MX2007004390A - Sistemas y metodos para fabricar edificios prefabricados hechos por encargo. - Google Patents

Abstract

Sistemas y metodos para disenar y fabricar edificios prefabricados hechos por encargo en modulos optimizados; en una modalidad, un sistema para fabricar un edificio prefabricado hecho por encargo incluye un medio utilizable por computadora que tiene una secuencia de instrucciones que causa que el procesador ejecute un procedimiento que incluye recibir una especificacion para un edificio prefabricado hecho por encargo que identifica los componentes para el edificio prefabricado y las dimensiones de los componentes, modularizar la especificacion en modulos que cumplen con las limitaciones generales de largo, ancho y altura, y optimizar la modularizacion; un controlador del sistema de fabricacion programable acoplado al medio utilizable por computadora y configurado para generar instrucciones para fabricar los modulos optimizados, que tienen una pluralidad de componentes identificados en la especificacion recibida por el medio utilizable por computadora; y un sistema de fabricacion acoplado al controlador de fabricacion programable, configurado para ejecutar las instrucciones generadas por el controlador de fabricacion programable para construir los modulos optimizados que tienen la pluralidad de componentes especificados.

Description

SISTEMAS Y MÉTODOS PARA FABRICAR EDIFICIOS PREFABRICADOS HECHOS POR ENCARGO CAMPO DE LA INVENCIÓN El campo de la invención se relaciona generalmente con el diseño, fabricación y construcción de edificios, y más particularmente con sistemas y métodos para fabricar edificios prefabricados hechos por encargo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los edificios prefabricados, tales como las estructuras comerciales y casas residenciales, se han vuelto una alternativa popular a los edificios "construidos en el sitio". Los edificios prefabricados incluyen edificios fabricados, en donde el edificio se construye en un entorno de una fábrica, y los edificios prefabricados, en donde los componentes del edificio se prefabrican y precortan en un entorno de fábrica. Las compañías, tales como Fleetwood Enterprises, Inc., tienen fábricas organizadas de una manera de línea de montaje para construir los componentes individuales para una casa prefabricada, tales como los paneles y el armazón. Los componentes se precortan en la fábrica y se envían vía un camión al sitio de la casa para el montaje.

Una desventaja significativa de los sistemas de edificios prefabricados existentes, es que los sistemas existentes son sólo capaces de acomodar un solo diseño o un solo modelo sin tener que cambiar de manera significativa la línea de montaje, lo cual puede ser muy caro. Así, los clientes que desean invertir en casas prefabricadas son provistos únicamente con un número limitado de opciones de diseño fijadas por los fabricantes, y carecen de la capacidad de seleccionar sus propios diseños hechos por encargo, o de modelos mezclados. Otra desventaja significativa de los sistemas de edificios prefabricados existentes, es que requieren una cantidad significativa de trabajo manual en el procedimiento de fabricación, resultando en alturas costos de fabricación por metro cuadrado (pie cuadrado). Aún otra desventaja significativa es que con el fin de enviar los edificios, los edificios deben dividirse en "módulos" dimensionados de manera apropiada, para ajustarse en la parte posterior de un camión, y para ajustarse dentro de las dimensiones típicas de un carril de autopista. Con el fin de crear módulos dimensionados apropiados para el envío, un edificio es típicamente "enviado de manera proyectada" en partes, en donde cada parte se diseña para ajustarse dentro de los límites de envío permisibles máximos, o envoltura. En otras palabras, la consideración del tamaño y las dimensiones de los módulos de envío puede anular aquéllas de los deseos del consumidor en el diseño del edificio. Esto puede poner limitaciones indeseables en el diseño del edificio.

