Metodología integrada para la gestión autónoma del proceso de diseño funcional de una motocicleta basado en sistemas generativos y técnicas evolutivas

Abstract

Con el paso de los años, el desarrollo de nuevas motocicletas se está convirtiendo progresivamente en un proceso cada vez más complejo, sofisticado y multidisciplinar. Motivado por la feroz competencia existente y las exigencias actuales del mercado, las marcas se ven obligadas a desarrollar motocicletas cada vez más sofisticadas en el menor tiempo posible. Este aumento de sofisticación hace necesario una comprensión global y multidisciplinar de la motocicleta durante su desarrollo para lograr los objetivos propuestos. En este sentido es indispensable abogar por un proceso de desarrollo integrado, que asegure la interacción de todos los componentes y disciplinas involucradas, estructurado de tal forma que sea ágil, flexible y que se ejecute en el menor tiempo posible y con los menores costes asociados. El complejo contexto descrito ha motivado un gran número de investigaciones y estudios sobre metodologías y técnicas que contribuyan a que el desarrollo de una motocicleta sea un proceso cada vez más eficiente e integrado. La mayor parte de estos estudios se centran en las primeras fases del proceso de diseño y en los principales conjuntos de la motocicleta (parte ciclo, suspensiones, motor, etc.) por ser los que mayor impacto tienen en términos globales. Encontramos estudios centrados en la mejora del proceso de diseño, investigaciones en el campo de la dinámica y la creación de modelos virtuales, otros centrados en la simulación y evaluación estructural de la parte ciclo, etc. Si bien no hay duda de la mejora que aportan estos estudios en términos de agilidad, tiempo y costes globales, siguen existiendo un gran número de ineficiencias en el flujo de acciones como consecuencia de los pilares sobre los que se estructura el actual proceso de desarrollo. El diseño de una motocicleta se caracteriza por el alto grado de incertidumbre que rodea a cada decisión, lo que unido al elevado número de disciplinas involucradas desemboca en un proceso complejo y sujeto a una alta cantidad de relaciones de dependencia que hacen difícil de predecir el impacto de cada acción realizada. Este aspecto ha motivado que el actual proceso de desarrollo adquiera una estructura iterativa, basada en una comunicación continúa entre las disciplinas involucradas y fuertemente dependiente de la experiencia del equipo de ingeniería con el propósito de maximizar el número de soluciones satisfactorias en el menor tiempo posible. A pesar de que este enfoque de trabajo ha contribuido notablemente en la mejora del proceso, en un producto tan multidisciplinar como una motocicleta los tres pilares anteriores pueden en algunos casos revertir su efecto y convertirse en las principales fuentes de ineficiencias , conflictos y atrasos. Por un lado, basar gran cantidad de decisiones en la experiencia no hay duda de que es positivo, sin embargo, intrínsecamente trae consigo dos efectos que pueden llegar a ser en algunos casos perjudiciales: minimiza la exploración de vías de desarrollo e impone un orden en las acciones a realizar sin analizar los efectos que puede tener sobreel espacio de diseño. Por otro lado, las acciones de diseño a realizar en cada iteración del proceso son resultado del consenso entre las distintas disciplinas para evitar conflictos futuros y la necesidad de acciones correctivas. El alto grado de incertidumbre, la diferencia de avances entre disciplilas y la alta interdisciplinaridad obliga a implementar soluciones de compromiso que demandan un gran volumen de tiempo para ser consensuadas. Esta dependencia del consenso entre disciplinas en cada iteración del proceso de diseño representa en sí mismo un potencial "cuello de botella" y por ende una importante fuente de retrasos y diseños ineficientes. Esta problemática que rodea al actual proceso de diseño funcional es la que ha motivado los objetivos de esta tesis. La necesidad de un proceso iterativo gobernado por la experiencia y cuyas acciones deben ser previamente consensuadas en base a criterios técnicos y en muchos casos subjetivos es consecuencia de la ausencia de metodologias orientadas al desarrollo de sistemas automallados que sean capaces de llevar a cabo la gestión del proceso de diseño de manera independiente y sin necesidad de intervención humana. La aparición del denominado "\textit{Diseño Generativo}" y "\textit{Diseño Integrado}", con multitud de metodologías asociadas, junto con los avances en inteligencia artificial y en técnicas evolutivas, abre una prometedora vía de investigación para la mejora del proceso de desarrollo de una motoc icleta. El trabajo de investigación de esta tesis se enmarca dentro de esta linea y tiene por objeto establecer las directrices y fundamentos para la construcción de un sistema integrado y autónomo , en el que todas las acciones del proceso sean gestionadas por agentes de decisión de distinta naturaleza matemática y sin requerir intervención humana. De esta forma se pretende dejar atrás las limitaciones del actual proceso y abogar por la construcción de una metodología en la que se potencie la capacidad de exploración, las relaciones de dependencia sean inducidas por el propio sistema y no requieran de la comunicación del equipo de ingeniería y en el que las acciones a ejecutar estén basadas en criterios funcionales y objetivos . De todas las fases del proceso de desarrollo de una motocicleta, este trabajo de investigación se centra en la automatización e integración de todas las acciones y evaluaciones inherentes a las fases iniciales del diseño funcional : \textit{Diseño Conceptual}, las evaluaciones funcionales correspondientes durante la fase de \textit{Cálculo y Simulaciones} y su representación 3D previa a la fase de \textit{Diseño en Detalle}. Por situarse al inicio del proceso, las decisiones inherentes a estas fases son especialmente relevantes, por lo que la gestión eficiente de todas ellas representa una de las fuentes de mayor potencial para la mejora del proceso de desarrollo global. La metodologia propuesta toma como pilar principal sobre el que estructurar las acciones, lo que se conoce como Modelo 2D de la motocicleta. La consecución de este trabajo aporta además nuevos conocimientos sobre la aplicación de técnicas de inteligencia artificial, diseño generativo e integrado al mundo de las motoccletas. Finalmente, con objeto de probar la validez y desempeño de la metodologfa expuesta, se muestra su aplicación al proceso de diseño funcional de una motocicleta de competición .