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MEMORIAS DEL XXIII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 20 al 22 DE SEPTIEMBRE DE 2017 CUERNAVACA, MORELOS, MÉXICO
Tema A1a. Diseño Mecánico: Ingeniería Inversa y Sustentabilidad.
“El análisis de sustentabilidad como un programa de investigación de la Ingeniería Inversa”
Eusebio Jiménez Lópeza*, José Humberto Ponce Armentaa, Mario Acosta Floresb, Gabriel Luna
Sandovalc, Luis Andrés García Velásqueza.
aUniversidad La Salle Noroeste, Veracruz S/N Col. Norte, Fracionamiento Obregón Norte, Cd. Obregón, Sonora, CP. 85019, México. cUniversidad Autónoma del Estado de Morelos, Av. Universidad 1001 Col. Chamilpa, Cuernavaca, Morelos, CP. 62209,México. dUniversidad Estatal de Sonora, Km 6.5 carretera a Sonoyta 1001, San Luis Río Colorado, Sonora., CP. 83400, México.
*Eusebio Jiménez López,. Dirección de correo electrónico: [email protected]
R E S U M E N
El análisis de sustentabilidad debe ser incorporado al diseño de máquinas y productos, pues es necesario conocer el grado
de contaminación que se genera por la selección de materiales y procesos de manufactura utilizados en el diseño. En este
artículo se propone incorporar el análisis o la evaluación de la sustentabilidad de piezas mecánicas a los programas y
procedimientos de investigación de la Ingeniería Inversa. Fue utilizado el software SolidWorks y el módulo de análisis
SolidWorks Sustainable para evaluar la huella del carbono derivada de los materiales y procesos utilizados en la
fabricación de un componente automotriz. Fueron propuestos dos procesos de manufactura y dos materiales diferentes
para la evaluación del componente caracterizado por medio de programas de investigación de la Ingeniería Inversa. El
método de evaluación que tiene integrado el SolidWorks Sustainable es la Evaluación del Ciclo de Vida del Producto. Los
resultados obtenidos muestran que la utilización de materiales y procesos de manufactura diferentes en la evaluación de la
pieza estudiada, generan diferentes huellas del carbono y que, al incorporar el análisis de sustentabilidad a la Ingeniería
Inversa, se potencializan diferentes estudios, entre ellos el re-diseño.
Palabras Clave: Sustentabilidad, SolidWorks, Ingeniería Inversa.
A B S T R A C T
The analysis of sustainability must be incorporated into the design of machines and products, as it is necessary to know
the degree of contamination that is generated by the selection of materials and manufacturing processes used in the design.
In this article we propose to incorporate the analysis or evaluation of the sustainability of mechanical parts in the reverse
engineering research programs and procedures. SolidWorks software and the sustainable SolidWorks analysis module
were used to evaluate the carbon footprint derived from the materials and processes used in the manufacture of an
automotive component. Two manufacturing processes and two different materials were proposed for the evaluation of the
characterized component through Reverse engineering research programs. The evaluation method that has integrated
sustainable SolidWorks is the Product Life Cycle Assessment. The results obtained by the use of different materials and
manufacturing processes in the evaluation of the piece studied, generate different carbon footprints and that incorporate
the analysis of sustainability to the Reverse Engineering, different studies are potentiated, among them the re-design
Keywords: Sustainability, SolidWorks, Reverse Engineering
1. Introducción
Son diversas las definiciones de sostenibilidad y desarrollo
sostenible formuladas hasta el momento. Una de ellas es la
que se presenta a continuación y fue definida por la
Comisión Brudtland: “Es el desarrollo que satisface las
necesidades actuales de las personas sin comprometer la
capacidad de satisfacción de las generaciones futuras” [1].
La sostenibilidad ha alcanzado un alto grado de
relevancia en la industria actual, llegando a situarse como el
enfoque prioritario de innovación bajo el que se despliega la
actividad empresarial, gubernamental o social [2].
Ampliamente conocida, abarca tres grandes estadios que
definen la estrategia 3E: Economía, Equidad y Ecología [3].
Para la consecución del desarrollo sostenible bajo la
organización armónica de las 3E, se han articulado distintos
marcos de trabajo (paradigmas), estructurados sobre un
conjunto de principios, técnicas y herramientas, entre los
que cabe destacar el capitalismo natural, el paso natural,
cradle to cradle también conocido como C2C o de la cuna a
la cuna y, por último, la permacultura. Otra forma de
representar la sustentabilidad es bajo la intersección triple de
tres conjuntos: Economía, Medio ambiente y Sociedad.