Existen compañías que ofrecen casas "construidas por sistema", tales como aquéllas ofrecidas por All American Homes, que permiten a un usuario crear un diseño hecho por encargo para una casa, utilizando un programa de reproducción de modelos, tales como Chief Architect® o 3D Studio Viz®, y a continuación construir la casa en una instalación de fabricación. Sin embargo, las instalaciones de fabricación utilizadas por estas compañías requieren una cantidad sustancial de trabajo manual, nuevamente, resultando en alturas costos de fabricación por metro cuadrado (pie cuadrado). En consecuencia, sería deseable un sistema y método mejorados para fabricar edificios prefabricados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente con el diseño, fabricación y construcción de edificios, y más particularmente con sistemas y métodos para fabricar edificios prefabricados hechos por encargo. En una modalidad, un sistema para fabricar un edificio prefabricado hecho por encargo, incluye un medio utilizable por computadora que tiene una secuencia de instrucciones que cuando se ejecutan por un procesador, causan que el procesador ejecute un procedimiento, que incluye recibir una especificación para un edificio prefabricado hecho por encargo, que identifica los componentes para el edificio prefabricado y las dimensiones de los componentes, modularizar la especificación en módulos que cumplen con las limitaciones generales de longitud, ancho y altura, y optimizar la modularización; un controlador del sistema de fabricación programable, acoplado al medio utilizable por la computadora y configurado para generar instrucciones para fabricar los módulos optimizados, que tienen la pluralidad de componentes identificados en la especificación recibida por el medio utilizable por la computadora; y un sistema de fabricación acoplado al controlador de fabricación programable, configurado para ejecutar las instrucciones generadas por el controlador de fabricación programable, para construir los módulos optimizados que tienen la pluralidad de componentes especificados. Otros sistemas, métodos, características y ventajas de la invención serán o se volverán evidentes para alguien con experiencia en la técnica, tras el examen de las siguientes figuras y la descripción detallada. Se pretende que todos de tales sistemas, métodos, características y ventajas adicionales, que se incluyen dentro de esta descripción, estén dentro del alcance de la invención, y estén protegidos por las reivindicaciones acompañantes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Con el fin de apreciar mejor cómo se obtienen las ventajas y objetos expuestos anteriormente y otras ventajas y objetos de las invenciones, una descripción más particular de las modalidades descritas brevemente en lo anterior, se reproducirá con referencia a las modalidades específicas de la misma, que se ilustran en los dibujos acompañantes. Deberá notarse que los componentes en la figuras no están necesariamente a escala, en su lugar, se pone énfasis en ilustrar los principios de la invención. Además, en las figuras, los números de referencia similares designan partes correspondientes a través de las diferentes vistas. Sin embargo, las partes similares no siempre tienen números de referencia similares. Además, todas las ilustraciones pretenden transmitir los conceptos, en donde los tamaños, formas relativas y otros atributos detallados pueden ilustrarse de manera esquemática más que literalmente o de manera precisa. La Figura 1 es un diagrama de una modalidad preferida de la presente invención; La Figura 2a es un diagrama de la interconexión del usuario de una modalidad preferida de la presente invención; La Figura 2b es un diagrama del sistema de diseño de una modalidad preferida de la presente invención; Las Figuras 3a-3b son un diagrama de un procedimiento de optimización de una modalidad preferida de la presente invención; Las Figuras 4a-4c son diagramas de procedimientos alternos de una modalidad preferida de la presente invención; Las Figuras 5a-5e son diagramas de modelos en 3D de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La Figura 6 es un diagrama de un administrador del modelo del edificio de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; y La Figura 7 es un diagrama de un sistema de fabricación de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Se describen a continuación sistemas y métodos para fabricar edificios prefabricados. Un sistema 1000 tal, se muestra en la Figura 1. El sistema 1000 incluye una Configuración del Cliente 1050, un Sistema de Diseño 1100, un administrador del modelo del edificio 1200, y un sistema de fabricación 1300. Estos componentes están configurados todos para comunicarse unos con otros. El sistema 1000 y sus componentes 1050/1100/1200/1300, pueden implementarse con una o más computadoras en red juntas, en una red de área local, una red de área amplia y/o la Internet. Generalmente, la Configuración del Cliente 1050 incluye componentes que se utilizan para interconectarse directamente con un usuario, tal como un individuo o cliente, y pueden incluir herramientas principales de generación y ventas, así como herramientas de diseño basadas en un sitio en la red y en el cliente. El Sistema de Diseño 1100 incluye un programa para generar un diseño del edificio y generar los detalles del diseño y puede incluir una interconexión del usuario para los arquitectos y diseñadores. El administrador del modelo del edificio 1200 incluye un programa que proporciona la infraestructura para la comunicación entre los diferentes componentes 1050/1200/1300 del sistema 1000, y almacenar los datos de diseño del edificio. El sistema de fabricación 1300 incluye componentes del programa para manejar el inventario y los recursos de tiempo para la fabricación, así como un programa utilizado para controlar las herramientas de la máquina, tales como equipo de maquinado computarizado, controlado numéricamente ("CNC"), y una pluralidad de líneas de montaje. El CNC se refiere generalmente al control de la computadora de las herramientas de la máquina con el propósito de fabricar partes complejas en metal, madera y otros materiales, utilizando una notación conocida en la técnica como "código G", o "código CNC". Como se mencionó anteriormente, tanto la Configuración del Cliente 1050 como el Sistema de Diseño 1100 incluyen interconexiones del usuario. La interconexión del usuario para la Configuración del Cliente se utiliza generalmente por un individuo o cliente, mientras que la interconexión del usuario para el Sistema de Diseño 1100 se utiliza generalmente por un arquitecto, ingeniero o diseñador. Volviendo a la Figura 2a, se muestra una ¡mplementación de la Configuración del Cliente 1050 y una interconexión del usuario para el Sistema de Diseño 1100. La interconexión del usuario del Sistema de Diseño 1100 puede implementarse como un programa de dibujo asistido por computadora ("CAD") o sistema de diseño 1052, tal como AutoCAD®, que permite que un arquitecto, diseñador o ingeniero, cree uno o más diseños para las casas prefabricadas hechas por encargo. El sistema de diseño CAD 1052, genera un archivo CAD 1053, que contiene el diseño en la forma de objetos con bloques de construcción de puntos y bordes. Para los programas tales como AutoCAD®, estos archivos CAD 1053 se conocen como archivos DXF. Como se mencionó anteriormente, la