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PROYECTO FIN DE CARRERA INGENIERÍA AERONÁUTICA

Tutor: Ignacio Eguía Salinas Febrero 2011

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Índice: Capítulo 1: Objetivo, motivación y alcance .......................................................................... 5 Capítulo 2: Introducción a la simulación .............................................................................. 8 2.1.- Definición de simulación ..................................................................................................... 8 2.2.- Orígenes de la simulación ................................................................................................... 8 2.3.- Aplicaciones de la simulación ........................................................................................... 9 2.3.1.- Cuándo utilizar simulación: ....................................................................................... 9 2.3.2.- Inconvenientes de la simulación ........................................................................... 11 2.3.3.- Áreas de aplicación..................................................................................................... 11 2.4.- Tipos de simulación ........................................................................................................... 12 2.5.- Simulación por ordenador............................................................................................... 13 2.5.1 Introducción a la simulación por ordenador ...................................................... 13 2.5.2.- Elementos de un simulador computacional ..................................................... 14 2.6.- Pasos a seguir en la simulación ..................................................................................... 14 2.6.1.- Formulación del problema ...................................................................................... 15 2.6.2.- Colección de datos y Análisis .................................................................................. 17 2.6.3.- Desarrollo del modelo ............................................................................................... 18 2.6.4.- Verificación y Validación del modelo .................................................................. 21 2.6.5.- Experimentación y Análisis de las salidas ......................................................... 21 2.6.6.- Implantación de los resultados de la Simulación ........................................... 23 2.7.- Simulación en Arena .......................................................................................................... 24 2.7.1 Elementos básicos de la simulación en Arena .................................................... 24 2.7.2 Entorno Arena 7.0 ......................................................................................................... 25 Capítulo 3: Definición del Sistema ......................................................................................... 27 3.1.- La empresa ............................................................................................................................ 27 3.1.1 Introducción .................................................................................................................... 27 3.1.3 Instalaciones .................................................................................................................... 28 3.1.4 Equipamiento disponible ........................................................................................... 28 3.1.5 Servicios ............................................................................................................................ 30 3.1.6 I+D+I .................................................................................................................................. 32 3.1.7 Principales proyectos desarrollados ...................................................................... 33 3.2.- El producto. ........................................................................................................................... 37

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3.3.- Descripción del proceso ................................................................................................... 44 3.3.1 Corte de paneles: ........................................................................................................... 44 3.3.2 Unión de tacones............................................................................................................ 46 3.3.3 Curado del adhesivo de los tacones ........................................................................ 47 3.3.4 Taladrado .......................................................................................................................... 48 3.3.5 Avellanado ........................................................................................................................ 49 3.3.6 Inspección de taladros por ultrasonidos .............................................................. 49 3.3.7 Medición del diámetro de los taladros .................................................................. 50 3.3.8 Montaje de probetas ..................................................................................................... 50 3.3.9 Curado del Sellante ....................................................................................................... 52 3.3.10 Medición de las dimensiones de las probetas .................................................. 54 3.3.11 Colocación de Extensometría (galgas y extensómetro) ............................... 55 3.3.12 Acondicionamiento térmico ................................................................................... 55 3.3.13 Ensayo ............................................................................................................................. 56 3.3.14 Realización de fotografías........................................................................................ 58 3.3.15 Test de tensión residual ........................................................................................... 58 3.3.16 Investigación microscópica ..................................................................................... 59 3.3.17 Almacenaje de las probetas ensayadas .............................................................. 60 Capítulo 4: Simulación del proceso ....................................................................................... 61 4.1.- Construcción del modelo ................................................................................................. 61 4.1.1 Datos de entrada ............................................................................................................ 61 4.1.2 Composición de paneles.............................................................................................. 63 4.1.3 Corte de paneles ............................................................................................................. 65 4.1.4 Unión de tacones............................................................................................................ 66 4.1.5 Curado del adhesivo de los tacones ........................................................................ 67 4.1.6 Taladro ............................................................................................................................... 73 4.1.7 Avellanado ........................................................................................................................ 73 4.1.8 Inspección por ultrasonidos ...................................................................................... 74 4.1.9 Medición de los taladros ............................................................................................. 75 4.1.10 Montaje de las probetas ........................................................................................... 75 4.1.11 Curado del sellante de las probetas ..................................................................... 77 4.1.12 Medición de las dimensiones de las probetas .................................................. 85 4.1.13 Colocación de Extensometría (galgas y extensómetro) ............................... 86 4.1.14 Acondicionamiento Térmico .................................................................................. 87

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4.1.15 Ensayo ............................................................................................................................. 92 4.1.16 Envío de probetas a un laboratorio externo..................................................... 95 4.1.17 Realización de fotografías........................................................................................ 96 4.1.18 Test de tensión Residual .......................................................................................... 97 4.1.21 Resumen de los recursos asignados ..................................................................101 4.2 Animación del modelo .......................................................................................................102 4.3 Modo de presentar los resultados................................................................................103 Capítulo 5: Diseño de experimentos...................................................................................108 5.1 1er experimento: Aleatoriedad en la secuenciación. .............................................108 5.2 2º experimento: Secuenciación ordenada ................................................................109 5.3 3er experimento: Variación de los tiempos de espera. .........................................109 5.4 4º experimento: Variación del número de recursos humanos. ........................110 Capítulo 6: Presentación y Análisis de resultados ......................................................111 6.1 Análisis del 1er experimento: Aleatoriedad en la secuenciación. ....................111 6.1.1 Presentación de resultados del 1er experimento.............................................111 6.1.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 1er experimento..................114 6.2 Análisis del 2ª experimento: Secuenciación ordenada. .......................................115 6.2.1 Presentación de resultados del 2º experimento ............................................116 6.2.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 2º experimento. .................119 6.3 Análisis del 3er experimento: Variación de los tiempos de espera. ..................119 6.3.1 Presentación de resultados del 3er experimento .............................................120 6.3.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 3er experimento..................123 6.4 Análisis del 4º experimento: Variación del número de recursos humanos. 124 6.4.1 Presentación de resultados del 4º experimento. .............................................124 6.4.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 3er experimento..................127 Capítulo 7: Conclusiones finales ...........................................................................................128 Bibliografía ......................................................................................................................................129

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La concepción de este proyecto surgió como fruto de una fructífera experiencia laboral en una empresa del sector aeronáutico, cuya principal actividad consiste en la realización de ensayos mecánicos, físico-químicos y estructurales sobre materiales y estructuras aeronáuticos, así como la verificación y calibración de instrumental de uso industrial. Dichos ensayos están generalmente enfocados a la certificación de materiales, comprobación de la correcta fabricación de un lote de piezas, obtención de resultados experimentales del comportamiento mecánico de estructuras aeronáuticas para su comparación con un modelo teórico, y un largo etcétera. Uno de los proyectos desarrollados en la empresa, en el cual participé activamente y que es el eje central de este proyecto fin de carrera, es un proyecto de investigación consistente en comprobar el comportamiento mecánico de un nuevo material, un sellante innovador. Dicho sellante iría integrado en la estructura de un nuevo avión civil de pasajeros cuya entrada en servicio está prevista para mediados de 2013 y el cual está siendo desarrollado por una gran empresa del sector aeronáutico y sus consiguientes empresas filiales cuyos nombres no es revelable por motivos de confidencialidad de la información. Los ensayos se llevan a cabo integrando el sellante en estudio en el interior de probetas de fibra de carbono, simulando el comportamiento mecánico real del sellante en el avión. El número total de probetas a ensayar es de 241, distribuidas en muy diferentes configuraciones y condiciones tanto ambientales como de carga. Se entiendo por probeta aquel espécimen diseñado con unas dimensiones y configuración tales que permiten obtener cierta información relevante acerca de las propiedades de una muestra de un determinado material, o conjunto de materiales, mediante su posterior ensayo. Véase la figura 1.

Fig.1 Ejemplo de probeta.

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El objeto del proyecto llevado a cabo en la empresa, consiste en el estudio mediante simulación de la organización del plan de fabricación de las 241 probetas, en sus diferentes configuraciones, y de la realización de los ensayos pertinentes en las diferentes condiciones establecidas. No es objeto del presente proyecto el análisis de los resultados del comportamiento mecánico del nuevo sellante en estudio y ni la observación de cómo se ven afectadas dichas propiedades mecánicas al variar ciertos parámetros dimensionales, condiciones de temperatura, carga aplicada (estática o a fatiga), etc. El problema planteado respecto a la organización de la producción y ensayo de las probetas, parece sencillo considerando que el número de especímenes a ensayar no es excesivamente elevado. Sin embargo, la gran variedad en cuanto a configuraciones y condiciones de ensayo, como se verá más adelante, hacen de la organización del proceso una actividad extraordinariamente compleja. Además, por la propia idiosincrasia de la empresa, habrá que añadir los inconvenientes de no existir una línea de montaje y que coexistirán simultáneamente en las instalaciones de la empresa distintos proyectos de diferente índole, dónde muchos de estos proyectos compartirán el mismo personal y maquinaria. Todo ello hace que la elección del plan de fabricación más adecuado no sea una tarea en absoluto trivial y que requiere por tanto de herramientas sofisticadas que permitan diseñar una organización óptima de un proceso complejo. Es por este motivo por el que se decidió utilizar la simulación como herramienta de optimización y análisis de alternativas al problema planteado. Una herramienta informática, como es el programa Arena 7.0, permitirá simular el entorno real de trabajo al completo, facilitando la toma de decisiones y solventar problemas no previstos. Esta herramienta posibilitará la identificación de cuellos de botella, además de visualizar el nivel de utilización de cada máquina así como el nivel de ocupación de cada operario. En definitiva, la simulación permitirá comparar diversas decisiones en cuanto al orden de fabricación y ensayo de las probetas, así como diversas asignaciones de tareas al personal, permitiendo además visualizar de forma aproximada el tiempo en que tanto operarios como maquinaria estén inactivos y puedan dedicarse estos recursos al desarrollo de otras tareas o proyectos. Por este motivo, se escogió como tema central de este proyecto la simulación mediante el programa informático Arena 7.0 del proceso productivo y ensayo de 241 probetas de fibra de carbono que permitirá un posterior análisis del nuevo sellante en estudio. El presente proyecto comprende un total de 7 capítulos. En el primero de ellos, “Objetivo, motivación y alcance”, se ha dado una visión global del proyecto real que se simulará mediante el soporte informático Arena 7.0 y se han explicado las razones que motivan la realización de dicha simulación.

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El segundo capítulo “Introducción a la simulación” tiene como motivo introducir al lector en el mundo de la simulación, definiendo inicialmente qué es la simulación, acompañando una muy breve reseña histórica y finalizando con la descripción de las diferentes aplicaciones de la simulación. En el tercer capítulo “Definición del sistema”, se describirán detalladamente los constituyentes principales del proyecto real a modelar: naturaleza de la empresa y sus instalaciones, definición y características de producto a fabricar y ensayar, y etapas por las que pasará el producto durante todo el proceso de producción y ensayo. En el cuarto capítulo “Simulación del proceso”, se describirán con un elevado nivel de detalle los pasos seguidos para la creación del modelo del sistema. Se incluirán los módulos utilizados, nombrando los atributos, variables, recursos, etc. empleados y se explicará la lógica de las diferentes secuencias y las diferentes decisiones tomadas para la construcción del modelo. Se incluirá también en este cuarto capítulo las forma en que se mostrará la animación de la simulación y la forma en se presentarán los resultados obtenidos de la simulación. El quinto capítulo “Diseño de experimentos”, tiene como función hacer una breve descripción de los cuatro diferentes tipos de experimentos que servirán como base para mejorar el proceso completo de fabricación y ensayo del producto mediante la simulación del sistema. En el sexto capítulo “Presentación y análisis de resultados”, se mostrarán los resultados de las diferentes simulaciones del sistema realizadas para los cuatro tipos de experimentos descritos en el quinto capítulo. Los resultados de la simulación de estos cuatro experimentos serán analizados, obteniendo conclusiones de muy importante valor. El séptimo y último capítulo “Conclusiones finales”, tendrá como fin resumir las importantes conclusiones obtenidas como análisis de los resultados de las diferentes simulaciones realizadas en el sexto capítulo.

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2.1.- Definición de simulación El sistema de control sobre el funcionamiento de un determinado sistema, ya sea una planta industrial, una entidad bancaria, un sistema de transportes, etc. no es en absoluto una tarea sencilla. Deberán tomarse continuamente decisiones acerca de las acciones que ejecutará el sistema. Estas decisiones deberán ser tales que el comportamiento resultante del sistema satisfaga de la mejor manera posible los objetivos planteados. Para poder tomar una decisión correcta es necesario saber cómo responderá el sistema ante una determinada acción. Esto podría hacerse por experimentación sobre el sistema mismo; pero factores de costos, de seguridad de tiempo, etc., hacen que esta opción generalmente no sea viable. A fin de superar estos inconvenientes, se reemplaza el sistema real por otro sistema que en la mayoría de los casos es una versión simplificada. Este último sistema es el modelo a utilizar para llevar a cabo las experiencias necesarias sin los inconvenientes planteados anteriormente, utilizando las denominadas técnicas de simulación. Se podrá definir por tanto la simulación como el proceso consistente en diseñar y desarrollar la representación de un sistema mediante un modelo que permita analizar sus características y estudiar y predecir el comportamiento de dicho sistema real con el fin de evaluar y mejorar su rendimiento. Si el plan de experimentación se lleva a cabo con el solo objeto de aprender a conducir el sistema, entonces se denomina entrenamiento o capacitación.

2.2.- Orígenes de la simulación En contra de lo que cabría esperar, la simulación no es en absoluto una técnica actual. A lo largo de la historia pueden encontrarse numerosas reseñas que evidencian la práctica de la simulación como pueden ser el juego denominado Weihai creado en China sobre el año 3000 ac para recrear en un tablero el escenario de una batalla; o los diversos sistemas de simulación que permitieron entrenar tácticas militares y apoyo logístico a las legiones Romanas (30 ac)

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mediante cajones de arena y miniaturas militares para el entrenamiento y planificación del combate. Es en 1908 cuando puede considerarse el comienzo de la simulación como aplicación industrial, gracias al estadístico William Sealy Gosset, el cual aplicaba sus conocimientos estadísticos trabajando en la destilería de Arthur Guinness, y en su propia explotación agrícola. El especial interés de Gosset en el cultivo de la cebada le llevó a especular que el diseño de experimentos debería dirigirse no sólo a mejorar la producción media, sino también a desarrollar variedades de cebada cuya mayor robustez permitiese que la producción no se viese afectada por las variaciones en el suelo y el clima. Para evitar futuras filtraciones de información confidencial, Guinness prohibió a sus empleados la publicación de cualquier tipo de artículo independientemente de su contenido, de ahí el uso que hizo Gosset en sus publicaciones del seudónimo "Student", para evitar que el propietario de la destilería lo detectara. Es por esta razón que su logro más famoso se conoce como la "distribución t de Student", que de otra manera hubiera sido conocida como la "distribución t de Gosset". Este hito histórico abrió las puertas a la aplicación de la simulación Fig.2 Uno de Primeros simuladores de vuelo en el campo del proceso de control industrial así como a las sinergias que generaba esta simulación basada en la experimentación y técnicas de análisis para descubrir soluciones exactas a problemas clásicos de la industria y la ingeniería.

2.3.- Aplicaciones de la simulación 2.3.1.- Cuándo utilizar simulación: En el estudio de un sistema será conveniente utilizar la simulación cuando se de una o varias de las siguientes condiciones (Shannon, 1975): 

No existe una formulación matemática analíticamente resoluble. Muchos sistemas reales no pueden ser modelados matemáticamente con las herramientas actualmente disponibles, por ejemplo la conducta de un cliente de un banco.



Existe una formulación matemática, pero es difícil obtener una solución analítica. Los modelos matemáticos utilizados para modelar un reactor

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nuclear o una planta química son imposibles de resolver de forma analítica sin realizar serias simplificaciones. 

No existe el sistema real. Deberá diseñarse un sistema real acorde con las necesidades para poder llevar a cabo los experimentos pertinentes.



Los experimentos son imposibles debido a impedimentos económicos, de seguridad, de tiempo, de calidad o éticos. En este caso el sistema real está disponible para realizar experimentos, pero la dificultad de los mismos hace que se descarte esta opción. Un ejemplo sería la imposibilidad de provocar fallos de comportamiento en un avión real para evaluar la conducta del piloto.



Existen el modelo y los métodos, pero los procedimientos son tediosos, por lo que resulta más sencilla y menos costosa la simulación.



Se desea observar en el tiempo una historia simulada del sistema.



Se desea experimentar con un modelo antes de construir el sistema. Como puede ser el ejemplo de la maqueta de un avión en un túnel aerodinámico.



Es imposible experimentar sobre el sistema real. Como por ejemplo el sistema solar.



El sistema evoluciona muy lentamente o muy rápidamente. Un ejemplo de dinámica lenta es el problema de los científicos que estudian la evolución del clima. Deben predecir la conducta futura del clima dadas las condiciones actuales, sin esperar a que un tornado arrase una ciudad para luego dar el mensaje de alerta. Por el contrario, existen fenómenos muy rápidos que deben ser simulados para poder observarlos en detalles, por ejemplo una explosión.

Hasta ahora se ha presentado la simulación y los métodos analíticos como métodos alternativos, sin embargo, hay veces en que resulta fructífero el uso conjunto de ambos métodos. Un estudio de planificación de un ambulatorio usa una simulación recursiva, primero un modelo de programación genera planificaciones y asignación de personal óptimas y entonces un modelo de simulación evalúa su efectividad basándose en medidas tales como tiempo de espera de los pacientes y utilización de los servicios del personal. Si las medidas no son satisfactorias, se alteran las condiciones o se desarrolla un modelo de programación matemático usando el análisis de regresión, y éste se incorpora para una segunda ronda de optimización. El proceso continúa hasta que la solución alcanzada sea aceptable. Esta aproximación mixta tiene la ventaja de los modelos analíticos de producir soluciones óptimas, mientras que con los modelos de simulación se refleja el grado apropiado de realismo y precisión en la descripción del sistema. Sin embargo, esta combinación presenta la desventaja de requerir un mayor nivel de familiaridad con los modelos analíticos y más ingenio que si se usan sólo modelos de simulación.

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2.3.2.- Inconvenientes de la simulación Entre las posibles desventajas de la simulación se pueden citar: 

El desarrollo de un modelo puede ser costoso, laborioso y lento.



Existe la posibilidad de cometer errores. No se debe olvidar que la experimentación se lleva a cabo con un modelo y no con el sistema real. Si el modelo está mal concebido o se cometen errores en su manejo, los resultados también serán incorrectos.



No se puede conocer el grado de imprecisión de los resultados. Por lo general el modelo se utiliza para experimentar situaciones nunca planteadas en el sistema real, por lo tanto no existe información previa para estimar el grado de correspondencia entre la respuesta del modelo y la del sistema real.



No existe un conjunto de soluciones cerrado.



Cada cambio en las variables de entrada requiere una solución separada o conjunto de ejecuciones.

2.3.3.- Áreas de aplicación Actualmente la simulación presta un invalorable servicio en casi todas las áreas posibles, algunas de ellas son: 

Procesos de manufacturas: Ayuda a detectar cuellos de botellas, a distribuir personal, determinar la política de producción.



Plantas industriales: Brinda información para establecer las condiciones óptimas de operación, y para la elaboración de procedimientos de operación y de emergencias.



Sistemas públicos: Predice la demanda de energía durante las diferentes épocas del año, anticipa el comportamiento del clima, predice la forma de propagación de enfermedades, etc.



Sistemas de transportes: Detecta zonas de posible congestionamiento, zonas con mayor riesgo de accidentes, predice la demanda para cada hora del día.



Construcción: Predice el efecto de los vientos y temblores sobre la estabilidad de los edificios, provee información sobre las condiciones de iluminación y condiciones ambientales en el interior de los mismos, detecta las partes de las estructuras que deben ser reforzadas.



Diseño: Permite la selección adecuada de materiales y formas. Posibilita estudiar la sensibilidad del diseño con respecto a parámetros no controlables.



Educación: Es una excelente herramienta para ayudar a comprender un sistema real debido a que puede expandir, comprimir o detener el tiempo, y

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además es capaz de brindar información sobre variables que no pueden ser medidas en el sistema real. 

Capacitación: Dado que el riesgo y los costos son casi nulos, una persona puede utilizar el simulador para aprender por sí misma utilizando el método más natural para aprender: el de prueba y error.

2.4.- Tipos de simulación De acuerdo a la naturaleza del modelo empleado, la simulación puede diferenciarse, según estableció Fishman en 1978, en: 

Identidad: Es cuando el modelo es una réplica exacta del sistema en estudio. Es la que utilizan las empresas automotrices cuando realizan ensayos de choques de automóviles utilizando unidades reales.



Cuasi-identidad: Se utiliza una versión ligeramente simplificada del sistema real. Por ejemplo, los entrenamientos militares que incluyen movilización de equipos y tropas pero no se lleva a cabo una batalla real.



Laboratorio: Se utilizan modelos bajo las condiciones controladas de un laboratorio. Se pueden distinguir dos tipos de simulaciones: o

o



Juego operacional: Personas compiten entre ellas, ellas forman parte del modelo, la otra parte consiste en computadoras, maquinaria, etc. Es el caso de una simulación de negocios donde las computadoras se limitan a recolectar la información generada por cada participante y a presentarla en forma ordenada a cada uno de ellos. Hombre-Máquina: Se estudia la relación entre las personas y la máquina. Las personas también forman parte del modelo. La computadora no se limita a recolectar información, sino que también la genera. Un ejemplo de este tipo de simulación es el simulador de vuelo. Simulación por ordenador: El modelo es completamente simbólico y está implementado en un lenguaje computacional. Las personas quedan excluidas del modelo. Un ejemplo es el simulador de un sistema de redes de comunicación donde la conducta de los usuarios está modelada en forma estadística. Este tipo de simulación a su vez puede ser:

o o

Digital: Cuando se utiliza una computadora digital. Analógica: Cuando se utiliza una computadora analógica. En este grupo también se pueden incluir las simulaciones que utilizan modelos físicos.

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Fig.3 Computadora analógica

2.5.- Simulación por ordenador 2.5.1 Introducción a la simulación por ordenador Por ser la simulación por ordenador la base de este proyecto, se hará especial hincapié en este tipo de simulación. El desarrollo de los computadores digitales a partir de la década de los 50, y su aplicación a la resolución de problemas científicos, ha introducido lo que algunos han llamado “una tercera metodología” a la investigación científica: la simulación computacional. Este método, de carácter complementario y muchas veces alternativo a los modos convencionales de hacer ciencia, el experimental y el teórico, ha ejercido un fuerte impacto en prácticamente todos los campos de la ciencia. El objetivo de la simulación computacional es resolver los modelos teóricos en su total complejidad, mediante la resolución numérica de las ecuaciones involucradas, haciendo uso intensivo y extensivo de computadores. Actualmente, gracias al vertiginoso desarrollo de la tecnología informática, la simulación computacional se ha consolidado como una herramienta de cálculo esencial, tanto para experimentalistas como para teóricos. Mediante un buen modelo computacional no sólo se pueden reproducir experimentos de laboratorio, sino que además, gracias a que se pueden variar libremente los parámetros usados, permite probar (o falsar) modelos teóricos existentes en rangos de parámetros imposibles de alcanzar experimentalmente por ahora, resolviendo así conflictos entre explicación teórica y observación. La simulación computacional no sólo juega el papel fundamental de la visualización de los resultados obtenidos del modelo simulado, sino que permite además obtener una imagen gráfica y dinámica del proceso en cuestión.

