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Ingeniería y diseño para Lean Construction

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Un estudio de negocios de AVEVA

Ingeniería y diseño para Lean Construction - Un estudio de negocios de AVEVA

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Resumen ejecutivo

El ideal del diseño correcto al primer intento

Naturaleza del negocio

La espiral de diseño


Control de la espiral de diseño

Resumen

Referencias

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Contenido


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Resumen ejecutivo

La moderna retórica del marketing proclama que, para recortar costes y reducir los riesgos durante la fase de diseño y construcción de los grandes proyectos, debemos asegurarnos de que el diseño de la planta sea correcto al primer intento. Si podemos erradicar las iteraciones y las correcciones del diseño y disponer de un diseño correcto desde el principio, nos aseguraremos de que todos los que participen en la ejecución del proyecto dispongan de la información más actualizada y precisa sobre el mismo. En este estudio de negocios se cuestiona esta premisa y se defiende que, en muchas ocasiones, no es posible realizar un diseño correcto al primer intento. Esta manera de pensar carece de la flexibilidad necesaria para afrontar los cambios que plantean los clientes, las leyes, los contratistas y el medio ambiente, y que pueden exigir cambios de enfoque a lo largo de todo el proyecto.

La confluencia de la teoría y el desarrollo del diseño, la realidad de la construcción y la extrema complejidad de la ingeniería, exigen el reconocimiento de la importancia del concepto del diseño iterativo y evolutivo. Nos centraremos en el concepto de la “espiral de diseño” para solucionar complejos problemas multidisciplinares y plantearemos que la clave de la ingeniería y el diseño para Lean Construction consiste en tomar el control de esta espiral, para reducir las iteraciones y mejorar la comunicación entre los diseñadores y los constructores. El diseño evolutivo, tal y como ocurre en la naturaleza, requiere que el proceso de diseño se adapte a los cambios y pueda recorrer las diversas alternativas con la máxima rapidez hasta alcanzar la forma idónea.

El ideal del diseño correcto al primer intento

“En muchas ocasiones, no es posible hacer un diseño correcto al primer intento. Esta manera de pensar carece de la flexibilidad necesaria para afrontar los cambios que plantean los clientes, las leyes, los contratistas y el medio ambiente y que pueden exigir cambios de enfoque a lo largo de todo el proyecto…”


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Es una opinión ampliamente extendida que los contratistas de ingeniería y los de la construcción deben intentar producir la información correcta para sus diseños al primer intento. ¿Por qué malgastar tiempo en correcciones cuando se pueden crear diseños correctos desde el principio? Son esas mismas correcciones las que añaden al proyecto riesgos y, con frecuencia, costes imprevistos, así que para reducir el riesgo en los proyectos lo primero que habría que hacer sería erradicarlas.

La conclusión lógica es que hay que asegurarse de que el diseño de la planta y la ingeniería sean correctos al primer intento.

Como prueba de esta conclusión, es fácil encontrar proyectos que se han enfrentado a niveles crecientes de complejidad y costes debido a pequeños contratiempos que han evolucionado hasta convertirse en problemas grandes y más significativos. Muchos de estos casos apuntan a deficiencias en la gestión y la comunicación de la información correcta (todo ayuda a alimentar la visión de que no hace falta más que presentar la información correcta a los responsables de tomar las decisiones) y a que esta información correcta debe estar disponible desde el primer intento.

Esta versión es muy atractiva, pero los proyectos reales presentan demasiados obstáculos que impiden alcanzarla.

En el transcurso de un proyecto, hay incontables factores diferentes que afectan a la selección del diseño:

Desarrollo del diseño: uno de los cambios más frecuentes que se producen durante el diseño es la evolución natural del diseño conceptual al diseño de implantación y de detalle. Las especificaciones de diseño originales pueden resolverse de muchas maneras; factores tales como la disponibilidad de piezas, las especificaciones del proveedor y el presupuesto pueden afectar a la evolución del diseño original.

Solicitud de cambios por parte del cliente: el cliente introduce nuevas especificaciones, requisitos de resultados u opciones del producto durante la fase de diseño y construcción.

Los contratistas discrepan sobre el diseño: la falta de claridad en la propiedad del diseño debida a contratos mal especificados introduce conflictos relacionados con el diseño y, en ocasiones, incluso litigios.

Información de diseño fuera de secuencia: la naturaleza paralela del diseño, la fabricación y la construcción, puede provocar que se comparta información obsoleta o incorrecta dentro del proyecto. El resultado, con frecuencia, son conclusiones y decisiones mal informadas.