Configuración del Cliente 1050 también incluye una Interconexión del Usuario 1054, generalmente para un individuo o un cliente. La Interconexión del Usuario 1054 lee el archivo CAD 1053 y a continuación crea un modelo visible basándose en los datos del archivo CAD 1053. El modelo puede ser 2D o 3D. La Interconexión del Usuario 1054 se utiliza por un arquitecto/ingeniero/diseñador para crear una hoja de opciones 1057, que es un archivo o registro de una base de datos que contiene todas las opciones que un usuario puede seleccionar para decidir el diseño y las características de una casa prefabricada, tales como la geometría, dimensiones, características, aditamentos, ventanas, materiales, pisos, etc. La Interconexión del Usuario 1054 incluye además una interconexión gráfica del usuario ("GUI") para que un usuario seleccione su diseño deseado y las características para un edificio prefabricado. La Interconexión del Usuario 1054 puede presentar las opciones de la hoja de opciones 1057 al usuario para la selección dentro de la GUI. La Interconexión del Usuario 1054 puede incorporar la selección del usuario en el modelo para la revisión del usuario. La Interconexión del Usuario 1054 puede permitir además que un usuario mueva las aberturas de las ventanas y puertas y ajuste por encargo el espacio interior. En una modalidad preferida, la Interconexión del Usuario 1054 puede ser accesible en la Internet, y la GUI se proporciona como una página en la red activa. La selección del usuario de las opciones, puede guardarse en una hoja de selección del usuario 1056, que es también un archivo o registro de la base de datos. Estas opciones pueden utilizarse para generar un archivo de especificación del edificio 1215, almacenado en la base de datos del modelo del edificio 1210 del administrador del modelo del edificio 1200, descrito a continuación y mostrado en la Figura 6. Como se describirá a continuación, la hoja de selección del usuario 1056 puede combinarse con el archivo de especificación del edificio 1215, y leerse por el programa de modelado en 3D para generar un modelo en 3D completo del diseño, para la revisión arquitectónica y la generación de un código CNC. En una ¡mplementación, puede utilizarse una herramienta de ventas basada en Internet llamada Systemacasa™, para permitir a los usuarios seleccionar sus opciones y además puede utilizarse para proporcionar el modelado en 3D. La Interconexión del Usuario 1054 puede acoplarse a un planificador de los recursos de fabricación ("MRP") 1350, que puede localizarse en el sistema de fabricación 1300 y como se describe con más detalle a continuación y se muestra en la Figura 7. El MRP 1350 administra el inventario para los componentes y costos del edificio, y también puede funcionar como un agente de depuración del edificio y de autorización para todas las operaciones de fabricación. Así, después de que el usuario selecciona las opciones y un diseño para un edificio, el usuario puede recibir el costo aproximado para el diseño y las opciones, así como la fecha de envío en un corto tiempo después de que se hace la selección del usuario. Además de la selección del usuario, la Interconexión del Usuario 1054 puede calcular los costos de energía estimados para calentar/enfriar un edificio montado a partir del diseño basándose en los aspectos del diseño, tales como el volumen cúbico del diseño y los aditamentos seleccionados, por ejemplo, techos de paneles solares y aditamentos luminosos eficientes en energía, y los aspectos de la ubicación (del sitio), tales como las temperaturas históricas promedio. Volviendo a la Figura 2b, se muestra una implementación del Sistema de Diseño 1100. Además de una interconexión del usuario, como se describió anteriormente, el Sistema de Diseño 1100, incluye además una entrada de datos 1110 para recibir las especificaciones y/o el diseño del usuario para un edificio, que definen los detalles del edificio, incluyendo la forma, dimensiones y componentes del edificio, incluyendo los pisos, paredes, ventanas y aberturas. La especificación y/o diseño del usuario puede proporcionar además los detalles para la plomería, electricidad, acabados, materiales y aditamentos, tales como gabinetes, armarios e iluminación. La especificación y/o diseño del usuario puede estar en la forma de texto y/o un modelo gráfico, de manera preferida un modelo en 3D generado por un programa CAD compatible con los medios de AutoCAD® y Architectural DeskTop ("ADT"). En una modalidad preferida, el Sistema de Diseño 1100 recibe la especificación del usuario de la Configuración del Cliente 1050, mostrada en la Figura 1 , en la forma de una hoja de selección del usuario 1056, descrita anteriormente. El Sistema de Diseño 1100 incluye de manera preferida un modelador 1120, que puede generar un modelo del diseño, de manera preferida, un modelo en 3D, basándose en la especificación del usuario, que puede revisarse por el usuario, por medio de la Interconexión del Usuario 1054 de la Configuración del Cliente 1050. En una implementación, el modelador 1120 tendrá acceso y utilizará una hoja de selección del usuario 1056 y el archivo de la especificación del edificio apropiado 1215 de la base de datos del modelo del edificio 1210 para generar un modelo en 3D. El modelador 1120 puede operar dentro del medio AutoCAD®/ADT y utilizar programas y estándares para estructurar el modelado en 3D de los componentes del edificio, por ejemplo, ventanas, plomería, material, tales como aquéllos proporcionados por los módulos de la herramienta de diseño hsbCAD™. Para las unidades estándar de medición, el sistema métrico se adopta de manera preferida. El Sistema de Diseño 1100 incluye además un constructor 1130, que genera los detalles de construcción para el diseño, tales como los requisitos de estructuración y los componentes del edificio. Por ejemplo, el constructor 1130 puede generar los detalles para el techo, la plomería, el sistema eléctrico, los conductos, es decir, calentamiento, ventilación y acondicionamiento de aire ("HVAC"), y los aditamentos, tales como gabinetes e iluminación. De manera preferida, el constructor 1130 opera dentro del medio de modelado en 3D descrito anteriormente, por ejemplo, AutoCAD®/ADT. El constructor 1130 puede incluir además y/o utilizar hsbFrame™, un módulo hsbCAD™, compatible con el medio AutoCAD®/ADT, que automatiza la estructuración y el detallado de la madera, así como de acero ligero. Además de la estructuración de la madera y la estructuración del acero ligero, el constructor 1130 puede generar los detalles de construcción para la estructuración de acero. Como puede apreciarse por alguien con experiencia ordinaria en la técnica, los detalles de la estructuración de la estructura del techo y las paredes pueden generarse basándose en las cargas estructurales muertas y vivas aproximadas, de acuerdo con los códigos gubernamentales y la información proporcionada por el probador de carga 1135, descrito a continuación. Como se apreciará por alguien con experiencia ordinaria en la técnica, el Sistema de Diseño 1100 incluye además un probador de cargas 1135, que simula la solidez estructural de los detalles generados por el constructor 1130. El probador de cargas 1135 puede incluir una opción que permite a un usuario seleccionar un sitio en el cual el edificio deseado pretende montarse. El sitio puede incluir información