La certificación NX mejora el dominio del diseño en ASML

Producto: NX CAD
Industria: Electrónica y Semiconductores

El fabricante líder de máquinas de litografía utiliza la certificación para trabajar de manera más eficaz y mejorar la calidad con NX CAD

Desarrollo de conocimientos y habilidades

Los empleados son el verdadero capital de cada empresa. Aprovechar al máximo este capital requiere un desarrollo continuo en todos los aspectos de competencia. La empresa de alta tecnología ASML es más consciente de esto que la mayoría de las otras firmas. Trabajar en el desarrollo del personal para llevar el know-how al más alto nivel posible y mantenerlo allí es una práctica común en ASML. ASML es uno de los principales fabricantes mundiales de equipos de fabricación de chips. La compañía inventa, desarrolla, fabrica y presta servicios de soluciones de litografía, metrología y software de alta tecnología para la industria de semiconductores para permitir semiconductores cada vez más pequeños, más baratos, más potentes y de bajo consumo. Esto se traduce en una electrónica cada vez más potente y capaz que permite el progreso dentro de una multitud de campos, incluyendo la atención médica, la tecnología, las comunicaciones, la energía, la movilidad y el entretenimiento. ASML es una empresa multinacional con más de 70 ubicaciones en 16 países y emplea a más de 14.000 personas. La compañía utiliza el software NX™ del especialista en gestión del ciclo de vida del producto (PLM) Siemens Digital Industries Software para el diseño asistido por ordenador (CAD).

Evaluación

El desarrollo de conocimientos abarca más que la experiencia tradicional, también incorpora conocimientos sobre el software utilizado en el desarrollo de productos. Pero, ¿cómo determinan las empresas si el conocimiento adecuado está disponible y si se está aplicando? “El conocimiento y la habilidad son influyentes de dos maneras importantes”, dice Denis Loncke, líder del grupo, desarrollo mecánico de las etapas de oblea, ASML. “En primer lugar, ayudan a los usuarios a realizar sus tareas más rápido y, en segundo lugar, mejoran la calidad y estabilidad de los datos CAD de NX, incluidos modelos, ensamblajes y dibujos.” Las máquinas ASML son utilizadas en la mayor medida posible y mantenidas actualizadas por los expertos en tecnología ASML durante su vida útil. “Eso significa que los datos CAD de NX tienen que ser rápidamente comprensibles para todos los ingenieros. Esto se logra a través de un proceso estructurado y el uso correcto del software de diseño NX”, señala Loncke.

Para determinar si los conocimientos y las habilidades están en un nivel suficientemente alto y se aplican correctamente, ASML necesitaba un método de medición. “A nuestro gerente de capacitación de Siemens Digital Industries Software se le ocurrió la idea de introducir la certificación”, dice Loncke. “Pensamos que un examen sería demasiado percibido como una revisión del rendimiento.” En su lugar, la alta dirección de ASML quería ayudar a los empleados a desarrollarse y progresar dentro de la organización. Los estudios de caso que permiten a los empleados obtener la certificación son desarrollados conjuntamente por el personal de capacitación de Siemens Digital Industries Software y los ingenieros clave de ASML. Estos incorporan características de software específicas que ASML utiliza a diario. Las matrices de evaluación de habilidades también están escritas enteramente en colaboración para eliminar diferentes interpretaciones de la evaluación.

Admisión de certificación para formación

“Para un proyecto piloto inicial, nueve ingenieros fueron invitados a participar en un proceso de certificación”, dice Loncke. “Los resultados variaron mucho y, en algunos casos, fueron realmente subestándales. Sin embargo, siempre fue evidente para los participantes que el resultado en sí mismo no era pertinente. Sirve como una ingesta, de modo que se puede proporcionar una formación adecuada para el desarrollo centrado de los conocimientos y habilidades.” Los ejercicios de certificación y las matrices de evaluación se dividen en una serie de módulos: Teamcenter® integración de software para NX, modelado NX, ensamblajes NX y redacción NX. Cada usuario debe anotar un número mínimo de puntos en cada módulo. Si no se logra la puntuación mínima, se requiere entrenamiento.