Por otro lado, el Eco-diseño es una “Disciplina que
integra acciones orientadas a la mejora ambiental del
producto en la etapa de diseño [4]. Las principales
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estrategias del eco-diseño son la mejora de la función del
producto, la selección de materiales de impacto, la
aplicación de procesos de producción alternativos, la mejora
en el transporte y en el uso y la minimización de los
impactos en la etapa final de tratamiento”. Entonces es así
como el diseño se pone del lado de la prevención de
contaminación asociada a un producto a lo largo de su ciclo
de vida.
El objetivo del eco-diseño no es solo la garantía del
diseño del producto “ambientalmente amigable”, “verde”,
etc., sino que va desde el inicio de su diseño considerando
siempre el factor ambiental a lo largo del ciclo de vida del
producto (desde su creación a su desecho), esto implica que
las empresas empleen una serie de pasos (o mejor llamada
metodología) para identificar, controlar y mejorar los
aspectos medioambientales de todos sus productos; todo
esto se realiza mediante el apoyo de todo un equipo de
trabajo, desde asesores de eco-diseño hasta los
departamentos de logística, dirección, marketing, etc. Para
desarrollar proyectos de mejora a los productos se utilizan
herramientas ambientales cualitativas (VEA – Valoración
Estratégica Ambiental) y/o cuantitativas [5].
En la actualidad existen diversas herramientas
computacionales que apoyan o asisten la evaluación de la
sustentabilidad. Uno de ellos es el Solidworks Sustainable,
el cual trabaja bajo la metodología del Ciclo de Vida del
Producto [6]. El SolidWorks Sustainable está basado en la
metodología de CML, elaborada por el Instituto de Ciencias
Medioambientales de la Universidad de Leiden en los Países
Bajos; es la metodología más utilizada y que suele
considerarse más completa [6]. Para derivar los factores de
impacto utiliza fundamentalmente datos europeos. Agrupa
los resultados de LCI (Inventario del Ciclo de Vida) en
categorías de punto medio por temáticas, que son
mecanismos comunes (como el cambio climático) o grupos
(como la toxicidad ecológica).
Con el propósito de impulsar en los diseñadores
mexicanos la cultura del cuidado al medio ambiente, se debe
crear conciencia de que los diseños y/o re-diseños de
máquinas y productos deben concebirse tomando en cuenta
criterios de sustentabilidad. El diseñar un producto solo
tomando aspectos de funcionalidad, como tradicionalmente
se hace en la actualidad, no contribuye a preservar y/o
mejorar el medio ambiente, pues se ignoran aspectos como
la contaminación que genera la producción de la materia
prima y el transporte o, por ejemplo, la energía total
consumida o la diferencia entre procesos seleccionados en
el sentido de contaminación que generan. Al final, cada
producto diseñado tendrá en menor o mayor medida un
espectro de contaminación. El encontrar los medios de
producción y el diseño que contamine menos es tarea de los
diseñadores actuales.
Por otro lado, la Ingeniería Inversa es una metodología
que tiene diversos usos, entre ellos, para mejorar productos
o para proporcionar información útil y relevante para
desarrollar mejoras en productos ya existentes o para
realizar re-diseños. En este sentido, el diseñador puede
aplicar programas y procedimientos de la ingeniería inversa
para obtener información de los productos, cuya
información puede utilizase para diversos propósitos, entre
ellos para hacer análisis de sustentabilidad utilizando el
software disponible, como por ejemplo el SolidWorks [6].
Por ejemplo, durante el proceso de análisis de la ingeniería
inversa, puede ser obtenido el material y la información
geométrica de un componente. Incluso puede inferirse el
proceso de manufactura con él fue fabricado. Esta
información de referencia es la base para poder analizar
parámetros de sustentabilidad como la huella del carbono, el
potencial de eutrofización, la acidificación atmosférica y la
energía total consumida entre otros.
En este sentido se propone en este artículo adicionar un
programa de análisis de sustentabilidad a los programas y
procedimientos de la Ingeniería Inversa. Se analiza una
pieza automotriz bajo cuatro programas de la ingeniería
inversa. El análisis de sustentabilidad se realiza bajo la
plataforma SolidWorks Sustainable tomando en
consideración dos procesos y dos materiales diferentes. Los
tres primeros programas de la ingeniería inversa relacionado
con la digitalización, desarrollo en CAD y CAM, no se
explicitan en su totalidad, pero pueden consultarse en [7].