geográfica, tal como la ciudad del sitio, así como información geológica, tal como el tipo de cimientos, por ejemplo, el tipo de tierra. Con la información geográfica, tal como la ciudad local, el sistema 1100 puede recuperar los códigos municipales apropiados que especifican los requisitos de la estructura. De esta información, como alguien con experiencia ordinaria en la técnica puede apreciar, el probador de cargas 1135 puede aplicar una carga simulada por computadora a los detalles estructurales de diseño y determinar la solidez estructural del diseño. Si la prueba simulada falla, entonces puede solicitársele al usuario que corrija cualesquier insuficiencias en el diseño. En una implementación, las bases de datos de los requisitos de los códigos de construcción gubernamentales se adquieren de agencias de inspección de una tercera parte, tales como TR Arnold. Los datos se almacenan en una solicitud de base de datos, tal como Access™ de Microsoft. Una interconexión para la pantalla y el acceso de la información local dentro de AutoCAD® puede desarrollarse utilizando Visual Basic™. El programa de Análisis del Elemento Finito (FEA) conocido en la técnica, puede utilizarse para la prueba estructural de los modelos por computadora. Muchos programas FEA son capaces de importar los archivos "DXF" generados por AutoCAD®. Como puede apreciarse por alguien con experiencia ordinaria en la técnica, pueden desarrollarse escrituras y macros VBA para manejar los archivos DXF y el programa FEA. El Sistema de Diseño 1100 incluye además un modulizador 1140, que subdivide el diseño del edificio en módulos y elementos de un tamaño adecuado para la fabricación y el envío. Por ejemplo, de acuerdo con el Departamento de Transporte, el tamaño máximo para una carga en un camión en un camino público es de aproximadamente 18.3 metros (sesenta pies) de largo, 4.575 metros (quince pies) de ancho, y 4.88 metros (dieciséis pies) de altura, en donde la altura se mide del piso a la parte superior de la carga cuando se coloca en el camión. El modulizador 1140 proyecta de manera inversa el diseño en módulos dimensionados de manera apropiada. Así, el modulizador 1140 permite que se creen diseños sin tener que tomar en cuenta los aspectos del envío, lo cual permite más diseños de casas. Actualmente, la proyección inversa de los diseños de casas se hace típicamente de manera manual por los arquitectos, lo cual puede ser un procedimiento tedioso de prueba y error, en donde el arquitecto separa el diseño en módulos a mano en un dibujo o en un programa CAD. Para resolver este problema, el modulizador 1140 de una modalidad de la presente invención, incluye de manera preferida un optimizador 1142, que optimiza el procedimiento de subdivisión. El optimizador 1142 subdividirá de manera recursiva el diseño, variando la orientación y el tamaño de los módulos y elementos subdivididos para proporcionar una solución con el número mínimo de módulos y elementos para la producción. Esto es un ejemplo de una solución óptima, debido a que al tener el número mínimo de módulos y elementos para la producción, los costos de producción se reducen al mínimo. Además, el número de camiones requeridos para el envío puede reducirse al mínimo, reduciendo así los costos de envío. La subdivisión puede realizarse de manera preferida iterativamente, utilizando un algoritmo genético para variar de manera inteligente el método de subdivisión durante cada iteración, permitiendo que el optimizador 1142 busque una solución óptima. Un algoritmo genético se conoce en la técnica como un algoritmo basado en reglas derivadas de aspectos biológicos de la genética, que reduce de manera heurística las iteraciones de una "fuerza bruta" o método exhaustivo. Un procedimiento para implementar un optimizador se muestra en las Figuras 3a-3b. Volviendo a la Figura 3a, se genera un modelo del diseño en 3D, de manera preferida por el modelador 1120 (bloque de acción 2000) (las Figuras 5a y 5b muestran un ejemplo de un modelo en 3D 10). El modelo 10 puede describirse como un conjunto ordenado de puntos y bordes como se conoce en las aplicaciones 3D CAD. Se determina primero si el diseño comprende múltiples pisos (decisión 2010). Si es así, entonces el modulizador 1140 subdividirá en diseño por cada piso 12 (bloque de acción 2015), y se generará un modelo en 3D de cada piso 12 (bloque de acción 2017) (un ejemplo se muestra en la Figura 5c). Posteriormente, el optimizador 1142 realizará su algoritmo en cada modelo 10 generado. Para cada modelo 10 en 3D, el optimizador 1142 determina la envoltura total 14 del modelo 10 (bloque de acción 2020). La envoltura 14 es el grado máximo del modelo 10 en las tres dimensiones, que resultará en una forma rectangular, como se muestra en la Figura 5d. Esta envoltura 14 puede determinarse verificando cada punto dentro del modelo 10 en 3D y registrando el punto máximo y mínimo en cada dirección. Esta cubierta 14 se utiliza como el límite para subdividir el modelo 10 en módulos 16 y elementos, como se muestra en la Figura 5e. Si la envoltura 14 es un de tamaño apropiado, es decir, si el tamaño de la envoltura 14 es menor que las dimensiones máximas para enviar un módulo 16, (bloque de decisión 2030), entonces el procedimiento de optimización está completo (bloque de terminación 2500). Si no, entonces volviendo a la Figura 3b, el modelo 10 debe subdividirse. Un borde E de la envoltura del producto se selecciona, y se determina una dirección D para el procedimiento de subdivisión (bloque de acción 2040). La dirección D se determina por el borde E, puesto que la subdivisión se hace del borde E hacia la masa del modelo 10. La selección del borde E puede hacerse utilizando procedimientos alternativos, incluyendo: (1 ) El borde E puede seleccionarse por un usuario antes del bloque de acción 2040. Si un borde se selecciona por el usuario, entonces el procedimiento de subdivisión deriva una dirección inicial basándose en el borde y modulariza el modelo 10 completo basándose en esa dirección; (2) El borde E puede seleccionarse de manera aleatoria. Si el borde se selecciona de manera aleatoria, entonces la dirección puede cambiarse con cada subdivisión, permitiendo que el modelo 10 se modularice en más de una dirección. Cuando el borde se selecciona de manera aleatoria, el optimizador 1142 puede producir una variedad de resultados de los cuales puede seleccionarse la solución óptima; y (3) Como alguien con experiencia ordinaria en la técnica puede apreciar, el borde E puede seleccionarse por un algoritmo genético. El optimizador 1142 puede producir una serie de resultados, de los cuales puede seleccionarse la solución óptima. La dirección y la información del borde, así como el método para seleccionar los puntos de ruptura (bloque de acción 2060) de la solución óptima, pueden variarse ligeramente para producir otros resultados de los cuales un usuario puede seleccionar una solución de modularización. Una vez que el borde E y la dirección D se seleccionan, todos los puntos dentro del modelo 10 en 3D pueden cargarse en el optimizador 1142 (bloque de acción 2050). El optimizador 1142 selecciona entonces de todos los puntos dentro del modelo 10, un punto de ruptura para definir una envoltura del módulo 18 (bloque de acción 2060). Este punto puede seleccionarse en procedimientos alternos, incluyendo los procedimientos mostrados en las Figuras 