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2.5.2.- Elementos de un simulador computacional Un simulador por ordenador está compuesto por las siguientes partes: 

Un modelo: Es un modelo simbólico. Puede ser un conjunto de ecuaciones, reglas lógicas o un modelo estadístico.



El evaluador: Es el conjunto de procedimientos que procesarán el modelo para obtener los resultados de la simulación. Puede contener rutinas para la resolución de sistemas de ecuaciones, generadores de números aleatorios, rutinas estadísticas, etc.



La interfaz: Es la parte dedicada a interactuar con el usuario, recibe las acciones del mismo y presenta los resultados de la simulación en una forma adecuada. Esta unidad puede ser tan compleja como la cabina utilizada en los simuladores de vuelos profesionales.

2.6.- Pasos a seguir en la simulación Aunque se van a presentar una serie de pasos de forma secuencial, realmente es un proceso iterativo, tal y como se muestra en la figura 3.

Fig. 4 Pasos en la simulación

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2.6.1.- Formulación del problema Se definen las cuestiones para las que se buscan las respuestas, las variables implicadas y las medidas de ejecución que se van a usar. Esta fase es muy importante para poder alcanzar un modelo válido. Se puede dividir a su vez en 5 fases: 

Identificación del Problema:

Se hace una abstracción del tipo de problema que se va a tratar. Se identifican los recursos a utilizar y los requisitos que se van a exigir (relaciones a establecer). 

Reconocer las variables del sistema:

Se han de identificar las variables que interviene en el sistema y que son de interés para el modelo, éstas se pueden clasificar en:



o

Variables exógenas: son variables externas al modelo y existen con independencia de él. Se consideran variables de entrada. Éstas a su vez se pueden dividir en dos grupos:

o

Variables controlables o de decisión (factores): son aquellas sobre las que el analista puede decidir su valor dentro de ciertos límites.

o

Variables incontrolables o parámetros: sus valores no se pueden decidir sino que vienen fijados. Las variables serán controlables o incontrolables dependiendo de quién las defina.

o

Variables endógenas: son las variables internas y las variables de salida del modelo. Se obtienen en función de las variables exógenas y de la estructura del modelo. Especificación de las restricciones sobre las variables de decisión

Incluso en el caso de que las variables sean controlables, están limitadas o restringidas a ciertos límites dentro de los cuales pueden tomar valores. Es importante considerar cuidadosamente las restricciones sobre las variables de decisión, ya que definen el posible espacio de soluciones dentro del cual se buscará una buena solución o la óptima usando el modelo de simulación. 

Desarrollar una estructura preliminar del modelo que interrelacione las variables del sistema y las medidas de ejecución.

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Para evaluar la efectividad de un sistema, se debe identificar una medida o medidas de comportamiento (o ejecución) para juzgarlo. Estas medidas se seleccionan del conjunto de variables endógenas. La medida o medidas que se pretenden optimizar se conocen como función objetivo. Hay veces en las que existe una única función objetivo dominante y entonces se intenta optimizar ésta sin tener en cuenta las otras variables, aunque siempre considerando las restricciones. En otras ocasiones existe más de una función dominante, en este caso, hay que estudiar las distintas funciones objetivo e intentar encontrar valores para los cuales las funciones son óptimas. Cuando se quiere tener en cuenta varias medidas de comportamiento, a menudo no se podrán optimizar simultáneamente. Lo ideal sería hacer mínimas ambas medidas, el tiempo de espera y el costo de tener los empleados, pero si se minimiza una de ellas la otra aumenta. Se tienen tres formas de abordar este problema: o

Establecer compromisos implícitos entre las medidas. Esta aproximación es muy subjetiva y no se va a considerar. Se dan los resultados a quién tenga que tomar la decisión y él será quien establezca la relación entre las variables conflictivas.

o

Establecer compromisos explícitos, realizando una combinación de todas las medidas usando una dimensión común tal como el costo. A estas técnicas se les suele conocer como análisis de toma de decisiones multiatributo o multiobjetivo. Para realizar esta técnica se tiene que decidir una dimensión común para todas las medidas, factores de pesos, y formar una función que las combine.

o

Restricción y corte: seleccionar una medida como la que más interesa optimizar y hacer que las otras estén dentro de un rango de valores aceptable. Esto reduce la posibilidad de encontrar un óptimo, o al menos las mejores soluciones.



Desarrollo de un modelo apropiado

Los modelos son abstracciones de las partes esenciales del sistema. Se ha de intentar ver si con las variables que se han especificado se tiene suficiente para describir estos aspectos importantes del sistema (si no se tienen suficientes entonces el modelo no será una buena representación del sistema), o por el contrario se han definido más de las necesarias (esto puede oscurecer las relaciones entre las variables realmente importantes). En resumen, lo que se tiene que fijar en este paso es el nivel de detalle al que se debe llegar en el modelo. El nivel de detalle depende de: o

Propósito del modelo.

o

Contribución de las variables al modelo.

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No es igual si lo que se desea hacer es un modelo para una previsión a largo plazo, en cuyo caso la precisión puede ser menor, debido a que al transcurrir el tiempo las variables van a cambiar e incluso podrán aparecer otras nuevas, que si se desea una previsión a corto plazo, entonces se deberá profundizar más en el nivel de detalle.

2.6.2.- Colección de datos y Análisis Aunque la recogida de datos se va a ver como el segundo paso, es bastante posible que se hayan tenido que recoger datos para la formulación del problema. Sin embargo, durante este paso se recoge el mayor volumen de datos, se reduce y se analiza. Los métodos de recogida de datos son tan variados como los problemas a los que éstos se pueden aplicar. Si se clasifican por su sencillez, se puede ir desde las aproximaciones manuales hasta las técnicas más sofisticadas de alta tecnología. En la selección de un método se pueden tener en cuenta los siguientes factores: o

Capacidad de quien recoja los datos.

o

El impacto que pueda producir el proceso de recolección sobre el comportamiento del sistema real. Puede producir perturbaciones reales o físicas en el sistema o psicológicas.

o

La facilidad de conversión de los datos a una representación procesable por el ordenador.

o

El coste del método.

En muchas situaciones es suficiente con la observación directa y la recogida manual de los atributos de interés. Pero si la medida que se quiere observar depende de una persona, su comportamiento se puede ver afectado por estar siendo observada. Otras veces puede ocurrir que la acción que se quiere observar sea muy rápida y que no sea posible realizar una observación humana. Para decidir el número de muestras necesarias, se ha de establecer una relación costo-exactitud y hacer una optimización de dicha relación. Una vez realizado el muestreo, los datos se han de analizar e introducir en el modelo. Los datos usados para definir el modelo pueden ser de dos tipos: o

Deteminísticos: son datos conocidos con certeza. Éstos se pueden introducir fácilmente en el modelo.

o

Probabilísticos: hay dos formas de incluirlos en el modelo:

o

Usar la muestra de datos recogida para representar la distribución de probabilidades.

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o

Determinar una distribución probabilística teórica que se comporte como la muestra y usar ésta en el modelo. Esto permite tener una mejor comprensión (generalización) del modelo.

2.6.3.- Desarrollo del modelo Incluye la construcción y depuración del modelo del sistema real, incluyendo la selección de un lenguaje de programación, codificación del modelo. Esta etapa se va a dividir en dos partes: Comprensión del sistema y Construcción del modelo. 

Comprensión del sistema

Una de las tareas más difíciles en el análisis de simulación es adquirir el suficiente conocimiento del sistema para poder desarrollar un modelo apropiado, es decir, conocer el comportamiento del sistema. Dos técnicas comúnmente usadas son la aproximación de flujo físico y la aproximación de cambio de estado. o

Aproximación de Flujo Físico: Se ha de identificar las entidades cuyo procesamiento o transformación constituye el propósito principal del sistema. Estas entidades pueden tomar diferentes caminos en el sistema, las rutas que siguen se determinan mediante reglas de decisión. La representación del sistema vendrá dada mediante un diagrama de flujo de entidad y los elementos de procesamiento del sistema.

o

Aproximación de Cambio de Estado: Para describir esta aproximación, se debe definir unas variables endógenas adicionales que son las variables de estado e introducir un nuevo concepto, el de suceso o evento. Las variables de estado describen el estado del sistema en cada momento. Dados los valores actuales de las variables de estado, las variables exógenas y la estructura del modelo, se puede determinar el estado futuro del sistema. Un evento es un instante particular en el tiempo en el que el sistema cambia de estado. La evolución del sistema se puede representar mediante un grafo de sucesos.



Construcción del Modelo Las tareas principales en la construcción de un modelo son: o

Elección Mecanismo de avance del tiempo. Este dependerá de la aproximación elegida para describir el comportamiento del sistema. Si se eligió la aproximación de flujo físico, este diagrama de flujo podría refinarse para convertirse en el diagrama de flujo del programa. Si se siguió la

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aproximación de cambio de estado, el diagrama de flujo desarrollado debería describir el procedimiento que efectúa los cambios de estado en el tiempo. Otros dos factores inciden en la construcción del diagrama de flujo del programa: elegir un mecanismo de avance del tiempo y el lenguaje de programación que se seleccione. Hay fundamentalmente dos formas de considerar el avance del tiempo en un modelo de simulación: o

Incrementos fijos de tiempo: se considera un intervalo fijo de tiempo y el estado del modelo se comprueba después de transcurrido cada uno de estos incrementos constantes.

o

Incrementos por los eventos (N.E.T.A., Next Event Time Advance): las comprobaciones y modificaciones de las variables afectadas se realizan sólo después de la ocurrencia de un evento. Aquí el incremento de tiempo es variable, va desde la ocurrencia de un evento a otro.

El avance del tiempo de simulación depende de cuál de las aproximaciones se elija. Si se elige el incremento por eventos, el reloj se inicializa a 0, y se incrementa al siguiente tiempo en que vaya a ocurrir un suceso; en ese momento de actualización del reloj, se modifican las variables que se vean afectadas por la ocurrencia del suceso. Si por el contrario se elige un incremento de tiempo fijo, el reloj se inicia a 0 y se va actualizando cada vez que pase el incremento de tiempo fijado. En esos instantes se observará el sistema para realizar los cambios. En ese momento puede ocurrir que no haya sucedido ningún cambio o que por el contrario que hayan ocurrido más de un suceso con lo cual se tendrá que decidir cuál atender antes (por ejemplo dando prioridad a los sucesos). En esta aproximación pueden ocurrir “errores de redondeo”, que hacen referencia a la diferencia de tiempo que pasa desde que sucede un suceso hasta que éste se computa (cuando el reloj se incrementa). Hay que tener cuidado en la elección del incremento de tiempo. Si éste es demasiado pequeño se realizará trabajo inútil, ya que se comprobarán cambios cuando en realidad no ha ocurrido ningún suceso. Por el contrario si es demasiado grande se producirán muchos errores de redondeo y la dinámica del modelo será ineficiente.

Fig. 4 Avance del reloj de simulación según los sucesos.

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Fig. 5 Avance del reloj de simulación en incrementos fijos o

Elección de un Lenguaje de programación: Hay un creciente número de lenguajes de programación disponibles para la implementación de modelos de simulación. Entre los lenguajes de simulación destacan: GPSS (General Purpose Simulation System), SLAM (Simulation Language for Alternative Modeling), SIMAN (Simulation Analysis), y SIMSCRIPT. Muchos lenguajes de propósito general son completamente adecuados para la simulación, como por ejemplo FORTRAM, PASCAL, etc. pero los lenguajes de simulación proporcionan una serie de características que hacen la programación, depuración y experimentación más eficientes en tiempo y esfuerzo, aunque consuman más tiempo en la ejecución. Quizás la ventaja más importante de los lenguajes de simulación es la correspondencia entre los elementos del sistema y los elementos del lenguaje. Por ejemplo, en GPSS hay bloques de diagramas de flujo y conjuntos de sentencias de programa llamados QUEUE que procesan entidades a través de una cola de espera y acumulan datos de variables de salida tales como tiempo de espera en la cola. El lenguaje seleccionado puede influir en la forma exacta del diagrama de flujo del programa de computador.

o

Generación de números y variables aleatorias: Se van a necesitar muestras aleatorias para representar valores de variables de entrada probabilísticas. Utilizando estos números aleatorios podemos obtener valores de variables aleatorias que sigan ciertas distribuciones de probabilidad. Aunque se ha hecho referencia a que los números usados en simulación son aleatorios, no lo son totalmente, ya que se producen a partir de algoritmos determinísticos. Sin embargo las propiedades de los números producidos se pueden hacer lo suficientemente cerradas de forma que éstos sean completamente utilizables para la simulación. Si el modelo se implementa con un lenguaje de propósito general, se puede seleccionar e incluir algoritmos necesarios para generar las variables aleatorias requeridas. Pero si se utiliza un lenguaje de simulación estos algoritmos están incluidos y pueden ser fácilmente accesibles por el usuario.

o

Implementación y depuración del modelo. La facilidad o dificultad en esta etapa dependen en gran medida del lenguaje de programación que se haya elegido.

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2.6.4.- Verificación y Validación del modelo La Verificación del modelo consiste en ver cuál es la consistencia interna del modelo. La Validación consiste en asegurar que existe una correspondencia entre el sistema real y el modelo. Un buen método para la validación es hacer un test para ver cómo el modelo predice el comportamiento del sistema ante determinadas entradas. La verificación y validación del modelo se realiza en todas los niveles de modelización: modelo conceptual, modelo lógico y modelo de ordenador. La verificación se centra en la consistencia interna del modelo, mientras que la validación se interesa por la correspondencia entre el modelo y la realidad. Se dice que un modelo es válido si sus medidas de salida tienen una correspondencia apropiada con las mismas medidas en el sistema real. La comprobación última para la validez de un modelo es ver cómo el modelo puede predecir un comportamiento futuro del sistema ante unas determinadas entradas.

2.6.5.- Experimentación y Análisis de las salidas Se han de diseñar los experimentos que se van a llevar a cabo sobre el modelo y luego analizar las salidas obtenidas, de forma que se pueda responder a las cuestiones planteadas. 

Experimentación con el modelo

El propósito último de la experimentación con el modelo es obtener información acerca del comportamiento del sistema para que esto nos ayude en la toma de decisiones. Cuando consideramos la ejecución de un sistema se puede desear conocer cómo se comporta dicho sistema en sentido absoluto, o comparativamente, para poder contrastar varias configuraciones alternativas del sistema. O se podrían considerar dos medidas simultáneamente. Es evidente que el número de exploraciones que se tendrían que realizar es extremadamente largo. Hasta para los diseños de experimentos más modestos, la exploración de todas las posibles soluciones en la búsqueda de la mejor solución, no es algo factible. Se necesita una aproximación estructurada más directa para encontrar una solución que merezca la pena. Podemos considerar dos aproximaciones diferentes para abordar este problema: conjunto predeterminado de experimentos y técnicas de búsqueda de óptimos.

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

o

Conjunto de experimentos predeterminado: Esta aproximación impone identificar factores que podrían afectar a la medida de salida y ejecutar los experimentos con los factores puestos a determinados valores. Una vez realizados los experimentos se aplicarían unas técnicas estadísticas denominadas análisis de la varianza (ANOVA), para decidir cuál o cuáles de los factores seleccionados tiene realmente algún impacto en la medida de salida. Las medidas de salida se pueden adaptar de forma que las suposiciones estadísticas de esta técnica se satisfagan de forma razonable y puedan ser aplicadas en la experimentación del modelo. Un diseño experimental particularmente general es el diseño factorial. Se consideran dos o más factores pudiendo estar cada uno a dos o más niveles. El uso de un conjunto predeterminado de experimentos es efectivo para encontrar buenas soluciones si se puede aproximar una región de optimalidad con experimentos previos o con la experiencia que se tenga sobre el problema. Sin embargo esta técnica no puede conducir a la mejor solución global, ni siquiera puede garantizar un óptimo local.

o

Técnicas de búsqueda de óptimos: Un conjunto de estas técnicas se conoce como Metodología de Superficie de Respuesta (RSM). La superficie de respuesta es la función que describe las relaciones de las medidas de ejecución con los factores o variables de decisión. Dos factores definen una superficie de 3 dimensiones, la cual puede ser vista como un terreno en donde se puede escalar. De hecho, la representación en 2 dimensiones de la respuesta de superficie es como las líneas de contorno de un mapa topográfico. Usando varias estrategias se pueden alcanzar puntos altos en el terreno, y quizás llegar a la cumbre. Una estrategia es el método de escalado ascendente. Esta requiere que el modelo se ejecute suficientemente para hacer que se pueda determinar qué dirección (qué cambios en los valores de los factores) parece conducir a un incremento en la altitud (incremento en la medida de salida). Las variables de decisión se van cambiando de esta forma y el proceso continúa hasta que ya no se pueda llegar más alto, en ese momento se ha alcanzado un óptimo local o global. Análisis de las salidas

En la interpretación de las salidas del modelo, hay algunos aspectos que son únicos de la simulación. Mientras que los modelos analíticos proporcionan soluciones con medidas de ejecución completamente definidas, los modelos de simulación producen estimaciones de las medidas que están sujetas a error. Las salidas del modelo de simulación se consideran muestras. Las principales cuestiones en la obtención de estimaciones útiles a partir de muestras son: que la muestra sea representativa del comportamiento del sistema, y que el tamaño de la muestra sea lo suficientemente grande para que las estimaciones de

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las medidas de ejecución alcancen un buen nivel de precisión. El tamaño de la muestra es algo que está bien definido, pero la representatividad del comportamiento del sistema depende de la naturaleza de las cuestiones que tienen que ser contestadas por el modelo. Se pueden realizar dos tipos de análisis con un modelo de simulación: o

Análisis para sistemas con final definido: la ejecución del modelo finaliza cuando ocurre un evento específico. Se tomaría una muestra por ejecución.

o

Análisis para sistemas con final no definido (sistemas en estado de equilibrio o estacionario): el interés está en medias de las medidas de comportamiento de ejecuciones largas, después de que el sistema ha pasado por algún periodo de comportamiento transitorio. Las medidas en estado estacionario se pueden definir como el valor de las medidas en el límite, cuando la longitud de la ejecución tiende a infinito.

En ambos casos, las condiciones iniciales (estado del sistema al empezar la ejecución) pueden influir en la estimación de las medidas de comportamiento. El tamaño de la muestra es importante ya que la precisión de las estimaciones depende de la varianza de la media de la muestra, y la varianza cambia de forma inversamente proporcional al tamaño de la muestra (si se cuadriplica el tamaño de la muestra la desviación estándar se reduce a la mitad). La definición de tamaño de muestra para simulación depende del tipo de análisis que se haya hecho. Para el análisis de un sistema con final definido se podría reproducir el periodo de interés, con las condiciones iniciales apropiadas, un determinado número de veces hasta conseguir la precisión deseada de la estimación. En cada ejecución de obtendrá un elemento de la muestra. Con un análisis en estado estacionario el tamaño de la muestra está estrechamente enlazado con el tamaño de la ejecución del modelo o cantidad de tiempo de simulación.

2.6.6.- Implantación de los resultados de la Simulación Se ha de asegurar que los resultados son aceptados por el usuario. Este paso final es uno de los más importantes y el que más se descuida de todo el proceso. Parece obvio que los beneficios de un largo y costoso análisis no se realizarán sin una implementación apropiada y una aceptación por parte de los usuarios. Entre las razones por las que los esfuerzos de implantación son a menudo inútiles, se incluyen las siguientes:

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o

Existe un vacío de comunicación entre el analista de la simulación y los encargados y usuarios del sistema.

o

Falta de entendimientos por parte de los encargados del sistema debido a los tecnicismos utilizados.

o

El compromiso de implementación es tardío.

o

Resistencia al cambio.

o

Falta de coincidencia entre el personal disponible y los objetivos marcados por el modelo. Hay aproximaciones que tratan estos obstáculos potenciales. Estas aproximaciones requieren que los usuarios y los analistas estén implicados desde el comienzo en el proyecto simulación.

2.7.- Simulación en Arena 2.7.1 Elementos básicos de la simulación en Arena Los elementos básicos utilizados para la simulación en el programa informático Arena, que ha sido el utilizado para el desarrollo del presente proyecto, son los siguientes:  Entidades (entities): Las entidades representan a los objetos dinámicos de la simulación. Pueden crearse, moverse o eliminarse.  Atributos: Permiten asignar características propias a las entidades. Podrán definirse tantos atributos como sean necesarios para asignarle a las entidades todas las características que se estimen necesarias para la simulación. Cada entidad individual tendrá sus propios valores de atributos.  Variables globales: Son elementos que contienen información que reflejan alguna característica del sistema. Puede haber muchas variables, pero cada una es única. Existen dos tipos de variables: o

Variables globales definidas en Arena (ej: tiempo de simulación)

o

Variables globales definidas por el usuario (ej: tiempo de un proceso) Las variables globales son accesibles por todas las entidades, que pueden modificarlas.

 Colas (queues): Las colas son espacios de espera para entidades cuyo movimiento a través del sistema se ha suspendido por algún motivo. Son elementos pasivos: las entidades entran y abandonan la cola dependiendo del estado del elemento asociado a la misma.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

 Recursos: Los recursos son elementos estacionarios utilizados para realizar una determinada acción sobre las entidades en una determinada estación o proceso (ej: máquinas y/o trabajadores). Poseen una capacidad y un conjunto de estados. Cuando una entidad utiliza un recurso, lo reserva (seize) hasta que termina su procesamiento, liberándolo en ese momento o más adelante (release). Un recurso tiene una cola asociada para almacenar las entidades que no puede procesar al estar reservada toda su capacidad. Las entidades pueden reservar múltiplos y fracciones de la capacidad de un recurso. Una entidad puede requerir simultáneamente varios recursos.  Acumuladores estáticos: Los acumuladores estadísticos son variables que recogen información conforme la simulación avanza para después poder obtener la salida. En Arena hay muchos y muy variados tipos de acumuladores estáticos: o

Time-persistent: media, máximo y mínimo respecto al tiempo.

o

Tallies: media, máximo y mínimo de una lista de números.

o

Contadores: suma acumulada de ocurrencias de un evento.

o

Frecuencias: frecuencia de ocurrencia de una variable, expresión o estado de un recurso de Arena.

o

Salidas: valor final de algún elemento.



Eventos: Los eventos son acciones que ocurren en cierto instante de tiempo (simulado) que puede cambiar atributos, variables o acumuladores estadísticos. Se organizan según un calendario de eventos. Las variables que describen el sistema no cambian entre eventos.



Reloj de simulación: El reloj de simulación es una variable que recoge el tiempo actual de simulación. No fluye continuamente, sino que pasa del tiempo de un evento al siguiente.