2. Ingeniería inversa.
Debido a que el ingeniero de diseño no necesariamente parte
de un nuevo concepto o idea para desarrollar un producto,
entonces debe utilizar metodologías que partan de un
producto ya elaborado para mejorarlo. Una de estas
metodologías es la Ingeniería Inversa.
La ingeniería inversa es la aplicación sistemática de un
proceso analítico - sintético guiado con el cual se busca
determinar las características, propiedades y/o funciones de
un sistema, una máquina o un producto o una parte de un
componente o un subsistema. Su propósito principal es
determinar cuando menos un modelo o una característica
de un objeto o producto o sistema de referencia cuya
información sea limitada, esté incompleta o no exista [8].
Las fases de la ingeniería inversa son [9]:
- Fase 1: Conocimiento preliminar del objeto de referencia
(A).
- Fase 2: Diseño de un plan de investigación.
- Fase 3: Aplicación del plan al objeto de referencia.
- Fase 4: Sintetizar la información generada por el plan,
generar el modelo B y demostrar que B ∼ A (equivalencias
entre A y B).
- Fase 5: Caracterizar el modelo B.
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- Fase 6: Usar B para diversos propósitos.
O, en forma explícita:
1) Se presenta A ∈ PCR: (Objetos con Poco Contenido
Referencial).
2) Se definen las referencias (CFR): (Conjunto Finales de
Referencias)
3) Se definen los objetivos (COE): (Conjunto de Objetivos
Específicos)
4) Con CFR y COE, se diseña el proceso de la investigación.
5) El producto del diseño del paso 4) es un plan o programa
de investigación operativa (P).
6) Se aplica P al objeto A.
7) El resultado del paso 6) es información de A.
8) Se considera el paso 3) y con los resultados del paso 7) se
genera B.
9) B es un modelo.
10) Se verifica, según el paso 3), si B es equivalente a A.
11) Se dan las conclusiones.
12) Se revalúa B.
13) B es aplicable.
2.1. Programas y procedimiento de la ingeniería inversa.
Los programas de la Ingeniería Inversa se pueden
clasificar en: 1) Analíticos 2) Sintéticos [7]. Los programas
analíticos son todos aquellos programas, procedimientos y
métodos que tienen por objetivo conocer o determinar las
propiedades y características del objeto de referencia. Los
programas de síntesis son todos aquellos programas que
tienen por objetivo utilizar la información derivada de los
programas de análisis para conocer primeramente a los
objetos de referencia, y posteriormente, reproducirlos o
mejorarlos.
Los objetivos principales de los programas analíticos son
los siguientes: 1) Obtener datos e información fidedigna,
funcional y objetiva del objeto de referencia y 2)
Transformar los datos en modelo de información
manejables. Cabe mencionar que en los programas de
síntesis, la información que viene del análisis del objeto de
estudio a menudo no es suficiente y debe ser complementada
y además, tales programas responden al rediseño de nuevos
productos, duplicado y manufacturas, partiendo de la base
de la información obtenida de los programas de análisis. Por
ejemplo, las mediciones dimensionales, los programas de
análisis de propiedades mecánicas y caracterización de
materiales son ejemplos de programas analíticos, en tanto,
los programas de CAD, CAM, CAE o los procesos de
manufactura, son programas de síntesis. Modelos: Los
modelos que se consideran en este artículo, son productos de
la Ingeniería Inversa [7].
Se puede afirmar que una de las actividades más
importante de la Ingeniería Inversa es el diseño de los
programas de investigación, pues de ellos dependen la
calidad, confiabilidad y representatividad de los modelos
obtenidos. Además, otros aspectos importantes relacionados
con los programas de la Ingeniería Inversa son, por un lado,
el buen estado de las herramientas, dispositivos y máquinas
que se utilizan para realizar los análisis y, por otro lado, el
correcto dominio de las teorías y los métodos usados para la
interpretación y la modelación de los resultados [7].
3. Parámetros de evaluación de sustentabilidad
El módulo de Solidworks Sustainable evalúa un conjunto de
parámetros o índices de sustentabilidad. El conocer este tipo
de indicadores permite determinar el grado de
contaminación que se genera al seleccionar un material y un
proceso de fabricación para una pieza específica. A
continuación se presentan cuatro parámetros de
sustentabilidad.
