En las asignaturas de Fabricación: Fabricación I, II, III, Fabricación asistida por computador, Integración de sistemas de fabricación, Diseño de sistemas de fabricación, Automatización de la producción y robótica; los alumnos (aproximadamente unos 250) realizan trabajos relacionados con la definición y planificación de procesos de mecanizado: selección y definición de operaciones, selección de máquinas, selección de herramientas y utillaje, definición del programa de mecanizado y simulación del mecanizado. En la realización de estos trabajos los alumnos utilizan distintas herramientas informáticas que van desde el programa Excel al sistema CAD/CAM CATIA V5.

La tendencia en la Industria es a realizar simulaciones que comprendan el entorno real de fabricación. Este tipo de simulación demanda la definición de modelos virtuales de máquinas herramientas. Una vez definido un proceso de mecanizado y seleccionada la máquina adecuada es posible realizar una simulación del entorno completo de mecanizado y no solo de la trayectoria de mecanizado que va a seguir la herramienta de corte. Esto permite detectar posibles interferencias y problemas que puedan surgir durante el mecanizado y proceder a su corrección antes de la ejecución física del proceso.

Teniendo presente la diversidad de configuraciones de máquina herramienta que existen, la tarea de su selección puede hacerse de forma muy simple: seleccionar un torno universal de CN para operaciones de torneado; o puede realizarse de manera que el alumno busque una configuración de máquina (cabezales, torretas porta herramientas, etc.) que mejor se adecue al tipo de familia de piezas que desea mecanizar. Esta segunda opción requiere que el alumno pueda comprender como está constituida la máquina y cuales son sus movimientos principales. Como es imposible disponer físicamente de todas las máquinas posibles, la utilización de modelos virtuales, en los que el alumno pueda de forma interactiva comprobar el funcionamiento de la máquina con la configuración definida, resulta de gran interés para su mejor entendimiento de la máquina que debe configurar y que pretende utilizar en el proceso de mecanizado.

CATIA V5 proporciona un módulo específicamente pensado para generar modelos virtuales de máquinas herramientas: Machine Tool Builder. Adicionalmente, dispone de otro módulo: DMU Kinematics con el que se puede realizar la simulación cinemática de productos, y una máquina herramienta es un producto. En cualquiera de los dos casos es necesario realizar el modelado geométrico de los componentes de la máquina y definir la interfaz de movimientos entre los distintos elementos.

A lo largo de este curso 2009-2010 dos alumnos Eramus de la Ecole Nationale d’Ingnieurs de Saint Etienne han realizado un trabajo (250 horas) sobre la modelización de máquinas herramientas con el módulo CATIA V5 Machine Tool Builder (MTB), propuesto y dirigido por el profesor José Ríos. Fruto de este trabajo los alumnos han elaborado un manual paso a paso sobre como realizar un modelo virtual de una máquina herramienta. El trabajo ha permitido tener una primera idea sobre la dificultad asociada con el proceso de modelado, su operatividad y los problemas que aparecen en su utilización.

La incorporación de aplicaciones informáticas de amplia utilización industrial, como es el caso de CATIA V5, se considera fundamental para mejorar las competencias profesionales de los alumnos. No obstante es importante tener presente que no se trata de proporcionar un ‘curso de usuario’ al modo de los que se ofrecen fuera del ámbito educativo a nivel universitario. Es preciso definir como los objetivos docentes definidos para las asignaturas y la formación del alumno, pueden verse mejorados mediante la acción complementaria de utilizar herramientas informáticas comerciales de amplia implantación (nuevas tecnologías). Dando lugar a una mejora de la enseñanza y de la calidad de la misma.

Los objetivos concretos que se persiguen con este trabajo son:

1. Evaluar si un alumno que no está familiarizado con el módulo CATIA Machine Tool Builder (MTB) es capaz de definir un modelo virtual de máquina herramienta siguiendo el manual paso a paso.
2. Evaluar el tiempo que un alumno invertiría en definir dicho modelo virtual.
3. Realizar un modelo cinemático de una máquina herramienta con el módulo CATIA DMU Kinematics (DMUK). Elaborar un manual paso a paso, evaluar tiempos y dificultad.
4. Comparar los resultados obtenidos entre los módulos MTB y DMUK: complejidad del trabajo, tiempo invertido, diferencias en la simulación.
5. Teniendo presente los resultados anteriores sería posible tener valores objetivos para decidir sobre la utilización de los módulos MTB y DMUK con fines docentes y en caso afirmativo elaborar de forma detallada el conjunto de prácticas oportunas. Actualmente se contemplan dos situaciones posibles:
   1. La práctica se orienta hacia que el alumno tenga que crear un modelo de máquina virtual y su posterior utilización en la simulación de un proceso.
   2. La práctica se orienta hacia que el alumno seleccione máquinas ya definidas y solo tenga que realizar la simulación de un proceso.