2.7.2 Entorno Arena 7.0 La ventana de Arena 7.0 estará dividida en 5 espacios claramente diferenciados que se detallarán a conticuación: 

Barra de menús: Estará colocada en la parte superior de la ventana del programa, y se utilizará para diferentes tareas como configurar las opciones del programa, insertar elementos, etc.

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

Barra de tareas: Esta barra estará colocada justo en la parte inferior de la barras de menús y se utilizará insertar de forma rápida gráficos, hacer dibujos en el modelo, controlar el avance de la simulación, etc.



Paneles: Este bloque, colocado a la izquierda de la ventana, contendrán los módulos necesarios para crear el modelo de simulación.



Ventana de Modelo: En esta ventana, colocada a en la esquina inferior derecha y que ocupa el mayor espacio de la ventana del programa, se creará el modelo del sistema que se pretende simular. Esta ventana estará a su vez dividida en dos apartados: o

Espacio de trabajo del modelo: En este espacio, colocado en la parte superior de la ventana de modelo, se creará físicamente el modelo de simulación

o

Vista de hoja de cálculo: Este espacio estará dedicado a los parámetros utilizados por los diferentes módulos que componen el modelo de simulación.

Fig.5 Vista del entorno Arena 7.0

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3.1.- La empresa 3.1.1 Introducción Como se mencionó anteriormente, el proceso real que se pretende modelar y simular en el presente proyecto, se desarrollará en las instalaciones de una empresa del sector aeronáutico. Dicha empresa es una sociedad de reciente creación enfocada a dar soporte técnico a la Industria Aeronáutica en el campo de los materiales, mediante la realización de ensayos mecánicos, físico-químicos y estructurales, así como la verificación y calibración de instrumental de uso industrial. Es una empresa de base tecnológica con una apuesta clara por todo lo que representa la definición, desarrollo y mejora en el ámbito del análisis experimental y con un compromiso por fomentar la I+D en este campo. Entre los objetivos marcados está el contribuir al desarrollo de la empresa aeronáutica en las parcelas de la ingeniería de materiales y del análisis estructural.

Fig. 6 Vista exterior de la empresa

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3.1.3 Instalaciones La empresa dispone de una nave de 1.500 m2 en el Parque Aeroespacial Aerópolis, con infraestructuras y equipamientos especialmente diseñados para las actividades que en ella se van a realizar. Las instalaciones están dotadas con las siguientes capacidades: 



500 m2 de instalaciones para ensayos mecánicos: o

Laboratorio de ensayos mecánicos.

o

Laboratorio de ensayos físico-químicos.

o

Laboratorio de ensayos metalográficos, pinturas y sellantes.

o

Sistema de climatización especial para mantener condiciones estándar de temperatura y humedad sin aporte exterior de humedad.

500 m2 de instalaciones para ensayos pesados y ambientales: o

Puente grúa de 8 Tn. de capacidad.

o

Taller para mecanizados de probetas.

o

Zona de ensayos ambientales /Vibración y cámaras climáticas).



50 m2 de Sala limpia con climatización independiente.



500 m2 disponibles para zonas de cálculo e ingeniería o laboratorios.

3.1.4 Equipamiento disponible TEAMS cuenta con un completo equipamiento para llevar a cabo una amplia gama de ensayos sobre materiales y elementos estructurales. Este equipamiento es el siguiente: o

Máquina universal para ensayos estáticos con Capacidad de 250 KN.

o

2 Máquinas de fatiga con capacidades de 100 KN y 1000 KN

o

3 Cámaras para ensayos a temperatura entre -70 y 350ºC.

o

1 Durómetro Rockwell.

o

2 Cámaras climáticas de 250 litros y un rango de temperaturas desde 70ºC a 180ºC.

o

1 Vibrador de 3 ejes de 36KN y rango de frecuencia entre 0 y 2000 Hz.

o

1 Espectrógrafos de chispas (aluminio, aceros y titanios).

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

1 Calorímetro diferencial de barrido (DCS).

o

1 Espectrógrafo de infrarrojos (FTIR).

o

1 Analizador de espectros para medidas de impedancias en cables.

o

1 Multímetro digital de precisión.

o

Parque de actuadores (1 KN, 25 KN, 75 KN, 700 KN).

o

Grupos hidráulicos (16 l/min, 100 l/min, 200 l/min).

o

1 Equipo de adquisición de datos de 120 canales.

o

1 Estufas de secado.

o

1 prensas de platos calientes.

o

Laboratorio metalográfico.

o

1 balanzas de precisión (mg).

o

1 Equipo para medida de conductividad.

o

1 Equipo para corrosión bajo tensión.

o

1 Equipo de corrientes inducidas.

o

2 Equipo de ultrasonidos Pulso-Eco.

o

1 Baños termostáticos.

o

Microscopia óptica con sistema de tratamiento de imágenes hasta x500.

o

1 Laboratorio de calibración de herramientas de grapado eléctrico y torcómetros.

o

Taller de mecanizado (torno, taladro-fresador, tronzadora de gran capacidad, disco de corte para materiales compuestos, sierra de cinta vertical, chorro de arena).

Fig. 7 Máquinas de ensayo Universal y de fatiga.

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Fig. 8 Microscopía Óptica

Fig. 9 Durómetro Rockwell

3.1.5 Servicios 

Ensayos:

TEAMS dispone de medios técnicos y personal especializado que le permiten realizar una amplia variedad de ensayos de caracterización de materiales. A continuación se muestra una relación de los ensayos más comunes: o Ensayos sobre materiales metálicos: o Tracción. o Compresión. o Plegado o flexión. o Fatiga. o Ensayo de corrosión en niebla salina. o Ensayo de exfoliación. o Tenacidad a fractura KIc y R. o Propagación de grietas. o Tamaño de grano. o Direcciones de fibra. o Metalografías. o Calificación de soldadura por puntos. o Composición química. o Dureza. o Conductividad.

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o Tensiones residuales. o Corrosión bajo tensión. o

Ensayos No destructivos: o Corrientes Inducidas o Inspección por Ultrasonidos

o

Ensayos en Materiales Compuestos y Adhesivos: o Contenido en fibra y resina. o Volátiles. o Fluidez. o Calorimetría diferencia de barrido (DSC). o Espectrografía infrarroja (IR). o Densidad. o Pelado en Tambor. o Pelado en Campana. o Tenacidad a fractura interlaminar (G1c). o Cortadura Interlaminar (IILS). o Cortadura Intralaminar (+/-45, Off-Axis, Iosipescu). o Tracción y Compresión en Laminados. o Compresión tras impacto (CAI). o Tracción Plana. o Flexión de sándwich. o Acondicionamiento de probetas. o Fabricación en autoclave.

o

Pinturas y sellantes o Rayado. o Tiempo de Secado. o Viscosidad. o Contenido no volátiles. o Espesor.

o

Ensayos estructurales o Ensayos estáticos y de fatiga de comportamiento de paneles a tracción compresión y cortadura o Ensayos de presurización-fatiga en conductos o Ensayos de vibración y choque o Ensayos sobre mecanismos

o

Otros o Calibración pinzas de grapado

31

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o Medida de impedancias de enmallados de cables o Calibración de torcómetros o Caída de tensión en terminales de cables 

Verificaciones: TEAMS tiene la capacidad de verificar las siguientes herramientas: o

Calibración de herramientas de mano.

o

Calibración de torcómetros.

Fig. 10 Herramientas de mano

Fig. 11 Torcómetro

3.1.6 I+D+I La actividad que la empresa realiza en relación a grandes Proyectos de Investigación nacionales y europeos se puede resumir en la participación en 19 grandes proyectos de investigación pública competitiva en los últimos 10 años. Este hecho permitiría un beneficio mutuo y una sinergia muy positiva entre la empresa y sus filiales.

Fig. 12 Proyecto de investigación

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Las capacidades innovadoras en Andalucía de las que dispone la empresa se enumeran a continuación: o

Capacidad de diseño, desarrollo y puesta en marcha de nuevos ensayos. La empresa tiene experiencia y capacidad en el diseño y fabricación de instalaciones de ensayo en función de las necesidades del cliente.

o

Capacidad para desarrollar ensayos estructurales. Puede realizarlos tanto a paneles de grandes dimensiones como de pequeñas, sometidos a diferentes estados de cargas.

o

Proceso completo de recepción de materiales. Existen muy pocas entidades que puedan dar un servicio completo de recepción de material metálico y compuesto.

o

Capacidad de análisis y diseño. El equipo formado por la empresa y sus filiales tendrá capacidad para poder abordar cualquier problema relacionado con la caracterización experimental de materiales y estructuras aeronáuticas.

o

Capacidad para llevar a cabo ensayos ambientales sobre componentes. Inicialmente podrán llevarse a cabo ensayos sobre sistemas de avión, algunos de los cuales, solamente podrían ser llevados a cabo por el INTA. Así, podrán realizarse ensayos de vibración senoidal, aleatoria y choque, climáticos y de fatiga con presión y temperatura. A medio plazo es intención de la empresa la adquisición de una cámara de altitud lo que permitirá abordar ensayos sobre componentes electrónicos.

o

Capacidad para realizar laminados manuales en material compuesto preimpregnado. La empresa contará con una sala limpia homologada para llevar a cabo lay-up manual de materiales preimpregnado.

3.1.7 Principales proyectos desarrollados

Fig. 13 Trabajo desarrollado en TEAMS

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

Trabajos realizados para AIRBUS y EADS o

Proyectos de Investigación o Ensayos de fatiga y medida de tensiones residuales en panel conformado por peen-forming.(2001) o Proyecto WASF. Estudio y ensayos para caracterizar paneles soldados mediante soldadura por fricción. (2001-2002) o Calificación del recanteado y soldadura Láser para aleaciones de aluminio de uso aeronáutico (2002) o Ensayos de caracterización a fatiga de los procesos de corte en chapas de titanio (2003) o Failure, Performance and Processing Prediction for Enhanced Design with Non-Crimp Fabric Composites (FALCOM). (2001-2004) o Proyecto ALCAS (2005-2007) o Proyecto UNECA. Desarrollo de uniones encoladas para procesos alternativos de conjuntos aeronáuticos (2006-2009) o Curado capa a capa de materiales compuestos mediante haz de electrones (2007-….) o En fase inicial pendiente de aprobación. Proyecto ICARO (2008…)

o

Trabajos regulares o Ensayos de recepción en materiales metálicos y compuestos para EADS. (desde 1998…) o Ensayos de control de producción sobre materiales metálicos y compuestos para EADS Espacio (desde 2003..) o Calibración de pinzas de grapado para EADS (desde 2007….) o Calibración de torcómetros para EADS (desde 2008…) o Inspecciones en campo mediante ultrasonidos para EADS (desde 2008…)

o

Contratos o

Para EADS 

Ensayo de compresión sobre dos piezas ANB-7155-1D-CO1 del avión MD11.



Ensayos de tensiones residuales según ASTM en pieza aeronáutica de aluminio forjada del Eurofighter.



Ensayos de tracción compresión en amortiguador. Diseño del ensayo y realización.



Ensayo de tensiones residuales sobre panel del cajón del estabilizador del A340.



Ensayos de calificación de los slats del EF-2000 fabricados por CSP/SD de Ti 6Al4V.

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o

o





Ensayos sobre cables eléctricos



Ensayos sobre labio de tobera del F5



Calificación de forjado de Aluminio para el A400M

Para EADS Espacio 

Ensayos de tolerancia al daño en estructuras sandwich (2002)



Ensayos de caracterización en materiales compuestos. Obtención de propiedades (2004)



Ensayos varios en elementos aeroespaciales. Programa C-ISA (2005)



Ensayos para el programa EUROSTAR 3000x (2005)



Ensayos de tolerancia al daño. Programa NGL y PAS (2007)



Ensayos de fatiga- Programa ALPHABUS (2007)

Para AIRBUS 

Ensayos de uniones encoladas con pelables (NT-B-ID-03005) 28,141 (2003-2004)



Ensayos de uniones mecánicas en CFR (2004)



Calificación de la aleación de aluminio 7085 (2004-2005)



Ensayos de recepción y control de materiales (E 9712393) (EADS) 2004



Test on CFRP 3D Performs (NT-T-ID-05063) 2005



New structure materials (NSM) project agreement. Ti 5Al5Mo-5V-3Cr Forgins (2005)



Torsión Box Rib 5 in LRI (SA55SP0701538) 2007



Ensayos de caracterización de paneles de fibra de carbono para Airbus (2002-2003)

Trabajos realizados para otras empresas del sector o Joiing metals and composites by adhesive bonding, advanced lightweight design concepts. (1992-2002) (SACESA) o Virtual Engineering for Robust manufacturing with Design Integration (VERDI). (2004-2007) (ITP) o Desarrollo Tecnológico de soluciones para la optimización estructural de elementos aeronauticos basados en paneles rigidizados de fibra de carbono (GRUPO TAM) (2007-2009) o Ensayos de calificación de materiales y uniones para la Belly Fairing del A380. (2003-2004) (SACESA) o Ensayos de calificación sobre sistemas de la Belly Fairing del A380 (2004-2005) (SACESA)

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o Estudio tensional del forjado Front Fitting L 551-80041-200 IC (2004) (ICSA) o Ensayos de calificación de la toma principal de aire AGU-NACA del A380 (2005-2006) (SACESA) o Ensayo de vibración sobre el Suplemental Cooling del A380 y de fatiga sobre el LPGC (2006) (SACESA) o Ensayo de cortadura sobre paneles de la Belly Fairing del A380 82006-2007) (SACESA) o Desarrollo de un Convertidor AC/DC regulado en voltaje para el sector aeronáutico (Proyecto BCRU) (2006-2009) (INABENSA) o Ensayos de recepción de materiales compuestos para SACESA (desde 1995…) o Ensayos de control de materiales para (IDEC, MASA, ARIES, ICSA, NOVALTI, TRATERCOM, AEROSUR,etc)

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3.2.- El producto. El objetivo del presente proyecto, como se indicó anteriormente, es analizar el problema de decisión planteado sobre el proceso de fabricación y ensayo de 241 probetas para la comprobación de las propiedades mecánicas de un nuevo sellante que irá incluido en dichas probetas. Este sellante, denominado como Shimming, engloba a 3 tipos de sellantes que se desean estudiar: Redux 870, EPIDOND 1590, y EA9394. El objetivo principal del sellante en estudio, componente de futuros aviones de uso comercial, será el permitir almacenar líquidos dentro de la estructura interna del avión, impidiendo que los fluidos puedan escapar libremente del habitáculo diseñado a tal efecto. Estos líquidos podrán ser de diferente índole como aceites, grasas, líquido hidráulico, etc. Sin embargo, el principal objetivo del sellante es impedir la evacuación de combustible (Jet A1), el cual se encuentra ubicado principalmente dentro de la estructura interna del ala y del estabilizador horizontal.

Fig. 14 Localización de los tanques de combustible de un avión comercial

El sellante, por tanto, deberá resistir el ataque químico de los fluidos con los que entrará en contacto, pero además deberá resistir las solicitaciones de carga, tanto estáticas como dinámicas, a las que se verá sometido durante su vida útil. Será imprescindible, por tanto, realizar ensayos sobre el sellante en estudio para comprobar su comportamiento mecánico. Estos ensayos mecánicos se realizarán en las instalaciones de la empresa TEAMS, valiéndose de probetas de fibra de carbono y/o aluminio para realizar dichos ensayos en las máquinas de tracción. El conjunto de probetas y respectivas características que se definió para realizar los ensayos se muestran en la figura 15. El objetivo de esta figura no es

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tanto señalar las características de las probetas en cuestión, sino mostrar una visión de conjunto del problema global, dejando patente la gran variedad de especímenes y configuraciones existentes.

Tabla 1: Conjunto de probetas a ensayar

Como queda patente en la figura 15, existe una gran variedad de probetas en cuanto a sus características tanto físicas como en cuanto a su modo de ensayo, en concreto, existen 65 grupos de probetas, identificada con la nomenclatura que aparece en la primera columna de la tabla. Las distintas probetas podrán diferenciarse según: 

Prioridad

El orden en que deberán ensayarse las probetas vendrá condicionado por la prioridad establecida por el cliente. Esta prioridad podrá ser 1 o 2 dependiendo de la asignación dada a cada probeta.

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

Configuración

Existen 3 posibles tipos de configuración de probetas, que estarán formadas por 2 o 3 laminados de fibra de carbono y/o láminas de aluminio, pudiéndose colocar el sellante en estudio en las superficies de contacto entre láminas y/o laminados. Las láminas y/o laminados estarán unidos entre sí por medio de dos remaches e incluirán además uno o dos tacones o packers para asegurar que la carga aplicada durante el ensayo esté alineada con la dirección longitudinal de la probeta. Tanto las propiedades dimensionales de las probetas, como el tipo de remache, el material de los tacones o el tipo de sellante incluido entre láminas y/o laminados podrán variar de unas probetas a otras. Las 3 posibles configuraciones de probetas son: o Cortadura simple con hueco (SLS-Gap): Esta configuración estará formada por dos laminados de fibra de carbono, dos remaches y dos tacones. Los laminados estarán separados entre sí mediante dos soportes de aluminio o spacers. El sellante podrá ir colocado entre los spacers.

Fig. 15 Probeta de cortadura simple con hueco

o Cortadura simple sin hueco (SLS): Esta configuración estará formada por dos laminados de fibra de carbono, dos remaches y dos tacones, pudiendo incluir el sellante en las superficies de contacto entre laminados.

Fig. 16 Probeta de cortadura simple sin hueco

o Cortadura doble (DLS): Esta configuración estará formada por dos láminas de aluminio, un laminado de fibra de carbono situado entre ambas láminas de aluminio, dos remaches que permiten unir las tres láminas que componen la probeta y un tacón que permite darle rigidez al conjunto.

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Podrá incluirse el sellante en las superficies de contacto entre las láminas de aluminio y el laminado de fibra de carbono, de forma simétrica.

Fig. 17 Probeta de cortadura doble



Tipo de ensayo

Existen dos tipos de ensayo a los que podrán ser sometidas las probetas, ensayo estático o a fatiga. Cada tipo de ensayo se realizará en una máquina de ensayo diferente: o Ensayo estático: Se realizarán en la máquina Universal Zwick Roell Z250 para ensayo estático, con capacidad máxima de 250 KN. o Ensayo a fatiga: Se realizará en la máquina Instron 8801 con capacidad máxima de 100 KN.

Fig. 18 Máquina Zwick Roell Z250



Fig. 19 Máquina Instron 8801

Condiciones de ensayo Las condiciones térmicas de ensayo variarán dependiendo de las condiciones establecidas para cada probeta, pudiéndose ensayar a 4 temperaturas diferentes: Temperatura ambiente, 90ºC, 120ºC y -55ºC. La temperatura exigida durante el ensayo se conseguirá mediante cámaras térmicas adheridas a las máquinas de ensayo. Sin embargo, los ensayos para las probetas a fatiga a -55ºC no podrán realizarse en las instalaciones de TEAMS, ya que no se dispone de los requerimientos necesarios.



Tipo de Sellante

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

El sellante aplicado a cada probeta variará dependiendo de las especificaciones definidas para cada probeta. Los 4 posibles tipos de sellantes son: o Sellante convencional. o Shimming:



o

Redux 870

o

EPIBOND 1590

o

EA9394. Espesor de laminados

Los laminados de fibra de carbono, que son el elemento principal de las probetas, podrán tener 5 espesores diferentes: 2.03 mm , 4.06 mm, 5.08 mm, 6.10 mm, y 10.16 mm 

Estado y espesor del sellante

El sellante deberá aplicarse de forma líquida, sólida o ambos a la vez, según la configuración determinada de la probeta. Los espesores de sellante líquido aplicados a las probetas podrán ser de: o 0 mm o 0.5 mm o 1 mm. Los espesores de sellante sólido aplicados tendrán como posibles valores: o 0 mm o 1.5 mm o 3mm Y los espesores totales de shimming (líquido + sólido) podrán medir: o 0 mm o 0.5 mm o 1 mm o 2.5 mm o 4 mm 

Secuencia de apilado

Se entiende por Lay-up el porcentaje de láminas según las direcciones 0º, 45º y 90º en la secuencia de apilado de la fabricación de paneles a partir de los cuales se extraerán los laminados de fibra de carbono. Las posibles configuraciones de probetas según la secuencia de apilado se muestran en la siguiente tabla:

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Tabla2: Secuencias de apilado



Tipo de remache Los remaches utilizados para unir las láminas y/o laminados de las probetas a ensayar pueden ser de dos tipos: o EN6114K - ASNA2531 o ABS0257 - Sin tuerca



Material de los tacones

El material utilizado para la fabricación de los tacones será fibra de carbono siempre y cuando no exista ningún tipo de sellante entre laminados, en cuyo caso se emplearán tacones de aluminio. Es decir, el material empleado en la fabricación de los tacones dependerá del empleo o no de sellante en la fabricación de las probetas. 

Extensometría

Según las especificaciones facilitadas por el cliente, deberán añadirse a ciertas probetas bandas extensométricas para estudiar la deformación antes de la rotura de dichas probetas. 

Dimensiones

La variedad dimensional de las probetas es enorme, ya que existen varias características dimensionales que afectan a la geometría de las probetas. Considerando las principales dimensiones, se han agrupado las probetas según se muestra en la siguiente tabla, en la que se han incluido las dimensiones en mm.

Tabla 3: Variedad dimensional de las probetas

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En un intento de agrupar probetas con características similares se ha configurado la siguiente tabla. Para poder realizar dicha agrupación, se ha tenido que prescindir del espesor del sellante o hueco y del material de los tacones. En la tabla se indica el número de probetas que poseen las mismas características, distribuyéndolas en 44 grupos.

Tabla4: Agrupación de probetas con características similares

Como puede observarse, la gran variedad en cuanto a las características de las probetas en estudio, hace que la toma de decisiones en cuanto al orden de fabricación y ensayo sea enormemente compleja además de crucial para minimizar el tiempo del proceso. Deberán agruparse las probetas con procesos y/o características similares, simultanear procesos, identificar cuellos de botella para asignar adecuadamente los recursos, etc. Es por este motivo por el cual se decidió recurrir a la simulación en Arena, ya que permite realizar procedimientos de prueba y error de forma ficticia sobre un modelo del sistema real, pudiendo rectificar sobre los fallos no previstos en una primera decisión sobre el proceso, hasta llegar a la solución óptima o cuasióptima. Una vez iniciado el proceso real, el margen de maniobra en cuanto a cambios en el

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proceso real es muy pequeño, pudiendo ser inviable, lento o muy costo. De ahí la importancia de realizar una simulación previa.

3.3.- Descripción del proceso El proceso a desarrollar comprende una serie de etapas que se describirán a continuación, incluyéndose un esquema general del proceso completo en la figura 22. Las etapas seguidas por todas y cada una de las probetas se han marcado con el fondo azul, mientras que las etapas seguidas sólo por una parte de las probetas se han marcado con el fondo verde. Por otra parte, las etapas correspondientes al aporte de materia prima o elementos aparecen marcadas con el fondo naranja.

