente a la demanda de cualquier producto de la familia y, se abarata el servicio postventa al unificarse los elementos más críticos.

3.4 Máquina de relajación muscular 3.4.1. Necesidad a cubrir Sustituir la tarea manual de aplicar masajes de relajación muscular a las piernas de los deportistas después de un entrenamiento o una competición. La máquina des-arrollada, sobre la cual no había precedentes, evita la pesada tarea del masajista a la vez que flexibiliza el uso de este servicio para el deportista. 3.4.2 Arquitectura del producto El producto consta fundamentalmente de dos módulos: a) Cuerpo principal con el mecanismo de vaivén; b) Soporte regulable (permite la regulación simple de las tobi-lleras en altura e inclinación a voluntad del usuario). 4.4.3. Principio de arquitectura: Para el soporte se aplica una estrategia en la etapa de uso de tipo ajuste (altura e inclinación).

Figura 6. Máquina de relajación muscular (Hirt S.L.)

3.4.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida En el diseño: El cuerpo principal es un módulo fundamentalmente integral (admite variantes en las tobilleras). El módulo de soporte admite tanto la adaptación al usua-rio como la compacidad durante su no utilización y transporte. En la comercialización: Más allá de la dificultad en introducir un producto nuevo en el mercado, una dificultad en su comercialización ha sido su no integración en una línea de máquinas de fitness de las habituales en los gimnasios y entidades deporti-vas (canales comerciales integrados, estética común, servicio postventa). En el uso y mantenimiento: El poder ajustar la altura y la inclinación a las necesida-des del usuario aporta una mejora substancial en la usabilidad y amplía de manera significativa el mercado, puesto que el producto puede ser utilizado por una pobla-ción más amplia de personas.

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Electrónica Carcasa (no está)

Cadena

Chasis

Tracción

Clasificación Expulsión

Identificación y CPU

3.5 Máquina universal de clasificar monedas 3.5.1. Necesidad a cubrir: Se detectó una oportunidad en el mercado consistente en desarrollar una máquina universal para clasificar monedas de manera que, mediante un reconocimiento inicial de una muestra mediante la medida automática de varias de sus características, lue-go fuera capaz de contar y clasificar cualquier tipo de monedas sin necesidad de ope-rar adaptaciones mecánicas (tipo trampillas, pestañas) al cambiar el tipo de monedas. Los posibles clientes de este producto son, entre otros, los bancos, el comercio al detalle, y los operadores de máquinas de vending y máquinas de juego. 3.5.2. Arquitectura del producto El principio de funcionamiento adoptado para controlar el movimiento de las mone-das (y así asegurar la fiabilidad en la clasificación) se basa en una cadena de esla-bones de empuje arrastrados por unas ruedas de fricción. 3.5.3. Principios de arquitectura En este caso, para adaptar la máquina a distintos números de cajones de clasifica-ción, se desestimó la modularidad de apilamiento (en base al apilamiento de elemen-tos de un cajón) o la estrategia de adaptar al fabricar (en la parte central del sistema donde hay los cajones) a causa del aumento de coste (más piezas y más operaciones de montaje) pero, sobretodo, por el riesgo de perder calidad en el guiado de los esla-bones de cadena. La arquitectura resultante consiste en varios componentes modu-lares unidos a una base (modularidad de ranura).

Figura 7: Máquina universal de clasificar y contar monedas (Ibersélex S:A☺

La máquina consta de los siguientes módulos:

Figura 8. Máquina de contar y clasificar monedas: estructura modular

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Al desestimar la adaptación en longitud a partir de máquinas con distintos números de cajones, implícitamente se opta por la estrategia de ensanchamiento ya que, fi-nalmente el coste tiene una variación pequeña en función de su número. 3.5.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida En el diseño: Existe la posibilidad de modificar en el futuro determinados módulos con cierta independencia del resto. En la fabricación: Posibilidad de subcontratar ciertos módulos En el uso y mantenimiento: Facilidad de reparación por substitución de componentes

