Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de SolidWorks

Trabajo Fin de Grado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo del Producto Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la Ayuda de SolidWorks Alumno: Juan Ávila Sánchez Tutor: Antonio Cascajosa Fernández 10/06/2019 Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 2 Índice 1 Objetivo y Alcance del Proyecto .................................................................. 3 2 Antecedentes ............................................................................................... 4 2.1 Introducción. Diseño Paramétrico. ........................................................ 4 2.2 Ecuaciones de SolidWorks .................................................................... 4 2.3 Tablas de diseño ................................................................................... 7 2.4 Otros ................................................................................................... 11 3 DriveWorks. ............................................................................................... 11 3.1 Introducción. ¿Qué es DriveWorks?.................................................... 11 3.2 Creación de grupos y proyectos. (Stage1) .......................................... 13 3.3 User Interface (Stage 2) ...................................................................... 13 3.4 Data and Rules (Stage 3) .................................................................... 16 3.5 Output Rules (Stage 4) ........................................................................ 16 4 Aplicación práctica de DriveWorks............................................................. 17 4.1 Creación del modelo 3D ...................................................................... 17 4.1.1 Visión general del ensamblaje. ..................................................... 18 4.1.2 Remodelado de las piezas para su parametrización .................... 19 4.2 Parametrización del Contenedor ......................................................... 32 4.2.1 User Interface. Creación de Formulario ........................................ 32 4.2.2 Data and Rules ............................................................................. 35 4.2.3 Captura del Modelo ...................................................................... 45 4.2.4 Reglas de Salida ........................................................................... 53 4.2.5 Ejecución de la parametrización. .................................................. 59 5 Bibliografía y Recursos .............................................................................. 60 6 Conclusión ................................................................................................. 60 Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 3 1 Objetivo y Alcance del Proyecto El proceso de creación y desarrollo de nuevos productos ha ido evolucionando con el paso del tiempo, uno de los grandes puntos de inflexión en su evolución apareció con el uso de computadoras. En esta digitalización del proceso de diseño del producto entró a jugar un papel primordial el modelado 3D y dentro de él el diseño paramétrico. La incorporación de la parametrización al proceso de diseño y desarrollo de nuevos productos es el objeto principal de nuestro proyecto, pues vamos a tratar explicar cómo con la incorporación de ella, podemos automatizar y optimizar este proceso, reduciendo tiempos y eliminando los posibles errores humanos que pudieran producirse. Para nuestro fin, vamos a partir de SolidWorks, que es uno de los programas CAD de diseño paramétrico más utilizados en el mundo. Cómo hemos dicho SolidWorks será nuestro programa base, pero nos centraremos especialmente en un complemento de SolidWorks llamado DriveWorks. DriveWorks es un complemento especialmente desarrollado para la parametrización y automatización y engloba diferentes herramientas que ya existían SolidWorks además de aportar nuevas posibilidades Antes de proseguir, debemos apuntar que por simplificación en el resto del documento utilizaremos SW para referirnos a SolidWorks y DW para referirnos a DriveWorks. En cuanto al alcance de nuestro proyecto, tenemos que comentar que desde SolidWorks nos ofrecen tres opciones para DriveWorks, DriveWorks Exprés, DriveWorks Solo y DriveWorks Pro. En nuestro caso, nos centraremos en este último ya que es el que más opciones nos ofrece. Finalizamos este apartado aclarando que DW es una herramienta muy potente que nos ofrece muchísimas posibilidades pero nosotros acotaremos este proyecto tan sólo al desarrollo de un modelo 3D paramétrico. Por último, cómo conclusión, este trabajo está inspirado por la necesidad de una empresa en concreto de parametrizar sus productos. Esta empresa se llama Proinsener Energía, compañía que se dedica a la fabricación e integración de soluciones energéticas llave en mano, prestando servicios como fabricante e integrador de centros de transformación de media tensión, estaciones de inversores solares, salas eléctricas, cuadros eléctricos y otras soluciones contenerizadas con distintas aplicaciones: Energías renovables, minería, estaciones de bombeo, grupos de emergencia, etc. Cómo acabamos de decir una de los productos más fabricados por Proinsener son los soluciones contenerizadas y es aquí dónde nuestro proyecto empieza a cobrar sentido, pues con él pretendemos parametrizar un contenedor marítimo para poder tener de una forma rápida un modelo 3D desde el cual trabajar y comenzar la integración. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 4 2 Antecedentes 2.1 Introducción. Diseño Paramétrico. El diseño paramétrico es una técnica de diseño 3D que permite introducir una serie de variables o parámetros, como límites espaciales o volúmenes para manipularlos mediante algoritmos y obtener así diseños geométricos en los que todo está relacionado entre sí. Con esto conseguimos facilitar el proceso en caso de tener que hacer alguna modificación en el diseño, por tanto el diseño paramétrico es muy útil para aquellas empresas que manufacturan productos que siempre son muy parecidos entre sí. Con este apartado vamos a tratar de localizar lo que SolidWorks ya nos ofrecía en materia de parametrización, para más adelante centrarnos en explicar qué es lo que se puede hacer con DriveWorks y cómo. Para esto, igual que usaremos el contenedor marítimo cómo hilo conductor de la DW, en este apartado de antecedentes vamos a utilizar una pieza utilizada también en la empresa Proinsener Energía, una puerta peatonal. 