Dado que los roles dentro de los proyectos pueden variar fuertemente, aproximadamente 750 empleados de ASML serán elegibles para la certificación. Los usuarios NX restantes trabajan en el nivel de concepto y no crean datos NX CAD utilizados en el desarrollo de productos.

Siemens Digital Industries Software atención total

El procesamiento de estos números requiere un esfuerzo considerable. “Dentro de ASML, nos encargamos de coordinar la certificación del personal interno”, dice Loncke. “Propusimos una fecha a todos en la que pudieran tomar la certificación de tres horas y media, dentro de un plazo de cuatro semanas. Se requería cierta flexibilidad, pero todos los involucrados hicieron todo lo posible para que esto funcionara”. Como resultado, toda la certificación podría completarse en el corto período comprendido entre octubre de 2013 y abril de 2014. La certificación de las llamadas empresas “farm-out” comenzó en abril de 2014. Estas empresas agrícolas se encargan de ciertas tareas de desarrollo para ASML. Siemens Digital Industries Software es responsable de toda planificación e implementación, incluidos los acuerdos financieros. “Siemens Digital Industries Software nos ha quitado mucho trabajo de las manos”, dice Loncke.

Los requisitos de formación se cumplen con la oferta de formación estándar de Siemens Digital Industries Software. No se incluyen componentes específicos de ASML. Muchas empresas agrícolas han estado pidiendo la certificación de los empleados por su propia voluntad en un enfoque proactivo que enfatiza la calidad de su cooperación con ASML.

Procesos de aseguramiento e inserción

La certificación única no es suficiente para proteger e integrar prácticas y conocimientos en la organización. “No revisaremos la producción diaria de los ingenieros para ver si funcionan de acuerdo con los procesos definidos”, dice Loncke. “Estas deben ser de segunda naturaleza. Con las herramientas de validación de NX Checkmate, tenemos un modelo de control disponible, pero esto está orientado al cumplimiento de estándares de modelos y dibujos. Garantizar que los procesos están completamente integrados se llevará a cabo repitiendo la certificación cada dos años.”

Las reacciones de los participantes y la gestión han sido extremadamente positivas. Incluso los usuarios muy experimentados que se entrenaron para pasar la prueba de certificación comentaron que habían aprendido mucho. “Ciertas personas obtuvieron una puntuación del 100% en todas las áreas”, dice Loncke. “Han sido alabados por esto. Sus conocimientos y habilidades de NX encajan perfectamente con el trabajo que tienen que hacer”.

Actualización más rápida a nuevas versiones

Las respuestas de los participantes en la certificación también han incluido propuestas de mejora de la implementación de nuevas versiones de NX dentro de ASML. Además, también se ha recopilado la entrada sobre el funcionamiento de NX. Esta aportación ha sido evaluada por los representantes de Siemens Digital Industries Software y abordada en el desarrollo de NX.

Beneficios de productividad

El beneficio clave de la certificación es el aumento de la productividad. “Ya conocíamos los indicadores antes y después de la certificación del piloto”, dice Loncke. “Después de la capacitación y la recertificación, los ingenieros eran un 50 por ciento más eficientes con NX y Teamcenter.” Esa métrica se derivó específicamente de ejercicios no realizados a tiempo y del uso de soluciones prolongadas. “Después del entrenamiento, los ejercicios se completaron dentro del tiempo asignado y los ingenieros fueron directos a la mejor solución usando las características correctas”, continúa Loncke. “Hemos calculado el retorno de la inversión y hemos llegado a un caso de negocio que apoya inequívocamente el valor de la formación”.

Design Automation Associates, un análisis de la vibración de la placa de un circuito reduce los errores y resulta en un proceso 100 veces más rápido

Producto: NX CAD
Industria: Electrónica y Semiconductores

El uso de NX Open para automatizar los procesos de diseño y análisis iterativos da como resultado operaciones estandarizadas y altamente eficientes.