4a-4c. Volviendo a la Figura 4a, se muestra un procedimiento para seleccionar un punto de ruptura (bloque de acción 2060). El optimizador 1142 ordena todos los puntos en un orden aleatorio (bloque de acción 2200), y selecciona de manera iterativa cada punto (bloque de acción 2210) con el fin de probar la distancia d1 de los puntos del borde E (bloque de acción 2220). Conforme el optimizador 1142 alcanza cada punto, se encuentra el más alejado del borde E, pero dentro de los límites máximos permisibles para el módulo 16 para el envío (bloque de decisión 2230). Este punto se utiliza como el punto de ruptura (bloque de acción 2290). Si el punto evaluado no cumple con este criterio, entonces el siguiente punto se verifica (bloque de decisión 2250, bloque de acción 2280). Volviendo ahora a la Figura 4b, se muestra un procedimiento alterno para seleccionar un punto de ruptura (bloque de acción 2060). El optimizador 1142 ordena todos los puntos basándose en la proximidad al borde E inicial (bloque de acción 2300), y selecciona de manera iterativa cada punto (bloque de acción 2310), con el fin de probar la distancia d1 del punto del borde E (bloque de acción 2320). Conforme el optimizador 1142 verifica cada punto, encuentra el más alejado del borde E pero aún dentro de los límites máximos permisibles para el módulo 16 para el envío (bloque de decisión 2330). Este punto se utiliza como el punto de ruptura (bloque de acción 2390). Si el punto evaluado no cumple con este criterio, entonces el siguiente punto se verifica (bloque de decisión 2350, bloque de acción 2380). Volviendo a la Figura 4c, se muestra otro procedimiento alterno para seleccionar un punto de ruptura (bloque de acción 2060). El optimizador 1142 ordena todos los puntos basándose en la proximidad al borde E inicial (bloque de acción 2400), y selecciona un punto n basándose en instrucciones de un algoritmo genético (bloque de acción 2410). La distancia del punto n se mide del borde E (bloque de acción 2420). Si la distancia es mayor que la longitud permisible máxima para un módulo 16 para el envío (bloque de decisión 2430), entonces el optimizador 1142 detendrá el procesamiento (bloque de terminación 2440). Si la distancia es menor, entonces el punto n se utilizará para el punto de ruptura b (bloque de acción 2490). Una vez que el punto de ruptura b se selecciona (bloque de acción 2060), entonces se utiliza para establecer una envoltura para el módulo 16. La envoltura del módulo 18 es un rectángulo en 3D con el borde E y un borde paralelo a través del punto de ruptura seleccionado b (bloque de acción 2090). Esta envoltura 18 se sustrae de la envoltura del producto 14 y el modelo 10 en 3D (bloque de acción 2100). El resto del modelo 10 en 3D se utiliza a continuación como una nueva envoltura del producto 14 y el modelo 10 en 3D (bloque de acción 2120). La porción del modelo 10 en 3D que se sustrajo y se contiene dentro de la envoltura del módulo 18, se almacena entonces como un módulo subdividido 16 por el modulizador 1140 (bloque de acción 2110). Los bloques de acción 2040 a 2120 se repiten hasta que la envoltura 14 y el modelo 10 en 3D del producto restante están dentro del tamaño permisible máximo para el módulo 16 para el envío. Todo el procedimiento puede ejecutarse de manera repetida con todos los resultados recolectados. Después de un número fijo de iteraciones, la iteración con el menor número de módulos puede seleccionarse como la solución de modulización óptima. En una implementación, el algoritmo descrito anteriormente puede desarrollarse como una unidad enchufable para AutoCAD®/ADT, utilizando C++ o Visual Basic. Volviendo nuevamente a la Figura 2b, el Sistema de Diseño 1100 incluye además un generador de la especificación 1150, que genera los detalles, de manera preferida en la forma de un archivo de datos o un registro de la base de datos, que en la presente puede referirse como el "archivo de especificación del edificio" 1215 (véase la Figura 6), para la implementación del diseño. Los detalles incluyen la geometría del diseño, incluyendo la posición y tamaños de las aberturas para las ventanas y la puerta . Los detalles también incluyen los aditamentos permisibles para la plomería y la electricidad, y lo acabados para cada superficie, por ejemplo, pared, piso y techo. Como se mencionó anteriormente, el archivo de especificación del edificio 1215 puede leerse por el programa de modelado en 3D para generar un modelo 3D completo del diseño para la revisión arquitectónica y la generación del código CNC. El archivo de especificación del edificio 1215 se almacena en la base de datos del modelo del edificio 1210 del administrador del modelo del edificio 1200 mostrado en la Figura 6. En una implementación, el archivo de especificación del edificio 1215 utiliza un formato existente desarrollado por hsbCAD que almacena una descripción extensa de un edificio, incluyendo las opciones, utilizando un archivo AutoCAD® y un archivo de datos patentados adicionales. Después de que una pluralidad de módulos 16 (véase la Figura 5e), se ha creado por el modulizador 1140, necesita generarse un inventario de los conectores para la plomería, electricidad, aditamentos y conductos que abarcan la pluralidad de módulos 16. El generador de la especificación 1150 puede generar esquemas para los detalles de la fabricación, incluyendo, por ejemplo, los conductos 1152, plomería 1154, sistema eléctrico 1 156 y aditamentos 1158, que incluyen la información del conector. Otros 1159 pueden incluirse también. El esquema de los conductos 1152 incluye un inventario de los conductos y difusores para las instrucciones para la fabricación. Una hoja cortada de tamaños y longitudes de conductos puede generarse para las instrucciones, tales como el código CNC, para la fabricación. El esquema de la plomería 1154 puede incluir un inventario de las partes de la plomería y las longitudes de la tubería para las instrucciones, tales como un código CNC, para la fabricación. El esquema eléctrico 1156 puede incluir un inventario de tomacorrientes e interruptores eléctricos, longitudes y uniones de conductos, y la longitud total de alambre para las instrucciones para la fabricación. Las longitudes individuales de alambre también pueden calcularse y registrarse en una hoja de corte para las instrucciones para la fabricación. En una implementación, el generador de la especificación 1150 puede desarrollarse como unidades enchufables para AutoCAD®/ADT, utilizando C++ o Visual Basic™. Los componentes generados dentro del generador de la especificación 1150, pueden marcarse con un número de parte dentro del MRP 1350, descrito a continuación y mostrado en la Figura 7. Volviendo a la Figura 6, se muestra una implementación de un administrador del modelo del edificio 1200. El administrador del modelo del edificio 1200, incluye una base de datos del modelo del edificio 1210 y una base de datos 1220 que almacena las hojas de opciones de los usuarios 1056. La base de datos del modelo del edificio 1210 incluye los archivos de las especificaciones del edificio generados por el generador de la especificación 1150 del Sistema de Diseño 1100, y proporciona los datos necesarios para que el modulador 1120 y/o la Interconexión del Usuario 1054 construyan un modelo en 3D. El archivo de especificación del edificio 1215 proporciona además la información para la generación del código CNC.