2.2 Ecuaciones de SolidWorks Antes de adentrarnos a fondo en cómo hemos parametrizado la puerta usando este este método, nos detendremos para tratar de explicar brevemente cómo hemos creado el modelo 3D y cuál es su jerarquía de operaciones. La estructura de la puerta está compuesta por 4 perfiles que componen el marco fijo de ella y un sólido que representa la hoja móvil de la puerta. Por simplicidad no hemos modelado las bisagras de la puerta. Muchas son las operaciones que aparecen en el árbol pero nos detendremos tan solo en dos, la operación de extrusión “Pilar1” y el croquis anidado a ella “CroquisPilar”. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 5 Tan sólo con estas dos operaciones podemos parametrizar toda la pieza. “CroquisPilar” contiene la sección del perfil de puerta mientras que “Pilar1” extruye en dos direcciones el croquis anteriormente nombrado. En la imagen siguiente recogemos todas las ecuaciones que se han utilizado para parametrizar la pieza. Tres son las ecuaciones y dos las variables locales utilizadas para la parametrización. Las variables representan las medidas del hueco libre de la puerta, por eso las hemos llamado: “Alto Libre” y “Ancho Libre”. La primera de las ecuaciones relaciona la cota del croquis “AnchoMitad@CroquisPilar” con la variable “Ancho Libre”, la cota del croquis representa la distancia desde el plano medio de la puerta hasta la cara interior del perfil de la puerta, es por eso, que el valor de esta cota ha de ser la mitad de la variable, tal cual viene representado en la tabla. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 6 La segunda ecuación relaciona la distancia de extrusión 1 de la operación “Pilar1”, es decir, “D1@Pilar1”, con la altura libre. Puesto que el croquis con la sección del perfil de la puerta ha sido dibujado en el plano horizontal el valor de esta extrusión, ha de corresponder a la mitad del valor de la variable “Alto Libre”. La tercera ecuación es similar a la segunda, pero con una pequeña particularidad, en la parte inferior de la puerta, el hueco libre no se mide hasta el final del perfil, si no que se mide un poco antes, que como apreciamos en la imagen siguiente hay un perfil plegado que hace una especie de escalón en la parte baja de la puerta. La altura de dicho escalón es de 12.5 mm, es por eso que en la ecuación aparece que “D2@Pilar1” (la segunda distancia de extrusión de la operación “Pilar1”) es la mitad de la variable “Alto Libre” más 12.5 mm. Con esto ya tendríamos la puerta parametrizada, ahora tan sólo tendremos que acceder al catálogo del fabricante, elegir una puerta y modificar en la herramienta de ecuaciones el valor de las variables “Ancho Libre” y “Alto libre”. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 7 Este es un ejemplo sencillo que no posee muchas ecuaciones, pero en piezas más complejas es de mucha ayuda que tan solo modificando un par de variables tengamos el modelo de una nueva puerta del catálogo. Es importante destacar también que no solo podemos usar operaciones básicas en las ecuaciones, tenemos una amplia selección de funciones, todas ellas heredadas de Excel. En resumen, las ecuaciones de SolidWorks nos ayudan a ahorrar tiempo en el proceso de diseño de piezas que tengan una estructura similar pero con diferentes medidas entre ellas. 2.3 Tablas de diseño No nos detendremos en el procedimiento de creación del modelo ya que hemos reutilizar el mismo modelo que el del apartado anterior. Primero eliminamos las variables y las ecuaciones para eliminar la relación que existen entre ellas y las operaciones de la pieza evitando así posibles errores o interferencias. Además d usar el modelo del ejemplo anterior para desarrollar esta parametrización, reciclaremos también reciclaremos las ecuaciones. En este caso, las ecuaciones no se escriben en el SolidWorks, si no en una tabla de Excel. Una de las diferencias fundamentales de las tablas de diseño con respecto a las ecuaciones es la incorporación de configuraciones. Podemos tener guardado en el mismo archivo de SolidWorks todas las diferentes variaciones de una cartera de productos o de un catálogo de un proveedor (cómo es nuestro caso), sin tener que recurrir a modificar la pieza con las ecuaciones cada vez que necesitemos una diferente, es más sencillo clicar la configuración que nos gustaría visualizar o trabajar en ella. Con las tablas de diseño, programamos todas las diferentes configuraciones de una pieza y las recogemos en un mismo lugar, ventaja frente al método anterior en el que tendrías que introducir manualmente las variables en función de qué configuración se requiere. Una vez que ya tenemos nuestra tabla programada, no tenemos que andar pensando en que valor hay que introducir de cada variable para obtener la solución requerida. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 8 La manera de vincular la tabla de diseño con un archivo de SolidWorks es sencilla, aunque hay que tener mucho cuidado a la hora de escribir la hoja de Excel para evitar errores y que SolidWorks lea correctamente el documento. Primero de todo, cómo hemos dicho, las tablas de diseño funcionan por configuraciones, por lo que tenemos que crear cuántas configuraciones cómo sean necesarias. No hace falta hacerlo por SolidWorks, se puede hacer desde Excel. La primera columna será la que alberga las configuraciones, ahí escribiremos todas las configuraciones que queramos. Las siguientes columnas son las que sirven para dar valor a las entidades de SolidWorks, es importante la nomenclatura que usemos, primero hay que escribir el nombre de la entidad que puede ser una cota de un croquis o un valor de una operación. Por ejemplo en la tabla siguiente podemos ver cómo la primera columna es “AnchoMitad@CroquisPilar” que cómo vimos en el apartado anterior es la cota del “CroquisPilar” que representa la distancia desde el plano medio de la puerta hasta la cara interior del perfil de la puerta. La segunda y tercera columnas nos representan valores de cotas de croquis, si no a las distancias de extrusión de las operación “Pilar1”. Las 3 columnas representan los resultados de las tres ecuaciones que se utilizaron en el ejercicio anterior. En el Excel también aparecen dos columnas más a la derecha que haciendo un símil con las ecuaciones del apartado anterior, representan las variables de la pieza, es decir, todas las posibles combinaciones de altura y anchura libre. Cómo esas variables no están escritas con el formato “entidad @ operación a la que pertenece”, SolidWorks no las reconoce y las podemos usar cómo columna auxiliar para escribir la variable. Finalmente las ecuaciones las escribiremos en Excel para generar las columnas uno, dos y tres. En las imágenes siguientes podemos ver las 3 ecuaciones que hemos usado en Excel, son las mismas que en el ejemplo anterior. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 9 Las tablas de diseño aportan un nivel más de personalización, porque no sólo podemos jugar a modificar las dimensiones de una pieza, con las configuraciones tenemos la oportunidad de añadir o suprimir las operaciones que necesitemos. Lo ejemplificaremos, con pequeño ejercicio. Supongamos que en nuestras puertas, las que tienen una altura superior a 2100 mm y una anchura mayor de 930 mm necesitan un refuerzo en los ingletes (Imagen siguiente). Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 16 -Numeric Text Box (Caja de Texto Numérico): Proporciona un valor numérico que puede ser fijo o variar en un rango. -Option Button (Botón de Opción): Este control, cómo pare de un grupo de opciones con otros botones de opción, presenta varias opciones entre las que el usuario solo puede elegir una. -Picture Box (Cuadro de Imagen): Presenta mapas de bits, iconos o metarchivos de Windows, archivos JPEG o GIF. También presenta texto o actúa como contenedor visual para otros controles. -Slider (Control Deslizante): Barra vertical u horizontal con un indicador que puede ser deslizada para representar un valor numérico. -Spin Button (Cuadro Rotacional): Proporciona un valor numérico entre un rango, este rango puede ser fijo o dinámico. Posee botones que incrementan o disminuyen el valor del control una cierta cantidad cada vez. -Text Box (Cuadro de Texto): Proporciona un área para escribir o presentar texto. -3D Preview Box (Caja de previsualización 3D): Es un control que nos permite mostrar un modelo 3D interactivo mientras rellenamos el formulario. -Child Specification List (Lista de especificaciones hija): Nos permite migrar ciertas propiedades desde un proyecto llamado Padre a uno o varios proyectos, que denominados Hijos. -Mesurement Text Box (Caja de unidad): Nos ofrece poder seleccionar un valor numérico además de su unidad. -Upload Control (Control de subida): Nos permite subir un archivo. 3.4 Data and Rules (Stage 3) En este apartado, vamos a comenzar a parametrizar propiamente dicho, podemos definir aquí tres tipos distintos de parámetros: -Constantes: Las constante van a ser valores que no van a cambiar, nunca o de una manera poco frecuente. -Variables: En contraposición a las contantes, las variables -Tablas: Cuando creamos un proyecto parametrizado muchas veces ya tenemos los datos recogidos en una base de datos o una hoja de cálculo. Con DW, podemos importar estas tablas para usar sus datos en nuestros proyectos o incluso crearnos nuestras nuevas tablas. Entenderemos con más claridad esta fase del diseño proceso de creación del proyecto cuándo lo ejemplifiquemos con nuestro modelo 3D de contenedor marítimo, más tarde. Vamos a pasar al siguiente punto. 3.5 Output Rules (Stage 4) Una vez creado el formulario y definidas las constantes y variables llega el paso de definir la reglas, dicho de otra manera, ahora tenemos que relacionar nuestro Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 17 modelo 3D creado en SolidWorks con el proyecto de DriveWorks. No siempre que se crea un proyecto se hace de una manera tan lineal cómo estamos explicando, no es necesario tener totalmente definido uno de los pasos anteriores para pasar al siguiente, podemos estar editando las reglas y decidir modificar algo del formulario, añadir constantes nuevas o incluso modificar nuestro modelo 3D. A continuación mostramos un esquema que nos puede ayudar a hacernos una idea más clara de cómo se crea un proyecto en DriveWorks y qué papel juegan las reglas en él. Por una lado tenemos el formulario, con sus controles, estos controles se van a relacionar directamente con constantes, variables o tablas. A pesar de ello, hay una 4º opción aunque no es del todo recomendable, que es que relacionemos un control directamente con una regla de salida. Por otro lado tenemos nuestro modelo 3D creado en SolidWorks, que por lo general es un ensamblaje, con sus distintos subensamblajes, piezas, restricciones, cotas, etc. De todos estos elementos, elegiremos los que nos definan al modelo 3D para capturarlos. Capturar una pieza, una cota, una restricción…, es un término adoptado por DW que hace referencia a llevarse alguno de los nombrados elementos desde SolidWorks hasta DriveWorks, con el fin de crear reglas con ellos. Al final, una regla no es más que la relación entre los elementos de DriveWorks con los elementos de SolidWorks. Dicho todo esto ya tenemos la base suficiente para empezar a crear un proyecto con DriveWorks, por ello, vamos a continuar con nuestra aplicación práctica para terminar ejemplificarlo todo. 4 Aplicación práctica de DriveWorks. 4.1 Creación del modelo 3D Antes de comenzar con DriveWorks es importante detenerse en pensar qué y cómo queremos parametrizar nuestro modelo 3D para diseñar en función de ello. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 18 En este apartado nos vamos a centrar en cómo se ha creado el modelo 3D que después parametrizaremos con DriveWorks, explicaremos la estructura y jerarquía de operaciones de las principales piezas del modelo así como las relaciones de posición y la organización de los componentes y los diferentes subensamblajes dentro del ensamblaje principal. 