Fig.20 Esquema del proceso completo

Las etapas que componen el proceso de fabricación y ensayo de las probetas son:

3.3.1 Corte de paneles: En esta primera etapa del proceso se cortarán los paneles de fibra de carbono que habían sido previamente fabricados e inspeccionados. En el presente proyecto no se contempla la fabricación e inspección de los paneles, sino que los paneles serán tratados meramente como materia prima, ya que en el momento en que me incorporé al proyecto dichos paneles ya estaban disponibles para su uso y no constituye un elemento significativo del proceso. El corte de los paneles se realizará en una máquina de corte manual especialmente diseñada para el corte de laminados de fibra de carbono.

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Las láminas de aluminio necesarias para fabricar las probetas de configuración DLS se obtendrán a partir de planchas de aluminio cortadas mediante otra máquina especialmente diseñada para el corte de metales. Durante la simulación del proceso no se tendrá en cuenta el corte de estas láminas de aluminio debido a que el volumen de probetas de configuración DLS es muy pequeño (6 probetas) y que es un proceso realizado de forma paralela. La obtención de estas láminas de aluminio no influirá en el tiempo final de realización del proceso completo, por tanto, durante la simulación, serán tratadas como materia prima aportada. A partir de los paneles de fibra de carbono ya fabricados e inspeccionados, se obtendrán los laminados utilizados para fabricar las probetas de fibra de carbono.

Fig. 21 Panel de fibra de carbono

Existirá un total de 31 paneles, diferenciándose entre sí por el tamaño, espesor y secuencia de apilado, lo cual influyó inicialmente en el reparto de laminados a extraer de cada panel. La correspondiente nomenclatura y número de panel asociado se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 5: Nomenclatura de los paneles de fibra de carbono.

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3.3.2 Unión de tacones Una vez que se han extraído los laminados de fibra de carbono, se les colocarán los tacones correspondientes. Como se ha indicado anteriormente, los tacones serán añadidos a las probetas para garantizar la colinealidad de la carga aplicada y la dirección longitudinal de la probeta. Se colocarán un tacón por cada laminado de fibra de carbono, en el caso de que la configuración sea SLS o SLS-Gap. Y en el caso de que la configuración sea DLS, el tacón se pegará sobre una de las dos láminas de aluminio que forman parte de la probeta. Como se mencionó anteriormente estos tacones podrán estar fabricados de aluminio o fibra de carbono dependiendo de que se aplique o no sellante a la probeta. El motivo de esta decisión se basa en que en el caso en que no se aplique sellante, el espesor del tacón deberá ser exactamente el mismo que el del laminado. Es por ello que el tacón se sacará del mismo material del que se extraerá el panel para fabricar los laminados, es decir, de fibra de carbono. Sin embargo. en el caso de que exista sellante, el espesor del tacón aumentará (espesor del laminado + espesor del sellante), por lo que se fabricarán de aluminio por su más sencilla fabricación.

Fig. 22 Tacón de aluminio.

Fig. 23 Tacón de fibra de carbono

El tacón no influirá en las propiedades mecánicas de la probeta, por lo que será independiente el material del que esté fabricado siempre y cuando sea suficientemente rígido. La única misión del tacón será permitir que al colocar la probeta en las mordazas de la máquina de ensayo, la carga aplicada sea colineal con la dirección longitudinal de la probeta.

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Fig. 24 Probeta en la máquina de ensayo

El tacón se fijará al laminado correspondiente mediante un adhesivo, y a continuación se introducirá el conjunto en el horno para que dicho adhesivo cure adecuadamente.

3.3.3 Curado del adhesivo de los tacones El curado del adhesivo utilizado para la unión entre laminados y tacones se realizará en un horno o cámara climática con un rango de temperatura de funcionamiento entre -70ºC y 180ºC. El volumen útil de la cámara será de 250 litros, con unas dimensiones aproximadas de 70 x 60 x 60 cm.

Fig. 25 Cámara climática para el curado.

El curado del adhesivo se realizará a 110ºC durante 140 minutos. El número de laminados a introducir simultáneamente en la cámara climática dependerá del tamaño de los mismos. Existen 5 tipos de laminados en función de su espesor, los cuales tendrán además otras dimensiones diferentes (distancia entre remaches, distancia entre el remache y el borde del laminado, etc.)

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Considerando la capacidad del horno, las dimensiones de los laminados y que los laminados estén suficientemente espaciados en el interior del horno para que el curado sea efectivo, el número de probetas (1 o 2 laminados según la configuración sea SLS-Gap, SLS, o DLS) del mismo espesor que se podrán curar simultáneamente se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 6: Nº de probetas del mismo espesor que pueden introducirse simultáneamente en el horno.

3.3.4 Taladrado El siguiente proceso a realizar, una vez que se han fijado los tacones a los laminados será realizar los taladros dónde posteriormente irán ubicados los remaches que fijarán los diferentes laminados que componen las probetas. A todos los laminados se les realizarán dos taladros idénticos, con un diámetro variable en función de la configuración, que repercutirá por tanto en las dimensiones de la broca a utilizar. Los posibles diámetros de los taladros son: 4.76 mm , 4.80 mm, 5.60 mm, 6.35 mm y 7.94 mm

Fig. 26 Taladros realizados en los laminados

La separación entre taladros y la distancia del primer taladro al borde exterior del laminado dependerán también de cada configuración. Los taladros se realizarán mediante una taladradora manual.

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3.3.5 Avellanado Justo a continuación del taladrado, se realizará el avellanado de los taladros para preparar el orificio donde irá ubicada posteriormente la cabeza troncocónica del remache. Se realizará un solo avellanado por laminado, en el taladro más externo, ya que los remaches se colocarán en direcciones opuestas ubicando la cabeza de cada remache en un laminado diferente.

Fig. 27 Avellanados realizados en los laminados

El avellanado de los taladros se realizará en una máquina manual diseñada especialmente para realizar esta tarea. En función del diámetro del taladro, variarán las dimensiones de las fresas utilizadas para el avellanado.

3.3.6 Inspección de taladros por ultrasonidos Después de realizar los taladros y avellanados correspondientes, se procederá a comprobar que durante dichas operaciones no se ha dañado el material produciendo grietas, fisuras, delaminaciones, etc. Se examinará cada laminado, exclusivamente por las zonas adyacentes a cada taladro. Las inspecciones se realizarán por el personal cualificado mediante el equipo de inspección por ultrasonidos.

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Fig. 28 Equipo de inspección por ultrasonidos

3.3.7 Medición del diámetro de los taladros Es imprescindible asegurar que las dimensiones de los taladros realizados se encuentran dentro del rango de tolerancias permitidas por la normativa. Para ello se medirá rigurosamente el diámetro de dichos taladros mediante un comparador digital con una precisión de centésima de milímetro.

Fig. 29 Comparador digital y patrón de medida.

3.3.8 Montaje de probetas El proceso de montaje de las probetas se variará ligeramente dependiendo de la configuración propia de cada probeta. Dado que existen tres posibles configuraciones, se describirán a continuación los diferentes modos de montaje según el tipo de configuración. 

Montaje de probetas de cortadura simple con hueco (SLS-Gap)

Para el montaje de probetas SLS-Gap se fijarán en primer lugar los soportes o spacers sobre uno de los dos laminados de fibra de carbono que componen la probeta. Los spacers se colocarán sobre la misma superficie en la que se fijó el

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tacón. Las posiciones donde irán colocados los spacers (distancia “e” del extremo sin tacón del laminado) y el espesor de éstos vendrán definidos por el cliente y variarán dependiendo de la probeta. La fijación de los spacers se realizará mediante un adhesivo sólido de muy pequeño espesor que no necesita ser curado.

Fig. 30 Probeta de cortadura simple con hueco

A continuación se colocará el sellante convencional (en el caso de que la probeta a fabricar llevara sellante) en toda la superficie comprendida entre los dos spacers del laminando al cual se le han colocado los spacers. Seguidamente, se colocará el otro laminado de forma que los taladros de ambos laminados estén alineados y los tacones se encuentren enfrentados. Una vez alineados los taladros, se colocarán los remaches, introduciendo la cabeza de los mismos en el orificio avellanado. A continuación se les colocarán las tuercas a los remaches y se aplicará el par de apriete definido en la normativa.



Montaje de probetas de cortadura simple sin hueco (SLS)

El montaje de las probetas SLS es muy similar al de las probetas SLS-Gap, con la diferencia de que este tipo de probetas no llevarán incorporados spacers.

Fig. 31 Probeta de cortadura simple sin hueco

En primer lugar se aplicará el sellante shimming a la probeta, ya sea líquido, sólido, o ambos, en el caso de que estuviera especificado que la probeta en cuestión debiera sellante. En el caso de que la probeta llevase sellante tanto líquido como sólido, se aplicará en primer lugar el sellante líquido. El shimming se aplicará sobre la superficie de uno de los laminados en la cual se encuentra pegado el tacón. Se cubrirá con el shimming toda la superficie de contacto entre los dos laminados y a continuación se colocará el otro laminado de forma que los tacones de ambos laminados se encuentren enfrentados y los taladros alineados.

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Después de unir ambos laminados, se colocarán los remaches, añadiéndoles sus respectivas tuercas y aplicando el par de apriete especificado.



Montaje de probetas de Cortadura doble (DLS):

Existen únicamente dos configuraciones de probetas de cortadura doble, una de ellas sin sellante y la otra con sellante shimming tanto líquido como sólido. En el caso de la configuración con shimming, se aplicará inicialmente el shimming líquido sobre cada una de las dos láminas de aluminio, y sobre éste shimming líquido, se aplicará el shimming sólido. Habrá que tomar la precaución de aplicar el shimming en la superficie adecuada de la lámina de aluminio, es decir, de forma que el tacón pegado previamente a una de las láminas quede en el interior de la probeta y que el avellanado de los taladros quede hacia el exterior.

Fig. 32 Probeta de cortadura doble

Una vez aplicado el shimming (en el caso de que la probeta llevara sellante), se unirán las láminas de aluminio y el laminado de fibra de carbono tal como se muestra en la figura 36, quedando los taladros alineados. Seguidamente se colocarán los remaches con sus respectivas tuercas, aplicando el par de apriete especificado.

3.3.9 Curado del Sellante Este proceso se realizará exclusivamente a las probetas a las que se les haya aplicado un sellante líquido que sea necesario curar. Como se detalló anteriormente, existen 4 tipos posibles de sellantes que se aplicarán a las diferentes probetas: sellante convencional y tres tipos de shimming (Redux 870, EPIBOND 1590 y EA 9394).

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El curado del sellante líquido aplicado a las probetas se realizará en la misma cámara climática que se utilizó para curar el adhesivo empleado para fijar los tacones.

Fig. 33 Cámara climática para el curado.

El número de probetas a introducir simultáneamente en la cámara climática dependerá del tamaño de las mismas. Existen 5 tipos de probetas en función del espesor de los laminados de los mismos, variando otras dimensiones como el ancho y la longitud de las probetas, distancia entre remaches etc. Considerando la capacidad del horno, las dimensiones de las probetas y que las probetas estén suficientemente espaciadas en el interior del horno para que el curado sea efectivo, el número de probetas del mismo espesor que se podrán curar simultáneamente se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 7: Nº de probetas del mismo espesor que pueden introducirse simultáneamente en el horno.

La temperatura y tiempo de curado variará dependiendo del sellante líquido a curar. Los parámetros de curado en función del tipo de sellante se muestran a continuación: o Sellantes convencional: 120ºC durante 120 minutos.

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o Redux 870: 140 ºC durante 110 minutos. o EPIBOND 1590: 135ºC durante 140 minutos o EA 9394: 120ºC durante 160 minutos.

3.3.10 Medición de las dimensiones de las probetas Es imprescindible realizar un control exhaustivo de las dimensiones de las probetas a ensayar, comprobando que dichas dimensiones se encuentra dentro de las tolerancias establecidas. Por tanto, una vez que se hayan terminado de montar las probetas y hayan pasado por la cámara climática aquellas probetas que necesitaran de un curado térmico del sellante líquido aplicado, se procederá a medir las dimensiones de las mismas. Se medirá: o Largo de cada uno de los laminados. o Largo de la probeta completa. o Espesor de cada laminado. o Espesor de la probeta. o Largo de los tacones. o Distancia del tacón de cada laminado al otro laminado. o Distancia del borde de los laminados a los spacers (en el caso de probetas SLS-Gap). o Distancia entre remaches o Espesor del sellante aplicado o hueco (en el caso de probetas SLS-Gap). Estas medidas se realizarán mediante una regla para las dimensiones mayores y con un pie de rey digital para las dimensiones menores.

Fig. 34 Probeta montada lista para ser medida.

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Fig. 35 Pie de rey digital

3.3.11 Colocación de Extensometría (galgas y extensómetro) Por requerimiento del cliente, será necesario obtener varias curvas tensióndeformación para diferentes posiciones de una serie de probetas establecidas. Para la obtención de estas curvas será necesario colocarle a dichas probetas una serie de galgas extensométricas y extensómetros que permitan recoger el valor de las deformaciones locales de la probeta para cada valor de carga. Y a partir del valor de estas deformaciones locales y del valor de la tensión correspondiente, podrá construirse la curva tensión-deformación de cada punto medido. Las galgas extensométricas se colocarán manualmente fijándose mediante un adhesivo, mientras que para la fijación del extensómetro se empleará el útil mostrado en la figura 41.

Fig. 36 Colocación del extensómetro

3.3.12 Acondicionamiento térmico Otro de los requerimientos establecidos en la definición del proyecto, es el de realizar un acondicionamiento térmico previo al ensayo de una serie de probetas establecidas.

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El acondicionamiento térmico se realizará en una cámara climática de características similares a la utilizada para curar el adhesivo de los tacones y los diferentes sellantes. Esta cámara climática tendrá las mismas dimensiones y la misma capacidad, es decir, 250 litros útiles. Y el rango de funcionamiento oscilará entre -70ºC y 180 ºC. Existirán solamente 4 configuraciones de probetas que serán sometidas al acondicionamiento térmico, con un total de 22 probetas, todas de las mismas dimensiones con un espesor de 6.10 mm y una longitud de 327 mm. Considerando la capacidad del horno, las dimensiones de las probetas y que las probetas estén suficientemente espaciadas en el interior de la cámara climática para que el acondicionamiento sea efectivo, el número de probetas que podrán acondicionarse simultáneamente es de 20 probetas. El acondicionamiento térmico se realizará durante 7 días a una temperatura de 90ºC.

3.3.13 Ensayo El fin último del proyecto real será realizar el ensayo de tracción sobre las probetas fabricadas para analizar el comportamiento mecánico del sellante shimming en estudio. El ensayo a tracción podrá ser estático o dinámico (a fatiga), dependiendo de cada probeta, realizándose ambos ensayos en máquinas diferentes. Los ensayos de tracción estática se realizarán en la máquina Zwick Roell Z250, mientras que los ensayos a fatiga se realizarán en la máquina Instron 8801.

Fig. 37 Máquina Zwick Roell Z250

Fig. 38 Máquina Instron 8801

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Toda probeta de ensayo a fatiga estará relacionada con una serie de probetas de ensayo estático con las mismas características, de forma que la carga máxima del ciclo de fatiga aplicado a cada probeta de ensayo a fatiga, tendrá un valor del 40% de la carga de media de rotura de la correspondiente serie de probetas de ensayo estático. Por tanto, para realizar el ensayo de fatiga a una probeta determinada, deberá haberse realizado previamente el ensayo estático de la serie completa de probetas de ensayo estático relacionadas con dicha probeta de ensayo a fatiga, para poder disponer del valor máximo del ciclo de carga a aplicar a la probeta de ensayo a fatiga en cuestión.

Fig. 39 Probeta sometida a ensayo de fatiga

El ensayo a fatiga se presupone, a priori, que será un factor determinante en el tiempo final de duración del proceso completo ya que existe un número elevado de probetas que serán sometidas a este tipo de ensayo y cada uno de los ensayos tendrá una duración fija de 3 días. Esta duración del ensayo estará fijada por el millón de ciclos de carga a los que deberá ser sometido cada probeta. Para aquellos ensayos de probetas que se realicen a una temperatura específica, se utilizará una cámara térmica que se acoplará a la máquina de ensayo. Dichas cámaras térmicas tendrán un rango de funcionamiento entre -70ºC y 350ºC. Las posibles condiciones térmicas aplicadas durante los ensayos tanto de fatiga como estáticos, dependiendo de cada probeta, son: Temperatura ambiente, 90ºC, 120ºC y -55ºC.

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Fig. 40 Cámara térmica

Todos los ensayos a temperatura podrán realizarse en las instalaciones de la empresa, excepto aquellos ensayos a fatiga que se realicen a -55ºC, ya que no es posible garantizar que con los equipos disponibles pueda mantenerse dicha temperatura durante los 3 días de duración del ensayo. Por tanto, las probetas de ensayo a fatiga a -55ºC deberán mandarse a otro laboratorio externo.

3.3.14 Realización de fotografías Una vez realizado el ensayo de propio de cada probeta, ya sea estático o fatiga, se realizarán fotografías para que quede constancia visual del estado de la probeta después de haber sido sometida al ensayo de tracción. Es prestará especial atención a la zona del entorno de los remaches, que será la zona previsible de rotura de las probetas.

Fig. 41 Estado de una probeta tras el ensayo de tracción estática

3.3.15 Test de tensión residual Algunas de las probetas de ensayo a fatiga, deberán ser sometidas a un test de tensión residual una vez finalizado el ensayo de fatiga por requerimiento del

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cliente. Se realizará el test de tensión residual a un total de 65 probetas de las 84 probetas de ensayo a fatiga existentes. Las tensiones residuales internas que ocurren en los componentes sin síntomas visibles podrían influir sobre el comportamiento de resistencia de los mismos. Será por tanto necesario tener conocimiento de las tensiones residuales existentes en las probetas en estudio, para analizar su influencia en la resistencia a fatiga de dichas probetas. Se empleará un equipo de detección automática de tensiones residuales empleando bandas extensométricas.

Fig. 42 Equipo de medición de tensiones residuales

3.3.16 Investigación microscópica Algunas de las probetas de ensayo a fatiga, deberán ser sometidas a una investigación microscópica por requerimiento del cliente una vez finalizado el ensayo de fatiga. Se analizarán un total de 7 probetas de las 84 probetas de ensayo a fatiga existentes. El estudio microscópico se realizará en una zona de la probeta del entorno de los taladros en un área perpendicular a la dirección de carga. Se pretende estudiar el efecto del ensayo a fatiga (grietas, delaminaciones, fisuras, etc) sobre la superficie de los taladros. Para realizar la investigación microscópica se tomará una muestra del entorno de los taladros de las probetas a investigar, se empastillará dicha muestra, y se pulirá para ser observada en el microscopio óptico, tomando fotografías mediante una cámara digital incorporada al microscopio.

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Fig. 43 Muestra de la probeta empastillada

Fig. 44 Microscopio óptico

3.3.17 Almacenaje de las probetas ensayadas Una vez ensayadas las probetas y realizados todos los estudios pertinentes sobre las mismas, las probetas serán almacenadas junto con la documentación propia de la misma. Será imprescindible llevar un seguimiento exhaustivo de la trazabilidad de cada probeta. Es decir, deberán quedar recogidas todas las etapas seguidas por cada probeta y los datos recogidos durante dichas etapas. Para ello, en todo momento le acompañará a cada probeta una orden de trabajo donde se marcarán las realizadas y los datos recogidos. Esta orden de trabajo será almacenada junto a la probeta.

Fig. 45 Ejemplo de Orden de trabajo

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4.1.- Construcción del modelo En un intento de dar una visión global del modelo de simulación, se muestra en la siguiente figura una imagen general del sistema a simular.

Fig. 46 Imagen general del modelo de simulación

La descripción de cada una de las etapas del modelo se describirá a continuación:

4.1.1 Datos de entrada Esta primera fase del modelo tendrá como finalidad introducir todos los datos propios de cada probeta, asignándoles los atributos necesarios para el desarrollo de etapas posteriores. Arena permite introducir estos atributos

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manualmente, sin embargo, el programa posee una herramienta de enorme utilidad, la cual permite leer los datos a partir de un fichero Excel mediante el módulo ReadWrite. Ésta es una de las herramientas de mayor potencia de Arena, ya que permitirá introducir un volumen enorme de datos y realizar cambios sobre los mismos de forma muy sencilla.

Fig.47 Lectura de datos

Inicialmente, mediante el módulo Create “Creación Probetas”, se generarán las 241 probetas que participarán en el proceso. Se crearán todas las entidades de forma simultánea en una sola llegada. A continuación, mediante el módulo ReadWrite “Lectura de datos” se leerán las características propias de cada probeta en forma de atributos a partir del fichero Excel “datos.xls”

Tabla 8: Muestra de la tabla Excel “Datos.xls”

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4.1.2 Composición de paneles Una vez asignadas a las 241 probetas sus características correspondientes, se procederá a agruparlas en los paneles correspondientes mediante el módulo “Composicion de paneles”.

Fig. 48 Composición de paneles



Submodelo “Comprobación de paneles”

El módulo “Composicion de paneles” es un submodelo que incluye los módulos mostrados en la figura.

Fig. 49 Elementos incluidos en el submodelo “Composición de paneles”

La agrupación de probetas en paneles se hará por medio del módulo batch “Union de probetas”. Esta unión se hará de forma temporal para poder separar las Probetas más adelante. Una vez constituidos los paneles se ordenarán según un criterio de orden de corte establecido y asignado durante la lectura de datos. Esta ordenación se realizará en el módulo submodel “Ordenacion paneles” que se describirá posteriormente. A continuación, los paneles pasarán a ser almacenados en el módulo hold “Almacen de Paneles”, para ser utilizados cuando sea necesario. El primer panel se liberará por medio del conjunto de bloques situado en la parte superior de la figura, gracias a la señal generada en el módulo signal “Senal para 1er panel” que permitirá dejar salir al primer elemento que entró en “Almacen de Paneles”, es decir, el primer panel. El resto de paneles serán liberados mediante un señal

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generada en el submodelo posterior “Corte de paneles”, a medida que se vayan cortando los paneles. En el conjunto de módulos de la parte superior se incluye también el módulo ReadWrite “lectura variables” que permitirá leer del fichero Excel “Datos.xls” una serie de variables que serán utilizadas más adelante.

Tabla 9: Tabla Excel del archivo “Datos.xls” leída en el módulo “lectura variables”

Este módulo de lectura de variables se podría haber colocado anteriormente en el módulo de lectura de datos de los atributos de cada probeta, sin embargo se ha decidido colocarlo en esta ubicación por llegar únicamente un elemento, y por tanto, las variables serán leídas una única vez. o

Submodelo “Ordenacion paneles”

Para ordenar los paneles, éstos pasarán inicialmente por el módulo decide “Orden panel”. Los paneles, los cuales poseen un número de orden, pasarán únicamente si su número de orden coincide con la variable “contador1” que inicialmente será igual a 1 e irá incrementándose en el módulo Asign “Asig contador paneles”. En caso de que el número de orden del panel no coincida con la variable “contador1”, el panel pasará al módulo hold “Cola Orden panel” hasta ser liberado por la señal generada en el módulo signal “Liberar cola orden panel”.

