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.

2 - 1

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.

2 - 11

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.

2 - 14

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.

2 - 15

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

2 - 16

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

2 - 17

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.

2 - 18

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

2 - 19

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

2 - 20

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.

2 - 21

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.

2 - 22

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.

2 - 24

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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