METODOLOGÍA DEL DISEÑO EN INGENIERÍA UN ENFOQUE CENTRADO EN PROBLEMAS

1. METODOLOGÍA DEL DISEÑO EN INGENIERÍA UN ENFOQUE CENTRADO EN PROBLEMAS Ing. Nelson Arzola de la Peña, Ph.D.

2. CONTENIDO • Definición de la necesidad • Planteamiento del problema de diseño • Establecimiento del mercado • Definición de los requerimientos del cliente • Técnicas de creatividad • Despliegue de la función calidad – QFD • Descomposición funcional • La fase de generación del producto • Evaluación del producto para funcionalidad y desempeño • Diseño Robusto, estocástico y basado en el peor caso • Análisis Modal de fallas y efectos potenciales (AMFE)

3. ¿QUÉ ES DISEÑO? • Satisfacción de una necesidad • Diseño artístico • Diseño gráfico • Diseño industrial • Diseño mecánico • Diseño curricular

4. ¿Algo en común? …

5. Planteamientos Necesidades Deseos Gustos Ideas Definiciones ¿Cómo concebir un artefacto?

6. Influencia del diseño en los costos de manufactura

7. Visión global del procedimiento para el diseño de un producto

8. Visión global del procedimiento para el diseño de un producto

9. Visión global del procedimiento para el diseño de un producto

10. ANÁLISIS DE LA NECESIDAD¿Cómo realizar un buen planteamiento? • Estudio de los informes presentados por empresas e instituciones representativas. • Publicaciones de datos del mercado (hábitos de compra y tendencias). • Reacciones del consumidor frente a distintos productos. • Desarrollo de entrevistas y encuestas.

11. Planteamiento del Problema de Diseño • ¿A QUIEN? Análisis del cliente. A quién va dirigido el producto, quién lo usará, beneficios – afectaciones. • ¿QUE y PARA QUÉ? Que es lo que el usuario desea obtener del producto. Para que lo desea. • ¿POR QUÉ? Razones o motivos del proyecto. • ¿DÓNDE Y CUANDO? Ubicación para la máquina, los alrededores y condiciones de entrega del servicio. • ¿COSTOS? Análisis del valor, valoración del servicio, funciones, desempeño (rentabilidad del proyecto).

12. Establecimiento del mercado Sector del Mercado Global Introducción del producto Condiciones de uso Entorno Tiempo de desarrollo Grado de mejora Viabilidad técnica Desarrollo del producto Análisis de la competencia Nivel de complejidad Costos

13. Comportamiento del volumen de ventas del producto durante su ciclo de vida

14. Intensidad de los cambios durante el diseño del producto

15. La variación de la libertad de cambio y el conocimiento del problema durante el proceso de diseño

16. Requerimientos típicos del consumidor • “Que trabaje como se supone debe hacerlo”. • Larga vida. • Fácil de mantener. • Incorpore la última tecnología. • Que posea muchas características.

17. Requerimientos típicos del fabricante • Fácil de producir (de fabricar y de ensamblar) • Uso de partes estandarizadas y métodos normalizados. • Que los recursos para su producción estén disponibles (materia prima, equipos y habilidades de los operarios). • Que el proceso productivo genere un mínimo de desperdicios y de piezas fuera de especificaciones.

18. Requerimientos típicos del área de ventas • Que cumpla con las especificaciones del consumidor. • Fácil de embalar. • Fácil de almacenar y transportar. • Apariencia atractiva. • Que el mantenimiento a realizar por parte del usuario sea nulo o muy sencillo.

19. Requerimientos típicos del área de mantenimiento • Mantenimiento mínimo. • Reemplazo de componentes mínimo (larga vida de todos sus componentes). • Fácil de desmontar y montar sus partes, sin posibilidad de error. • Accesibilidad a cada una de sus partes. • Que no se produzcan fallas secundarias a la falla principal.

20. Equipo de diseño orientado hacia ingeniería concurrente

21. Enfoque para la valoración de la creatividad • Calificación del individuo (visión psicológica). • Perspectiva del proceso de actuación en el desarrollo del producto (visión del proceso). • Resultado de la acción (visión del producto).

22. Las cuatro características que definen la creatividad(Penagos y Atuni, 2000) • Flexibilidad (característica que define la transformación, el replanteamiento y la reinterpretación del proceso para alcanzar la solución del problema). • Fluidez (característica que define el número de alternativas de solución generadas). • Elaboración (característica que define el nivel de detalle, desarrollo y complejidad de las ideas). • Originalidad (característica que define a las ideas como únicas o diferentes).