3.1. Potencial de eutrofización
El impacto de eutrofización se produce debido a un
aporte excesivo de nutrientes a los ecosistemas, que puede
llegar a colapsar todos los procesos naturales del sistema
donde sea vertido [10]. El desarrollo de la biomasa en un
ecosistema viene limitado, la mayoría de las veces, por la
escasez de algunos elementos químicos, como el nitrógeno
en los ambientes continentales y el fósforo en los sistemas
de agua dulce, que los productores primarios necesitan para
desarrollarse y a los que se les llama por ello factores
limitantes. La contaminación puntual de las aguas, por
efluentes urbanos, o difusa, por la contaminación agraria o
atmosférica, puede aportar cantidades importantes de esos
elementos limitantes. El resultado es un aumento de la
producción primaria (fotosíntesis) con importantes
consecuencias sobre la composición, estructura y dinámica
del ecosistema. La eutrofización produce de manera general
un aumento de la biomasa y un empobrecimiento de la
diversidad.
3.2. Acidificación
La acidificación se produce cuando la acidez del suelo se
modifica debido a la deposición atmosférica de sustancias
tales como sulfatos, nitratos y amoníaco. La acidificación se
define como la reducción del pH del suelo o del agua hasta
un punto en el que se producen cambios indeseables en los
ecosistemas, por tanto, el potencial de acidificación se basa
en la saturación de ácidos en el suelo [11].
3.3. Huella del carbono
El concepto de Huella de Carbono (HC) surge del
concepto de Huella Ecológica, de la cual se podría decir que
es un subconjunto. La HC mide la totalidad de Gases de
Efecto Invernadero (GEI) emitidos por efecto directo o
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indirecto de un individuo, organización, evento o producto
[12]. En realidad, el concepto de HC va más allá de la
medición única del CO2 emitido, ya que se tienen en cuenta
todos los GEI que contribuyen al calentamiento global, para
después convertir los resultados individuales de cada gas a
equivalentes de CO2. Por ello el término correcto sería HC
equivalente o emisiones de CO2 equivalentes, aunque en la
práctica y por comodidad se utiliza simplemente el término
Carbono.
3.4. Energía total consumida.
Es una medida expresada en megajulios (MJ) de las
fuentes de energía no renovables asociadas con el ciclo de
vida de la pieza [6]. No sólo incluye la electricidad y los
combustibles utilizados durante el ciclo de vida del
producto, sino también la energía necesaria para obtener y
procesar dichos combustibles, y la energía incorporada en
los materiales y consumida en la combustión. La energía
total consumida se expresa como el valor calorífico neto de
la demanda de energía obtenida a partir de recursos no
renovables (petróleo, gas natural, etc.). Se tienen en cuenta
las eficiencias obtenidas al convertir la energía (electricidad,
calor, vapor, etc.).
4. Programas de la ingeniería inversa aplicados al
análisis del componente.
En esta sección se presenta la aplicación de los programas
de investigación de la Ingeniería Inversa al análisis de la
pieza mostrada en la Figura 1, integrando un programa
específico de estudio de sustentabilidad. Cabe mencionar
que solo se explicitará el análisis de sustentabilidad y para
los programas restantes solo se pondrán los resultados los
cuales pueden consultarse en [7].
4.1. Del análisis preliminar de la pieza al diseño de los
programas de investigación.
En esta sección se presentan la aplicación de los
primeros cinco pasos de la metodología de la ingeniería
inversa [9]. Considérese el primer paso de la Ingeniería
Inversa:
1. Se presenta A ECR (Extenso Contenido
Referencial).
Descripción: A es un objeto real y es un componente. A es
incompleto, puesto que no se conocen sus planos de
fabricación. Es finito y medible y se considera que admite
descomposición en el sentido de ser analizado subparte por
subparte (circunferencias y arcos entre otras subpartes). El
objeto A es una pieza automotriz que funge como tapadera
de un sistema y el material es un hierro dúctil.
Figura 1 – Objeto de referencia
2. Se definen las referencias (CFR).
El objeto de referencia A mostrado en la Figura 1 es de la
clase (ECR). Esto es, la pieza es ciertamente conocida y se
tienen métodos de análisis ya desarrollados entre otras
cosas, por ello A ECR.
3. Se definen los objetivos (COE).
El objetivo principal es generar cuatro modelos de A:
1) Modelo Digitalizado (MD).
2) Modelo en CAD (MCAD).
3) Modelos en CAM (MCAM).
