La industria metalmecánica nacional padece de un bajo nivel de competitividad frente a sus pares extranjeros debido a la baja eficiencia que presenta en la ejecución de sus diferentes procesos, específicamente, en el proceso de diseño. El grupo INACOM de la PUCP ha desarrollado un software inteligente denominado aiGearboxDesigner, el cual permite realizar el diseño automatizado de cajas reductoras de velocidad. Ello porque se busca satisfacer las demandas de la industria minera, en cuanto a obtener productos con buena calidad y bajo costo por parte de la metalmecánica nacional. El aiGearboxDesigner se desarrolló con el objetivo de disminuir el tiempo invertido en el proceso de diseño, de forma que se alcanzara así una gran eficiencia en cuanto a tiempo. Sin embargo, también es necesario que los diseños tengan un bajo costo, lo cual es posible si se logra disminuir el volumen de material empleado en la fabricación de la caja reductora. Para alcanzar este propósito se han planteado varios objetivos específicos. El primero consiste en desarrollar e incorporar un algoritmo para minimizar el volumen del material empleado enfocado en los engranajes y árboles. El segundo, en establecer un procedimiento que permita optimizar el diseño de la carcasa mediante el análisis automatizado por elementos finitos e incorporarlo en el software desarrollado. El tercero, a su vez, busca obtener modelos matemáticos que permitan determinar la temperatura de trabajo de manera precisa a partir de resultados de simulación numérica. Finalmente, como cuarto objetivo se probará el software dentro de una empresa metalmecánica para recibir la retroalimentación necesaria y posteriormente validarlo. De esta forma, se obtendrá un software inteligente, capaz de diseñar cajas reductoras de forma automatizada en un corto tiempo minimizando el volumen de material empleado. Con esto se estará dotando a la industria metalmecánica de una herramienta que le permita incrementar su competitividad.

El problema de fondo que aborda el proyecto es la baja competitividad de la empresa metalmecánica peruana, la cual se manifiesta, entre otros aspectos, en su incapacidad de diseñar cajas reductoras de calidad y de manera eficiente, para satisfacer la demanda nacional de los principales clientes, en particular de la industria minera. Esto se ve reflejado en la práctica de las empresas metalmecánicas nacionales, las cuales tienen la necesidad de importar estos equipos debido a la calidad y confiabilidad que garantizan los productos extranjeros. Sin embargo, también se ha encontrado que algunas empresas importan estos equipos debido a su bajo costo, aún si esto significa una dudosa calidad de los mismos. Entre los procedimientos actuales involucrados en el diseño se observa que estos se basan en la copia de soluciones pasadas similares y el uso de métodos empíricos. Para realizar los diseños solicitados, una práctica común de las empresas es utilizar toda la información generada en diseños pasados con requerimientos similares. Se reutilizan las hojas de cálculo de dichas soluciones y se reinicia el típico proceso iterativo de la etapa de diseño. Se debe tener en cuenta que, si se trata de un equipo complejo, como lo son las cajas reductoras, el diseñador deberá considerar no solo las solicitaciones mecánicas que se transmiten de un componente a otro, sino también la interrelación de la geometría de cada uno de los componentes. Por esta razón, intentar optimizar el volumen de material utilizado en el diseño empleando este método, o por lo menos disminuirlo en cierto grado, resulta en una labor muy complicada y hasta irrealizable. Luego de realizar los cálculos correspondientes, se procede a reutilizar los planos pasados y actualizarlos según los cálculos o generarlos desde cero. Esto se decide según la cantidad de modificaciones del nuevo diseño respecto a la solución pasada. Las tareas descritas hacen que el diseño resulte en un proceso ineficiente, por lo que este aspecto se podría mejorar si se automatizan los procesos iterativos mencionados.

Por otro lado, los métodos empíricos son muy empleados en el diseño de estos equipos, como es típico del diseño mecánico en general, aun cuando estos dan lugar a diseños sobredimensionados. Por ejemplo, en el cálculo del número de etapas y del cociente de reducción de velocidad de una de las etapas de la caja reductora, se tienen ecuaciones empíricas en función del cociente de reducción total. Estas ecuaciones no brindan ninguna garantía si lo que se busca es disminuir el volumen de material empleado en los componentes del reductor. Así también, en el diseño de la carcasa de la caja reductora, se encuentran ecuaciones que permiten calcular el espesor de las paredes laterales de la carcasa en función, únicamente, de la distancia entre centro de los engranajes. A esto se le puede añadir que los otros espesores de la carcasa se dejan en función del espesor de la pared lateral. Es así que no se consideran los esfuerzos o deformaciones reales que soportará este componente, cuando son estos los que definen los espesores de pared de la carcasa. Esto trae consigo el sobredimensionamiento de este componente y, por ende, un incremento injustificado del costo del equipo. Los aspectos descritos hacen que el proceso de diseño sea ineficiente y, además, causantes de un producto de baja calidad. Es por esto que, de no desarrollarse una tecnología que permita elevar la eficiencia y la calidad en los procesos de diseño de la industria metalmecánica nacional, esta no podrá competir a nivel de las industrias de otros países.