Fig.50 Elementos incluidos en “Ordenacion paneles”

En el módulo “Asig contador paneles” se definirán también los dibujos propios de cada panel, que podrán verse reflejados durante la animación.

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4.1.3 Corte de paneles Teniendo ya definidos y almacenados los paneles, podrán cortarse en este módulo para extraer los laminados que compondrán las probetas a ensayar.

Fig. 51 Corte de paneles



Submodelo “Corte de paneles”

Este elemento incluye varios módulos, como se aprecia en la figura, entre los que destaca el proceso “Corte”. Como su propio nombre indica, en este módulo se realizará el corte de los paneles. Se utilizarán como recursos la máquina de corte “maq_corte” y uno de los 5 operarios de mecanizado “Operario mecanizado”, empleándose un tiempo de corte de distribución normal con media 45 minutos y desviación típica 8 minutos.

Fig. 52 Elementos incluídos en “Corte de paneles”.

El panel, una vez cortado, pasará por el módulo “t final corte Operarios mecanizado” para registrar mediante la variable “tf_operarios mecanizado” el instante de tiempo en que los operarios de mecanizado dejan de trabajar en el proceso de corte. A continuación pasarán por el módulo “Senal para corte de paneles” para generar una señal que libere el siguiente panel del almacén de paneles, y a continuación pasará por el módulo separate “Separacion en probetas”, dónde se deshará la agrupación de probetas hecha anteriormente para la creación de los paneles. Las probetas, una vez cortadas, serán ordenadas de forma similar a como se ordenaron los paneles en el submodelo “Ordenacion probetas cortadas”. o

Submodelo “Ordenacion probetas cortadas” Para ordenar las probetas, éstas pasarán inicialmente por el módulo decide “Orden probeta”. Las probetas, las cuales poseen un número de orden, pasarán únicamente si su número de orden coincide con la variable “contador2” que inicialmente será igual a 1 e irá incrementándose en el módulo Asign “Asig contador probeta”. En caso de que el número de orden de la probeta no coincida con la variable “contador2”, la probeta pasará al módulo hold “Cola probeta” hasta ser liberada por la señal generada en el módulo signal “Liberar cola probeta”.

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Fig. 53 Elementos incluídos en “Ordenacion probetas cortadas”. o

En el módulo “Asig contador paneles” se definirán también los dibujos propios de cada probeta, que podrán verse reflejados durante la animación. En este módulo, además, se incluirá la asignación de la secuencia seguida por cada probeta durante todo el proceso.

4.1.4 Unión de tacones A los laminados cortados se les unirá un tacón de aluminio o fibra de carbono dependiendo de la probeta a la que pertenezcan dichos laminados en el submodelo “Union Tacones”.

Fig. 54 Submodelo “Union Tacones”



Submodelo “Union Tacones”

En el interior del submodelo “Union Tacones” estará incluida la creación de tacones. Los tacones serán tratados como materia prima ya que en el proyecto real los tacones serán creados de antemano. Se crearán todos los tacones en el módulo create “Creacion Tacones” en una sola tirada para las 241 probetas, asignándoles un orden en el módulo “Asignacion Orden Tacones” para referenciar dichos tacones a su probeta correspondiente. En el proceso no se diferenciará el tipo de tacón a pegar, ya que el tipo del material del tacón a unir es independiente del proceso de unión.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Fig. 55 Elementos incluidos en el submodelo “Union Tacones”

Se utilizará el módulo “Union Probeta Tacon” para, como su propio nombre indica, unir los tacones a las probetas correspondientes, simulando el pegado de dichos tacones en el módulo “Pegado Tacones”. Para el pegado de tacones se empleará un tiempo que sigue una distribución normal de media 6 minutos y desviación típica 2 minutos. Y se empleará como recurso uno de los 2 operarios de la sala de ensayos físico-químicos, identificados en el modelo de Arena como “Operario sala”. Por último las probetas pasarán por el módulo “t final unión tacones Operarios sala”, para registrar mediante la variable “tf_operarios sala” el instante de tiempo en que los operarios de sala terminan de trabajar en el proceso de pegado de tacones.

4.1.5 Curado del adhesivo de los tacones El curado del adhesivo de los tacones se realizará mediante el submodelo “Curado Tacones”.

Fig. 56 Submodelo “Curado Tacones”

Aunque en el horno se introduzcan los laminados de las probetas de forma independiente, se introducirán simultáneamente todos los laminados correspondientes a una misma probeta, considerándose el conjunto como un solo elemento. A la hora de introducir las probetas en la cámara climática, habrá buscar una solución de compromiso entre minimizar el gasto energético, es decir, introducir el máximo número de probetas simultáneamente en el horno, y minimizar el tiempo de duración del proceso, es decir, no esperar siempre a que el horno esté lleno para comenzar el curado.

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Habrá, por tanto, que considerar el tamaño de las probetas y el volumen de la cámara climática para introducir de forma simultánea el mayor número posibles de dichas probetas. Por tanto, considerando el número máximo de probetas de cada espesor que cabe en el horno, se definirá una nueva unidad de volumen para ajustar porcentualmente el volumen de las probetas a introducir en el horno. Considerando que el volumen útil de la cámara climática es de 60 u.v. (unidades de volumen), el volumen ocupado por cada probeta, según su espesor y configuración es:

Tabla 10: Unidad de volumen que ocupa cada probeta en el horno según su espesor y configuración

Para encontrar la solución de compromiso entre ahorro energético y minimizar el tiempo de curado, se tomará una serie de decisiones incluidas en el submodelo “Curado Tacones” que se detallará a continuación: 

Submodelo “Curado Tacones”

Las probetas que van llegando a la cámara climática se agruparán primeramente en lotes que se introducirán posteriormente en dicha cámara climática. Se considerará que un lote está completo cuando alcance un volumen tal que no quepa ninguna probeta más en el horno, o haya pasado un tiempo determinado desde la entrada de la primera probeta en el lote, siempre y cuando no esté curándose ningún lote en la cámara climática y no haya ningún lote esperando a ser curado. El tiempo de espera para completar un lote de probetas se tomará como una variable de control que pretende optimizarse. Para tener un control de la cola real del proceso de curado habrá que contabilizar los lotes de probetas que están esperando para ser curados, las probetas introducidas en el lote en construcción y las probetas que no hayan cabido por su mayor tamaño en el lote en construcción. Es decir, deberán contabilizarse todas las probetas desde su llegada a la sala de curado, hasta que comienza el curado de las probetas.

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Para contabilizar el número de probetas que hay en cola, y el tiempo de espera de cada probeta se definirán la variable “num_prob_cola_tacones” y el atributo “t_inicio_tacones” respectivamente.

Fig. 57 Elementos incluidos en el submodelo “Curado tacones”

Al entrar las probetas en el submodelo “Curado Tacones”, pasarán primeramente por el módulo Assign “Asig num prob y tiempo inicial cola tacones” donde se contabilizarán el número de probetas que entran en la sala de curado, y el instante de tiempo en que entra cada probeta. A continuación en el módulo Process “Colocar prob_tacones”, se simulará el proceso de colocación de las probetas en lotes por parte de los operarios de sala. El módulo Decide “Cabe” permitirá separar las probetas que caben en el lote en construcción de las que no. En el caso de que la probeta tenga un volumen mayor del espacio disponible en el lote, pasará a ser almacenada en el módulo hold “Cola lote” hasta que se comience a crear un nuevo lote y se libere este módulo “Cola lote”. Las probetas que quepan en el lote en construcción seguirán adelante pasando a continuación por el módulo “Contador tacones” donde se contabilizará el numero de probetas en el interior del lote y el volumen ocupado por éstas mediante las variables contador_horno” y “volumen_dentro” respectivamente. Pasado el módulo “Contador tacones”, las probetas se encontrarán un nuevo módulo decide llamado “Primera probeta”, que separará a la primera probeta introducida en el horno para contabilizar en el módulo “contador tiempo” el instante de entrada de la primera probeta mediante la variable “t1”. A continuación las probetas pasarán al módulo hold “lote tacones”, donde se irán almacenando las probetas para crear los diferentes lotes. Las probetas se irán almacenando en el lote hasta que se cumpla una de las siguientes condiciones: o

Que no quepa ninguna probeta más en el horno

o

Que haya pasado el tiempo de espera especificado desde la entrada de la primera probeta y no haya ningún lote en cola ni en el interior del horno.

o

Que hayan entrado ya las 241 probetas existentes.

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Cumplida una de las condiciones anteriores las probetas se agruparán en el módulo “Agrupar en lote” para formar una sola entidad, es decir, el lote correspondiente. Este lote o conjunto de probetas agrupadas pasará por el módulo Record “Guardar Porcentaje ocupacion tacones” para registrar el porcentaje de ocupación de cada lote en el horno. A continuación el lote de probetas pasará por el módulo “Asig lotes y Reiniciar contador” para hacer que los valores de las variables “volumen_dentro” y “Contador_horno” vuelvan a ser cero. Se definirá también el atributo “num_x_lote_tacones” para, como su propio nombre indica, contabilizar el número de probetas que haya en el lote. A continuación, el conjunto pasará por el módulo signal “liberar cola lote” para dejar salir a las probetas almacenadas en “Cola lote”. Las probetas liberadas, volverán a iniciar todo el proceso, regresando al módulo inicial “Cabe”. Las probetas agrupadas en lotes, por su parte, pasarán a continuación al módulo Hold “Cola Horno” donde se almacenarán los lotes creados. Los lotes permanecerán almacenados hasta que no haya ningún lote curándose ni introduciéndose en el horno. Una vez que se libere un lote para ser curado pasará, antes de llegar al módulo “Curado_adhesivo” donde se curará, por los módulos “Actualizar num prob cola tacones” y “Tiempo cola final tacones”. En el módulo “Actualizar num prob cola tacones” se actualizará la variable “num_prob_cola_tacones” que contabiliza el número de probetas que hay en cola. Se actualizará la variable restándole el número de probetas incluidas en el lote que abandonan la cola y pasan a la cámara climática. En el submodelo “Tiempo cola final tacones” se contabilizará el tiempo en que ha pasado en cola cada una de las probetas incluidas en el lote: o

Submodelo “Tiempo cola final tacones”

Fig. 58 Elementos incluidos en “Tiempo cola final tacones

En el interior de este submodelo, se definirá primeramente en el módulo “Var agrupación x lotes tacones”, la variable “agrupacion_x_lotes_tacones” que recogerá el número de probetas almacenadas en el lote para que, cuando se separe el lote en

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

sus diferentes probetas, quede constancia del número de probetas que componen el lote para poder reagruparlas de nuevo más adelante. En el módulo “Separacion para contar tiempo tacones”, se separará el lote en sus diferentes probetas para que, en el módulo “Activacion tiempo y contar tiempo en cola tacones” pueda contabilizarse el tiempo total que ha estado en cola cada una de las probetas por separado. Este intervalo de tiempo será recogido en el módulo Record “Recogida tiempo en cola” para que pueda mostrarse en el informe final de la simulación. En el módulo “Activacion tiempo y contar tiempo en cola tacones” se ha definido también la variable “Activacion_t_cola_tacones”, que valdrá 1 cuando pase una probeta y cero en caso contrario. Esta variable permitirá que se visualicen únicamente los intervalos de tiempo en cola de cada probeta, y no los intervalos de tiempo muerto en los que no ha pasado ninguna probeta, y que por tanto no se desea visualizar ni conocer. En el modulo “reiniciar tiempo activacion cola tacones”, se volverá a cero la variable “Activacion_t_cola_tacones” una vez que pase la probeta. El último módulo “Reagrupacion tiempo tacones” permitirá volver a reagrupar las probetas en el lote correspondiente para introducirlo en la cámara climática.

Una vez actualizado el número de probetas existentes en cola y contabilizar el tiempo que ha pasado en cola cada una de las probetas que van a ser curadas, se introducirá el lote completo en el horno para proceder al curado del adhesivo en el módulo “curado_adhesivo”. o

Submodelo “curado adhesivo”

Fig. 59 Elementos incluidos en “curado adhesivo”

El proceso de curado del adhesivo se dividirá en tres bloques para poder diferenciar el tiempo de utilización de los recursos: operarios y horno. En el bloque Seize Delay “Preparar curado adhesivo” se simulará el proceso de carga del horno, en el que un operario de sala introducirá el lote de probetas en el horno. En este proceso se utilizarán como recursos tanto al operario como al horno. Una vez que el operario ha introducido el lote completo de probetas se liberará a dicho operario en el módulo Release “Liberar operario sala” para que esté disponible para otras tareas. Una vez liberados los operarios, en el módulo “t final curado

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tacones Oprearios sala” se registrará el instante de tiempo en que los operarios de sala son liberados mediante la variable “tf_operarios sala”. Será en el módulo Delay Release “curado adhesivo” donde se produzca el curado del adhesivo de las probetas, utilizando como único recurso el horno. Se tomará como recurso el “horno1” y se empleará un tiempo constante de 140 minutos para realizar el proceso.

A la salida del horno se recogerá en el módulo “Contar lotes tacones curados”, el número de lotes que han sido curados. A continuación se separará el lote curado en sus respectivas probetas en el módulo “Separacion despues del horno” y se contabilizará el número total de probetas curadas en el módulo “Contar prob tacones curados”. Una vez terminado el proceso de curado las probetas volverán a ser ordenadas en el siguiente submodelo “Ordenacion probetas despues del horno”. El modo de ordenar las probetas se hará según el número de orden propio de cada probeta, del mismo modo a como se hizo en etapas anteriores del modelo. o

Submodelo “Ordenacion despues del horno”.

Fig. 60 Elementos incluidos en el submodelo “Ordenacion despues del horno”.

Para ordenar las probetas, éstas pasarán inicialmente por el módulo decide “Orden probeta2”. Las probetas, las cuales poseen un número de orden, pasarán únicamente si su número de orden coincide con la variable “contador3” que inicialmente será igual a 1 e irá incrementándose en el módulo Asign “Asig contador3”. En caso de que el número de orden de la probeta no coincida con la variable “contador3”, la probeta pasará al módulo hold “Cola prob orden2” hasta ser liberada por la señal generada en el módulo signal “Lib prob orden2”.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

4.1.6 Taladro Para simular la operación de taladrado, se utilizará el submodelo “Taladrado”.

Fig. 61 Módulo ”Taladro”



Submodelo “Taladro”

Fig. 62 Elementos del submodelo “Taladro”

El taladro de los laminados de las probetas se simulará en el módulo “Taladro”. Aunque se taladren los laminados por separado, se considerará a efectos de la simulación que el proceso se realizará sobre la probeta, ya que la operación de taladrado se realizará de manera conjunta sobre todos los laminados q componen la probeta. Este proceso se realizará en la taladradora definida en el modelo de simulación como “maq_taladro”, utilizándose además como recurso un operario de mecanizado definido como “Operario mecanizado”. El tiempo empleado en el taladro de los laminados se modelará con una distribución normal de media 20 minutos y desviación típica 6 minutos. A continuación del taladro se colocará el módulo “t final taladro Operarios mecanizado” en el que se registrará mediante la variable “tf_operarios mecanizado” el instante de tiempo en que se liberarán los operarios durante el proceso de taladrado.

4.1.7 Avellanado El proceso de avellanado se realizará justo a continuación del taladrado. Una vez que se hayan realizado los taladros de todos los laminados que componen la probeta, dichos laminado pasarán de manera conjunta al submodelo “Avellanado

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Fig. 63 Módulo “Avellanar”



Submodelo “Avellanado”

Fig. 64 Elementos del submodelo “Avellanado”.

El proceso de avellanado se simulará en el módulo “Avellanar”, durante el cual se utilizarán como recursos la máquina de avellanado definida en el modelo como “maq_avellanado” y un operario de mecanizado definido en el modelo como “Operario mecanizado”. El tiempo empleado durante el avellanado seguirá una distribución normal de media 22 minutos y desviación típica 5 minutos. A continuación del avellanado se colocará el módulo “t final avellanado Operarios mecanizado” en el que se registrará mediante la variable “tf_operarios mecanizado” el instante de tiempo en que se liberarán los operarios durante el proceso de avellanado.

4.1.8 Inspección por ultrasonidos Todas las probetas, después de habérseles realizado los diferentes taladros y avellanados, deberán ser inspeccionadas para comprobar que durante la operación de taladrado no han sufrido dañados como fisuras, delaminaciones, etc. Esta operación de inspección por ultrasonidos se simulará mediante el módulo “Inspeccion por Ultrasonidos”.

Fig. 65 Módulo “Inspeccion por ultrasonidos

Se utilizarán como recursos un de los dos operario que se trabajan en la sala de ultrasonidos definidos en el modelo de simulación como “Operario

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Ultrasonidos”, y la mesa de ultrasonidos dónde se encuentra el equipo de inspección por ultrasonidos que estará definida en el modelo como “mesa ultrasonidos”. Para la inspección completa de cada probeta se empleará un tiempo definido por una distribución uniforme con un mínimo de 5 minutos y un máximo de 5 minutos.

4.1.9 Medición de los taladros Una vez que han sido examinados los taladros en la sala de ultrasonidos se procederá a la medición del diámetro de los taladros para tener un control dimensional de los mismos.

Fig. 66 Módulo “Medicion Taladros”

Esta medición de los taladros se simulará mediante el módulo “Medicion Taladros”, utilizando como recursos el operario definido como “Operario 9” y empleando un tiempo que sigue una distribución normal de media 15 minutos y desviación típica 2 minutos.

4.1.10 Montaje de las probetas En esta etapa del proceso, que estará modelada mediante el submodelo “Montaje Probetas”, se montarán las probetas al completo.

Fig. 67 Módulo “Montaje Probetas”



Submodelo “Montaje Probetas”

Se incluirá en el interior del submodelo “Montaje” la recepción de remaches que serán utilizados para ensamblar las probetas. Se crearán los remaches de las

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

241 probetas en una sola llegada en el módulo “Recepcion Remaches”, entendiendo que los remaches de cualquier probeta estarán disponibles en todo memento. A cada lote de remaches se le asignará un número de orden para hacer corresponder dicho lote de remaches con una probeta determinada. Esta asignación se realizará en el módulo “Asignacion Orden Remaches”. En el módulo “Sincronizar probeta remaches”, como su nombre indica, se sincronizará la llegada de cada probeta con el lote de remaches propio de dicha probeta y se unirán en una sola entidad en el módulo “Union Probetas Remache”.

Fig. 68 Elementos incluidos en el submodelo “Montaje Probetas”

El montaje propio de las probetas se simulará en el módulo “Montaje”. El operario encargado del montaje de las probetas será un operario especializado definido en el modelo como “Operario 8”. El tiempo de montaje podrá ser muy variado dado las muy diferentes configuraciones existentes. En un intento de aproximar el tiempo de simulación de montaje al tiempo real de montaje de las probetas se considerará que el tiempo de montaje sigue una distribución normal de desviación típica 4 minutos y con una media diferente según sea la configuración: o

SLS-Gap con sellante: 25 minutos.

o

SLS-Gap sin sellante: 15 minutos.

o

SLS con shimming: 22 minutos.

o

SLS sin shimming: 8 minutos.

o

DLS con shimming: 35 minutos.

o

DLS sin shimming: 12 minutos.

Para poder registrar el instante de tiempo en que el operario 8 dejará de trabajar se ha añadido el módulo “t final Operario 8” que actualizará el valor de la variable “tf_operario 8” donde se recogerá el intervalo de tiempo mencionado.

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4.1.11 Curado del sellante de las probetas Una vez que las probetas han sido montadas, deberá curarse en la cámara climática el sellante de aquellas probetas a las que se les haya aplicado sellante convencional o shimming. Para ello, se separarán primero las probetas que lleven sellante o shimming mediante el módulo Decide “Separacion por Sellante o shimming”. Las probetas que no lleven ningún tipo de sellante seguirán el proceso y pasarán a ser medidas dimensionalmente, mientras que las probetas a las que se les ha aplicado sellante tendrán que pasar primeramente por al módulo “curado Probetas” donde se simulará el proceso de curado del sellante aplicado.

Fig. 69 Módulos para el curado del sellante aplicado a las probetas

Los módulos Route “Env a horno Probetas”, “Env a Medicion Probetas montadas”, y “Env a Medicion Probetas montadas” y el módulo Station “Horno Probetas Montadas” han sido añadidos al modelo para poder visualizar en la posterior animación el movimiento de las probetas desde la mesa de montaje. Las probetas podrán moverse a la cámara climática y más adelante a la mesa donde se realizarán la medición dimensional de las probetas, o directamente desde la mesa de montaje a la mesa de medida dependiendo de si se ha aplicado o no sellante a la probeta. El peso y tamaño de las probetas es muy reducido por lo que no se necesitará de un sistema sofisticado para el transporte de las mismas. Podrán ser transportadas manualmente de una estación a otra. 

Submodelo “Curado Probetas”

Los elementos que componen el submodelo “Curado Probetas” parecen formar un entramado muy complejo como se muestra en la figura. Sin embargo, la estructura de este submodelo es muy similar a la utilizada anteriormente para simular el curado del adhesivo de los tacones con la única salvedad de que en este caso en vez de agrupar las probetas en un solo tipo de lote, se agruparán en 4 tipos diferentes de lotes en función del sellante aplicado a la probeta.

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Esta separación por tipo de sellante se debe a que cada tipo de sellante requiere de un tiempo y temperatura de curado distintos. Y, por tanto, no podrán introducirse simultáneamente en el horno probetas a las que se les haya aplicado un sellante diferente.

Fig. 70 Elementos incluidos en el submodelo “Curado Probetas”

A la hora de introducir las probetas en la cámara climática, habrá buscar una solución de compromiso entre minimizar el gasto energético, es decir, introducir el máximo número de probetas simultáneamente en el horno, y minimizar el tiempo de duración del proceso, es decir, no esperar siempre a que el horno esté lleno para comenzar el curado. Habrá, por tanto, que considerar el tamaño de las probetas y el volumen de la cámara climática para introducir de forma simultánea el mayor número posible de dichas probetas. Por tanto, considerando el número máximo de probetas de cada espesor que cabe en el horno, se definirá una nueva unidad de volumen, como se hizo anteriormente durante el curado del adhesivo de los tacones, para ajustar porcentualmente el volumen de las probetas a introducir en el horno. A diferencia del proceso de curado del adhesivo de los tacones en el que se introducía en el horno los laminados de las probetas se colocaban en el horno de forma separada, en este caso las probetas se introducirán ya montadas por lo que el volumen ocupado por las mismas será diferente. Considerando que el volumen útil de la cámara climática es de 60 u.v. (unidades de volumen), el volumen ocupado por cada probeta, según su espesor y configuración es:

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Tabla 11: Unidad de volumen que ocupa cada probeta en el horno según su espesor y configuración

Las probetas, al llegar a la sala donde se encuentra la cámara climática, se agruparán primeramente en lotes diferentes dependiendo del sellante contenido en cada probeta. Y una vez que se ha completado un lote, se introducirá en la cámara climática para proceder al curado del sellante de las probetas que constituyen dicho lote. Se considerará que un lote está completo cuando alcance un volumen tal que no quepa ninguna probeta más en el horno, o haya pasado un tiempo determinado desde la entrada de la primera probeta en el lote, siempre y cuando no esté curándose ningún lote en la cámara climática y no haya ningún lote esperando a ser curado. El tiempo de espera para completar un lote de probetas se tomará como una variable de control que pretende optimizarse. Para tener un control de la cola real del proceso de curado habrá que contabilizar los lotes de probetas que están esperando para ser curados, las probetas introducidas en los lotes en construcción y las probetas que no hayan cabido por su mayor tamaño en los lotes en construcción. Es decir, deberán contabilizarse todas las probetas desde su llegada a la sala de curado, hasta que comienza el curado de las probetas. Para contabilizar el número de probetas que hay en cola, y el tiempo en cola de cada probeta se definirán la variable “num_prob_cola_sellantes” y el atributo “t_inicio_sellantes” respectivamente. A continuación se procederá a detallar el modo de funcionamiento del submodelo “Curado Probetas” desmembrándolo en tres partes para poder visualizar con más claridad los elementos que componen el submodelo.