Decisiones tomadas sobre la base de datos cuyo estado es desconocido: la información cuyo estado o madurez resulten desconocidos puede utilizarse de manera inadecuada (por ejemplo, pueden utilizarse datos provisionales para tomar decisiones de compra).

Errores de datos: errores debidos a mala comunicación o trabajo descuidado o no comprobado, que se propagan por el proceso de diseño y pueden afectar de manera significativa a la construcción.

Acomodación de cambios en la obra: las entregas incorrectas o retrasadas, los incidentes en la obra y los retrasos debidos al clima pueden afectar a la evolución del diseño original.

¿Es posible que un diseño correcto al primer intento se sobreponga a estas diferentes influencias?

“Como prueba de esta conclusión, es fácil encontrar proyectos que se han enfrentado a niveles crecientes de complejidad y costes debido a pequeños contratiempos que han evolucionado hasta convertirse en problemas grandes y más significativos…”


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Naturaleza del negocio

La organización de la ejecución del proyecto abarca un equipo dispar de empresas, culturas, habilidades e individuos que se reúnen para cumplir los objetivos de su cliente y diseñar y construir vastas y complejas plantas. Inevitablemente, la fase de diseño y construcción se comprime tanto como pueda lograr el cliente, para minimizar el período durante el cual el gasto de capital no tiene retorno y para alcanzar la rentabilidad en el mínimo tiempo posible. Para satisfacer estos plazos, el EPC y la comunidad de subcontratistas deben colaborar de la manera más eficiente posible y se afrontan trabajos en paralelo con un elevado nivel de exigencia.

Esta escala de tiempo comprimida provoca que se trabaje en paralelo dentro del proyecto, mientras que la construcción de la planta suele comenzar en un momento en el que el diseño aún no se ha completado. Los diferentes equipos y disciplinas trabajan en paralelo para apurar los calendarios y cada uno de ellos debe estar al corriente de los progresos de los demás. Este trabajo en paralelo se gestionaría fácilmente si no hubiera tantas interdependencias en sus resultados y sus procesos de diseño. Por ejemplo, los cambios exigidos por un ingeniero de proceso pueden afectar al diámetro de las tuberías lo que, a su vez, afecta al diseño de los soportes de las tuberías, que puede afectar a la posición de las bandejas y así sucesivamente. Las diferentes disciplinas de diseño se ven afectadas por los cambios que se producen en los diseños de las demás.

Muchos de estos cambios son necesarios para la evolución de los datos provisionales y son suposiciones realizadas en una fase temprana, más que cambios provocados por nuevos requisitos de diseño. Por ejemplo, cuando el equipo de procesos identifica la necesidad de una bomba, tanto el equipo mecánico como el eléctrico y el de diseño deben realizar conjeturas sobre el tamaño, las especificaciones y los requisitos de potencia de esa bomba. A medida que el diseño se desarrolla, esta información se refina, pero no se convierte en definitiva hasta que se selecciona el proveedor de la bomba. Mientras tanto, todas las disciplinas deben trabajar con los mejores datos disponibles. El volumen de cambios de diseño en esta fase temprana es muy alto y los procesos de negocio se deben simplificar para evitar el exceso de trabajo. Esta velocidad y esta agilidad para cambiar el diseño debe compensarse con un nivel de rigor que garantice que todos los cambios se compartan y se registren. Los procesos de gestión de cambios de peso pesado son demasiado engorrosos como para estar al día de los cambios.

Cambios debidos a la consolidación de datos provisionales, muy frecuentes, que se gestionan entre diversas disciplinas, típicos del diseño, informales pero que se convierten en formales a medida que el proyecto progresa.

Cambios evolutivos del diseño

Cambio en los que el EPC no puede satisfacer los requisitos del cliente, menos frecuentes a lo largo del proyecto, cambios de programas y contratos, de alto impacto, con cierta gestión formal.

CAPEX OPEX

Cambios debidos a cambios de requisitos del cliente o de la normativa, menos frecuentes a lo largo del proyecto, de alto impacto, que se gestionan formalmente.

CCambios en los requisitos operativos, razonablemente frecuentes a lo largo de la vida del activo, con gestión muy formal, típicos de la fase de operaciones.

Notificación de cambio iniciada por el EPC

Cambios iniciados por el cliente

Cambios operativos

“La organización de la ejecución del proyecto abarca un equipo dispar de empresas, culturas, habilidades e individuos que se reúnen para cumplir los objetivos de su cliente y diseñar y construir vastas y complejas plantas…”

Arriba: impacto del cambio a lo largo de las etapas CAPEX/OPEX.


