Caracterización y representación de los requerimientos funcionales y las tolerancias en el diseño conceptual: aportaciones para su implantación en los sistemas CAD

Abstract

El aumento de la competencia en el área de la fabricación moderna ha propiciado una mayor preocupación por la reducción de los costes, por el aumento de la calidad del producto y por la reducción progresiva del tiempo entre el concepto y la producción. Estas exigencias, vinculadas a la complejidad creciente de los requerimientos funcionales de los productos y los sistemas productivos, han contribuido de manera sustancial en los últimos años, a un mayor interés en el estudio de las dimensiones y las tolerancias asistidas por ordenador. La revisión bibliográfica muestra que existen muy pocos estudios donde se relacione en el ámbito del diseño conceptual, la acotación funcional y la modelación del ensamble, orientado al análisis y/o síntesis de tolerancias.<br/>Motivado por estos aspectos, en esta tesis se plantea el desarrollo de un modelo orientado a los sistemas CAD, que permita una caracterización y representación de los requerimientos funcionales y las tolerancias en la etapa de especificación del proceso de diseño; y el desarrollo de un método para la modelación del ensamble que posibilite un análisis primario de las cadenas de cotas en el diseño conceptual. De esta forma se contribuye a que la toma de decisiones vinculadas a las tolerancias se encuentre en las etapas primarias del proceso de diseño.<br/>Para satisfacer esta necesidad, se caracterizó a los requerimientos funcionales y las tolerancias en la etapa de especificación del proceso de diseño, a través de una estructura funcional en tres dimensiones que permite capturar la intención del diseñador. Esta estructura permite clasificar los diferentes requerimientos y estudiarlos de una manera sistemática, utilizando el análisis de la jerarquía, la descomposición y el chequeo de las dependencias funcionales. Para lograr una adecuada representación de los requerimientos funcionales y las tolerancias, se propone un conjunto de matrices que permiten la captura de la intención del diseñador. <br/>Para vincular de forma coherente a los requerimientos funcionales expresados en la estructura funcional y la modelación del ensamble mecánico en el diseño conceptual, se creó un método gráfico denominado "método de la burbuja" que permite realizar el análisis primario de las cadenas de cotas en el diseño conceptual. Este método se define a través de un conjunto de símbolos que soporta el lenguaje gráfico, cuyo funcionamiento está impuesto por una serie de reglas y secuencias que garantizan una adecuada representación del modelo, siguiendo una lógica algorítmica. Se desarrollaron varios casos con el objetivo de obtener la validación del modelo propuesto.<br/>En la investigación, el estudio de los requerimientos funcionales está restringido hacia aquellos requerimientos relacionados directamente con la forma geométrica y dimensional del producto. Dentro de la acotación funcional, la investigación se inscribe en la síntesis de cotas -distribución de cotas.

The competition increasing in the area of modern production has promoted a bigger concern for the costs reduction, quality increasing of the product and the time progressive reduction between the concept and production. These demands, linked to the growing complexity of the product functional requirements and productive systems, they have contributed in a substantial way in the last years to a bigger interest in the study of the computer-aided dimensions and tolerances. The bibliographical revision shows that very few studies exist which relates, in the environment of the conceptual design, the functional dimensioning and the assemblies modelling guided to the analysis and/or tolerances synthesis.<br/>Motivated by these aspects, this thesis show the model development guided to the CAD systems, that allows a characterization and representation of the functional requirements and the tolerances in the specification stage of design process. And the development of an assembly modelling method, which facilitates a primary analysis of the chains of tolerances in the conceptual design. This method contributed to make the tolerances linked decisions in the primary stages of design process.<br/>To satisfy this necessity, it was characterized the functional requirements and the tolerances in the specification stage of design process, through the three-dimensional functional structure which allows to capture the designer's intention. This structure allows to classify the different requirements and to study them in a systematic manner, using the hierarchy analysis, decomposition and control of functional dependences. To achieve an appropriate representation of functional requirements and tolerances, it has developed a one matrices group for the capture of the designer's intention.<br/>To link in a coherent manner, the functional requirements of the functional structure and the mechanical assemblies modelling in the conceptual design, it has developed a graphical method named "bubble method" that allows to carry out the tolerances chains primary analysis in the conceptual design. This method is defined through the group of symbols that supports the graphical language such operation is imposed by a series of rules and sequences that guarantee an appropriate representation of the model, following a logical algorithm. Several cases were developed to obtain the validation of proposed model.<br/>The study of functional requirements developed in this investigation is restricted to those directly related to the geometrical and dimensional product form. Within the functional tolerances, the investigation belongs to the tolerance synthesis (tolerance distribution) field.