Metodología para la generación y evaluación multicriterio de soluciones conceptuales de diseño de líneas de montaje final de producto en el sector aeronáutico

Resumen

Esta tesis doctoral tiene como principal objetivo el desarrollo de una metodología para el diseño conceptual del proceso de montaje de productos del sector aeronáutico. Para ello se ha requerido un análisis que determine la manera de definir esta etapa del ciclo de vida del producto. Partiendo de un trabajo previo de modelización de las tareas incluidas en dicha etapa, realizado por Más [1], se ha alcanzado una definición de lo que sería el problema objetivo que se busca solucionar con la metodología. Considerando las aportaciones de Más [1] y teniendo en cuenta las aproximaciones para la asistencia a tareas relacionadas halladas en la bibliografía, se ha modelizado el diseño conceptual del proceso de montaje como el conjunto de varios problemas menores acoplados. Se trata de la distribución de la producción en nodos industriales, la definición de la línea de montaje asociada a cada nodo, el diseño de la distribución en planta de dichas líneas y la elaboración de la red logística, o determinación de la localización de cada nodo y de los medios para transportar componentes entre ellos. Además de la resolución del problema conjunto, se requería incluir un sistema para evaluar una solución del problema y que permita comparar posibles alternativas. Para la elaboración de la metodología se ha revisado los enfoques de otros autores para encontrar soluciones a los distintos problemas descritos, si bien no se ha encontrado trabajos que consideren el conjunto de manera acoplada. Así, se ha definido el método a emplear para resolver cada aspecto del problema completo. Para dar soporte a la metodología, se ha desarrollado unos modelos en los que se representa los tipos de elementos implicados en el proceso de montaje que se considera y sus relaciones. El diseño de estos modelos se ha completado partiendo de un modelo de información previo creado por Más. Éste se ha adaptado para configurar un meta modelo que permita emplear otros modelos de menor nivel, específicos de cada caso de montaje concreto y que incluyan un conjunto de clases de actividades y recursos. Los elementos contenidos en los modelos definidos han servido para construir los métodos para la resolución de los diversos aspectos del problema. La metodología creada se compone de varios bloques, dedicados a la obtención de soluciones parciales y compatibles entre sí de las facetas del diseño del proceso de montaje planteadas y a la evaluación de cada solución completa generada. Para definir la línea de montaje de cada nodo se emplea un sistema basado en el conocimiento de la empresa relativo a los tipos de procesos implicados en cada operación de montaje básica, y los tipos de recursos requeridos para ellos. Para elaborar la red logística se emplea un método de optimización discreta meta heurística denominado Optimización por Colonia de Hormigas (ACO), que se ha utilizado en problemas análogos. El sistema de evaluación de cada solución se basa en la Teoría de la Lógica Borrosa. Se ha desarrollado una aplicación prototipo para implementar la metodología. La programación se ha efectuado sobre el sistema de la herramienta CATIA V5/DELMIA, utilizada en la industria para tareas CAD/CAM, mediante un proyecto de automatización en VBA (Visual Basic for Applications). Finalmente, se ha ejecutado unos casos de estudio en los que se ejecuta la aplicación prototipo, se obtienen soluciones al problema del diseño conceptual del proceso de montaje y se determina la más adecuada en cada caso. Con ello se valida los objetivos de la tesis. ABSTRACT The main target of this thesis is to develop a methodology to design an aerospace product assembly process, at the conceptual phase. It required an analysis of this stage within the Product Life Cycle. From a previous research that produced a model of the stage and its involved tasks, performed by Más [1], a definition of the focused problem was set. Considering Más’ contributions and some other approaches to similar tasks found in literature, a model of the problem was created. It is composed by several coupled sub problems: distributing the production between a number of industrial nodes, defining the assembly line of each of these nodes, designing the plant lay-out of them and defining the logistic net, which involves selecting the nodes locations and the transport means to communicate them. In addition, a system to evaluate a given solution of the problem and to compare several alternatives was required. The methodology was created after a review of other authors’ approaches to find single solutions to the problems mentioned above, as no joint approach was found. This review helped to define the specific method to solve each face of the problem. Several models containing the classes of the considered involved elements were developed, in order to support the methodology. Those models were created from a previous information model created by Más. This one was adapted to build a meta model which supported the use of other lower-level models, specific of each case, that contain a set of classes of activities and resources. Elements belonging to the developed models were used to build the methods for solving the parts of the problem. The developed methodology is composed by blocks, which are focused to find partial, suitable, solutions for the described parts of the conceptual assembly process design, and to evaluate each found complete solution. A system based on the company knowledge about types of processes, ant their required types of resources, involved in each basic assembly operation is used to defined the assembly line of each node. The logistic net is created by using a discrete optimization meta heuristic method, named Ant Colony Optimization (ACO), successfully used to solve similar problems. The system to evaluate a solution is based on the Fuzzy Logic theory. A prototype application was developed to implement the methodology. The support for the programming job was CATIA V5/DELMIA system, using in Industry as a CAD/CAM tool; and the application was built by defining an automation VBA (Visual Basic for Applications) project. Finally, some case studies were carried out by executing the prototype application. Several solutions for the assembly process conceptual design were produced and, for each case, the most adequate was found between them. With that, the objectives are validated.