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La espiral de diseñoA medida que se crea información de diseño, se debe compartir entre otras disciplinas y entre límites contractuales para garantizar que el proyecto progrese de acuerdo con los plazos. Este proceso no es una secuencia lineal por naturaleza; la información de diseño no pasa simplemente al siguiente equipo hasta que se completa. Lo que sucede habitualmente es que la información pasa una y otra vez por diferentes equipos de diseño, cada uno de los cuales influye sobre el diseño de los demás. En esta etapa, muchos de los datos son provisionales o se basan en conjeturas de trabajo, así que periódicamente se producen cambios que deben aceptarse y a los que hay que adaptarse. El proceso de diseño, en realidad, se parece más a una espiral, donde la información circula a lo largo de cada ciclo cada vez más cerca de un resultado final. AVEVA lo denomina “la espiral de diseño”.

La espiral de diseño es de uso común entre los mayores EPC del mundo, dado que es el proceso empresarial clave para llevar los nuevos diseños, a través de sus fases de madurez, hasta la forma construida.

Dada la velocidad con la que se producen los cambios, es fácil ver hasta qué punto representa un reto la gestión de esta espiral. ¿Cómo saben todas las partes interesadas en el proyecto en qué fase se encuentra el diseño y qué versión o revisión de la información se está compartiendo

En cualquier momento, puede haber en circulación muchas ediciones y versiones diferentes de los mismos datos y documentos y, a menudo, entender qué ha cambiado en cada revisión es fuente de equivocaciones. Esto, a su vez, suele llevar a tomar decisiones equivocadas sobre el diseño.

Con frecuencia, el diseño se encuentra en un estado de flujo constante, en el que pueden llegar cambios desde muchas fuentes. No se dispone de tiempo para crear notas de cambio o pedidos de cambio, así que es muy difícil implementar y usar de manera sencilla un proceso formal de gestión de cambios.

Para complicar todos estos cambios, es frecuente que el proyecto esté repartido entre diversas partes, comprometidas cada una de ellas con sus propias obligaciones contractuales, pero con nada más. La realización del proyecto en varios idiomas, zonas horarias, culturas de gestión y regímenes contractuales hace que la gestión de esta rápida espiral de diseño resulte esencial, pero también la convierte en un reto abrumador.

Las organizaciones capaces de controlar la espiral de diseño y comunicar los cambios de manera rápida y precisa serán las más eficaces durante la fase de diseño de la ejecución del proyecto

Abajo: el descontrol de la información de ingeniería y diseño puede provocar costosos errores, retrasos del proyecto e imprecisiones.

Derecha: una solución integrada de ingeniería y diseño permite controlar la espiral de diseño.


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En este contexto, ¿qué significa “Lean”? Se han creado muchos documentos, interpretaciones y modelos de gestión alrededor del modelo Lean Manufacturing, que AVEVA cree que se pueden articular entre principios clave de la filosofía:

1. Respeto por las personasEsto significa capacitación en todos los niveles de la organización, desde el equipo de dirección superior hasta los trabajadores de base. Ser responsable del propio trabajo y tener capacidad para mejorar la eficiencia de las prácticas de trabajo propias. La adopción unificada de la filosofía es esencial para su éxito.

2. Eliminación de actividades que no añadan valor (eliminación de derroches)Adopción de tolerancia cero frente al derroche, ya se trate de esperas de materiales, en tránsito o en almacén, o del tiempo dedicado a corregir equivocaciones. Esto también significa tener poco inventario de piezas o ninguno, y no hacer acopio de existencias..

3. Maximización de la eficiencia de la actividad de valor añadidoEsto implica mejorar continuamente la eficiencia de la producción de piezas. La actividad de valor añadido se define como el trabajo que se realiza sobre una pieza. En los sectores de energía y procesos, esta “pieza” puede ser, por ejemplo, una unidad de plataforma, una bobina o un módulo completo.

El factor que ejerce una influencia más importante para la ejecución efectiva del diseño de plantas lean es la integración de equipos y disciplinas

“El factor que ejerce una influencia más importante para la ejecución efectiva del diseño de plantas lean es la integración de equipos y disciplinas…”


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Control de la espiral de diseño

La construcción lean requiere que estos tres principios básicos estén vigentes a lo largo de todo el proyecto, no solo en la fase de construcción.

Las prácticas de ingeniería, diseño y fabricación también deben ajustarse de modo que se realicen según los principios lean.