4.1.1 Visión general del ensamblaje. Antes de pasar a la explicación vamos a necesitar tener una idea general de cómo es el ensamblaje que vamos a parametrizar para entender mejor cómo y por qué estamos creando el ensamblaje de esta manera. Presentamos nuestro ensamblaje que es un contenedor marítimo de 40 pies HC, lo que corresponde a unas medias exteriores de 12200 mm de largo, 2430 mm de ancho y 2890 mm de alto. Los contenedores marítimos varían siempre en longitud y altura, pero todos mantienen la misma anchura, es por ello que no vamos a parametrizar esta dimensión. En algunos contenedores que se integran en Proinsener Energía, se fabrican quitando el techo a un contenedor y soldando sobre él la parte superior de otro. Para ello, vamos a incluir en nuestra parametrización el poder elegir también entre tener esta doble altura o no. Dicho todo esto, ya podemos comenzar con el modelado del contendor. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 19 4.1.2 Remodelado de las piezas para su parametrización Para el contenedor hemos utilizado como guía un modelo 3D descargado desde internet en el que cada pieza aparece como un sólido sin operaciones. Necesitamos operaciones de creación de geometría para poder parametrizar y aunque se podría haber optado por hacer reconocimiento de operaciones de todas las piezas, finalmente la solución ha sido crear las piezas desde cero, por simplificar los arboles de operaciones de las diferentes piezas. 4.1.2.1 ISO córner Los ISO córner son las piezas que van en las esquinas del contenedor. Sirven para manipular los contenedores y anclarlos en los astilleros o navieras. Además de ellos, son los puntos de referencia del contenedor, desde ellos se acotan las medidas totales de él, por tanto son los puntos más sobresalientes del contenedor. No se les ha realizado ninguna modificación a estas piezas pero creemos necesario nombrarlos ya que cómo hemos dicho, son las piezas que se usarán para tomar las medidas totales del contenedor. 4.1.2.2 Perfil Vertical Puerta (Izq y Der) Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 20 Esta pieza es una chapa plegada que sirve de pilar estructural para el contenedor. En su interior alberga una UPN que también ayuda en el soporte de las cargas. Analizando la pieza en profundidad es fácil darse cuenta de que la distancia más importante de ella es la longitud que hay entre las dos caras señaladas en azul en la imagen, ella definirá la altura del contenedor, ya que la altura de los ISO Córner es fija. Por rapidez no hemos usado el módulo de conformado de chapa de SolidWorks, simplemente se ha extruido su sección y luego mediante operaciones sencillas hemos creado el resto de pliegues. La operación de extrusión es la más importante de esta pieza ya que define la distancia entre las dos caras nombradas anteriormente y de ellas depende la altura total del conteiner. En la Imagen vemos la estructura del árbol de operaciones del perfil vertical de la puerta, se observa que si suprimimos las operaciones siguientes a la extrusión principal la altura nominal seguiría funcionando. Hemos agregado una operación de corte y una de matriz para hacer el hueco para las bisagras de las puertas. En esta fase del proceso sólo hemos tratado de hacer que los huecos se repartan en distancias similares en el perfil, nos detendremos más adelante, en explicar cómo hemos conseguido parametrizar dichos cortes, jugando con las distancia de comienzo del primer corte, la cantidad de cortes y la separación entre instancias. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 21 4.1.2.3 UPN Puerta Ya nombramos antes a esta pieza, es un perfil UPN alojado en el interior de Perfil Vertical Puerta. Es una pieza sencilla, hemos usado tan solo un croquis y extruido en dos direcciones para mantener la simetría. Podemos ir dándonos cuenta ya de que las distancias de extrusión de esta pieza van a coincidir con las de Perfil Vertical Puerta ya que ambas apoyaran en los ISO córner. 4.1.2.4 Perfil Vertical Fondo (Izq y Der) Al Igual que Perfil Vertical Puerta esta pieza es una chapa plegada que hemos simplificado en un croquis que hemos operado con una extrusión de doble sentido. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 22 También se han añadido unos cortes y encastres que servirán para unir esta viga con el resto de piezas que le rodean, estas operaciones no tendrán interés en términos de parametrización ya que nunca serán modificadas. 4.1.2.5 U Suelo Esta pieza es un perfil plegado que se utilizar cómo viga longitudinal del contenedor, al igual que el “Perfil Vertical Puerta” por simplicidad, hemos decidido dibujar su sección y extruir hacia ambos lados, para mantener simétrica la pieza respecto al plano “Vista lateral”. 4.1.2.6 Perfil 60x60 Esta pieza cómo estas últimas es tan solo un perfil hueco de 60x60 extruido en la dirección longitudinal del contenedor, se extruye en dos direcciones y estas distancias coinciden con las de U Longitudinal, hasta los ISO Córners. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 23 4.1.2.7 Techo Desgranando esta pieza nos damos cuenta de que la forma más lógica para crearla es con la ayuda de matrices. Al crear el primer módulo que usaremos para replicar utilizamos varias operaciones por lo que a la hora de hacer una matriz no podemos hacérsela a ninguna operación sólo nos permite hacerla a un sólido, será necesario unirlos todos entre sí. Para unir sólidos nos bastaría con usar una operación combinar, pero esta operación nos da un problema. La idea de utilizar una operación matriz es que con DriveWorks podamos usar cómo variable la cantidad de instancias de la matriz, imaginemos que la pieza Techo tiene que hacerse más larga, lo que conllevaría tener más instancias, si en un principio teníamos 55 instancias, al aumentar, tan sólo se combinaran las 55 primeras ya que los sólidos nuevos nunca los habríamos seleccionado. Para solucionar este problema se nos ocurrió unir todos los sólidos de otra manera. Creamos un croquis cuadrado en una esquina de la pieza techo, este croquis será extruido “Through All” (Por Todo), de esta manera siempre se extruirá hasta llegar al último sólido. Si además seleccionamos la opción de “Merge Result” (Unir Sólidos), todos los sólidos de la pieza acabarán siendo uno. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 24 Antes de terminar con esta pieza tenemos que detenernos a comentar que la posición de la primera instancia de la matriz no es aleatoria. Para conseguir que nuestra pieza sea simétrica esta primera instancia está colocada a una distancia de 5670 mm. Esta cota será importante ya que en la parametrización con DW tendremos que operar con ella para poder localizar correctamente el plano de simetría de la pieza. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 25 4.1.2.8 Chapa Ondulada Lateral (Lateral Der/Izq) Nos encontramos aquí con una de las piezas más complejas de modelar, sucediendo cómo con la pieza techo. Comenzamos en ella dibujando el croquis de la sección de una onda, para extruirlo. Igual que estamos haciendo con todas las piezas, tenemos una extrusión doble para centrar en el plano de planta la pieza. Para conseguir la simetría en el plano lateral, añadimos una cota con un valor de 5850 mm para colocar la primera onda en su posición. Cómo podemos imaginarnos, la siguiente operación será de matriz. Llegado el momento de tener que parametrizar jugaremos con la distancia de la primera instancia de la matriz, el número de instancias de la matriz y las distancias de extrusión para definir la altura de la pieza. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 32 4.1.2.13 Piezas sin parametrizar Para dar por concluido este punto tenemos que comentar que además que además de las piezas que se verán modificadas en función de los parámetros que insertemos en el formulario, tenemos muchas piezas que no verán modificadas sus dimensiones, cómo algunas cartelas o las perfiles que conforman la estructura en la dirección transversal del contenedor. No nos hemos detenido en explicarlos ya que carecen de interés para este propósito, pero nos parecía adecuado al hacer referencia a ellos brevemente. 4.2 Parametrización del Contenedor Llegados a este punto vamos a comenzar a explicar cuál es el procedimiento de parametrización de un ensamblaje o pieza en DriveWorks. En el punto 4 ya vimos cómo se estructuraba la interfaz de DW y cómo ella misma nos hacía de guía en el proceso de parametrización, es por tanto que seguiremos una estructura parecida en este apartado. 4.2.1 User Interface. Creación de Formulario A pesar de todas las opciones que nos da DW en nuestro caso hemos creado un formulario muy sencillo en el que sólo introduciremos la altura y la longitud del contenedor y si tiene o no el empalme o doble altura. Primero de todo, no nos vamos a detener en el flujo del formulario ya que en nuestro caso sólo es una hoja. La interfaz que estamos diseñando se compondrá tan sólo de 3 controles. Los dos primeros controles son Cajas de Texto Numéricas, en ellas introduciremos la altura y la longitud del contenedor. Hemos configurado el comportamiento de estos controles modificando ciertas propiedades del mismo, a continuación, podremos ver las opciones que hemos configurado de estos controles. -Decimal Places: Define el número de decimales que podemos introducir en el estos controles del formulario. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 33 -Default Value: Es una propiedad fija, esto quiere decir que no se puede controlar con las reglas, te permite poner un valor otro que sólo se podrá ver en el entorno de DW Administrator. -Display Value: Con esta propiedad podemos definir el valor predeterminado que aparecerá en el formulario cuando el usuario esté interaccionando con él. Los valores predeterminados que hemos elegido son de 2890 mm para la altura y 12200 mm para la longitud -Enabled: Podemos habilitar o deshabilitar que el control pueda ser modificado por el usuario. Podemos ir un paso más y escribir una condición o una regla para la cual se deshabilite el Numeric Text Box. Lo dejaremos en TRUE, para que esté habilitada. -Error Result: Controla cuándo el valor es un error o no. -Maximum: Con esta propiedad definimos los valores máximos de este control, en el caso de la altura será de 6000 mm y 20 000 mm en el caso de la longitud. En caso de que el usuario escriba un valor que se salga de este rango, el formulario no lo aceptará y mostrará el valor por defecto. -Minimum: Aquí definiremos los valores mínimos de los controles, 1500 mm para la altura y 2000 mm para la longitud. De igual manera que con el máximo en caso de que el usuario escriba un valor que se salga de este rango, el formulario no lo aceptará y mostrará el valor por defecto. -Tab Index: Determina el orden que este control cuando el usuario está pulsando la tecla Tab. -Visible: Podemos hacer visible o no este control con esta propiedad. Al igual que con la propiedad de habilitar, podremos añadir una condición para que se cumpla o no. De la misma manera, lo dejaremos en TRUE. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 34 Por otro lado, tenemos el “Check Box” que controla si aparecerá o no la doble altura del contenedor. En él dejaremos todas las opciones sin modificar salvo el “Default Value” que estará en “False” para que no esté activado predeterminadamente. Además de esta tenemos otro tipo de opciones de comportamiento que podríamos elegir. -Checked: Es una propiedad fija, esto quiere decir que no se puede controlar con las reglas, simplemente te permite ver o no el check en el entorno de DW Administrator. -Checked (Override Rule): Reescribe el valor del control, podemos decir que sea siempre verdadero, siempre falso o incluso incluir una fórmula. -Default Value: Cómo ya sabemos, con esta propiedad podemos definir el valor predeterminado del control -Enabled: Podemos habilitar o deshabilitar que el control pueda ser modificado por el usuario. Podemos ir un paso más y escribir una condición o una regla para la cual se deshabilite el check box. Lo dejaremos en TRUE, para que esté habilitada. -Error Result: Controla cuándo el valor es un error o no. -Tab Index: Determina el orden que este control cuando el usuario está pulsando la tecla Tab. -Visible: Podemos hacer visible o no este control con esta propiedad. Al igual que con la propiedad de habilitar, podremos añadir una condición para que se cumpla o no. De la misma manera, lo dejaremos en TRUE. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 35 4.2.2 Data and Rules 4.2.2.1 Constantes En este apartado vamos a explicar cuáles son nuestras constantes y variables. Comenzamos con las constantes, tenemos 3 de ellas: -Isocorner Largo: Esta constante define la altura del Isocorner, cómo esta pieza no va a modificarse en función de nada, esta altura siempre se mantendrá constante. La utilizaremos en nuestras reglas de salida, más adelante. Su valor es de 180 mm. -Isocorner Alto: Igual que la constante Isocorner Largo, pero con la altura de dicha pieza. Su valor es de 120 mm. -Altura Bisagra: Esta constante representa la altura de la Bisagra y la usaremos en las reglas de salida para parametrizar la cantidad y distancia de las bisagras. -Longitud CG: Utilizamos esta constante para representar la longitud del Cuello de Ganso que nos será muy útil en la creación de reglas. -Cálculo Long Madera: Esta constante la usaremos para calcular la longitud útil que tenemos para la madera en nuestro contenedor. Representa la suma de las distancias que hay entre las caras exteriores de los Isocorners y el límite de la Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 36 madera. La utilidad de esta constante es la de restarla a la longitud total del contenedor para conseguir la longitud útil del suelo de madera. -Dis Entre Vigas: Modela la distancia entre los travesaños del suelo. -Dis CG 1 Viga: Aquí se representa la distancia entre la primera viga del suelo hasta el cuello de ganso, cuándo exista o hasta el perfil del fondo en caso de que no tengamos Cuello de Ganso. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 37 Las constantes no son indispensables para la parametrización, ya que en el creador de reglas, podemos introducir sus valores. A pesar de esto, nos facilita mucho la creación de reglas el tener constantes creadas, ya que cuando tienes muchas piezas con muchas reglas de salida siempre es más fácil reconocer por ejemplo Isocorner Largo en una fórmula, automáticamente sabes a qué se refiere, que ver escrito en la fórmula 180, probablemente tardes un rato en recordar a qué se refería. 4.2.2.2 Variables En el caso de las variables, la situación es más compleja, 19 han sido las utilizadas en esta parametrización. Al igual que pasaba con las constantes, quizá se haya pecado en exceso de variables, pero el tener una variable para casi todo, nos facilitaba a la hora de escribir las reglas de salida. Además, para ayudarnos aún más, DriveWorks nos ofrece la posibilidad de crear carpetas y subcarpetas para que estén todas perfectamente organizadas. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 38 Drive Works nos ofrece muchísimas opciones a la hora de crear una variable, a continuación os ofreceremos algunos ejemplos de las herramientas que más hemos utilizado justo antes de explicar todas y cada una de las variables que forman parte de nuestra parametrización. -Añadir Constantes: En el margen derecho de la pantalla podremos elegir entre todas las constantes que hemos creado previamente y dando doble clic en alguna de ellas, se añadirán automáticamente a la fórmula que estemos creando. En la imagen siguiente podemos ver un ejemplo de una variable que viene definida en función de dos constantes distintas. Para facilitarnos la escritura de las reglas, DriveWorks hace distinciones entre los nombre de Constantes, Variables, Controles y Funciones. Estos tres primeros aparecerán en el panel de escritura de las reglas en color verde y en el caso de las constantes tendrán el prefijo DWConstant. -Añadir Variables: Al igual que con las constantes en el lado superior de la ventana de edición, podemos seleccionar entre todas las variables que tenemos creadas. Aparecerán organizadas de la misma manera que en la pantalla principal de definición de variables y en este caso el prefijo que adoptarán cuándo estén escritas en nuestra pantalla de comandos será DWVariable. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 39 -Añadir Controles: En nuestro caso sólo dos variables van a ir en función de controles, la variable que define la altura y la que define la longitud del contenedor. La estructura de nuestra parametrización es tener dos controles que definen las dos medidas principales del modelo 3D, dos variables también principales que se definen en función de estos dos controles y a partir de estas dos variables, directa o indirectamente definir el resto de variables. Por otro lado tenemos otro control más, Doble Altura, que en vez tener una o varias variables definidas en función de él, directamente pasamos este paso por alto y definiremos una regla de salida en función de este control. Las reglas de salida se explicaran en unos apartados más adelante. -Añadir Funciones: Además de todo lo anterior, podemos elegir entre una gran cantidad de funciones para crear nuestras reglas. En nuestro caso utilizaremos funciones de redondeo y condicionales If. 4.2.2.2.1 Dimensiones Principales Aunque en DW aparezca el último lugar, comenzaremos con ellas debido a su importancia. En este primer gran grupo nos encontramos sólo con dos: Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 40 -Alto: Define la altura del contenedor y cómo podemos observar en la fórmula, esta variable la define el control IntroducirAlto Fórmula: IntroducirAltoReturn -Largo: De igual manera que con la altura, esta variable es igual al control IntroducirLargo. Fórmula: IntroducirLargoReturn 4.2.2.2.2 Dimensiones Auxiliares CG_Suelo Este es el grupo más grande de variables, aquí se agrupan todas las que se utilizan para modelar la estructura del suelo, travesaños en U, cuello de ganso y madera. -CuelloGanso: Es la variable más importante de este grupo, simplemente representa si tenemos cuello de ganso o no. Si la longitud del container “Largo” es mayor de 6060 mm existe dicha pieza, en caso contrario, nuestro container no contará con dicha pieza. Fórmula: If (DWVariableLargo < 6060, FALSE, TRUE) Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 41 -DisPrimeraU: Representamos aquí la distancia a la que comienza la primera U de la matriz de vigas que conforma el suelo. Si existe el Cuello de Ganso, esta primera U estará a una distancia igual a la longitud del Cuello de Ganso más la constante “DisCG1Viga” en caso contrario, la primera U comenzará con una separación igual a “DisCG1Viga”. Fórmula: If (DWVariableCuelloGanso=TRUE, DWConstantLongitudCG+DWConstantDisCG1Viga, DWConstantDisCG1Viga) -LoTablaConCuello: Representa la longitud