4) Modelos de evaluación de sustentabilidad.
4. Con CFR y COE se diseña el proceso de la
investigación.
El proceso es el siguiente:
4.1. Medición Automatizada (Programa
P1)
4.1.1. Adquisición de datos
4.1.2. Caracterización dimensional y
geométrica
4.1.3. Segmentación de los datos.
4.1.4. Generación de un modelo de
información geométrica y
dimensional usando una MMC.
(Modelo Digitalizado)
4.2. Modelo en CAD (Programa P2)
4.2.1. Generación de un Modelo CAD.
4.3. Modelo en CAM (Programa P3)
4.3.1. Generación de un Modelo CAM.
4.3.2. Generación de un modelo de
información para la manufactura
4.4. Modelo de sustentabilidad (Programa
P4)
4.4.1. Evaluación de sustentabilidad 1.
4.4.2. Evaluación de sustentabilidad 2.
4.4.3. Evaluación comparativa.
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5. El producto del diseño del paso 4 es un plan de
investigación operativa (P).
En esta sección se presenta el plan de investigación
operativa P; que ejecutará la aplicación de los programas que
se diseñaron en el punto 4 del plan de operación al caso de
estudio mostrado en la Figura 1.
5 .1 . Progra ma P1
5.1.1. Entender claramente la especificación.
5.1.2. Elección del equipo de Trabajo.
5.1.2.1. Elección de la MMC apropiada.
5.1.2.2. Elección del sistema de palpado.
5.1.2.3. Elección del software.
5.1.3. Desarrollar y seguir un procedimiento
(hacer programa de parte).
5.1.3.1. Condiciones ambientales.
5.1.3.2. Selección de las características de la
pieza a ser medidas.
5.1.3.3. Definición del dato o datos a ser
usados para establecer el sistema
de coordenadas.
5.1.3.4. Establecimiento de datos en una
MMC.
5.1.3.5. Selección de la orientación de la
pieza.
5.1.3.6. Selección del método de sujeción de
la pieza.
5.1.3.7. Calificación del palpador.
5.1.3.8. Definición de la estrategia de
palpado.
5.1.3.9. Reporte general de la programación
MMC.
5.1.4. Medir la parte.
5.1.5. Registro de los datos obtenidos.
5.1.6. Determinar la incertidumbre de la
medición.
5.1.7. Juzgar conformidad.
5.1.8. Saber qué hacer con los casos que
conforman.
5.1.9. Saber qué hacer con los casos que no
conforman.
5.1.10. Archivo nativo (Software MMC)
5.1.11. Procesado de la Información en la MMC.
5.1.12. Extracción de la Información de la
MMC.
5.1.13. Archivo de trasferencia (Modelo
Digitalizado [MD]--Secundario)
5.2. Progra ma P2
5.2.1. Archivo de trasferencia (Modelo
Digitalizado)
5.2.2. El modelo de primitivas geométricas en el
CAD
5.2.3. Procesado de la Información en el CAD.
5.2.4. Elaboración del plano de fabricación
5.2.5. Obtención del modelado de sólidos del caso
de estudio.
5.2.6. Selección de la información para la
exportación al CAM.
5.2.7. Extracción de la información del CAD.
5.2.8. Archivo de trasferencia.
5.3. Progra ma P3
5.3.1. Archivo de trasferencia
5.3.2. El modelo de primitivas geométricas en el
CAM
5.3.3. Selección de las primitivas geométricas
5.3.4. Asignación de las herramientas y las
características de manufactura.
5.3.5. Procesado de la información en el CAM.
5.3.6. El modelo de herramientas.
5.3.7. El modelo de trayectorias.
5.3.8. Simulación y verificación del proceso de
mecanizado.
5.3.9. El modelo de simulación.
5.3.10. Obtención del Código de Control
Numérico (NC).
5 .4 . Progra ma P4
5.4.1. Seleccionar el archivo de la pieza en
SolidWorks (ya sea en plano, ensamblaje o
modelado de sólidos).
5.4.2. Leer el archivo del módulo de Solidworks
Sustainable
5.4.3. Cargar los primeros datos de evaluación
(particularmente, la región de fabricación y
la región de utilización, así como datos del
material y el proceso de fabricación).
5.4.4. Generar una primera evaluación de
sustentabilidad.
5.4.5. Repetir los pasos anteriores para la misma
pieza con otro material y otro proceso de
manufactura y se genera otra evaluación.