Ingenieros ayudando a ingenieros

Fundada por tres ingenieros de United Technologies en 1995, Design Automation Associates Inc. (DAA) ofrece una variedad de servicios de consultoría de ingeniería, con un enfoque en ayudar a las empresas a automatizar sus procesos de desarrollo y configuración de productos. La firma, que ahora cuenta con una plantilla de 20 personas, atiende a una amplia gama de industrias, incluyendo equipos rotativos, embalaje electrónico, maquinaria industrial, aeroespacial, militar y automotriz.

DAA tiene una gran experiencia en la determinación de qué actividades son adecuadas para la automatización. Uno de los más prometedores consiste en el diseño y análisis de productos de ingeniería a pedido (ETO) y configurados a pedido (CTO). “Los problemas iterativos ocurren en todas las áreas del diseño y análisis de ingeniería, pero ocurren especialmente en empresas con productos de ingeniería a pedido y configurados a pedido donde ciertas piezas están diseñadas de manera tan repetitiva que la automatización puede proporcionar enormes ahorros de tiempo”, dice John Lambert, presidente y CEO de DAA.

Como ejemplo específico en el embalaje electrónico, Lambert señala el análisis de elementos finitos (FEA) que debe realizarse para placas de circuito impreso (PCB) ETO. “Por cada nuevo pedido, estas empresas tienen que rediseñar sus placas de circuito. Incluso cuando las empresas utilizan una buena tecnología de análisis, todavía hay mucho trabajo que debe hacerse a mano”, explica Lambert. En muchos casos, se necesitan cálculos manuales para disuadir las cargas de las minas, por ejemplo, y para evaluar los resultados de un análisis. “Muchos de esos cálculos, como los utilizados para interpretar resultados, implican procedimientos especializados que forman parte de la propiedad intelectual de una empresa que la hace única y capaz de competir”, continúa Lambert. “Hay todo un dominio de lógica y cálculo que no se agregará a ningún software de análisis como funcionalidad lista para usar, porque es específico de la empresa.”

DAA ha visto situaciones en las que el proceso de análisis de un solo producto ETO tomó hasta 40 horas. “Y una empresa podría realizar ese mismo proceso de análisis de 100 a 200 veces al año”, dice Lambert. “Además del tiempo y los gastos incurridos, tener que basarse en tanto cálculo manual introduce la probabilidad de error.” Cada vez que DAA ve intentos de automatización, casi siempre está en forma de macros, que son, como señala Lambert, “tecnología de hace veinte años”.

Mucho más allá de las macros

Los ingenieros de DAA utilizan una serie de soluciones avanzadas de diseño y análisis en su trabajo, pero cuando se trata de automatizar análisis complejos e iterativos y bucles de análisis de diseño, la firma se basa en el software Simcenter y NX de Siemens Digital Industries Software. DAA utiliza Simcenter 3D y Simcenter Nastran, ambos parte de la cartera Simcenter de Siemens, para análisis avanzados. “El conjunto de herramientas Simcenter y NX es una funcionalidad de clase mundial”, dice Lambert. “Con Simcenter 3D y NX, obtenemos capacidades integradas de modelado y análisis, así como NX Open.” NX Open es la interfaz de programación de aplicaciones (API) integrada en Simcenter 3D y NX. DAA utiliza NX Open, junto con algunas codificaciones personalizadas, para sus automatizaciones más complejas. “Los problemas en los que nos estamos centrando requieren complejidad y automatización más allá de la compatible con capacidades lista para usar”, dice Lambert. “Para eso usamos NX Open.”