3.6 Túnel de lavado para ropa 3.6.1. Necesidad a cubrir Diseñar un nuevo túnel de lavado para ropa, fácil de fabricar y configurar, y con un funcionamiento fiable, flexible y, eventualmente reconfigurable, para unas capacida-des de proceso entre 0,5 a 1 tonelada de ropa por hora. 3.6.2. Arquitectura del producto Los túneles convencionales respondían a dos arquitecturas distintas: 1. Túnel en base a módulos independientes (tambor+envolvente) yuxtapuestos por las bocas, solución que permite una configuración muy flexible pero muy costosa y de funcionamiento poco fiable; 2. Túnel basado en un cuerpo integral del tambor; solución que si bien es económica, no es configurable y su construcción es penosa y poco precisa. La arquitectura principal del nuevo túnel se basa en la formación del cuerpo del tam-bor a partir del apilamiento de módulos prefabricados, análogos a un tambor de lava-dora, que se unen a través de unos tirantes (de forma análoga a una viga postensa-da), y con unos módulos extremos donde se sitúan los apoyos y los accionamientos.

Figura 9. Modularidad de apilamiento aplicada al cuerpo básico del túnel de lavado (Girbau S.A.)

Ésta se complementa con unos dispositivos auxiliares (conductos de comunicación y bombas de impulsión, cajas de niveles, entradas de productos, calefactores) que pueden aplicarse indistintamente en cada uno de los módulos del túnel y que posibi-litan la gestión de su secuencia de funcionamiento.

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3.6.3. Principios de arquitectura El cuerpo central del tambor del túnel responde al principio de modularidad de api-lamiento. En conjunto de dispositivos auxiliares para la gestión del funcionamiento del túnel se soportan a una guía lateral continua, y se conectan a determinadas aberturas previstas en los módulos de tambor, por lo que responden al principio de modularidad de bus.

Figura 10. Modularidad bus aplicada al sistema de gestión del proceso de lavado de un túnel (interconexiones entre módulos, cajas de niveles, entradas de produc-

tos). Permite la reconfiguración del proceso (Girbau S.A.)

3.6.4. Incidencia en las etapas del ciclo de vida En el diseño: El proceso de diseño y desarrollo fue largo y se simularon y ensayaron prototipos para asegurar la fiabilidad de la estructura rotativa del tambor. Una vez desarrollado, evita la adaptación particular del diseño a los requerimientos de cada nueva unidad. Facilita el desarrollo de nuevos dispositivos auxiliares. En la fabricación: La aplicación de la modularidad de apilamiento al cuerpo principal del tambor presentan las siguientes ventajas: a) Divide un elemento constructivo de grandes dimensiones en elementos más simples y fabricables; b) Hace posible la fabricación continua de módulos de tambor; c) Permite formar túneles de distintas longitudes por configuración y acorta el tiempo hasta el mercado (time-to-market). Fijada una longitud de túnel, la modularidad de bus en los dispositivos auxiliares proporciona una gran libertad para configurar su funcionamiento (secuencia de ope-raciones que se realizan en los sucesivos módulos) En el uso y mantenimiento: La modularidad de bus en los dispositivos auxiliares permite una fácil reconfiguración del funcionamiento del túnel en cualquier momen-to. La existencia de componentes repetidos facilidad las tareas de mantenimiento y reparación.

4 CORRELACIÓN Y ANÁLISIS ENTRE EL MODELO DE MILLER Y ELGAARD Y LOS PRODUCTOS PRESENTADOS

A continuación se muestra un esquema con las correlaciones halladas entre el mo-delo de referencia de [Miller y Elgaard, 1999] y los productos presentados en el apartado anterior

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ranura

ranura

¿?