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o

Conjunto de bloques inicial del submodelo “Curado Probetas”:

Fig. 71 primeros bloques del submodelo “Curado tacones”

Al entrar las probetas en el submodelo “Curado Probetas”, pasarán primeramente por el módulo Assign “Orden y colas Sellantes” donde se le asignará a cada probeta un atributo que contenga el número de orden con que llega a este submodelo. Esta asignación de orden permitirá ordenar las probetas a la salida de la cámara climática. En el módulo “Orden y colas Sellantes” se contabilizarán también el número de probetas que entran en la sala de curado, y el instante de tiempo en que entra cada probeta mediante la variable “num_prob_cola_sellantes” y el atributo “t_inicio_sellantes” respectivamente. A continuación en el módulo Process “Colocar prob_Sellantes”, se simulará el proceso de colocación de cada probeta en los diferentes lotes por parte de los operarios de sala. Y en el módulo Decide “Separacion por tipo de Sellante”, como su propio nombre indica, se dirigirá cada probeta, según el tipo de sellante que contenga, a su dirección correspondiente. o

Bloques propios de cada sellante:

Independientemente del camino seguido por cada probeta, el proceso realizado en cada uno de ellos es idéntico, con la única salvedad de que la naturaleza del sellante de las probetas en cada camino será diferente. Al existir 4 posibles sellantes (Redux 870, EPIBOND 1590, EA 9394, y sellante convencional), habrá por tanto 4 caminos diferentes a seguir por cada una de las probetas que contengan sellante, los cuales se muestran en las siguientes figuras.

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Fig. 72 Camino seguido por las probetas con Shimming Redux 870

Fig. 73 Camino seguido por las probetas con Shimming EPIBOND 1590

Fig. 74 Camino seguido por las probetas con Shimming EA 9394

Fig. 75 camino seguido por las probetas con sellante convencional

Dado que los cuatro posibles caminos a seguir por cada probeta en función del tipo sellante son idénticos, se describirán de forma genérica los 4 caminos de forma simultánea.

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El primer bloque de cada camino es el módulo Decide “Cabe_”, que permitirá separar las probetas que caben en el lote en construcción de las que no. En el caso de que la probeta tenga un volumen mayor del espacio disponible en el lote, pasará a ser almacenada en el módulo hold “Cola_” hasta que se comience a crear un nuevo lote y se liberen las probetas de este módulo “Cola_”. Las probetas que quepan en el lote en construcción seguirán adelante pasando a continuación por el módulo “Contar probetas” donde se contabilizará el numero de probetas en el interior del lote y el volumen ocupado por éstas mediante las variables “contador_” y “volumen_dentro_” respectivamente. Pasado el módulo “Contador probetas”, las probetas se encontrarán un nuevo módulo decide llamado “Primera probeta_”, que separará a la primera probeta introducida en el horno para contabilizar en el módulo “asig tiempo_” el instante de entrada de la primera probeta mediante la variable “t1_”. Se definirá también la variable de activación “t1_ _activacion” para contabilizar exclusivamente los intervalos de tiempo en que haya probetas en el interior de los lotes en construcción. Esta variable de activación valdrá 1 en el caso de que haya probetas en el interior del lote en construcción, y cero en caso contrario. A continuación las probetas pasarán al módulo hold “Cola agrupar_”, donde se irán almacenando las probetas para crear los diferentes lotes. Las probetas se irán almacenando en el lote hasta que se cumpla una de las siguientes condiciones: o

Que no quepa ninguna probeta más en el horno

o

Que haya pasado el tiempo de espera determinado desde la entrada de la primera probeta y no haya ningún lote en cola ni en el interior del horno.

Cumplida una de las condiciones anteriores las probetas se agruparán en el módulo “Agrupar_” para formar una sola entidad, es decir, el lote correspondiente. Este lote o conjunto de probetas agrupadas pasará por el módulo Record “Guardar Porrcentaje ocupacion “, para registrar de forma porcentual el volumen ocupado por los lotes ocupados en el horno. A continuación, los lotes pasarán por el módulo “Reiniciar probetas” para hacer que los valores de las variables “volumen_dentro_” “Contador_”, y “ti_ _activacion” vuelvan a ser cero. Se definirá también el atributo “num_x_lote_” para que , como su propio nombre indica, contabilizar el número de probetas que haya en el lote, y se le asignará también a cada lote un tiempo de curado diferente para cada sellante mediante el atributo “tiempo_curado”. A continuación, el conjunto pasará por el módulo signal “liberar cola_” para dejar salir a las probetas almacenadas en “Cola_”. Las probetas liberadas, volverán a iniciar todo el proceso, regresando al módulo inicial “Cabe_”.

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o

Conjunto de bloques final del submodelo “Curado Probetas”

Fig. 76 Conjunto de bloques final del submodelo “Curado Probetas

Los lotes de probetas completos se irán almacenando en el módulo Hold “Cola Horno”. Los lotes permanecerán almacenados hasta no haya ningún lote curándose ni introduciéndose en el horno. Una vez que se libere un lote para ser curado pasará, antes de llegar al módulo “Curado Sellantes” donde se curará, por los módulos “Actualizar num prob cola Sellantes” y “Tiempo cola final Sellantes”. En el módulo “Actualizar num prob cola Sellantes” se actualizará la variable “num_prob_cola_sellantes” que contabiliza el número de probetas que hay en cola. Se actualizará la variable restándole el número de probetas incluidas en el lote que abandonan la cola y pasan a la cámara climática. En el submodelo “Tiempo cola final tacones” se contabilizará el tiempo en que ha pasado en cola cada una de las probetas incluidas en el lote: o

Submodelo “Tiempo cola final Sellantes”

Fig. 77 Elementos incluidos en “Tiempo cola final tacones

En el interior de este submodelo, se definirá primeramente en el módulo “Var agrupación x lotes Sellantes”, la variable “agrupacion_x_lotes_sellantes” que recogerá el número de probetas almacenadas en el lote para que, cuando se separe el lote en sus diferentes probetas, quede constancia del número de probetas que componen el lote para poder reagruparlas de nuevo más adelante.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

En el módulo “Separacion para contar tiempo Sellantes”, se separará el lote en sus diferentes probetas para que, en el módulo “Activacion tiempo y contar tiempo en cola Sellantes” pueda contabilizarse el tiempo total que ha estado en cola cada una de las probetas por separado. Este intervalo de tiempo será recogido en el módulo Record “Recogida tiempo en cola Sellantes” para que pueda mostrarse en el informe final de la simulación. En el módulo “Activacion tiempo y contar tiempo en cola Sellantes” se ha definido también la variable “Activacion_t_cola_sellantes”, que valdrá 1 cuando pase una probeta y cero en caso contrario. Esta variable permitirá que se visualicen únicamente los intervalos de tiempo en cola de cada probeta, y no los intervalos de tiempo muerto en los que no ha pasado ninguna probeta, y que por tanto no se desea visualizar ni conocer. En el modulo “reiniciar tiempo activacion cola Sellantes”, se volverá a cero la variable “Activacion_t_cola_sellantes” una vez que pase la probeta. El último módulo “Reagrupacion tiempo Sellantes” permitirá volver a reagrupar las probetas en el lote correspondiente para introducirlo en la cámara climática.

Una vez actualizado el número de probetas existentes en cola y contabilizado el tiempo que ha pasado en cola cada una de las probetas que van a ser curadas, se introducirá el lote completo en el horno para proceder al curado del sellante en el módulo “curado Sellantes”. o

Submodelo “curado Sellantes”.

Fig. 78 Elementos incluidos en “curado Sellantes”

El proceso de curado de los sellantes se dividirá en tres bloques para poder diferenciar el tiempo de utilización de los recursos: operarios y horno. En el bloque Seize Delay “Preparar curado sellantes” se simulará el proceso de carga del horno, en el que un operario de sala introducirá el lote de probetas en el horno. En este proceso se utilizarán como recursos tanto al operario como al horno. Una vez que el operario ha introducido el lote completo de probetas se liberará a dicho operario en el módulo Release “Liberar operario sala” para que esté disponible para otras tareas. El instante en el operario de sala quede liberado se registrará en el módulo “t final Operarios sala” mediante la variable “tf_operarios sala”. Será en el módulo Delay Release “curado adhesivo” donde se produzca el curado del adhesivo de las probetas, utilizando como único recurso el horno. Se tomará como

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

recurso el “horno1” y se empleará un tiempo constante que dependerá del sellante a curar y está definido por el atributo “tiempo_curado”.

A la salida del horno se recogerá el número de lotes que han sido curados en el módulo “Contador lotes curado Sellantes”. A continuación se separará el lote curado en sus respectivas probetas en el módulo “Separacion prob Shim” y se contabilizará el número total de probetas curadas en el módulo “Contador Prob curado Sellantes”. Una vez terminado el proceso de curado las probetas volverán a ser ordenadas en el siguiente submodelo “Ordenacion probetas curadas”. El modo de ordenar las probetas se hará según el número de orden de llegada a la sala de curado. o

Submodelo “Ordenacion probetas curadas”.

Fig. 79 Elementos incluidos en el submodelo “Ordenacion probetas curadas”.

Para ordenar las probetas, éstas pasarán inicialmente por el módulo decide “Orden probeta curada”. Las probetas, las cuales poseen un número de orden, pasarán únicamente si su número de orden coincide con la variable “contador_curado” que inicialmente será igual a 1 e irá incrementándose en el módulo Asign “Asig contador_curado”. En caso de que el número de orden de la probeta no coincida con la variable “contador_curado”, la probeta pasará al módulo hold “Cola orden prob curada” hasta ser liberada por la señal generada en el módulo Signal “Liberar cola orden prob curada”.

4.1.12 Medición de las dimensiones de las probetas Las probetas que se hayan terminado de montar y hayan pasado por el proceso de curado térmico (aquellas que necesitaran de un curado del sellante líquido), serán a continuación medidas dimensionalmente en el módulo “Medicion Dimensiones”.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Fig. 80 Módulo “Medicion Dimensiones”

Este módulo simulará la medición dimensional de las probetas utilizando como recurso el “Operario 9” y empleando un tiempo definido por una distribución uniforme con un mínimo de 6 minutos y un máximo de 10 minutos.

4.1.13 Colocación de Extensometría (galgas y extensómetro) Las probetas que finalicen el proceso de medida pasarán a continuación por el módulo Decide “Separacion por extensometria” que, como su propio nombre indica, permitirá seleccionar aquellas probetas a las que, por especificación del cliente, se necesario colocarle un extensómetro y galgas extensométricas. El proceso de colocación de elementos extensométricos se simulará en el submodelo “Colocacion extens”. Mientras que las probetas que no necesiten de la colocación de extensometría seguirán adelante sin sufrir por tanto ninguna modificación ni retraso en el proceso.

Fig. 81 Módulos para simular la colocación de extensometría



Submodelo “Colocación extens”

Fig. 82 Elementos incluidos en el submodelo “Colocación extens”

Los tres primeros módulos del submodelo “Asig orden extensometria”, “Separacion 1ª prob extens” y “Asig t inicial extens” se utilizarán para contabilizar el instante de tiempo en que se colocará la extensometría a la primera probeta.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

La simulación del proceso de colocación de la extensometría se realizará en el módulo “Colocación extensometria”. Se utilizará como recurso el operario especializado y encargado de colocar los elementos extensométricos definido en el modelo de simulación como “Operario 12”. Y se empleará un tiempo definido por una distribución normal de media 120 minutos y desviación típica 12 minutos. A continuación de este módulo se recogerá el intervalo de tiempo total desde que se le coloca la extensometría a la primera probeta, hasta que se le coloca la extensometría a la última probeta mediante la varible “tf_operario 12” recogida en el módulo “Asig intervalo de tiempo extens”.

4.1.14 Acondicionamiento Térmico Por especificación del cliente, habrá una serie de probetas que deberán ser sometidas a un acondicionamiento térmico durante 7 días a 90 ºC de temperatura.

Fig. 83 Simulación del Acondicionamiento Térmico

Para seleccionar las probetas que serán sometidas al acondicionamiento térmico se utilizará el módulo Decide “Separacion por Acond Term”. Las probetas que vayan a ser acondicionadas pasarán del módulo Route “Env Horno Acond” al módulo Station “Horno Acondicionamiento” para poder visualizar durante la animación el movimiento de las probetas. La simulación del proceso de acondicionamiento se realizará en el módulo “Acond Term” que se detallará a continuación. 

Submodelo “Acond Term”

Como ocurría en los procesos anteriores en los que se necesitaba utilizar una cámara climática, a la hora de introducir las probetas en la cámara climática destinada al acondicionamiento térmico, habrá buscar una solución de compromiso entre minimizar el gasto energético, y minimizar el tiempo de duración del proceso. Habrá que considerar, por tanto, el tamaño de las probetas y el volumen de la cámara climática para introducir de forma simultánea el mayor número posibles

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

de dichas probetas. Las probetas que recibirán el acondicionamiento térmico tendrán todas de las mismas dimensiones con un espesor de 6.10 mm y una longitud de 327 mm. Considerando la capacidad del horno, las dimensiones de las probetas y que las probetas estén suficientemente espaciadas en el interior de la cámara climática para que el acondicionamiento sea efectivo, el número de probetas que podrán acondicionarse simultáneamente es de 20 probetas. Siendo 22 el número total de probetas a acondicionar. Por tanto, a partir del número máximo de probetas que caben en el horno de acondicionamiento, se definirá, como se hizo anteriormente, una unidad de volumen para ajustar porcentualmente el volumen de las probetas a introducir en el horno. Dimensionando el volumen útil de la cámara climática a 60 u.v. (unidades de volumen), el volumen ocupado por cada una de las probetas será de 3 u.v.

Fig. 84 Elementos incluidos en el submodelo “Acond Term”

Las probetas que van llegando a la cámara climática se agruparán primeramente en lotes. Se considerará que un lote está completo cuando alcance un volumen tal que no quepa ninguna probeta más en el horno, o haya pasado un tiempo determinado desde la entrada de la primera probeta en el lote, siempre y cuando no esté curándose ningún lote en la cámara climática y no haya ningún lote esperando a ser curado. El tiempo de espera para completar un lote de probetas se tomará como una variable de control que pretende optimizarse. Para tener un control de la cola real del proceso de curado habrá que contabilizar los lotes de probetas que están esperando para ser curados, las probetas introducidas en el lote en construcción y las probetas que no hayan cabido por su mayor tamaño en el lote en construcción. Es decir, deberán contabilizarse todas las probetas desde su llegada a la sala de acondicionamiento, hasta que comienza el acondicionamiento de las probetas. Para contabilizar el número de probetas que hay en cola, y el tiempo de espera de cada probeta se definirán la variable “num_prob_cola_Acond” y el atributo “t_inicio_Acond” respectivamente.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Al entrar las probetas en el submodelo “Acond Term”, pasarán primeramente por el módulo Assign “Asig num prob y tiempo inicial cola Acond” donde se contabilizarán el número de probetas que entran en la sala de curado, y el instante de tiempo en que entra cada probeta. Se asignará también en este módulo el atributo “num_orden_acond” para asignarle un número de orden a las probetas que llegan a la sala de acondicionamiento para poder ordenarlas a la salida. A continuación en el módulo Process “Colocar prob_acond”, se simulará el proceso de colocación de las probetas en lotes por parte de los operarios de sala. El módulo Decide “Horno2 lleno” permitirá separar las probetas que caben en el lote en construcción de las que no. En el caso de que la probeta tenga un volumen mayor del espacio disponible en el lote, pasará a ser almacenada en el módulo hold “Cola horno2” hasta que se comience a crear un nuevo lote y se libere este módulo “Cola horno2”. Las probetas que quepan en el lote en construcción seguirán adelante pasando a continuación por el módulo “Contador probetas dentro2” donde se contabilizará el numero de probetas en el interior del lote y el volumen ocupado por éstas mediante las variables contador_horno2” y “volumen_dentro2” respectivamente. Pasado el módulo “Contador probetas dentro2”, las probetas se encontrarán un nuevo módulo decide llamado “Primera probeta2”, que separará a la primera probeta introducida en el horno para contabilizar en el módulo “contador tiempo2” el instante de entrada de la primera probeta mediante la variable “t2”. A continuación las probetas pasarán al módulo hold “Cola_horno2”, donde se irán almacenando las probetas para crear los diferentes lotes. Las probetas se irán almacenando en el lote hasta que se cumpla una de las siguientes condiciones: o

Que no quepa ninguna probeta más en el horno

o

Que haya pasado el tiempo de espera especificado desde la entrada de la primera probeta y no haya ningún lote en cola ni en el interior del horno.

o

Que hayan entrado ya las 22 probetas que necesitan el acondicionamiento.

Cumplida una de las condiciones anteriores las probetas se agruparán en el módulo “Agrupar antes del horno2” para formar una sola entidad, es decir, el lote correspondiente. Este lote o conjunto de probetas agrupadas pasará por el módulo “Reiniciar contador probetas dentro2” para hacer que los valores de las variables “volumen_dentro2” y “Contador_horno2” vuelvan a ser cero. Se definirá también el atributo “num_x_lote_acond” para, como su propio nombre indica, contabilizar el número de probetas que haya en el lote. A continuación, el conjunto pasará por el módulo Record “Guardar Porcentaje ocupacion acond” para registrar el volumen relativo de forma porcentual de los lotes creados respecto a la capacidad del horno2. Seguidamente

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

los lotes pasrán por el módulo signal “liberar horno2” para dejar salir a las probetas almacenadas en “Cola horno2”. Las probetas liberadas, volverán a iniciar todo el proceso, regresando al módulo “Horno2 lleno”. Las probetas agrupadas en lotes, por su parte, pasarán a continuación al módulo Hold “Cola2_horno2” donde se almacenarán los lotes creados. Los lotes permanecerán almacenados hasta que no haya ningún lote acondicionándose ni introduciéndose en el horno. Una vez que se libere un lote para ser curado pasará, antes de llegar al módulo “Acond Termico” donde se curará, por los módulos “Actualizar num prob cola Acond” y “Tiempo cola final Acond”. En el módulo “Actualizar num prob cola Acond” se actualizará la variable “num_prob_cola_Acond” que contabiliza el número de probetas que hay en cola. Se actualizará la variable restándole el número de probetas incluidas en el lote que abandonan la cola y pasan a la cámara climática. En el submodelo “Tiempo cola final Acond” se contabilizará el tiempo que ha estado en cola cada una de las probetas incluidas en el lote: o

Submodelo “Tiempo cola final Acond”

Fig. 85 Elementos incluidos en “Tiempo cola final tacones

En el interior de este submodelo, se definirá primeramente en el módulo “Var agrupación x lotes Acond”, la variable “agrupacion_x_lotes_Acond” que recogerá el número de probetas almacenadas en el lote para que, cuando se separe el lote en sus diferentes probetas, quede constancia del número de probetas que componen el lote para poder reagruparlas de nuevo más adelante. En el módulo “Separacion para contar tiempo Acond”, se separará el lote en sus diferentes probetas para que, en el módulo “Activacion tiempo y contar tiempo en cola Acond” pueda contabilizarse el tiempo total que ha estado en cola cada una de las probetas por separado. Este intervalo de tiempo será recogido en el módulo Record “Recogida tiempo en cola Acond” para que pueda mostrarse en el informe final de la simulación. En el módulo “Activacion tiempo y contar tiempo en cola Acond” se ha definido también la variable “Activacion_t_cola_Acond”, que valdrá 1 cuando pase una

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

probeta y cero en caso contrario. Esta variable permitirá que se visualicen únicamente los intervalos de tiempo en cola de cada probeta, y no los intervalos de tiempo muerto en los que no ha pasado ninguna probeta, y que por tanto no se desea visualizar ni conocer. En el modulo “reiniciar tiempo activacion cola tacones”, se volverá a cero la variable “Activacion_t_cola_Acond” una vez que pase la probeta. El último módulo “Reagrupacion tiempo Acond” permitirá volver a reagrupar las probetas en el lote correspondiente para introducirlo en la cámara climática.

Una vez actualizado el número de probetas existentes en cola y contabilizar el tiempo que ha pasado en cola cada una de las probetas que van a ser curadas, se introducirá el lote completo en el horno para proceder al acondicionamiento térmico en el módulo “Acond Termico”, que se detallará a continuación. o

Submodelo “Acond Termico”

Fig. 86 Elementos incluidos en “Acond Termico”

El proceso de curado del adhesivo se dividirá en tres bloques para poder diferenciar el tiempo de utilización de los recursos: operarios y horno. En el bloque Seize Delay “Preparar Acondicionamiento” se simulará el proceso de carga del horno, en el que un operario de sala introducirá el lote de probetas en el horno. En este proceso se utilizarán como recursos tanto al operario como al horno. Una vez que el operario ha introducido el lote completo de probetas se liberará a dicho operario en el módulo Release “Liberar a operarios sala” para que esté disponible para otras tareas. El instante en que se libere este operario se registrará en el módulo “t final acond Operarios sala” mediante la variable “tf_operarios sala”. Será en el módulo Delay Release “Acondicionamineto” donde se produzca el acondicionamiento de las probetas, utilizando como único recurso el horno. Se tomará como recurso el “horno2” y se empleará un tiempo constante de 7 días para realizar el proceso.

A la salida del horno se recogerá en el módulo “Contar lotes Acond”, el número de lotes que han sido curados. A continuación se separará el lote curado en sus respectivas probetas en el módulo “Separacion desp acond” y se contabilizará el número total de probetas curadas en el módulo “Contar prob Acond”. Una vez terminado el proceso de acondicionado, las probetas volverán a ser ordenadas en el “Ordenacion probetas Acondicionadas”. Las probetas se ordenarán según el número de orden de entrada a la sala de acondicionamiento definido por

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

el atributo “num_orden_acond”. La ordenación se ordenará del mismo modo que se realizaron las ordenaciones anteriores. o

Submodelo “Ordenacion despues del horno”.

Fig. 87 Elementos incluidos en el submodelo “Ordenacion despues del horno”.