En una implementación, la base de datos del modelo del edificio 1210 y la base de datos 1220 que almacena las hojas de opciones 1056, puede implementarse utilizando método y sistemas de bases de datos estándar, tales como Access™ de Microsoft. Como se describió anteriormente, el archivo de la especificación del edificio 1215, utiliza un formato existente desarrollado por hsbCAD que almacena una descripción extensa de un edificio, incluyendo las opciones, utilizando un archivo AutoCAD® y un archivo de datos patentados adicionales. Debido a que estos archivos pueden ser de varios megabytes de tamaño, se utilizan de manera preferida sistemas de compresión estándar cuando se envía estos archivos sobre una red. Una implementación de la hoja de selección del usuario 1056 se basa en el formato del archivo existente utilizado por Systemacasa™, y está basada de manera preferida en un Lenguaje de Beneficio Extensible ("XML"). Volviendo a la Figura 7, se muestra una implementación de un sistema de fabricación 1300. El sistema de fabricación 1300 incluye los componentes de planificación de los recursos de fabricación ("MRP") y el manejo de la cadena de suministro ("SCM") 1350. Estos componentes manejan el inventario del material para los componentes del edificio, y son accesibles por el Sistema de Diseño 1100 para verificar el inventario y los costos, y son accesibles mediante la Interconexión del Usuario 1054, para proporcionar información de los costos y el inventario al usuario. Como se mencionó anteriormente, MRP y SCM 1350 pueden también funcionar como un agente de depuración del edificio y de autorización para todas las operaciones de fabricación. En una implementación, el programa para MRP y SCM 1350, se implementa utilizando las aplicaciones de Planeación de Recursos de las Empresas, disponibles comercialmente, tales como Macóla™ y SAP™. Tales aplicaciones pueden aumentarse utilizando las aplicaciones de manejo de la programación y producción, tales como Preactor™, vendido por BCT. Debido a que MRP y SCM 1350 se comunican con los componentes que operan dentro de un ambiente en 3D, tal como AutoCAD®/ADT, es preferible utilizar programas que permitan que estos componentes se comuniquen unos con otros. En una modalidad preferida, se utilizan los productos de Aimasoft, que permiten que los programas basados en AutoCAD® se comuniquen directamente con los programas Macóla™. El sistema de fabricación 1300 incluye además un módulo de revisión arquitectónico 1305 que tiene una interconexión del usuario. Este módulo cargará una hoja de selección del usuario 1056 de la base de datos 1220 de las hojas de opción de los usuarios 1056 y combinan la hoja de selección del usuario 1056 con el archivo de la especificación del edificio 1215 apropiado, que puede cargarse de la base de datos del modelo del edificio 1210 para crear un modelo completo, de manera preferida un modelo en 3D, del diseño del edificio. Un arquitecto o ingeniero puede revisar el diseño y hacer los ajustes y utilizar las herramientas disponibles en el Sistema de Diseño 1100, tal como el constructor 1130 o el probador de cargas 1135 (véase la Figura 2b), vía la interconexión del usuario del módulo de revisión arquitectónica 1305. El arquitecto o ingeniero puede imprimir entonces un conjunto completo de documentos de contrato para presentarlos al gobierno local y para propósitos de construcción. Cualesquier cambios pueden requerir la reasignación de los recursos dentro de MRP 1350. En una implementación, el modelo en 3D se genera mediante hsbCAD y el módulo de revisión arquitectónica 1305 puede implementarse utilizando C++ o VBA, teniendo acceso a la Interconexión de Programación de la Aplicación ("API") de AutoCAD®. Como se mencionó anteriormente, se generan instrucciones para la fabricación de los componentes del edificio diseñado. El sistema de fabricación 1300 incluye un generador del código 1310 que genera las instrucciones basándose en el archivo de especificación del edificio 1215 del Sistema de Diseño 1100/administrador del modelo del edificio 1200 y la información del MRP y SCM 1350. El generador del código 1310 genera de manera preferida el código CNC en la forma de un archivo de datos. En una modalidad preferida, el código CNC se genera y mapea para cada herramienta de la máquina en el sistema de fabricación 1300. Las instrucciones incluyen de manera preferida, una descripción visual de donde se localiza cada parte fabricada dentro del diseño del edificio. La descripción visual puede incluir una serie de imágenes gráficas de vectores y/o tablas de búsqueda que asocian cada parte con una coordenada X-Y dentro de una o más imágenes. Los generadores del código CNC comerciales pueden utilizarse en una implementación, por ejemplo, hsbCAD. Algunos generadores del código CNC simplemente generan el código CNC del AutoCAD® o de los formatos de archivo tales como IGES o DXF. El sistema de fabricación 1300 incluye además un generador de una identificación ("ID") 1320, que genera ID, tales como códigos de barra o ID de Radiofrecuencia ("RFID"), para cada uno de los elementos y componentes del edificio. De manera preferida, el generador de la ID 1310 generará ID para enviar a herramientas de la máquina específicas utilizadas en el sistema de fabricación 1300 para impresión/producción y etiquetado. Para el caso en donde la herramienta de la máquina no produce ID o para elementos tales como el alambrado, en donde está involucrado el corte manual, la ID puede enviarse a un generador de la ID en la ubicación apropiada para la colocación en el elemento. En el caso de ID de códigos de barra, el generador puede ser una impresora. Para el caso de RFID, el generador puede ser una máquina que produzca marcas RFID. El sistema de fabricación 1300 puede incluir una pluralidad de herramientas de la máquina y/o un arreglo de líneas de montaje 1340, cada una que comprende una o más de las herramientas de la máquina o estaciones de trabajo, y cada una configurada para la fabricación de uno o más componentes de un edificio, tales como vigas de madera o de acero, las paredes secas, los conductos, etc. Estas líneas de montaje 1340 pueden controlarse por un administrador de la producción 1330. El administrador de la producción 1330 administra las herramientas de la máquina dentro de las líneas de montaje 1340, controla el código, tal como el código CNC, generado por el generador del código 1310, y libera el código a las herramientas de la máquina apropiadas. El administrador de la producción 1330 está configurado para recibir cualquier número de diferentes conjuntos de instrucciones, por ejemplo, archivos diferentes del código CNC y funciona esencialmente como un controlador lógico programable, capaz de proporcionar instrucciones para la fabricación de componentes, módulos y elementos para una pluralidad de diseños de edificios, basándose en la información proporcionada por el Sistema de Diseño 1100 y el administrador del modelo del edificio 1200. De manera preferida, el administrador de la producción 1330 se comunica con el MRP 1350 para coordinar la programación y los recursos. El sistema de fabricación 1300 incluye además un optimizador de la fabricación 1345, que optimizará el arreglo de los componentes para un edificio para reducir el tiempo de corte y el material. Por ejemplo, el optimizador 1345 puede optimizar el arreglo de las piezas de una alfombra en una tira de un rollo de carpeta de un ancho estándar. Durante este paso, los elementos de pared individuales pueden combinarse en una sola pieza de pared para optimizar el manejo del material. En el caso en donde se utiliza un código de barras, el sistema de fabricación 1300 incluye además exploradores, tales como exploradores manuales (no mostrados), utilizados por los trabajadores para explorar los elementos y las partes del edificio para que muestren su descripción e instrucciones de montaje. El sistema de fabricación 1300 incluye además un servidor de representación de la ID 1360, tal como un servidor de representación de un código de barras, que proporciona un puente de comunicación entre los exploradores portátiles (no mostrados) y el MRP 1350 para actualizar el estado del inventario y el estado de terminación de los módulos. El servidor de representación de la ID 1360 también puede comunicarse con el administrador de la producción 1330 para solicitar información sobre las ubicaciones de las partes dentro de un módulo o elemento del edificio. El servidor de representación de la ID 1360 puede ser accesible en la Internet, permitiendo a usuarios fuera del sitio, tales como contratistas del edificio que montan el edificio, utilizar dispositivos de exploración similares para explorar los componentes en el sitio de la construcción y solicitar información y diagramas que ayudan en el montaje del edificio. En una implementación, se utilizan los productos de código de barras Scanco. En el caso en donde se utiliza una RFID, el equipo de RFID apropiado se utiliza para identificar las partes y la ubicación, y el servidor de representación de la aproximación de la ID 1360 soporta tecnología RFID. Una ventaja del sistema 1000 es que el sistema 1000 es capaz de construir componentes prefabricados para diseños de edificios hechos por encargo, sin tener que modificar de manera significativa las líneas de montaje o la disposición de las líneas de montaje. Un diseño hecho por encargo para un edificio puede introducirse en el Sistema de Diseño 1100, el Sistema de Diseño 1100 introducirá los detalles del diseño en el sistema de fabricación 1300 para construir los componentes apropiados para el montaje, de acuerdo con el diseño.