Las prácticas de construcción lean se centran en gran medida en la minimización del derroche, así como en la gestión de materiales y en la fabricación en la obra. Está claro que la identificación de las fuentes de coste y su eliminación con nuevos procesos lean puede tener un impacto significativo sobre los costes finales del proyecto. No obstante, centrarse solo en este aspecto sería pasar por alto el papel que desempeñan la ingeniería y el diseño en el éxito de un proyecto. Aunque la espiral de diseño se ha desarrollado como una respuesta natural a la necesidad de solucionar problemas complejos de diseño de plantas, también representa un reto para el negocio. La clave principal de las prácticas lean en los equipos de ingeniería y diseño consiste en poder controlar la espiral de diseño, para garantizar que un número enorme de cambios de diseño se gestionen correctamente y se compartan eficazmente entre el equipo multidisciplinar. Entonces, ¿cómo se controla la espiral de diseño?

AVEVA cree que hay algunos principios básicos que deben estar presentes.

Participación de todas las disciplinasLa integración de esta espiral de diseño como un proceso común entre todas las disciplinas de diseño resulta esencial. Si solo se coordina la mitad del esfuerzo del equipo, el objetivo se frustra. Para que el control se realice de manera eficaz, cada una de las disciplinas debe participar del mismo enfoque integrado de ingeniería. El respecto por las personas se demuestra garantizando que en todas las disciplinas de diseño se aprecie que forman parte de un equipo multidisciplinar y que van a poder compartir información con toda confianza con compañeros de diferentes disciplinas.

Integración globalDado el elevado volumen de cambios entre las diversas disciplinas, la integración debe ser lo más omnipresente posible y no debe ser un proceso que complique el proyecto o le añada más trabajo. Cada autor de ingeniería debe tener acceso a la información procedente de su entorno de trabajo, de manera que la coordinación y el control de la información de diseño sean una parte integral de sus prácticas de trabajo cotidianas y estén siempre al alcance de la mano.

Las prácticas de diseño eficientes exigen que esta integración tenga lugar en el nivel de objetos de diseño y que sea universal entre las aplicaciones de diseño, en lugar de una simple integración basada en la transferencia entre sistemas de archivos de modelos o planos

Tuberías ber

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Conducciones

Estructura Electricidad

Civil

“Las prácticas de construcción lean se centran en gran medida en la minimización del derroche, así como en la gestión de materiales y en la fabricación en la obra…”

Derecha: trabajo multidisciplinar sustentado en la funcionalidad de comparación y actualización.


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Nomenclatura común para el “estado”Para que todos los ingenieros implicados en el proyecto entiendan el uso adecuado de los datos y la información que se les proporciona, se les debe ofrecer un significado comúnmente acordado para su estado. Además, se debe acordar una idea común de lo que se debe completar para alcanzar un determinado estado: una lista de comprobación de estados. Es esencial que cada ingeniero pueda entender inmediatamente el estado de la información, para poder seleccionar las acciones adecuadas que deba emprender al respecto.

Saber dónde se está en la espiral de diseño y saber cuándo los datos con los que se trabaja son provisionales o están aprobados es un elemento clave para la eficiencia del diseño.

Cada ingeniero debe ver los cambios rápidamenteTodos los autores de información de ingeniería y los equipos de diseño deben poder ver fácilmente los cambios a lo largo del tiempo. Poder realizar un seguimiento de los cambios realizados dentro de cada disciplina es esencial para garantizar que todas las contribuciones realizadas al diseño estén actualizadas y que los cambios sean claramente visibles.

Es importante que el ingeniero tenga la capacidad de controlar si acepta nuevos cambios, y que no le vengan impuestos. Por ejemplo, la realización de un cambio en las dimensiones de un elemento de equipo importante no debe propagarse automáticamente por el sistema a todos los ingenieros, porque cada ingeniero debe poder tener datos publicados y datos de trabajo. No es posible evaluar correctamente todos los impactos y resultados de un solo cambio sin que intervengan ingenieros de cada disciplina.

Cada disciplina debe ser capaz de comparar y actualizarLa capacidad para ver el trabajo de otras disciplinas no es suficiente. Poder inspeccionarlo y, a continuación, hacer una selección para actualizar la información propia es clave para mantener la consistencia entre disciplinas. Los cambios realizados en el diseño por otro contratista deben ser fáciles de revisar antes de realizar una actualización. Esta es la manera más rápida de detectar y gestionar cambios dentro de cada equipo.

Se debe usar un sistema de gestión de derechos de accesoEn los grandes proyectos se crean diseños que cruzan muchos límites contractuales. La capacidad de gestionar el acceso en un proyecto en el que intervengan varios contratistas es esencial para proteger los IPR propios y mantener la separación correcta en todo el diseño.