Para ordenar las probetas, éstas pasarán inicialmente por el módulo decide “Orden probeta Acondicionada”. Las probetas, las cuales poseen un número de orden, pasarán únicamente si su número de orden coincide con la variable “contador_acond” que inicialmente será igual a 1 e irá incrementándose en el módulo Asign “Asig contador_acond”. En caso de que el número de orden de la probeta no coincida con la variable “contador_acond”, la probeta pasará al módulo hold “Cola orden prob acond” hasta ser liberada por la señal generada en el módulo signal “Liberar cola orden prob acond”.

4.1.15 Ensayo Los ensayos a efectuar a las probetas en estudio podrán ser de dos tipos como se ha comentado con anterioridad en numerosas ocasiones. Estos ensayos podrán ser de tracción estática o tracción a fatiga. Es importante recordar que para la realización de los ensayos a fatiga de cada probeta es necesario haber realizado anteriormente el conjunto de ensayos de tracción estática de las probetas relacionas con dichas probetas de fatiga. Estos ensayos de tracción estática será necesario efectuarlos con anterioridad a sus respectivos de fatiga ya que la carga límite a la que estarán sometidas las probetas durante los ciclos de fatiga será el 40% del valor de la media de la carga de rotura de las probetas sometidas a tracción estática correspondientes. Dependiendo de las características definidas para cada probeta, y en concreto de la secuencia de movimientos asignada, estas probetas llegarán, en el modelo de simulación, a los módulos Station “Ensayo Est” o “Ensayo Fat” en función del tipo de ensayo a realizar. El modelado de dichos ensayos se describirá a continuación

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Fig. 88 Módulos empleados para la simulación del ensayo de las probetas



Ensayo estático:

Las probetas de ensayo estático llegarán al módulo “Ensayo Est” para pasar al bloque “Ensayo_Estatico” donde se simulará el ensayo. El proceso de ensayo constará de dos partes como detallará a continuación, una primera en la que el operario colocará la probeta en la máquina de ensayo y una segunda parte en la que se efectuará el ensayo propiamente dicho. o

Submodelo “Ensayo_Estatico”

Fig. 89 Elementos para la realización del ensayo estático

Como se ha comentado, inicialmente se realizará una preparación del ensayo en la que el operario, definido en el modelo como “Operario 13”, colocará la probeta en la máquina de ensayo. Esta operación se simulará mediante el módulo SeizeDelay “Preparacion ensayo Estatico”, en la que se utilizarán como recursos el “Operario 13” y la máquina de ensayo estático definida como “maq_ensayo est”. Para esta operación se empleará un tiempo de distribución normal con media 8 minutos y desviación típica 1.2 minutos. En el siguiente módulo Realease “Liberar Operario 13” se liberará de sus funciones al operario encargado del ensayo, que no estará activo mientras la máquina realiza el ensayo. Para registrar el instante de tiempo en que el operario 13 realizará el último ensayo estático se colocará a continuación el módulo “t final operario 13” que registrará el instante de tiempo mencionado mediante la variable “tf_operario 13”.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

La simulación del ensayo propiamente dicho se realizará en el módulo DelayRealease “Ensayo Estatico”. El ensayo tendrá un tiempo de duración que se corresponderá una distribución normal de media 15 minutos y desviación típica 6 minutos, utilizando como único recurso la máquina de ensayo estático.

Una vez efectuado el ensayo estático, las probetas pasarán por el módulo Decide “Separación relación fatiga”, que permitirá separar aquellas probetas cuyo resultado del ensayo estático sea utilizado como dato para la realización de los ensayos a fatiga de las probetas correspondientes. Al separar estas probetas, se les hará una réplica mediante el módulo “Duplicado”. Después de haber hecho el duplicado, la probeta seguirá su curso mientras que su réplica pasará al módulo Batch “Union resultados para fatiga”. Este módulo permitirá unir en una sola entidad el conjunto de replicas que contienen los resultados que permitirán el ensayo de las probetas de fatiga correspondientes. La unión se producirá una vez que se haya obtenido el resultado de la última probeta del conjunto que permite el ensayo de las correspondientes probetas de fatiga. Cada conjunto de replicas podrá tener un tamaño diferente. Dicho tamaño será una información aportada de antemano durante la lectura de datos mediante el atributo “num_probetas”, y que será utilizar para la unión en el módulo Batch “Union resultados para fatiga”. Una vez constituido el conjunto de replicas que permite el ensayo de las probetas a fatiga correspondientes, dicho conjunto pasará al módulo Match “sincronizar Estatica Fatiga” donde permanecerá hasta el final ya que la salida de este módulo está conectada a la entrada del mismo. Se ha elegido esta opción debido a que no existe una sola probeta de fatiga que necesite los datos proporcionados por el conjunto de réplicas y que pueda sincronizarse con la llegada de dicho conjunto de réplicas. De esta forma el módulo “sincronizar Estatica Fatiga”, servirá como soporte de información para indicarle a la probeta de fatiga correspondiente si se ha realizado o no el conjunto de ensayos estáticos necesarios para poder realizar el ensayo a fatiga de dicha probeta.



Ensayo a fatiga:

Las probetas que lleguen al módulo Station “Ensayo Fat”, para que sean sometidas al ensayo de tracción a fatiga pasarán inicialmente por el módulo Match “sincronizar Estatica Fatiga” anteriormente citado. En este módulo las probetas recibirán información sobre si se han efectuado o no el conjunto de ensayos estáticos necesarios para obtener los datos que permitan el ensayo de la citada probeta de ensayo a fatiga.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

En el caso de que el ensayo a fatiga de la probeta pueda realizarse, pasará al módulo Decide “Envio 55C Fatiga” para separar aquellas probetas que serán enviadas a un laboratorio externo para que puedan ser ensayadas. Las probetas que sí puedan ensayarse en las instalaciones de la empresa, pasarán al submodelo “Ensayo_Fatiga” que se detallará a continuación: o

Submodelo “Ensayo_Fatiga”

Fig. 90 Elementos para el ensayo a fatiga

Para simular el ensayo de tracción a fatiga, las probetas pasará inicialmente por el módulo SeizeDelay “Preparar ensayo fatiga”, en el que se considerará el intervalo de tiempo empleado por el operario en colocar la probeta en la máquina de ensayo a fatiga y preparar el ensayo. En este primer módulo se emplearán como recursos tanto el operario encargado de la máquina a fatiga como la propia máquina a fatiga, que estarán definidos en el modelo de simulación como “Operario 14” y “maq_fatiga” respectivamente. El tiempo empleado en preparar el ensayo a fatiga seguirá una distribución normal de media 10 minutos y desviación típica 1.2 minutos. A continuación, en el módulo Release “liberar Operario 14”, se liberará al operario encargado del ensayo a fatiga, que no estará pendiente del ensayo durante la duración del mismo. Para registrar el instante de tiempo en que el operario 14 realizará el último ensayo a fatiga se colocará a continuación el módulo “t final operario 14” que recogerá el instante de tiempo mencionado mediante la variable “tf_operario 14”. El ensayo a fatiga propiamente dicho, será simulado en el módulo DelayRelease “Ensayo fatiga”. Este proceso tendrá una duración fija de 3 días por cada probeta para poder aplicar el millón de ciclos definidos para la realización del ensayo, y utilizará como único recurso la máquina de ensayo a fatiga “maq_fatiga”.

4.1.16 Envío de probetas a un laboratorio externo Debido a limitaciones propias de la empresa, no podrá realizarse el ensayo de las probetas a fatiga a -55ºC. Por este motivo, las 18 probetas que deberán ser sometidas a este tipo de ensayo deberán enviarse a un laboratorio externo que cuente con las instalaciones adecuadas para realizar este tipo de ensayo. En la simulación del proceso, las probetas de ensayo a fatiga a -55ºC serán separadas del resto de probetas en el módulo Decide “Envio 55C Fatiga”. Estas

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

probetas serán a continuación agrupadas en el módulo “Agrupacion 55C fatiga” de modo que todas las probetas sean enviadas en una sola partida con motivo de reducir los costes del envío.

Fig. 91 Módulos para el envío de probetas al laboratorio externo

La simulación del envío de estas probetas se realizará mediante el módulo Route “Envio externo 55C Fatiga”, tardando en recepcionar las probetas 90 días desde su envío. Pasados los 90 días, se simulará la recepción de la partida de probetas envidas mediante el módulo Route “Recepcion 55C Fatiga”, y a continuación, el lote de probetas recibido será separado en las difrentes probetas mediante el módulo “Separacion 55C fatiga”. Una vez separado el lote recibido del laboratorio externo en las correspondientes probetas, éstas se incorporarán al proceso normal seguido por el resto de probetas

Fig. 92 Módulos para la recepción de las probetas enviadas al laboratorio externo

Las probetas que puedan ensayarse en la empresa pasarán como se vio anteriormente al submodelo “Ensayo_fatiga”.

4.1.17 Realización de fotografías A todas las probetas que hayan sido previamente ensayadas, se les realizarán una serie de fotografías para registrar el estado en que hayan quedado al términos de los respectivos ensayos. La simulación de este proceso de obtención de fotografías se hará mediante el submodelo “Hacer fotografías”.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Fig.93 Módulo “Hacer fotografías



Submodelo “Hacer fotografías”

Fig. 94 Elementos del submodelo “Hacer fotografías”

La simulación de la obtención de fotografías se realizará en el módulo “fotografías”, empleando un tiempo de distribución normal de media 5 minutos y desviación típica 2 minutos, y utilizando como recurso el “operario 9”. En el siguiente módulo “t final fotografías operario 9” se registrará el instante de tiempo en que el operario dejará de estar en activo mediante la variable “tf_operario 9”.

4.1.18 Test de tensión Residual Todas las probetas, una vez que se le hayan sacado las fotografías pertinentes, pasarán por el submodelo “Test tension residual”.

Fig. 95 Módulo “Test tension residual”



Submodelo “Test tension residual”

Las probetas que hayan sido sometidas al ensayo de fatiga y esté definido en la especificación de cada probeta que deban ser sometidas al test de tensión residual será separadas del resto mediante el módulo Decide “Tens Residual”. A continuación estas probetas pasarán al módulo “Tension residual”, donde se simulará el test de tensión residual, utilizando como recursos el equipo de tensión residual y uno de los operarios de ultrasonidos, empleando un tiempo de

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

operación definido por distribución normal de media 15 minutos y desviación típica 2 minutos.

Fig. 96 Elementos del submodelo “Test tension residual”

Al finalizar el último test de tensión residual, se registrará el instante de tiempo en que el operario de ultrasonidos quede inactivo en el módulo “t final tens res operario ultrasonidos” mediante la variable “tf_operario ultrasonidos”.

4.1.19 Investigación microscópica Todas las probetas, al salir de módulo “Test tension residual”, pasarán por el submodelo “Investigacion microscópica” que se detallará a continuación.

Fig. 97 Módulo “Investigacion microscopica”



Submodelo “Investigacion microscópica”

Al entrar las probetas en este submodelo, se separarán mediante el módulo Decide “Inves_microscopica aquellas probetas a las que sea necesario realizarles una investigación microscópica.

Fig. 98 Elementos del submodelo “Investigacion microscópica”

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

El proceso de Investigación microscópica se simulará mediante el módulo “Inves microscópica”, empleando un tiempo definido por una distribución normal de media 150 minutos y desviación típica 20 minutos. Se utilizarán como recursos un microscopio óptico, definido en el modelo como “microscopio”, y el operario 9. El instante de tiempo en que el operario 9 quede inactivo se registrarán mediante la variable “tf_operario 9” recogida en el módulo “t final microscopio operario 9”.

4.1.20 Registro de resultados Al inicio de la simulación se creará una entidad en el módulo “Elemento para lectura de datos” que quedará a la espera de que las 241 probetas hayan pasado por todos los procesos necesarios en el módulo Hold “Cola Resultados”. Para identificar que todas las probetas han pasado todos los procesos se colocará el módulo “Asignacion contador salida de datos” en el que se recoge la variable “Contador_salida_datos” que se irá incrementando a medida que las probetas pasan por este módulo, hasta finalizar la secuencia en el módulo Dipose “Almacen probetas ensayadas.

Fig. 99 Módulo para la recogida de datos

Fig. 100 Módulos finales de la secuencia de procesos seguidos por las probetas

En el momento que la variable “Contador_salida_datos” sea igual a 241 se liberará la entidad almacenada en “Cola Resultados“, pasando al submodelo “Salida de resultados donde recogerán los resultados de la simulación requeridos. 

Submodelo “Salida de Resultados”.

El submodelo “Salida de resultados” estará formado por 3 bloques. En el primero de ellos, “Resultados Procesos” se recogerán los resultados referentes a los procesos realizados. En el segundo módulo “Resultados Recursos” se recogerán los resultados referentes a los recursos utilizados durante todo el proceso, y en el último bloque “Variable final”, se creará la variable “var_final” que registrará el

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

instante de tiempo en el que todo el proceso ha finalizado para que sea utilizado como “Terminating Condition”, es decir como condición de finalización de la simulación, por la herramienta de simulación de Arena para detener la simulación.

Fig. 101 Elementos incluidos en el submodelo “Salida de Resultados

En el caso de que no se añadiera esta variable, la simulación entraría en un bucle infinito, ya que la capacidad de los operarios se ha definido de forma cíclica en un horario de 8 horas durante 5 días a la semana. 

Submodelo “Resultados Procesos”.

En el interior de sete submodelo se recogerán los resultados referentes a los números medio y máximo de probetas que estarán en cola de los diferentes procesos, los tiempo medio y máximo que pasan las probetas en dichas colas, el número de probetas y/o lotes que realizan un determinado proceso, y el tiempo total de duración del proyecto. Estos resultados serán incorporados a la hoja Excel creada para mostrar los resultados de la simulación.

Fig. 102 Elementos para la recogida de resultados de los procesos



Submodelo “Resultados Recursos”.

En el interior de este submodelo se recogerá el tiempo medio de utilización de cada recurso, el tiempo total de utilización de cada recurso y el porcentaje de utilización de éstos recursos respecto al tiempo total del proyecto. Adicionalmente, para los recursos referidos a los distintos operarios, se recogerá el intervalo de tiempo comprendido entre el inicio de la simulación y el instante en que dicho operario quede inactivo. Se hará la excepción del operario 12, que al estar activo muy poco tiempo, sólo se recogerá el periodo de tiempo desde que este operario está por primera vez activo hasta que pasa a estar

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inactivo. En los módulos referentes a los diferentes operarios se recogerá también el porcentaje relativo de utilización respecto al intervalo de tiempo que finaliza cuando el operario pasa a estar inactivo. . Estos resultados serán incorporados a la hoja Excel creada para mostrar los resultados de la simulación.

Fig. 103 Módulos para la recogida de resultados referentes a los recursos

4.1.21 Resumen de los recursos asignados A modo de clarificar la distribución de recursos asignados, se ha construido la siguiente tabla en la que se muestran los recursos necesarios, tanto máquinas como humanos, para la realización de cada proceso.

Tabla 12: Resumen de los recursos asignados

Los recursos humanos tendrán una capacidad basada en un horario de 8 horas durante 5 días a la semana, es decir, de lunes a viernes.

101

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

4.2 Animación del modelo Una herramienta de tremenda utilidad que ofrece el soporte informático Arena 7.0 es la posibilidad de generar un entorno gráfico que permita visualizar la simulación del proceso mediante una animación del mismo. Esta animación es una herramienta de gran potencia ya que permitirá comprobar el estado en el que se encuentra el proyecto en cada instante. Se podrán visualizar todos los flujos de piezas en sus diferentes recorridos durante todo el proceso, comprobar el tamaño de las diferentes colas generadas, observar el nivel de ocupación de los distintos recursos utilizados, ya sean personal de la empresa o máquinas, etc. Se podrá además ver cómo evoluciona el proyecto en sus diferentes etapas, detectando aglomeraciones en determinados procesos que se encuentren saturados, permitiendo actuar para lograr una distribución más homogénea de las operaciones. En definitiva, la animación del modelo de simulación permitirá observar el desarrollo del proyecto y su evolución durante todo el proceso permitiendo detectar anomalías e irregularidades además de posibilitar la toma de decisiones para optimizar el comportamiento del mismo.

Fig. 104 Animación de la simulación

Todos los movimientos seguidos por los paneles y probetas en sus diferentes recorridos han sido generados mediantes módulos Route y Station ya que al ser elementos pequeños y muy ligeros no necesitan de un sistema especial de transporte.

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En la animación mostrada en la figura, podrán observarse las colas de paneles o probetas, bien en las estanterías dispuestas o en el entorno de las máquinas o puestos de trabajo donde se realizan las diferentes tareas. Los operarios serán mostrados en la animación en el caso de que se encuentren realizando alguna tarea. Los periodos de tiempo en los que los operarios se encuentren libres, permanecerán ocultos en la animación. Por su parte, las máquinas o puestos de trabajo de se encuentren en proceso, mostrarán un círculo rojo en su parte superior derecha. En caso de que dichas máquina o puestos de trabajo se encuentre inactivos, el color del círculo incorporado a cada estación de trabajo será verde. Se han incorporado además gráficos que permitirán observar el nivel del volumen de los lotes de probetas que serán introducidos en los dos hornos o cámaras climáticas disponibles.

4.3 Modo de presentar los resultados. El fin último de la simulación del proceso es la visualización de los resultados obtenidos al término de la misma, lo cual permitirá su análisis y la toma de decisiones pertinentes. Para la visualización de los resultados, Arena 7.0 incluye una serie de hojas contenidas en el mismo entorno gráfico dónde se construyeron el modelo y la animación. Estas hojas pueden ser mostradas en pantalla al finalizar la simulación simplemente pulsando el botón que aparece automáticamente al concluir dicha simulación. Sin embargo, la información mostrada en estas hojas no es en absoluto clara ni manejable, máxime cuando el número de procesos, colas y recursos es muy elevado. Por tanto, dada la gran incomodidad en el manejo de los resultados de la simulación que ofrece el programa, se decidió utilizar otra herramienta de gran potencia que brinda Arena 7.0. Esta herramienta consiste en la exportación de la información deseada a una hoja Excel de forma automática. Una vez exportados los resultados deseados, éstos podrán ser manejados fácilmente e incluso realizar cálculos sobre los mismos de forma muy sencilla. Otra de las opciones de tremenda utilidad que ofrece Arena 7.0 es la posibilidad de construir gráficas en el mismo entorno gráfico del modelo y de la animación de forma muy sencilla para estudiar el comportamiento de cualquier variable a lo largo del tiempo.

103

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Por tanto, a la vista de las opciones disponibles, se optó por mostrar los resultados obtenidos de forma numérica mediante su exportación a una hoja Excel, y de forma visual mediante la representación de gráficas en Arena. La forma en que mostrarán los resultados se detalla a continuación: 

Hoja Excel

En la hoja Excel donde se exportarán los resultados de la simulación se incluirán tres tablas. En la primera de ellas se mostrará el tiempo total de simulación. En la segunda tabla se mostrarán los resultados correspondientes a los procesos que intervienen en el proyecto. Mientras que en la tercera tabla se mostrarán los resultados correspondientes a los recursos utilizados en los diferentes procesos. Estos recursos se diferenciarán en recursos máquinas o personal de la empresa. o

Tiempo total de la simulación: El tiempo total de la simulación es el principal parámetro a considerar y se mostrará en dos diferentes formatos tal como aparece en la figura 99. Uno de los formatos será en horas, y el otro en meses, días y horas.

Fig. 105 Forma de mostrar el tiempo total del proceso o

Tabla de procesos: La información mostrada en la tabla de procesos para cada uno de los procesos realizados será por este orden: o

Número medio de especímenes (paneles o probetas) en cola.

o

Número máximo de especímenes (paneles o probetas) en cola.

o

Tiempo medio que permanecen los especímenes en la cola de cada proceso..

o

Tiempo máximo que permanecen los especímenes en la cola de cada proceso.

o

Número de elementos que finalizan cada un proceso.

o

Número de lotes que finalizan ciertos procesos.

o

Porcentaje de ocupación de los lotes en el interior de las cámaras climáticas utilizadas en los procesos de curado y acondicionamiento térmico.

104

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Fig. 106 Forma de presentar lo resultados relativos a los procesos realizados o

Tabla de recursos En la tabla de recursos se mostrará tanto para los recursos máquina como para el personal de la empresa: o

Tiempo medio de utilización

o

Tiempo total de utilización

o

Porcentaje de utilización respecto al tiempo final del proyecto.

Adicionalmente para los recursos de personal se mostrará: o

Tiempo final de utilización, que es el instante de tiempo en que dicho recurso dejará de ser utilizado. En el caso del operario 12 se hará una excepción, ya que dicho operario se dedicará exclusivamente a la colocación de la extensometría, estando ocupado durante un espacio de tiempo muy limitado. En el caso de este operario, en vez del tiempo final de utilización, se mostrará el intervalo de tiempo durante el cual el operario estará operativo.

o

Porcentaje relativo de utilización, que se definirá como el tiempo total de utilización del recurso dividido entre el intervalo de tiempo comprendido entre el inicio del proyecto y el instante de tiempo en que el operario dejará de ser utilizado.

105

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Fig. 107 Forma de presentar los resultados relativos a los recursos

Tanto en la tabla de procesos como en la de recursos se generará un código de colores mediante una escala de rojo para las celdas que contienen los 5 valores mayores, siendo el color más intenso a medida que el valor es mayor. 

Gráficas en Arena

Como se indicó anteriormente, los resultados, además de ser presentados en forma de tablas, se mostrarán de forma visual mediante la representación de gráficas en Arena. Estos gráficos se agruparán en tres grupos: o

Procesos: En este primer grupo se representará el periodo de tiempo en que se desarrollará cada proceso a lo largo del proyecto.

o

Colas: En este grupo se representará la evolución de las colas generadas en cada uno de los procesos.

o

Recursos. En este último grupo de gráficas se mostrará el número de recursos y el periodo de tiempo que estos recursos estarán ocupados a lo largo del proyecto. Este conjunto de gráficas estará a su vez dividido en dos grupos, uno de ellos estará dedicado a los recursos máquina, y el otro a los recursos de personal.

Los resultados que serán mostrados de forma gráfica según los diferentes grupos tal como puede observarse en la figura 102, se muestran de forma ordenada en la siguiente tabla:

106

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Tabla 13: Resultados mostrados gráficamente

Fig. 108 Forma de presentar los resultados en forma de gráficas

107

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

El modelo de simulación realizado permitirá evaluar el sistema y analizar su evolución ante la variación de diversos factores. Para optimizar el comportamiento del sistema, se diseñarán una serie experimentos que contemplan la variación de una serie de parámetros que a priori se presupone que afectarán en gran medida al tiempo total de duración del proyecto, al consumo energético y al uso de los recursos disponibles, los cuales se pretenden minimizar. El objetivo principal del proyecto será, por tanto, encontrar una solución de compromiso entre minimizar el tiempo de duración del proyecto y disminuir al máximo posible tanto el consumo energético como el uso de recursos. Para ello se tomarán una serie de parámetros de control, que se irán modificando durante los diferentes experimentos a realizar hasta encontrar la solución óptima deseada. Los parámetros de control elegidos serán: o

Secuenciación de órdenes de operaciones.

o

Tiempos máximos de espera para la creación de los diferentes lotes de probetas que se introducirán en las dos cámaras climáticas existentes durante las operaciones de curado y acondicionamiento térmico.

o

Número de recursos humanos utilizados.