Asi, un cliente interesado en invertir en una casa prefabricada puede seleccionar un diseño hecho por encargo, en oposición a las elecciones limitadas proporcionadas por el fabricante, aunque se mantienen todavía los beneficios económicos de invertir en un edificio prefabricado. En la especificación anterior, la invención se ha descrito con referencia a las modalidades específicas de la misma. Será evidente, sin embargo que pueden hacerse a la misma varias modificaciones y cambios sin apartarse del espíritu y alcance más amplios de la invención. Por ejemplo, el lector debe entender que el pedido específico y la combinación de acciones del procedimiento descritos en la presente, son meramente ilustrativos, y la invención puede realizarse utilizando diferentes o adicionales acciones del procedimiento, o una combinación o pedido diferente de las acciones del procedimiento. Por ejemplo, esta invención está particularmente adecuada para aplicaciones que involucran un edificio prefabricado, pero puede utilizarse en cualquier diseño que involucre estructuras prefabricadas en general. Como un ejemplo adicional, cada característica de una modalidad, puede mezclarse y hacerse coincidir con otras características mostradas en otras modalidades. Además y de manera obvia, pueden agregarse o sustraerse características conforme se desee. En consecuencia, la invención no debe restringirse, excepto a la luz de las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.

Claims (31)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un sistema para fabricar un edificio prefabricado hecho por encargo, que comprende: un medio utilizable por computadora que tiene una secuencia de instrucciones que cuando se ejecutan por un procesador, causan que el procesador ejecute un procedimiento, que incluye recibir una especificación para un edificio hecho por encargo, que identifica los componentes para el edificio y las dimensiones de los componentes, modularizar la especificación para la prefabricación en módulos que cumplen con las limitaciones generales de longitud, ancho y altura, y optimizar la modularización; un controlador del sistema de fabricación programable acoplado al medio utilizable por computadora y configurado para generar instrucciones para fabricar los módulos optimizados, que tienen la pluralidad de componentes identificados en la especificación recibida por el medios utilizable por computadora; y un conjunto de herramientas de la máquina de la línea de montaje acoplado al controlador de fabricación programable, configurado para ejecutar las instrucciones generadas por el controlador de fabricación programable para construir los módulos optimizados que tienen la pluralidad de componentes especificados.