5.4.6. Repetir todo el proceso, pero ahora en un
análisis comparativo entre dichas piezas.
5.4.7. Realizar una síntesis de todo el proceso.
4.2. Aplicación de los programas de investigación.
6. Se aplica P al objeto A.
- Programa 1: Medición Automatizada
Los principales resultados de este programa se presentan
en las Figuras 2 y 3 [7]. La pieza fue digitalizada por medio
de una MMC y la información fue preparada para ser
transferida en formato IGES, la cual fue interpretada por un
software CAD.
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Figura 2 – Digitalización de la pieza.
Figura 3 – Procesamiento de la información digitalizada.
- Programa 2: Modelo en CAD (MCAD).
Los principales resultados de este programa se presentan
en las Figuras 4 y 5 [7]. La información obtenida de la MMC
fue procesada en el Software Inventor. Se lee los archivos
IGES y se completa la información. Se genera un modelado
de sólidos y se prepara un archivo IGES de la pieza
procesada para ser leída e interpretada por un software
CAM.
Figura 4 – Primitivas geométricas en CAD transferidas del software
de la MMC.
Figura 5 – Modelado de sólidos de la pieza
- Programa 3: Modelo en CAM.
En esta sección se presentan los resultados de la
aplicación del programa 3 al objeto de estudio en este
artículo. Los principales resultados se muestran en las
Figuras 6 y 7 [7]. El archivo en IGES de la pieza es
exportado al software de simulación de manufactura
Mastercam. En dicho software se simula el proceso de
maquinado, considerando las geometrías y el material
descrito en el paso 1).
Figura 6 – Lectura del archivos IGES en el Mastercam.
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Figura 7 – Simulación del maquinado
- Programa 4: Modelo de sustentabilidad.
El programa 4 se refiere a la evaluación de los parámetros
de sustentabilidad. Para la evaluación se deben seguir los
pasos siguientes:
Paso 1: El primer paso para la evaluación de la
sustentabilidad es seleccionar la pieza en estudio o bien
cualquier archivo de dibujo que pueda ser compatible con
SolidWorks. Puesto que el desarrollo del proceso de la
ingeniería inversa de la pieza motivo de estudio se realizó en
el paquete Autocad Mechanical, el archivo se migró a
SolidWorks. Paso 2: El segundo paso está relacionado con
la lectura de la pieza en el módulo de SolidWorks
Sustainable. En el paso 3 se cargan los primeros datos de
evaluación (particularmente, la región de fabricación y la
región de utilización, así como datos del material y el
proceso de fabricación) y el Paso 4) es la evaluación y el
cálculo de los indicadores.
Las Figuras 8, 9 y 10 muestran algunas pantallas del
Solidworks sustainable en proceso de carga de datos en la
evaluación de la pieza para un material y un proceso. La
Tabla A.1 (ver Apéndice A) muestra el comparativo de la
evaluación de dos materiales y dos procesos de manufactura.
Figura 8 – Ingreso de datos básicos
Figura 9 – Datos técnicos de la pieza
Figura 10 – Información de los indicadores de sustentabilidad
- Síntesis de la información
El último paso (paso 7) del proceso de la evaluación se
refiere a realizar un informe de los datos evaluados. Este
paso se llevará a cabo en los pasos siguientes de la ingeniería
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inversa.
4.3. Evaluación de los pasos restantes de la metodología
de la ingeniería inversa.
En esta sección se presentan los pasos restantes del
método de la ingeniería inversa. Esto es [8]:
7. El resultado del paso 6) es información de A.
Este paso solo indica que la aplicación de todos los
programas descritos en el paso 6) es, en efecto, información
del objeto de referencia.
8. Se considera el paso 3) y con los resultados del paso
7) se genera B.
En este paso se toman en cuenta los objetivos del paso 3)
y los resultados de la aplicación de los programas de
investigación al objeto de estudio, en este caso, el objeto de
referencia, para generar B. El modelo B es el generado por
la unión de todos los modelos productos de la aplicación de
los programas de investigación. Esto es:
1) Las mediciones automatizadas es un modelo
(MMA).
2) El dibujado de la pieza en CAD es un modelo
(DPCAD).
3) La simulación de la manufactura en CAM es un
modelo (SMCAM).
4) La evaluación de los parámetros de sustentabilidad
es un modelo (EPSUS).