Desde el punto de vista de mejora docente, sería preferible la opción a) pero las implicaciones de dificultad, formación y tiempo son desconocidas en este momento.

El desarrollo del proyecto comprende 6 tareas/fases principales:

1. Introducción al sistema CATIA V5. Duración: 1mes. Se formará a los alumnos becarios en el entorno del sistema CATIA, módulos de definición geométrica y de definición de procesos de mecanizado.
2. Evaluación del módulo CATIA V5 MTB. Duración: 3 meses. Dos alumnos becarios que no estén familiarizados con el módulo MTB recibirán la especificación de dos máquinas herramientas: torno y centro de mecanizado. Utilizando el Manual MTB deberán realizar el modelo virtual de cada una de las máquinas. Se medirá el tiempo empleado, se registrarán los problemas encontrados, y se definirán correcciones al manual. El resultado de esta actividad será: dos modelos virtuales de máquinas herramientas y los correspondientes informes de ejecución.
3. Evaluación del módulo CATIA DMU Kinematics. Duración: 4 meses. Comprende:
   1. Realizar un modelo cinemático de una máquina herramienta simplificada.
   2. Elaborar un Manual paso a paso de ejecución.
   3. Realizar el modelo cinemático de las máquinas utilizadas en el módulo MTB. Elaborar un informe de ejecución: tiempos, problemas, correcciones.
4. Comparación de los resultados obtenidos en los dos casos de estudio: módulo MTB y módulo DMUK. Elaborar un informe de resultados: tiempos, dificultad, diferencias en la simulación. Duración: 1 mes.
5. Definición de prácticas de simulación de entornos de fabricación. El resultado de esta actividad será un manual de prácticas: tareas a realizar, objetivos docentes, duración, y ficha de programación. Duración: 3 meses.
6. Difusión de resultados. Duración 4 meses.
   1. Los resultados del proyecto se difundirán en el campus virtual de Dassault Systèms (DS), empresa desarrolladora de CATIA y DELMIA: http://campus.3ds.com/Sitio web global que sirve de centro de intercambio de información sobre los sistemas de DS para la comunidad académica mundial.
   2. Los manuales de utilización generados en el proyecto estarán disponibles para el Open Course Ware de la UPM.
   3. Los resultados del proyecto podrán tener difusión también a nivel de seminarios a otros grupos docentes de la Universidad relacionados con Fabricación e Ingeniería Mecánica.
   4. La definición de las prácticas y los objetivos que vienen a cubrir dentro del curriculum de los alumnos de fabricación podría considerarse material difundible a través de comunicaciones a Congresos o artículos. No obstante, sería recomendable esperar a la implantación de las posibles prácticas en el curso 2011-2012 para poder tener datos sobre su impacto en la docencia.

Actividad 1 – Introducción al sistema CATIA V5 (1 mes)

No tiene resultados evaluables externamente.

 Actividad 2 – Evaluación de módulo CATIA V5 Machine Tool Builder (3 meses)

Se evaluará mediante los dos modelos virtuales de máquina herramienta creados y el informe de utilización del módulo CATIA MTB.

 Actividad 3 – Evaluación del módulo CATIA DMU Kinematics (4 meses)

Se evaluará mediante los modelos creados, el Manual de utilización del módulo CATIA DMU Kinematic, y el informe de ejecución.

 Actividad 4 – Comparación de resultados – informe comparativo (1 mes)

Se evaluará por el informe comparativo.

 Actividad 5 – Definición de prácticas de simulación de entornos de fabricación (3 meses)

Se evaluará por el programa de prácticas y sus fichas de programación.

 Actividad 6 – Difusión de resultados – (4 meses)

Se evaluará por la disponibilidad de material para su inclusión en el Open Course Ware de la UPM y en DS Virtual Campus.