Como un ejemplo de la automatización daa ha hecho, Lambert describe un análisis de elementos finitos de un PCB destinado para su uso en una aplicación aeroespacial. “Este es un gran ejemplo de una tarea que debe hacerse iterativamente, en parte porque hay tantas variables de diseño, como los componentes de la placa y los soportes, que se pueden cambiar”, explica Lambert. “Además, las placas están sujetas a vibraciones aleatorias, y dependiendo del espectro puede haber una o más zonas de exclusión. Es necesario mover iterativamente las frecuencias para alejarlas de las “zonas de exclusión” y en áreas de menor vibración, pero no es tan simple porque se pueden aumentar las cargas y las tensiones haciendo eso. Al mover frecuencias, debe reevaluar las cargas. Y a menudo en los envases electrónicos hay componentes que tienen frecuencias cerca unas de otras, por lo que se magnifican entre sí. Se convierte en un juego exhaustivo e iterativo para lograr el equilibrio entre la colocación de frecuencia adecuada y la integridad de la placa estructural.”

La versión automatizada de DAA de este proceso, que mira al usuario como la funcionalidad nativa de NX, incluye modelado geométrico, preprocesamiento FEA, postprocesamiento y análisis utilizando Simcenter 3D y Simcenter Nastran® software. A partir del modelo de geometría NX del PCB, el programa crea automáticamente la malla de elementos finitos y aplica las propiedades de material adecuadas. A continuación, ejecuta iterativamente un análisis de extracción de frecuencia (Simcenter Nastran Solution 103). Código personalizado escrito por DAA usando NX Open compara los resultados con el espectro de vibración aleatorio, y luego continúa el bucle iterativo y las modificaciones a la geometría PCB hasta que las frecuencias de vibración PCB están fuera de la zona de exclusión en la curva de vibración aleatoria. A continuación, se realizan cálculos personalizados para determinar cargas, seguidos de análisis de tensiones y desviaciones (Simcenter Nastran Solution 101). Algún código personalizado adicional combina esos resultados con el conocimiento de la industria y el proceso para generar predicciones de vida, hacer comparaciones con los materiales permitidos y, en última instancia, determinar si el diseño es aceptable. Si no es así, el proceso se inicia de nuevo y las iteraciones continúan hasta que el diseño tiene una integridad estructural adecuada.

En este ejemplo, Lambert señala que el análisis térmico no está involucrado, aunque podría ser: “Generalmente hay análisis térmicos que hay que hacer y se puede incluir en la automatización también”.

Enormes ahorros de tiempo y menos errores

Uno de los beneficios más obvios de la automatización, como se ilustra en el ejemplo pcb, es el tiempo que ahorra. Lambert ha visto situaciones en las que el proceso automatizado realiza ahora un análisis que antes requería 40 horas en 15 minutos.

Por supuesto, crear la automatización lleva tiempo, y DAA tiene una buena regla general para estimar cuánto tiempo. “Se tarda aproximadamente 10 veces más en crear una rutina de automatización algo robusta como para ejecutar una sola iteración”, explica Lambert. “Así que no todo es apropiado para una automatización. Si es un análisis que una empresa va a ejecutar sólo un puñado de veces, probablemente no vale la pena. Pero si es algo que están haciendo 25 o 100, o 200 veces al año, tiene mucho sentido”.

¿Qué nivel de habilidad se necesita para crear una automatización como la que describió? “Necesitas a alguien que tenga un nivel moderado de capacidad de programación”, dice Lambert. “La función de registro en diario generará una gran cantidad de código NX Open para usted, pero necesita saber cómo abrir ese código, editarlo y mejorarlo para que sea más adecuado para una aplicación de uso general, en lugar de simplemente grabar pulsaciones de teclas.”

Hay varios otros beneficios para el apareamiento automático de procesos de simulación iterativa con Simcenter 3D. Las automatizaciones mantienen el aspecto y la sensación de NX, por lo que los usuarios que se sienten cómodos con NX CAD necesitan una formación mínima para usarlos. Además, una vez que los procesos son automatizados por analistas expertos, pueden ser dirigidos por usuarios con menos educación y capacitación, liberando a los analistas para proyectos más desafiantes. La automatización de un proceso también tiene el efecto de estandarizarlo y eliminar errores humanos, como los errores de los analistas en los cálculos manuales.