Se ha desarrollado previamente un sistema inteligente que realiza el diseño con un alto grado de automatización, con lo que se logra reducir, de esta forma, el tiempo de diseño del mismo. Sin embargo, otro de los requerimientos para la industria nacional es obtener un diseño con bajo costo de fabricación, razón por la cual se propone incorporar un algoritmo que minimice el volumen del material utilizado en la transmisión empleada. De igual manera, se propone integrar la herramienta de análisis por elementos finitos para determinar las exigencias mecánicas de la carcasa de manera precisa, lo cual repercutiría en una disminución de su costo de fabricación. Así como también incorporar otras configuraciones de la unión árbol-engrane y modelos matemáticos para determinar la temperatura de trabajo de manera precisa, todo lo cual contribuirá a la obtención de diseños más confiables y eficientes.

Con la colaboración de la empresa metalmecánica identificada y la experiencia del equipo investigador, se podrá poner a punto el software para su comercialización e introducción en el mercado nacional. De esta forma, se contará con una herramienta que permitirá realizar diseños de cajas reductoras de velocidad en un tiempo reducido y con bajo costo de fabricación, por lo que se conseguirá un producto innovador, el cual tendrá impacto en el aspecto académico, tecnológico y económico del país, y mejorará la competitividad de la industria metalmecánica peruana.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación avanzado

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Un coinvestigador
• Un tesista de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Tipo de proyecto: Desarrollo tecnológico

Subsector: Minería y su manufactura

Sector: Estrategia

Lugar de ejecución del proyecto: Lima

Fecha de inicio:  01/12/2018

Fecha de cierre:  01/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

Desarrollar un software inteligente de diseño mecánico con miras a incrementar la competitividad de la empresa metalmecánica nacional y orientado a la satisfacción de demandas de la industria minera capaz de realizar el diseño óptimo de cajas reductoras de velocidad

Objetivo específico 1

Desarrollar un algoritmo que permita optimizar el volumen de material utilizado en cajas reductoras de velocidad e incorporarlo en el software aiGearboxDesigner

Objetivo específico 2

Establecer un procedimiento que permita optimizar el diseño de la carcasa mediante el análisis por elementos finitos e incorporarlo en el software desarrollado

Objetivo específico 3

Obtener modelos matemáticos que permitan determinar la temperatura de trabajo de la caja reductora de manera precisa para una adecuada selección del lubricante

Objetivo específico 4

Introducir el software aiGearboxDesigner en una empresa metalmecánica nacional, para probarlo, recibir la retroalimentación necesaria y validarlo

Institución responsable del proyecto

Pontificia Universidad Católica del Perú

RUC: 20155945860

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Miguel

Dependencias: Grupo de Investigación Asistida por Computadora (INACOM)

Institución asociada

AB Engranajes S.A.C.

RUC: 20100492378

Tipo de entidad: Empresas

Régimen: Privado

País: Perú

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Lima

Investigador principal

Nombres: Rosendo

Apellido paterno: Franco

Apellido materno: Rodríguez

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Titulado en Ingeniería Mecánica

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Grupo de Investigación Asistida por Computadora (INACOM)

Coinvestigadores

Nombres: Quino Martin

Apellido paterno: Valverde

Apellido materno: Guzmán

Grado académico: Doctorado

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Grupo de Investigación Asistida por Computadora (INACOM)

Nombres: Herbert

Apellido paterno: Yépez

Apellido materno: Castillo

Grado académico: Magister

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Grupo de Investigación Asistida por Computadora (INACOM)

Tesistas

Nombres: Felix Rodolfo

Apellido paterno: Quijano

Apellido materno: Ccasa

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 6

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 7

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 9

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 9

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Gestor tecnológico

Nombres: Lizeth

Apellido paterno: López

Apellido materno: –

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Coordinador administrativo

Nombres: Úrsula

Apellido paterno: Zevallos

Apellido materno: Tuesta

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Técnico

Nombres: Joseph Manuel

Apellidos: Cervantes Garces

Entidad: AB Engranajes S.A.C.

Nombres: Alberto Alonso

Apellidos: Reymundo Tantas

Entidad: AB Engranajes S.A.C.

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.