CAMBIO DE DISEÑO

1D

COMPARAR, ACTUALIZAR O

RECHAZAR

3D2D

CCOMPARAR, ACTUALIZAR O

RECHAZART

P&ID

INSTRUMENTACIÓN Y ELECTRICIDAD

DISEÑO 3D

V1 V2 V3

V1

V1 V2

V2V2

COMPARAR Y ACTUALIZAR

COMPARAR Y

ACTUALIZAR

RESALTE DE CAMBIOS

V3

RESALTE DE CAMBIOS

RESALTE DE CAMBIOS

V3 V4

COMPARAR Y

ACTUALIZAR

Abajo: visualización de cambios en 1D, 2D y 3D

Arriba: diferentes fuentes de información pueden desarrollarse eficazmente en paralelo.


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Resumen

Los problemas de ingeniería complejos que deben resolverse con la intervención de muchas disciplinas diferentes son, por naturaleza, iterativos. La intención del diseño original evoluciona constantemente a través de un proceso de cambio para satisfacer el objetivo final. Este cambio constante debe aceptarse, y los sistemas y procesos deben ser lo suficientemente flexibles y ligeros como para incorporarlo a las prácticas de trabajo diarias sin añadir complejidad ni más trabajo. El ideal de crear un diseño que sea correcto al primer intento es inalcanzable, y ningún sistema de software puede saltarse el proceso de evolución del diseño.

El concepto de la espiral de diseño de AVEVA describe el proceso de diseño común utilizado en todo el mundo y los principios clave que deben estar vigentes para mantener el control de esta espiral. La ingeniería y el diseño para Lean Construction sustentan los siguientes principios básicos.

z Respeto por las persona El respeto por cada disciplina del proceso de diseño se manifiesta

dándole la capacidad de ver la información de cada una de las demás disciplinas cuando se encuentra en un nivel de aprobación adecuado. Es posible hacer comprobaciones para ver inmediatamente las diferencias, adaptarse a los cambios del diseño y poder modificar la información sobre la base de cambios de otras disciplinas. Un enfoque integrado de la ingeniería y el diseño permite que el equipo colabore mejor, al proporcionarle visibilidad controlada sobre la información de los demás para trabajar sobre los recursos compartidos en el modelo 3D.

z Eliminación del derroche El tiempo dedicado a corregir problemas que se hayan convertido en

errores significativos se reduce radicalmente cuando después de hacer cambios se comparte inmediatamente la información. Los catálogos compartidos evitan derrochar tiempo repitiendo la creación de datos de referencia; la gestión centralizada del catálogo es clave para la eficiencia.

z Maximización de la eficiencia en el trabajo de valor añadido Las herramientas comunes, un lenguaje común y la visibilidad controlada

de los datos multidisciplinares son vitales para la mejora continua de la eficiencia del diseño y de las prácticas de ingeniería.

AVEVA entiende la necesidad de dar soporte a la compleja naturaleza del entorno de diseño y proporciona tecnologías únicas para que todas las partes interesadas compartan la misma información sobre el estado del modelo de diseño.

FPara obtener información sobre cómo AVEVA puede proporcionar soluciones integradas de ingeniería y diseño y ayudar a su organización a cumplir la promesa de Ingeniería y diseño para Lean Construction, vaya a www.aveva.com/futureofplantdesign

“La clave principal de las prácticas lean en los equipos de ingeniería y diseño consiste en poder controlar la espiral de diseño, para garantizar que un número enorme de cambios de diseño se gestionen correctamente y se compartan eficazmente entre el equipo multidisciplinar...”


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Referencias

Womack, James P., Jones, Daniel T. and Roos, Daniel, (2007), ‘The Machine That Changed the World’. ISBN: 978-1847370556

Patty, Robert M. and Denton, Michael A., (2012), ‘The End of Project Overruns’. ISBN: 978-1599428963

Koskela, L., (1992), ‘Application of the New Production Philosophy to Construction’. Technical Report #72, Center for Integrated Facility Engineering, Stanford University, CA. http://www.ce.berkeley.edu/~tommelein/Koskela-TR72.pdf

Forbes, Lincoln H., Ahmed, Syed M., (2010), ‘Modern Construction: Lean Project Delivery and Integrated Practices’. ISBN: 978-1420063127

Santorella, Gary, (2010), ‘Lean Culture for the Construction Industry: Building Responsible and Committed Project Teams’. ISBN: 978-1439835081

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