Escalonamiento (Size range) Carro motorizado Diseño Estrechamiento (Narrowing)

Fabricación Adaptar al fabricar (Fabricate to Fit)

Vehiculo submarino operado por control remoto (ROV)

Modularidad de componentes permutados (component swapping modularity) Modularidad de componentes compartidos (component sharing moduklarity)

Planchadora industrial

Modularidad de bus (Bus Modularity ) Modularidad seccional (Secctional modularity)

Máquina de relajación Muscular

Montaje

Modularidad de apilamiento (Stack Modularity) Ajuste (Adjustment)

Máquina universal de clasificar monedas

Adaptation (Adaptación) Uso Ensanchamiento (Widening)

Túnel de lavado para ropa

Tabla 1. Correlación entre los principios de arquitectura del modelo de [Miller y Elgaard, 1999] y los principios de arquitectura de los productos analizados

Se observa que los principios de arquitectura contemplados en el modelo de [Miller y Elgaard, 1999] se orientan fundamentalmente hacia las familias y portafolios de productos con el objetivo principal de obtener la variedad que requieren los merca-dos y los usuarios. Sin embargo, al analizar la correlación de este modelo con diseños y desarrollos reales, se detecta la existencia de productos únicos cuyos principios de arquitectura persiguen fundamentalmente obtener ventajas en varias de las etapas de su ciclo de vida, sin buscar necesariamente la variedad. En este caso se encontraría la modularidad de ranura (contemplada por [Ulrich, 1995]) que incluye como casos particulares la modularidad de componentes permutados y la modularidad de componentes compartidos de [Ulrich y Tung, 1991], más adelante recogido por el modelo de [Miller y Elgaard, 1999] En el análisis anterior se ha encontrado un caso de principio de arquitectura no contemplado en ninguno de los modelos anteriores (y en particular en el modelo de [Miller y Elgaard, 1999]), que se relaciona con la transferencia de funciones entre distintos niveles de módulos en un mismo producto (caso del ROV, indicado como ¿? en la tabla anterior). 5 CONCLUSIONES Este trabajo está destinado a correlacionar la caracterización de los principios de arquitectura propuestos por diversos autores (en especial, el modelo de [Miller y El-gaard, 1999]) con el análisis de diversos productos innovadores desarrollados y (la mayor parte de ellos) implantados con éxito en el mercado. La caracterización de los distintos principios de arquitectura de los productos (y, de-ntro de ellos, los tipos de modularidad), acompañados de ejemplos exitosos en la industria, constituye una poderosa herramienta para la docencia y la aplicación al diseño y desarrollo de productos y de familias de productos innovadores.

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Sin embargo, el análisis anterior muestra que al comparar los modelos con la reali-dad, las arquitecturas de producto resultan ser mucho más complejas. Las aportacio-nes de [Ulrich y Tung, 1991], [Ulrich, 1995], [Miller y Elgaard, 1999] y [Otto y Wood, 2001], aportan visiones muy sugerentes para el diseñador pero, a la vez, son aún muy elementales para explicar la riqueza de principios de arquitectura detectados en los productos reales. El análisis de nuevos casos, así como el ajuste de los modelos a la nueva compleji-dad detectada deberán ser objeto de trabajos y propuestas posteriores.

REFERENCIAS Elgaard, P.; Miller, T.D., Designing Product Families”, Working Paper, Department of Control & Engineering Design, Technical University of Denmark, May, 1998. Esquerra, J.; Presas, A.; Domènech, C; Riba, C., Motorized Traction Systems for Manual Guided Trolleys, 6th International Research / Expert Conference “Trends in the Development of Machinery and Associated Technology”, Neum, Bosnia & Herzegovina, 2002 Miller, T.; Elgaard, P, Structuring Principles for Designar CIRP International Design Seminar: Integration Process Knowledge into Design Support Systems. ISBN 0-7923-5655-1, Denmark, 1999 Otto, K.; Wood, K., Product Design, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NY, 2001. Pahl, G.; Beitz, W. Engineering design. A systematic approach, Springer-Verlag, London, 1986. Ulrich, K., The Role of Product Architecture in the Manufacturing Firm, Research Policy, 24, 419 – 440, 1995 Ulrich, K.; Tung, K., Fundamentals of product modularity, Issues in Design/Manufacture Integration, Design Engineering Division DE, 39, pp. 73-79, ASME, New York, 1991

CORRESPONDENCIA. Judit Coll CDEI-UPC, C/ Llorens Artigas, 4-6, 08028 Barcelona Telf. 93 401 19 64, coll@cdei.upc.es Carles Riba Romeva Dpto.de Ingeniería Mecánica-UPC CDEI-UPC Telf. 93 401 08 34 riba@cdei.upc.es

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