que tendrá que medir la pieza que modela la tabla de madera cuándo el contenedor tenga Cuello de Ganso. Dicha medida es igual a la longitud total del container (“Largo”), menos la longitud útil dónde iría madera (“CálculoLongMadera”), menos la longitud del Cuello de Ganso (“LongitudCG”). Fórmula: DWVariableLargo-DWConstantCálculoLongMadera-DWConstantLongitudCG -LoTablaSinCuello: Representa la longitud que tendrá que medir la tabla de madera cuándo el contenedor no tenga Cuello de Ganso. En este caso esta medida es igual que con Cuello de Ganso pero sin restar la longitud del mismo. Fórmula: DWVariableLargo-DWConstantCálculoLongMadera -NumeroConCG: Representa la cantidad de vigas en el suelo con Cuello de Ganso. Vemos a continuación cómo hemos usado un redondeo a la baja de la longitud útil dónde habrá vigas en U entre la distancia entre vigas (constante “DisEntreVigas”) Fórmula: RoundDown ( (DWVariableLargo-DWConstantLongitudCG-DWConstantLongitudCG)/ DWConstantDisEntreVigas,0) -NumeroSinCG: Representa la cantidad de vigas en el suelo sin Cuello de Ganso. El cálculo es similar al cálculo cuándo existe el Cuello de Ganso, pero sin utilizar la longitud del mismo. Fórmula: RoundDown ((DWConstantLongitudCG-DWVariableCalLongInterior)/ DWConstantDisEntreVigas, 0) Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 48 Cómo ya hemos dicho, toca ahora entrar en todas y cada una de las piezas requeridas, comenzaremos con una sencilla, U Suelo. El proceso es igual siempre, primero seleccionamos la operación que queramos capturar (1), en este caso la operación extrusión, a continuación tenemos que escribir el nombre de la operación capturada (2), es importante el nombre que escribamos aquí ya que por este nombre luego localizaremos la operación en DriveWorks. Una nota más que debemos saber sobre este nombre es que no hay ningún problema en que varias piezas tengan operaciones con los mismos nombres capturados, no interferirán entre sí. Seguidamente observaremos cómo la operación ha quedado registrada o capturada (3). No queda aquí la captura de piezas, pues cómo bien sabemos una operación de SolidWorks, por ejemplo, esta extrusión, tiene varios parámetros o variables que la definen, distancia 1 y 2 de extrusión, ángulo de extrusión, plano desde dónde se extruye el croquis, dirección, etc. DW no selecciona ninguna de estas medidas, si no que nosotros tendremos que decirle cuáles de ellas vamos a necesitar. La manera de proceder es clicando en “Show advanced feature parámeters” para desplegar la lista de todos estos parámetros y seleccionar los que necesitemos. Podemos observar que en esta pieza se ha seleccionado “D1 Depth” y “D2 Depth” que se refieren a cada una de las distancias de extrusión de la operación. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 49 DriveWorks hace distinción entre dos tipos de elementos que podemos capturar, “Dimensions” que serían las cotas de los croquis y “Features” u operaciones. A continuación veremos con otra pieza en la que capturamos más elementos y explicaremos cómo se ha hecho. Aquí tenemos la pieza Chapa Ondulada Lateral Izq., esta pieza goza de mayor complejidad que la anterior y podemos observarlo rápidamente en el panel lateral de DriveWorks. Tenemos una “Dimension” capturada, cómo dijimos, esto se refiere a una cota de un croquis, para hacernos con él, debemos entrar en el croquis, seleccionar la cota en cuestión y rellenar el nombre con el nombre que queramos. Podemos observar dos diferencias con respecto al caso anterior, en esta ocasión el nombre de la entidad capturada se guarda en una carpeta distinta y no tiene opción de mostrar las propiedades avanzadas. Observamos que este croquis corresponde a la cota que define la distancia desde el plano de simetría hasta la primera onda de la chapa lateral, por ello que hemos tenido que capturarla. Además de este croquis observamos varias operaciones más capturadas. La primera de ellas es la matriz que replica todas las ondas de la chapa y cómo aprendimos antes, también hemos tenido que Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 50 seleccionar una propiedad avanzadas más, la cantidad de instancias (“D1 Pattern Qty”). La segunda operación a capturar es la primera de todas las extrusiones, que nos marca la longitud de extrusión en cada uno de los sentidos. Inmediatamente después es el turno de la operación de extrusión que alarga la chapa en caso de que quedase un poco corta, en este al sólo tener una dirección de extrusión sólo es necesario capturar con las propiedades avanzadas “D1 Depth”. Finalmente, concluimos con la operación de simetría que replica la operación de extrusión anterior. Cómo sólo queremos que esta operación se aplique o no, no Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 51 tenemos que utilizar las propiedades avanzadas, tan sólo nos vale con captura la operación. Con estas dos piezas cómo ejemplo tenemos suficiente conocimiento para poder capturar casi todas las piezas del contenedor. Al resto de perfiles se le aplicará la misma dinámica de capturar las operaciones de extrusión correspondientes y con las Propiedades Avanzadas seleccionar ambas direcciones de extrusión en caso de existir. En el caso de las chapas de las paredes, la chapa derecha es igual a esta pero se recomendaría que a la hora de dar nombre a las operaciones capturadas se hiciera distinción entre una chapa y otra, para facilitarnos su búsqueda una vez que volvamos a DW Administrator a escribir las reglas de salida. Las chapas del acople también siguen el mismo proceso pero sin capturar la operación que define la altura de la misma ya que el acople del techo tiene una altura constante. En contraposición, de la chapa del fondo sólo nos tendríamos que quedar con la operación de extrusión de altura de la chapa. Finalmente la chapa de la pared sólo necesitará dos operaciones para ser capturadas, la distancia desde el centro hasta la primera onda y la matriz. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 52 Ahora que ya tenemos claro cómo proceder con piezas y sus diferentes operaciones pondremos un ejemplo de restricciones y operaciones capturadas en el ámbito de un ensamblaje. El subensamblaje Esqueleto es el que más ejemplos de este tipo tiene, ilustraremos la explicación con él. Lo primero que tenemos que comentar de este subensamblaje es que tenemos dos restricciones capturadas y observamos que a diferencia de lo que podríamos pensar, las restricciones no se guardan en la carpeta de dimensiones si no en la de operaciones, además, no nos da la opción de poder seleccionar opciones avanzadas para esta operación, por tanto no nos será posible capturar la distancia de la restricción de distancia. Cómo sabemos, esta cota es importante en nuestra parametrización porque es la que posición la primera U de refuerzo del suelo y al no poder capturarla hemos encontrado una solución alternativa, crear dos restricciones de posición una con la distancia cuándo esté el cuello de ganso y otra cuándo no, de esto modo, activamos o desactivamos cada una en función de si existe o no esta pieza. También tenemos que comentar que en el subensamblaje Esqueleto también tenemos dos operaciones de matrices. La manera de capturar estas matrices es exactamente igual que si estuvieran en el ámbito de la una pieza. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 53 Concluiremos este punto con otra herramienta fundamental en la captura de piezas y la parametrización con DW, las instancias. En nuestro modelo, queremos que el acople del techo sea una opción personalizable por el usuario cuándo esto sea así, la pieza del techo del contenedor original debe suprimirse y viceversa. Para que esto sea posible tenemos que irnos a la pestaña de instancias y seleccionar los elementos que queramos capturar para más adelante en las reglas de salida parametrizar su supresión o no. 4.2.4 Reglas de Salida Llegado este punto, volveremos a DW Administrator para concluir nuestra parametrización. Igual que sucedió con la captura del modelo, nos vamos a centrar en los ejemplos más significativos que van a coincidir casi todos con los ejemplos del punto anterior. Las reglas de salida son la fase final de la parametrización aquí relacionamos los elementos de SW con las variables, constantes y controles. A continuación recuperamos el esquema que representa los flujos de DW. Observamos que las reglas de salida son el punto de confluencia final en el que todo se relaciona. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 54 Este es el creador de reglas de salida, lo primero que tenemos que hacer es cargar los datos capturados de SolidWOrks, para ello, en la parte superior tenemos que clicar en Add y después seleccionar de entre todos los ensamblajes que tenemos capturados. Una vez cargados los datos de SW, nos vuelve a aparecer el árbol de todas piezas de nuestro contenedor. Al lado del nombre tenemos una caja de selección, la ventaja de estas cajas es que nos permite seleccionar pieza por pieza y subensamblaje por subensamblaje para no tener todos los elementos capturados de del 3D cargados a la vez. Lo primero que debemos comentar es que DW crea muchos elementos automáticamente que no serán necesario que prestemos atención. Vamos a comenzar directamente con la pieza chapa pared, en la imagen podemos observar los elementos capturados, hemos encuadrado en rojo los que nos serán útiles para la parametrización. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 55 “DER Dis centro Final” es la cota que define la distancia desde el centro de la pieza hasta la primera cota, ahora tenemos que dar doble clic en “Value”, se nos abrirá la misma ventana que en cuándo estuvimos creando las variables y escribir la fórmula necesaria. Cómo ya tenemos creada la variable “LongChapaPared”, la fórmula sería la siguiente: Podemos observar, cómo hemos dicho que la manera de crear estas reglas de salida es idéntica a la de las variables. Podríamos parametrizar todo en las reglas de salida, pero no es recomendable ya que se suele tener más elementos capturados que variables y si tuviéramos que modificar algo, se tendría que hacer todas las reglas de salida escritas, mientras que si estas reglas ya están relacionadas con la variable, lo único que tenemos que hacer es modificar la variable. El resto de elementos capturados que encontramos en esta pieza son: -DER Matriz Onda/D1 Pattern Qty: Cómo ya tenemos creada nuestra variable NOndasPared, clicaremos en ella y la pondremos cómo valor. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 56 -IZQ Altura Chapa Onda/D1 Depth: Corresponde a la dirección 1 de extrusión que modela la altura de la chapa. En este caso sí que hemos escrito una fórmula más extensa. A la altura total del contenedor le restamos la distancia hasta los perfiles donde se sueldan las chapas y dividimos entre dos. -IZQ Altura Chapa Onda/D2 Depth: Tiene exactamente la misma fórmula que D1 Depth. -IZQ Diferencia/D1 Depth: Es la última operación que capturamos de esta pieza, de igual manera, cómo ya teníamos una variable que representaba la distancia de extrusión extra que tenía que tener la chapa para que nunca quedase corta, simplemente escribimos el valor de la variable. Optimización y Automatización en el Diseño Industrial con la ayuda de Solid Works | 57 Aunque tengamos muchas operaciones capturadas y tengamos que escribir una gran cantidad de reglas, si en la fase anterior definimos correctamente las variables, esta tarea se hace muy sencilla. Tan sólo hay que asegurarse de que estamos seleccionando todos los elementos capturados. No nos vamos a detener en explicar más reglas de salida porque todas son similares a lo que acabamos de ver, buscar en el árbol la pieza o ensamblaje al que pertenece la instancia capturada, y escribir en cada una de ellas la variable que sea necesaria, asegurarnos que todas están completas y pasar a otra pieza. Antes de concluir este apartado es necesario que comentemos cómo funcionan las restricciones, recordamos del apartado anterior que hemos capturado 2 de ellas, tenemos que seleccionar el ensamblaje en el que aparecen, su icono es distinto a los que hemos visto, pero para localizarlo nos basta con mirar en la columna de Type. Cómo ya sabemos estas dos restricciones representan las distancias a las que deben comenzar la primera U del suelo del contenedor, si una existe la otra debe estar suprimida, por eso su fórmula es la siguiente para la restricción con cuello de ganso, si la variable cuello de ganso es cierta, también lo es restricción.