Por lo tanto,
B= {MMA, DPCAD, SMCAM, EPSUS}
9. B es un modelo.
Este paso solo informa acerca de la naturaleza de B; es
decir, B es un modelo o mejor dicho, B es una colección de
modelos. El hecho de que B sea un modelo de información
tiene una importancia enorme, pues esa información implica
conocimiento de A que puede ser aplicado para diversos
propósitos.
10. Se verifica, según el paso 3), si B es equivalente a A.
Uno de los pasos más significativos de la ingeniería
inversa es determinar si el modelo generado B es equivalente
a A, esto es, si se han alcanzado los objetivos planteados y
se ha desarrollado un modelo representativo de A. Este
proceso puede ser:
1) Predominante cuantitativo.
2) Predominantemente cualitativo.
Los criterios cuantitativos se refieren a la comparación
de unidades o parámetros medibles, por ejemplo,
dimensionales, de materiales entre por ejemplo un modelo
físico producido B y su modelo de referencia A. Los criterios
cualitativos están relacionados a criterios de valor, como
funcionalidad o representatividad general del objeto de
estudio y en general cuando el proceso de la ingeniería
inversa tiene programas predominantes analíticos, esto es,
programas relacionados con la generación de la información
y no de su interpretación.
Puesto que el desarrollo y la aplicación de la Ingeniería
Inversa aplicada al objeto de estudio contiene programas de
investigación predominantemente analíticos y para efecto
prácticos, se considerará que:
B A
En otras palabras, que el modelo B es equivalente o
representativo al objeto A para los efectos considerados en
los objetivos del paso 3).
11. Se dan las conclusiones.
En este paso se describen en forma breve algunas
conclusiones generadas del proceso de la Ingeniería Inversa
de los pasos 1) al 10).
- En primer lugar, el proceso de desarrollo de la
Ingeniería Inversa es en esencia analítico, pues no
se pide hacer síntesis de la información, es decir,
tomar decisiones o criterios para decidir qué hacer
con el modelo B. Por lo tanto, los tres primeros
modelos se considerarán analíticos en el sentido de
que sólo generan información de las características,
geométricas, dimensionales, de dibujado y
manufactura. El programa de sustentabilidad se
considera sintético.
- La información a detalle de los tres primeros
modelos generados por los tres programas de
investigación puede consultarse en [7].
- El programa de investigación relacionado con el
análisis de sustentabilidad es sintético ya que se
genera una vez determinadas algunas propiedades
de los materiales, las geometrías y los procesos de
manufactura. Este modelo de información es
esencial a la hora de tomar decisiones en cuanto a
decidir que material se debe considerar y que
proceso de manufactura para el diseño y la
fabricación de componentes. Ahora ya no solo se
trata de considerar la funcionalidad y los bajos
costos en un diseño, si no que se deben tomar en
cuenta criterios sobre la afectación al medio
ambiente.
- La base de datos del paquete considerado para
hacer el estudio de sustentabilidad está actualizada
según la versión del software.
- Para realizar el estudio de sustentabilidad sólo se
requirieron dos datos importantes, el material a
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considerar y el proceso de manufactura. Además,
se requirió el dibujo de la pieza.
12. Se revalúa B.
En este paso se realiza una pequeña síntesis acerca
del modelo B, o sea una re-evaluación en relación con
el valor que tiene B con respecto al objeto de referencia
A.
En un principio sólo se conocía al objeto A, esto es
como pieza y su estado, así como su posible
procedencia. Posteriormente, una vez aplicados los
pasos de la Ingeniería Inversa del 1) al 10) se pudo
conocer más información acerca de A, esto es, se generó
un modelo de información relacionado con las
mediciones, otro modelo en CAD, un modelo en CAM
y el modelo de sustentabilidad. En este sentido, el
modelo B tiene más información que A. En otras
palabras, B tiene más valor conceptual que A aunque B
no sea más que un modelo representativo de A, ya que
la probabilidad de encontrar o inferir el proceso del
diseño y la secuencia de fabricación que utilizó el
diseñador original es mínima. El modelo B es una unión
de modelos computacionales que pueden utilizarse para
diversos propósitos, como por ejemplo, para maquinado
o re-diseño.
13. B es aplicable.
El último paso de la Ingeniería Inversa es dar un bosquejo
acerca de las posibles aplicaciones del modelo B. Esto es:
1) La aplicación de B puede darse en ambientes
computacionales, puesto que B es un conjunto de
modelos computacionales, por ejemplo, para
simulación de partes del sistema y para análisis
de elemento finito.