DAA ha tenido tanto éxito usando la automatización NX Open que sorprende a Lambert que más empresas no están aprovechando la funcionalidad de programación del software. “Hay una capacidad muy potente en NX y Simcenter, pero rara vez vemos que se utiliza a pesar de que hay una gran necesidad de este tipo de automatización entre nuestros clientes”, dice. “En las situaciones correctas, automatizar los procesos de simulación dentro del entorno NX CAD bien podría valer la pena la inversión.”

El uso de NX permite que el diseño y el análisis trabajen juntos de manera más eficiente y productiva

Producto: NX CAD, Simcenter 3D
Industria: Aeroespacial y Defensa

Durante más de 30 años, los ingenieros de ATA Engineering, Inc., (ATA), han proporcionado análisis y soluciones de diseño controladas por pruebas para productos estructurales, mecánicos, electromecánicos y aeroespaciales. La empresa ha trabajado en una amplia variedad de proyectos, incluidos parques de diversiones, dispositivos biomédicos y componentes electrónicos.

La mayor parte del trabajo de ATA Engineering se realiza en la industria aeroespacial, para clientes como Orbital Sciences, Lockheed Martin Space Systems, Pratt & Whitney, NASA, Jet Propulsion Laboratory, Air Force Research Laboratory y General Atomics. En este trabajo no hay espacio para errores: es fundamental cumplir las especificaciones de manera precisa, a la vez que se enfrentan plazos estrictos. Los ingenieros de ATA a menudo deben enfrentarse a ejecuciones de producción cortas, a veces incluso para una sola unidad, como un componente de satélite. Es forzoso que lo hagan bien la primera vez.

El personal de ATA ha utilizado Software NX™ durante muchos años. Sin embargo, recientemente aplicaron la versión másreciente de software NX de diseño asistido por computadora (CAD) e ingeniería asistida por computadora (CAE) a estructuras complejas del mundo real utilizando tres casos representativos y encontraron mejoras significativas en cuanto al ahorro de tiempo y esfuerzo durante los ciclos de diseño, análisis y actualización.

La ingeniero de ATA Allison Hutchings lo define así: “Las estructuras del mundo real tienen definiciones de diseño complejas y requerimientos de análisis desafiantes, y ambos cambian constantemente. NX permite sobrellevar los cambios de manera eficiente y productiva”.

Cambio de los parámetros de modelo sin recreación de la geometría

El primer caso de uso implicaba el mallado de un modelo de reflector de rejilla isométrica, como los que se diseñan para su montaje en una nave espacial. La geometría isométrica brinda ventajas para las estructuras espaciales que deben ser rígidas, livianas y duraderas, pero el gran número de superficies implica que la definición de la geometría inicial del modelo CAD y el modelo CAE puede ser tediosa. Cuando se debe actualizar el diseño, como al alterar el diámetro, la longitud focal y la medida de las celdas en este caso, “estos cambios pueden causar graves dolores de cabeza”, indica Hutchings. En muchos casos, es posible que se deba volver a crear completamente la geometría en lugar de simplemente actualizarla para incorporar las dimensiones nuevas.

Al aprovechar Synchronous Technology que brinda NX junto con un enfoque inteligente a la definición de diseño original, sin embargo, se evita estos problemas. Varias técnicas, como patrones y expresiones, facilitaron la parametrización directa de definiciones clave de la geometría en NX CAD y esta capacidad se aprovechó directamente para el mallado y el análisis. Como resultado, se actualizó automáticamente un 100 por ciento de la geometría y un 96 por ciento del remallado se realizó automáticamente cuando el modelo de elemento finito (FEM) asociado se actualizó a la geometría nueva. Limpiar el 4 por ciento restante fue relativamente rápido y fácil, particularmente en comparación a la necesidad de recrear el FEM por completo.