2.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la optimizaci?n de la modularización dentro del proceso incluye además: generar un modelo en 3D basándose en la especificación; subdividir el modelo por cada piso si existen múltiples pisos en los módulos; y modularizar cada piso de manera que se crea un número mínimo de módulos.

3.- El sistema de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque la modularización de cada piso incluye establecer uno o más puntos de ruptura.

4.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la optimización de la modularización dentro del procedimiento, incluye además un algoritmo genético.

5.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la optimización de la modularización dentro del procedimiento, es un procedimiento iterativo inteligente.

6.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende una interconexión del usuario acoplada con el sistema de diseño, configurada para permitir que un usuario cree la especificación.

7.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la interconexión del usuario proporciona al usuario una opción para establecer un diseño para el edificio prefabricado hecho por encargo.

8.- El sistema de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el diseño para el edificio prefabricado hecho por encargo incluye una forma geométrica para el edificio prefabricado hecho por encargo.

9.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la interconexión del usuario incluye un programa que reproduce visualmente un modelo en 3D.

10.- El sistema de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la interconexión del usuario está basada en la red.

11.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el conjunto de las herramientas de la máquina de la línea de montaje soportan un código CNC.

12.- El sistema de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el conjunto de las herramientas de la máquina de la línea de montaje está arreglado en un arreglo programable.

13.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el edificio es una casa residencial.

14.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el edificio es una estructura comercial.

15.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el procedimiento incluye probar la carga de la especificación.

16.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el procedimiento incluye generar un modelo en 3D basado en la especificación.

17.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las limitaciones generales de largo, ancho y altura son sometidas a una envoltura que es de aproximadamente

18.3 metros (sesenta pies) de largo, 4.57 metros (quince pies) de ancho y 4.88 metros (dieciséis pies) de altura, en donde la altura se mide desde el piso hasta el parte superior de la envoltura cuando se coloca en una camión. 18.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende un sistema de recursos de la fabricación acoplado al controlador del sistema de fabricación programable, y configurado para administrar el inventario de componentes para la construcción de los módulos.

19.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el procedimiento incluye generar los detalles de la construcción para la especificación.

20.- El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque las instrucciones son un código CNC.

21.- Un método para fabricar una pluralidad de edificios prefabricados hechos por encargo, que comprende los pasos de: proporcionar una interconexión gráfica del usuario, que permite que una pluralidad de usuarios cree cada uno un diseño por encargo para un edificio prefabricado, en donde un diseño creado por un usuario es diferente de otro diseño creado por otro usuario; generar una especificación para cada diseño hecho por encargo creado por la pluralidad de usuarios, que identifica los componentes para el edificio prefabricado en el diseño hecho por encargo y las dimensiones de los componentes; modularizar cada especificación en los módulos que cumplen con las limitaciones generales de largo, ancho y altura; optimizar la modularización; generar un conjunto de instrucciones para cada módulo de cada especificación, en donde cada conjunto de instrucciones incluye instrucciones específicas para cada una de la pluralidad de las herramientas de la máquina, requeridas para la fabricación de los módulos; introducir los datos CNC generados en un controlador que controla la pluralidad de herramientas de la máquina y distribuye los datos CNC a la herramienta de la máquina correspondiente; fabricar cada módulo utilizando la pluralidad de herramientas de la máquina; y empacar cada módulo para el envío a un sitio, en el cual un edificio prefabricado hecho por encargo se va a construir.

22.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque comprende el paso de: regresar a cada usuario un costo aproximado para la fabricación del edificio prefabricado hecho por encargo, poco después de que el usuario crea su diseño.

23.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el paso de optimización incluye los pasos de: generar un modelo en 3D basándose en cada especificación; subdividir el modelo por cada piso si existen múltiples pisos en los módulos; y modularizar cada piso de manera que se crea un número mínimo de módulos.

24.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el paso de optimización incluye un algoritmo genético.

25.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque el paso de optimización incluye un procedimiento iterativo inteligente.

26.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque comprende el paso de: administrar un inventario de componentes necesarios para la construcción de los módulos.

27.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque las instrucciones específicas para cada una de la pluralidad de herramientas de la máquina requeridas para la fabricación de los módulos, incluyen datos CNC.

28.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque la generación de la especificación comprende el paso de: generar un esquema de la plomería; generar un esquema de los conductos; generar un esquema eléctrico y generar un esquema de los aditamentos.

29.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque la generación de la especificación comprende el paso de: generar los detalles de la construcción para el edificio prefabricado hecho por encargo.

30.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque comprende el paso de: probar la carga de cada especificación.

31.- El método de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado además porque comprende el paso de: generar un modelo en 3D para cada especificación.