2) La información de B, en la parte de
sustentabilidad, puede ser utilizada para evaluar
los impactos ambientales que se tienen al utilizar
materiales y procesos diferentes.
5. Análisis del programa 4.
En esta sección se presenta un análisis del programa P4
relacionado con la aplicación del SolidWork Sustainable a
la pieza motivo de estudio en este artículo. En la sección
anterior se aplicó la metodología de la Ingeniería Inversa a
la pieza y sólo fueron considerados los programas analíticos,
por lo que no se hicieron estudios de síntesis de la
información. Puesto que este artículo se refiere al estudio de
sustentabilidad, a continuación se desarrollará un breve
análisis de los resultados de los parámetros evaluados en el
programa 4.
De acuerdo con el análisis realizado por el Software
Solidworks (Ver Tabla A.1), la huella del carbono para el
AISI 316 (Barra de acero inoxidable) fue de 1.9 kg CO2e y
para hierro dúctil fue 0.675 kg CO2e. Por lo tanto, existe más
emisión de CO2 del AISI 316. Por otro lado, el AISI 316 el
total de energía consumida fue de 21 MJ y para hierro dúctil
fue de 6.1 MJ. Además, el AISI 316 tiene una acidificación
atmosférica de 8.1E-3 kg SO2e y el acero dúctil 1.7 E-3 kg
SO2e y, finalmente, el AISI 316 tiene una eutrofización del
agua de 6.5E-3kg PO4e y el acero dúctil 4.7 E-3kg PO4e. Por
lo tanto, se puede concluir que:
El acero AISI 316 es más contaminante que el hierro
dúctil.
4. Conclusiones
En este artículo se presentó el estudio de sustentabilidad de
una pieza mecánica como un programa de investigación de
la Ingeniería Inversa, Las conclusiones se sintetizan en los
puntos siguientes:
- El análisis de sustentabilidad puede ser incorporado a la
ingeniería inversa como un programa o procedimiento de
investigación. Para el caso de estudio desarrollado en este
artículo, el análisis de sustentabilidad se realizó a una pieza
en la que se le habían aplicado con anterioridad otros
programas de investigación.
- Cada pieza puede ser evaluada en el aspecto de la
sustentabilidad con SolidWorks cambiado de material y de
proceso de fabricación. En caso de la pieza evaluada en este
artículo, se probó con dos materiales y dos procesos de
manufactura diferentes.
- Es posible evaluar la sustentabilidad en Solidworks de
piezas con el plano de fabricación o con el modelado de
sólidos.
- De acuerdo con el análisis de sustentabilidad, el acero
AISI 316 es más contaminante que el hierro dúctil.
- Es posible incorporar nuevos programas de investigación
al proceso de la Ingeniería Inversa, como por ejemplo, un
análisis metalográfico o pruebas de dureza si fuera el caso
de que el material se desconociera. Sin embargo, para el caso
de la pieza descrita en este artículo el material ya se conocía.
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Apéndice A.
Informe de Sustentabilidad
Pieza: Tapa
Material 1 Material 2
Acero inoxidable 316 Hierro dúctil
Proceso de fabricación: Fresado Proceso de fabricación: Moldeo en arena
Peso: 301.33 g Peso: 267.43G
Fabricación y utilización: Norteamérica Fabricación y utilización: Norteamérica
Construido para durar: 1 año Construido para durar: 1 años
Utilización durante: 1 año Utilización durante: 1 años
Consumo de electricidad: 0.629 kWh/lbs Consumo de electricidad: 0.621 kWh/lbs
Contenido de reciclado: 18% Contenido de reciclado: 84%
Transporte: 2600 km Transporte: 2600 km
Al fin de vida útil: Al fin de vida útil:
Reciclado: 33 % Reciclado: 33%
Incinerado: 13 % Incinerado: 13%
Vertedero: 54 % Vertedero: 54%
Impacto medioambiental Impacto medioambiental
Huella de carbono: 1.9 kg CO2e Huella de carbono: 0.675 kg CO2e
Energía total consumida: 21 MJ Energía total consumida: 6.1 MJ
Acidificación del agua: 8.1E-3 kg SO2e Acidificación del agua: 1.7 E-3 kg SO2e
Eutrofización del agua: 6.5E-3kg PO4e Eutrofización del agua: 4.7 E-3kg PO4e
Tabla A.1 – Comparativo en la evaluación de dos procesos de manufactura y dos materiales.
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