Para estudiar el comportamiento del sistema ante la variación de los parámetros de control se realizaron multitud de experimentos obteniéndose una serie de resultados muy positivos a los cuales se pueden llegar mediante la realización de 4 tipos de experimentos que se detallarán a continuación.

5.1 1er experimento: Aleatoriedad en la secuenciación. El primero de los experimentos diseñados consistirá en una simulación en la que se considerará una secuenciación de operaciones completamente aleatoria para obtener un patrón de medida sobre el cual poder comparar las posibles mejoras introducidas posteriormente. En la elección del orden en que se irán fabricando y ensayando las diferentes probetas en estudio no se tendrá en cuenta ninguna de las múltiples características que poseen las diferentes probetas como

108

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

pueden ser: panel al que pertenecen, configuración, tipo de sellante aplicado, tipo de ensayo a realizar, etc. Se considerará que los tiempos máximos de espera para la creación de los lotes introducidos en las cámaras climáticas sean de 30 minutos en las 3 operaciones posibles: curado del adhesivo de los tacones, curado del sellante líquido aplicado a algunas probetas, y acondicionamiento térmico de una serie de probetas. Se hará además uso de todos los recursos humanos disponibles, que son: o

2 operarios de sala.

o

5 operarios de mecanizado.

o

Un operario especializado de mecanizado.

o

Un operario encargado de mediciones y otras diversas tareas.

o

2 operarios de ultrasonidos

o

Un operario especialista en extensometría.

o

Un operario encargado de los ensayos estáticos.

o

Un operario encargado de los ensayos a fatiga.

5.2 2º experimento: Secuenciación ordenada En el segundo experimento se estudiará el modo en que afecta la secuenciación de operaciones al comportamiento global del sistema. Se harán diferentes ordenaciones de las probetas en estudio hasta hallar la secuencia idónea que permitirá optimizar el comportamiento del sistema. En este segundo experimento se mantendrán fijos los tiempos de espera y el uso de los recursos considerados en el primer experimento.

5.3 3er experimento: Variación de los tiempos de espera. En este tercer experimento se mantendrá la misma secuenciación de operaciones considerada en el experimento anterior por considerarse óptima, como se verá en el análisis de resultados. El uso de los recursos también se mantendrá respecto a los experimentos anteriores. Los únicos parámetros que variarán en este experimento serán los tiempos máximos de espera que afectarán a los diferentes lotes de probetas antes de ser

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

introducidos en las cámaras climáticas para realizar el curado del adhesivo de los tacones, el curado de los sellantes líquidos aplicados a las probetas, o el acondicionamiento térmico de las probetas. Se realizarán diversos ensayos hasta encontrar la solución óptima que permita reducir lo máximo posible el consumo energético de las cámaras térmicas en detrimento de aumentar lo mínimo posible el tiempo total de finalización del proyecto.

5.4 4º experimento: Variación del número de recursos humanos. En este último experimento se mantendrán la secuenciación de operaciones y los tiempos de espera empleados en el 3er experimento, los cuales se considerarán óptimos a tenor de los resultados obtenidos. El objetivo de este experimento será optimizar el número de recursos humanos a utilizar aprovechando el último margen posible de mejora del sistema.

110

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Los experimentos que fueron definidos en el apartado anterior serán simulados en el presente capítulo para visualizar y analizar los resultados correspondientes.

6.1 Análisis del 1er experimento: Aleatoriedad en la secuenciación. Tal como se definió el experimento, los parámetros de control considerados serán los siguientes: o

Secuenciación: Aleatoria.

o

Tiempos máximos de espera:

o

o

Tiempo de espera en el curado de adhesivos: 30 minutos.

o

Tiempo de espera en el curado de sellantes: 30 minutos.

o

Tiempo de espera en el acondicionamiento térmico: 30 minutos.

Uso de los recursos humanos: Completo.

6.1.1 Presentación de resultados del 1er experimento Una vez definidos los parámetros de control, se realizará la simulación del proceso, obteniéndose los siguientes resultados: o

Tiempo total del proceso del 1er experimento:

111

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

Resultados numéricos relativos a los procesos del 1er experimento:

Tabla 14: Resultados numéricos relativos a los procesos del 1er experimento o

Resultados gráficos relativos a los procesos del 1er experimento:

Fig. 109 Resultados gráficos relativos a los procesos del 1er experimento o

Resultados numéricos relativos a los recursos del 1er experimento:

112

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Tabla 15: Resultados numéricos relativos a los recursos del 1er experimento

o

Resultados gráficos relativos a los recursos del 1er experimento:

Fig. 110 Resultados gráficos relativos a los recursos del 1er experimento

113

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

6.1.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 1er experimento Los resultados obtenidos de la simulación del primer experimento permiten sacar como principal conclusión que el proceso más crítico del proyecto es, con mucha diferencia, el ensayo a fatiga de las probetas. Éste proceso generará claramente el mayor cuello de botella y será el factor más limitante en cuanto a la duración total del proyecto. En las gráficas de procesos mostrados en la figura 104 puede observarse claramente como las primeras etapas del proyecto finalizan poco tiempo después de comenzar el proceso, sin embargo, los ensayos a fatiga, estarán en continuo funcionamiento desde que se inician estos ensayos hasta la finalización del proyecto. Será por tanto conveniente, para disminuir el tiempo total del proyecto, adelantar lo máximo posible el comienzo de los ensayos a fatiga. Otra conclusión reseñable, es el elevadísimo número de probetas en cola generados durante el proceso Unión de tacones. Este número máximo de probetas en cola es de 231, de las 241 probetas existentes. Aunque en principio el inventario de probetas almacenadas durante los diferentes procesos no debería ser un problema debido a la manejabilidad de las probetas y a su pequeño tamaño, será un factor a tener en cuenta. En cuanto al aprovechamiento de las cámaras climáticas, puede observarse que durante el proceso de curado del adhesivo, el porcentaje medio de ocupación de los lotes de probetas en la cámara climática es muy elevado, siendo del 90.7%, y generando colas muy elevadas. Lo cual resalta el elevado rendimiento energético de utilización del horno en este proceso. Sin embargo, se puede observar cómo durante los procesos de curado de sellante y acondicionamiento, el aprovechamiento del volumen de la cámara climática es muy ineficiente, con porcentajes de aprovechamiento del 9.3% y del 55% respectivamente, y con un número máximo de probetas en cola muy reducido. Puede observarse también como la mayoría de recursos, tanto máquinas (a excepción de la máquina de ensayo a fatiga) como personal de la empresa, quedarán liberados de sus tareas en las primeras fases del proyecto, lo cual permitiría su dedicación a otros proyectos existentes en la empresa. Es reseñable que el porcentaje de utilización de los recursos humanos es muy bajo, lo que permite sacar como conclusión que el número de operarios disponibles para este proyecto está sobredimensionado, pudiéndose reducir el número de estos operarios de forma notable en aquellos grupos de recursos formados por más de un operario.

114

115

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

6.2 Análisis del 2ª experimento: Secuenciación ordenada. En este segundo experimento se realizaron diversas ordenaciones de las probetas de partida hasta obtener la secuenciación idónea. Esta secuenciación consiste en ordenar de forma rigurosa las diferentes probetas en estudio de acuerdo a las siguientes consideraciones: o

Se han agrupado las probetas según una serie de características comunes: o

Panel del que se extraen las probetas.

o

Configuración.

o

Tipo de ensayo al que serán sometidas.

o

Tipo de sellante aplicado.

o

Temperatura de ensayo.

o

Necesidad o no de acondicionamiento térmico.

o

Necesidad o no de colocación de extensometría.

o

Necesidad o no de realización de test de tensión residual.

o

Necesidad o no de investigación microscópica.

o

Relación entre probetas de ensayo a fatiga estático.

o

Necesidad de envío a un laboratorio externo.

y probetas de ensayo

o

Se colocarán en primer lugar la serie de probetas de ensayo estático necesarias para poder ensayar una primera serie de probetas de ensayo a fatiga que no necesite curado de sellante, acondicionamiento térmico, ni sea necesario enviarlas a un laboratorio externo para su ensayo. Y a continuación se colocará la serie de probetas de ensayo a fatiga mencionada. En definitiva se pretende comenzar el primer ensayo a fatiga lo antes posible.

o

A continuación se colocarán las probetas que necesiten acondicionamiento térmico.

o

Las probetas de ensayo estático cuyos resultados de ensayos sean necesarios para realizar el ensayo a fatiga de las probetas correspondientes, se colocarán en un orden prioritario a sus respectivas probetas de ensayo a fatiga.

o

El resto de posibles factores en cuanto a la ordenación de las probetas no influirán en absoluto ya que, como se vio en el experimento anterior, el proceso más crítico es con muchísima diferencia el ensayo a fatiga.

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

Los parámetros de control que fueron establecidos durante la definición de este segundo experimento son los siguientes: o

Secuenciación: Ordenada.

o

Tiempos de espera:

o

o

Tiempo de espera en el curado de adhesivos: 30 minutos.

o

Tiempo de espera en el curado de sellantes: 30 minutos.

o

Tiempo de espera en el acondicionamiento térmico: 30 minutos.

Uso de los recursos humanos: Completo.

6.2.1 Presentación de resultados del 2º experimento La simulación del proceso, utilizando los parámetros anteriormente expuestos dará como resultados: o

Tiempo total del proceso del 2º experimento:

o

Resultados numéricos relativos a los procesos del 2º experimento:

Tabla 16: Resultados numéricos relativos a los procesos del 2º experimento.

116

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

Resultados gráficos relativos a los procesos del 2º experimento:

Fig. 111 Resultados gráficos relativos a los procesos del 2º experimento

117

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

Resultados numéricos relativos a los recursos del 2º experimento:

Tabla 17: Resultados numéricos relativos a los recursos del 1er experimento o

Resultados gráficos relativos a los recursos del 2º experimento:

Fig. 112 Resultados gráficos relativos a los procesos del 2º experimento

118

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

6.2.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 2º experimento. La principal mejora que introduce la secuenciación de operaciones realizada en este segundo experimento es la disminución del tiempo total del proyecto en 14 días y 9 horas, es decir, se ha producido una mejora del 7% en la reducción del tiempo total del proceso. Aunque la reducción en el tiempo de realización del proyecto completo es notable, no es excesivamente elevada. Esto se debe a la enorme diferencia en el tiempo empleado durante los ensayos a fatiga respecto al tiempo empleado en el resto de operaciones. Por tanto, aunque se consiga adelantar el comienzo de los ensayos a fatiga, no se conseguirán grandes mejoras en la reducción del tiempo total empleado durante el proyecto. Con la secuenciación de operaciones se han conseguido también mejoras en el aprovechamiento energético de las cámaras climáticas, aunque estas mejoras no son apenas significativas. Las mejoras producidas son del 3.8% en el proceso de curado de adhesivos, y del 15 % en curado de de sellantes, sin que se produzca ninguna variación en el rendimiento energético del proceso de acondicionamiento térmico. El porcentaje de utilización de los recursos apenas ha variado respecto al primer experimento.

6.3 Análisis del 3er experimento: Variación de los tiempos de espera. Para definir el tercer experimento y establecer el parámetro de control correspondiente a los tiempos de espera de entrada de los diferentes lotes de probetas en las cámaras climáticas, se han realizado diversas pruebas hasta encontrar la distribución de tiempos de espera que optimiza el proceso. Esta distribución óptima de tiempos de espera junto con el resto de parámetros de control definirán este experimento. Los parámetros de control escogidos para este tercer experimento son: o

Secuenciación: Ordenada. Siguiendo la misma ordenación que en el 2º experimento.

o

Tiempos de espera: o

Tiempo de espera en el curado de adhesivos: 100000 minutos (infinito)

o

Tiempo de espera en el curado de sellantes: 6 días

119

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

o

Tiempo de espera en el acondicionamiento térmico: 100000 minutos (infinito)

Uso de los recursos humanos: Completo.

6.3.1 Presentación de resultados del 3er experimento La simulación del proceso, utilizando los parámetros de control anteriormente expuestos dará como resultados:

o

Tiempo total del proceso del 3er experimento:

o

Resultados numéricos relativos a los procesos del 3er experimento:

Tabla 18: Resultados numéricos relativos a los procesos del 3er experimento

120

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

Resultados gráficos relativos a los procesos del 3er experimento:

Fig. 113 Resultados gráficos relativos a los procesos del 3er experimento

121

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

Resultados numéricos relativos a los recursos del 3er experimento:

Tabla 19: Resultados numéricos relativos a los recursos del 3er experimento o

Resultados gráficos relativos a los recursos del 3er experimento:

Fig. 114 Resultados gráficos relativos a los recursos del 3er experimento

122

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

6.3.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 3er experimento. En este tercer experimento puede apreciarse como, al aumentar los tiempos de espera de los lotes de probetas antes de ser introducidos en las respectivas cámaras térmicas, mejora espectacularmente el aprovechamiento energético de dichas cámaras térmicas. En el caso del curado de adhesivos se consigue un porcentaje medio de ocupación de los lotes en los hornos del 97.7 %. En el caso del curado del sellantes líquido aplicado a las probetas se consigue un porcentaje medio de ocupación de los lotes en los hornos del 84.1%, es decir, se consigue una mejora del 693% respecto al 2º experimento. Mientras que en el caso del acondicionamiento térmico se obtiene un porcentaje medio de ocupación de los lotes en los hornos del 73.3%, es decir, se consigue una mejora del 33%. De un total de 118 lotes de probetas que fueron introducidos en los respectivos hornos durante el 2º experimento, se ha pasado, al aumentar los tiempos de espera, a un total de 40 lotes de probetas. Es decir, se ha conseguido reducir en un 195% el número de veces que será necesario utilizar las cámaras climáticas. Además, este aumento de los tiempos de espera no sólo influirá espectacularmente sobre el ahorro energético de las cámaras climáticas, sino que además no influirá negativamente sobre el tiempo total de realización del proceso. Se escogió para el curado de sellante un tiempo de espera de 6 días debido a que al aumentar este tiempo no se producían mejoras en el rendimiento energético y sin embargo afectaba al tiempo de duración del proyecto completo. Por debajo de estos 6 días de espera, la duración del proyecto se mantenía constante y el rendimiento energético bajaba considerablemente. El único inconveniente que puede apreciarse en los resultados de la simulación es el retraso de la mayoría de las operaciones y por tanto en la utilización de los recursos necesarios para realizar dichas operaciones. Sin embargo, al no afectar a la duración del proyecto completo, dichos retraso se tomarán como incidencias menores.

123

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

6.4 Análisis del 4º experimento: Variación del número de recursos humanos. Con la realización de este último experimento se pretende reducir al mínimo el número de operarios necesarios para la realización del proyecto sin que afecte al tiempo final de realización del proyecto. En principio, debido al bajo nivel de utilización de los recursos humanos, parece, a priori, que sólo será necesaria la utilización de un operario por cada grupo de operarios. Sin embargo, en base a las diferentes pruebas realizadas, se demuestra que la hipótesis anterior no era cierta y que el único grupo de operarios que puede reducirse a un solo operario sin que afecte al tiempo final del proyecto es el grupo de operarios de ultrasonidos. Se podrá reducir además sin que afecte al tiempo final del proyecto, el grupo de operarios de mecanizado de 5 a dos operarios. El conjunto de parámetros de control definidos para este experimento será: o

Secuenciación: Ordenada. Siguiendo la misma ordenación que en el 2º experimento.

o

Tiempos de espera:

o

o

Tiempo de espera en el curado de adhesivos: 100000 minutos (infinito)

o

Tiempo de espera en el curado de sellantes: 6 días

o

Tiempo de espera en el acondicionamiento térmico: 100000 minutos (infinito)

Uso de los recursos humanos: o

2 operarios de sala.

o

2 operarios de mecanizado.

o

1 operario especializado de mecanizado.

o

1 operario encargado de mediciones y otras diversas tareas.

o

1 operarios de ultrasonidos

o

1 operario especialista en extensometría.

o

1 operario encargado de los ensayos estáticos.

o

1 operario encargado de los ensayos a fatiga.

6.4.1 Presentación de resultados del 4º experimento. La simulación del proceso, utilizando los parámetros de control anteriormente expuestos dará como resultados: o

Tiempo total del proceso del 4º experimento:

124

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

Resultados numéricos relativos a los procesos del 4º experimento:

Tabla 20: Resultados numéricos relativos a los procesos del 4º experimento o

Resultados gráficos relativos a los procesos del 4º experimento:

Fig. 115 Resultados gráficos relativos a los procesos del 4º experimento

125

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

Resultados numéricos relativos a los recursos del 4º experimento:

Tabla 21: Resultados numéricos relativos a los recursos del 4º experimento o

Resultados numéricos relativos a los recursos del 4º experimento:

Fig. 116 Resultados gráficos relativos a los recursos del 4º experimento

126

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

6.4.2 Análisis y conclusiones de los resultados del 3er experimento. Los resultados obtenidos en este cuarto y último experimento son prácticamente idénticos a los obtenidos en el tercer experimento. El hecho de haber eliminado a 4 de los operarios implicados en los experimentos anteriores no ha afectado de forma significativa al comportamiento del sistema, siendo el tiempo de finalización del proyecto el mismo que en el tercer experimento. Se han visto modificados de forma muy leve una serie de parámetros como son el número de probetas en cola de algunos procesos, los tiempos medio y máximo de probetas en las colas de estos procesos, el porcentaje de utilización de los recursos de algunos operarios, etc. De cualquier modo, estas modificaciones son tan pequeñas que no afectan de forma general al comportamiento del sistema. Las diferencias en cuanto al comportamiento del proceso serían más notables en el caso de eliminar uno de los dos operarios de sala o uno de los dos operarios de mecanizado utilizados en este experimento. En el primer caso el proyecto se retrasaría 1 día y 18 horas, mientras que en el segundo caso, el proyecto se retrasaría 1 día y 23 horas. En el caso de sustituir ambos operarios simultáneamente el proyecto se retrasaría 2 días y 18 horas.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

La principal conclusión que puede extraerse del análisis de los resultados de la simulación del sistema es que el proceso más crítico, con mucha diferencia, es el ensayo a fatiga de las probetas. El desarrollo de este proceso marcará el comportamiento del proyecto completo. Los múltiples ensayos a fatiga de las diferentes probetas tienen una duración considerablemente superior al resto de procesos y se realizarán hasta prácticamente el final del proyecto por lo que el comienzo de los primeros ensayos a fatiga determinará el tiempo de finalización del proyecto completo. Otra conclusión fundamental obtenida, por el importante ahorro energético que supone, es que el aumento en los tiempos máximos de espera al llenar las diferentes cámaras climáticas permite reducir el consumo energético de dichas cámaras climáticas sin aumentar el tiempo de duración del proyecto completo. Estos tiempos de espera podrán suprimirse en el caso del curado del adhesivo y del acondicionamiento térmico, aunque, sin embargo, no es aconsejable aumentar el tiempo de espera para completar de llenar la cámara climática en la operación de curado de sellantes por encima de 6 días, ya que, superado este tiempo de espera, no se producen mejoras en el ahorro energético y, sin embargo, se produce un retraso considerable en la duración del proyecto Otra conclusión muy importante que reflejan los resultados de la simulación, es que el número de operarios destinados inicialmente a la realización de los diferentes procesos está sobredimensionado. Todos los grupos de operarios podrán reducirse a un solo operario sin que esto afecte significativamente a la duración final del proyecto. Al suprimir los operarios prescindibles, el tiempo de duración de del proyecto aumentará en algo más de 2 días, lo cual es irrelevante en comparación con los casi 7 meses de duración del proyecto completo. Existirán otros condicionantes de menor importancia que afectarán a una distribución ligeramente diferente de los tiempos de ocupación de los operarios, en el número y tiempo de elementos en cola, y en los instantes en que comiencen las diferentes operaciones. Entre estos condicionantes pueden destacarse el envío de las probetas de ensayo a fatiga a -55ºC a un laboratorio externo, los instantes de tiempo en que se coloque la extensometría a ciertas probetas o los momentos en que se realicen los test de tensión residual e investigaciones microscópicas. Sin embargo estas pequeñas desviaciones sólo afectarán levemente a procesos internos sin influir de manera alguna sobre el proyecto global.

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Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

 Kelton, W.D., Sadowski R.P., Sadowski D.A., Simulation with Arena, McGrawHill, 2nd edition, 2001. 

Tarifa, E.E., Teoría de Modelos y Simulación. Introducción a la Simulación, Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de Jujuy, Argentina, 2003.



Shannon, R.E., Simulación de Sistemas. Diseño, desarrollo e implementación, Trillas, México. 1988.



Wainer, G.A., Introducción a la Simulación de Eventos Discretos, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires, Argentina, 2005.



Kiviat, P.J., Digital Computer Simulation: Modeling Concepts, The Rand Corpotation, 1967.



Himmelblau, D., Bischoff, K.B., Análisis y simulación de procesos, Editorial reverté SA, 2004.



Cole, D.N., Computer Simulation Modeling o Recreation Use: Current Status, Case Studies, and Future Directions, USDA, 2005.



Perros, H., Computer Simulation Techniques: The definitive introduction, Computer Science Department, NC State University, U.S.A, 2009.



Bailey, K.A., D’Angelo, S., Computer Simulation Modeling Clinical Laboratories



Coss, R.B., Simulación, un enfoque práctico, Editorial LIMUSA, GRUPO NORIEGA EDITORES, 2003.



Fábregas, A., Simulación de sistemas productivos con ARENA, Ediciones Uninorte, 2003.



Páginas web consultadas: o

http://translate.google.com/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://en.wiki pedia.org/wiki/Computer_simulation.

129

Simulación de la producción y ensayo de probetas aeronáuticas

o

http://translate.google.com/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://www.re ferenceforbusiness.com/encyclopedia/Val-Z/Virtual-Reality-ComputerSimulation.html

o

http://translate.google.com/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://www.br itannica.com/EBchecked/topic/130683/computer-simulation

o

http://translate.google.com/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://en.citize ndium.org/wiki/Computer_simulation

o

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=es&langpair=en%7Ces&u=h ttp://www.wordiq.com/definition/Computer_simulation&rurl=translate.google.co m&usg=ALkJrhihWt4fO5OvalXIAT6zKaWzKeV1fA

o

http://translate.google.com/translate?hl=es&langpair=en%7Ces&u=http://khup.co m/keyword/computer-simulation-and-modelling.html

o

http://www.mitecnologico.com/Main/DefinicionEImportanciaSimulacionEnIngenie ria

o

http://www.fib.upc.edu/retro-informatica/avui/simulacio.html

o

http://www.hipotesis.com.ar/hipotesis/Marzo2000/tecnologia.html

o

http://www.facebook.com/note.php?note_id=60707307839

o

http://www.landersimulation.com/formacion-con-simulacion/el-mundo-enmovimiento/historia-de-la-simulacion/

o

http://www.gorgas.gob.pa/museoafc/loscriminales/criminologia/simulacion.html

o

http://historia.mforos.com/732486/7018947-simulacion-militar-alcances-ytendencias/

o

http://members.libreopinion.com/ve/efrain-muretti/simulacion/ss_mmc.pdf

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