El segundo caso de uso fue un modelo de soporte ligero. Debido a que el peso es un factor apremiante en los diseños aeroespaciales, el ingeniero debe luchar con objetivos competitivos para mantener el soporte lo más ligero posible y que a la vez cumpla requisitos de rigidez y mantenga la capacidad de manejar las cargas necesarias. El proceso a menudo tiene como resultado soportes con geometría compleja.

En el Análisis de Elementos Finitos (FEA, por sus siglas en inglés), la práctica estándar es “idealizar” la geometría, eliminando los detalles y características que no afectan el análisis. Se hace para ahorrar tiempo de cálculo, pero a menudo es necesario repetir el proceso de idealización cada vez que se actualiza la pieza.

Con NX, este paso adicional se puede evitar. Para esta tarea, después de que se cambiaron las dimensiones de la pieza, el 93 por ciento se idealizó y actualizó automáticamente. Aunque los cambios que se llevaron a cabo en el soporte fueron relativamente simples, el ahorro de tiempo y esfuerzo fue notable: la idealización automatizada de la actualización fue más de 100 veces más rápida que el proceso manual y el mallado del modelo actualizado fue al menos 3 veces más rápido.

Actualización de la geometría en minutos

El tercer caso de uso se centró en el modelo de un freno de aire existente: un ensamble que permite que un avión reduzca su velocidad para aterrizar al generar un flujo de salida turbulento desde una boquilla de derivación del ventilador y además facilita que el aterrizaje del avión sea más lento, desde un ángulo más inclinado, lo que reduce el ruido general.

Los ángulos de las aspas dentro del freno de aire pueden tener un efecto drástico sobre el desempeño del freno de aire bajo diferentes condiciones. Al alterar estos ángulos en el modelo, el analista puede evaluar dichos efectos. En este caso, las aspas prismáticas se rotaron para analizar configuraciones entre los 0 y los 25 grados. Con NX, en lugar de llevar a cabo un tedioso proceso manual de remodelación del sistema completo, Hutchings simplemente cambió el parámetro de ángulo del aspa y pudo actualizar la geometría en minutos, ya que la pieza idealizada se ajustó automáticamente al ángulo nuevo. Hutchings comenta, “se conserva el mallado de mapa, creando una malla idéntica en las superficies de las aspas entre todos los ángulos, luego, el modelo CAD se propaga al FEM y la malla se actualiza en minutos.

En los tres casos, las nuevas características de NX hicieron posible llevar a cabo actualizaciones de la geometría rápidamente, afirma Hutchings. “Pudimos parametrizar la definición de diseño, crear un modelo de análisis estructural aprovechando el diseño para requerimientos de análisis específicos, actualizar los parámetros de diseño y propagar los cambios al modelado de análisis mucho más rápido de lo que habría sido remodelado”.

Ingeniería más eficiente con diseño y análisis integrados

“Todos estos son problemas que creíamos difíciles de resolver anteriormente”, afirma Hutchings. En el pasado, la actualización del modelo de elemento finito debido a cambios de la geometría implicaría la remodelación de los cambios en CAD, la reidealización del modelo y el remallado para crear el FEM, o algunos cambios manuales muy complejos en el mallado. Ambas opciones tomaban bastante tiempo. “Las recientes incorporaciones a NX han facilitado mucho estos esfuerzos. El grado de conexión que NX hace posible entre el diseño y el análisis soporta de manera más eficiente la ingeniería en comparación al uso de procesos de elemento finito no integrados”, declara.

Los problemas que Hutchings examinó ilustran las ventajas de trabajar con la gama NX integrada. No se trata solamente de una mejora en la velocidad de actualización, sino que además la posibilidad de error entre el modelo CAD y el modelo de elemento finito también es menor debido a la manera en que están vinculados. “Si se trabaja con especificaciones de diseño en cambio constante, es muy rápido y fácil modificar dimensiones y cambiar parámetros con NX, sin necesidad de volver a crear los modelos de elemento finito”, comenta. “Esto ahorra muchísimo tiempo y esfuerzo en tareas tediosas, además de brindar confianza en que el modelo se actualizará a la definición de diseño correcta”.