23. Comportamiento de la calidad creativa en función del esfuerzo creativo y la experiencia Experiencia: • Formación profesional • Experiencia profesional • Habilidad para el trabajo de diseño • Número de miembros del equipo de diseño. Esfuerzo creativo: • Horas-hombres necesarias para el desarrollo

24. Memoria de corto plazo Siete paquetes … Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot 4 Slot 5 Slot 6 Slot 7 o i • Representaciones gráficas (imágenes) • Palabras (información semántica) • Restricciones (ecuaciones y relaciones)

25. Procesos mentales que ocurren durante eldiseño • Comprensión del problema • Búsqueda de soluciones • Tomando elementos de diseños anteriores • Técnica de descomposición aplicada a un problema completamente nuevo que no posee solución aparente Subproblema 1 Solución a Subproblema 1 Recombinación de las soluciones parciales Problema inicial Subproblema 2 Solución a Subproblema 2 Solución del Problema inicial Subproblema 3 Solución a Subproblema 3

26. Procesos mentales que ocurren durante el diseño • Evaluación de las soluciones y selección de la mejor (evaluación de los conceptos generados) Leyes de la naturaleza Capacidad tecnológica Concepto A Concepto B Requerimientos Costos • Control del proceso de diseño

27. Las Técnicas de Creatividad Técnicas enmarcadas como creativas • Analogía • Tormenta de ideas • Lista de atributos • Lista de comprobación (checklists) • Inversión • Combinación • Método de las palabras aleatorias • Los seis sombreros del pensamiento • Cuadros morfológicos

28. Despliegue de la Función Calidad • Es una herramienta utilizada en la metodología del diseño (Productos y Servicios) que recoge la voz del cliente y la traduce, en pasos sucesivos a características de diseño y operación. • En el centro del QFD, está la denominada matriz de calidad: Tabla que relaciona la voz del cliente con las especificaciones de ingeniería que la satisfacen. Software libre: http://www.qfdcapture.com/

29. Despliegue de la Función Calidad • Cual es el servicio que necesita mi cliente? • Para conocerlo debo: • Conocer al cliente. • Identificar sus necesidades y expectativas (Independientemente de los requisitos del producto). • Identificar las características de mi producto (Implícitas, explícitas y las que exceden sus expectativas).

30. Fuentes para determinar los requerimientos del cliente • Encuestas • Estudios de mercado • Análisis de tendencias • Historial de productos similares • Historial de fallas, problemas o quejas • Análisis de la competencia (Benchmarking)

31. MODO DE SUBDIVISIÓN DE LOS REQUISITOS DEL CLIENTE • Requisitos de Seguridad. • Requisitos de Funcionalidad. • Requisitos de Apariencia. • Requisitos de Manufactura. • Requisitos de Costos.

32. Pasos del QFD “Es el deseo del cliente quien guía el desarrollo del producto y no la visión del diseñador sobre lo que piense que el cliente debe querer”

33. Las cuatro casas de la calidad Control de calidad Planeación del proceso Planeación de las piezas Planeación del producto Requerimientos del cliente Casa de la Calidad 1 Casa de la Calidad 2 Casa de la Calidad 4 Casa de la Calidad 3 Especificaciones técnicas Especificaciones de piezas Especificaciones de proceso Especificaciones de calidad PRODUCTO con CALIDAD GARANTIZADA

34. Descomposición funcional …

35. Descomposición funcional Funciones  expresan QUE debe hacer el producto. Estructura o formas  expresan COMOel producto desarrollará las funciones. Materiales (out) Materiales (in) Caja negra Energía (out) Energía (in) Información (in) Información (out) Información (sensores) Acción de control USUARIO

36. Problema del diseño Sistema general Subsistema No. 1 Subsistema No. 2 Subsistema No. 3 Ensamble No. 1.1 Ensamble No. 1.2 Ensamble No. 2.1 Ensamble No. i.1 Ensamble No. i.2 Ensamble No. i.j Componente No. 1.1.1 Componente No. 1.1.2 Descomposición del problema de diseño en subproblemas “Realizar una descomposición del problema de diseño demasiado temprano restringelas soluciones potenciales del diseño y puede conducir a una calidad del producto baja”.

37. Método del análisis funcional • Definir las funciones • Estructurar las funciones Según el tipo de prestación Según su importancia Funciones de imagen y estética Funciones técnicas Funciones innecesarias o perjudiciales Funciones principales Funciones de uso o manejo Funciones de seguridad Funciones secundarias Funciones terciarias

38. Funciones típicas en diseño mecánico • Aumentar/disminuir • Acoplar • Rectificar • Absorber • Almacenar • Conducir • Posicionar • Cambiar • Liberar • Disipar • Orientar • Localizar • Mover • Rotar • Trasladar • Elevar • Soportar • Limpiar • Asegurar • Guiar • Suministrar • Transformar

39. Pasos básicos para la descomposición funcional • Establecer la función principal que se necesita. “Una máquina Tipo A, accionada por potencia Tipo B, que sea capaz de ejecutar la función principal C, garantizando las siguientes condiciones F, G, H …”. • Descomponer la función principal en subfunciones.Sugerencias. • Documentar el QUÉ no el CÓMO • Usar notación estandarizada siempre que sea posible. • Considerar un flujo lógico de las funciones. • Descomponer las funciones tanto como sea posible.

40. Diagrama de funciones Transmitir fuerza Guiar el mecanismo de separación Realizar el movimiento relativo entre el racimo y el elem. que los separa Detener movimiento Expulsar copa del racimo Separar los cocos del pedúnculo Proteger de lesiones Guiar en dirección adecuada Generar movimiento Posicionar y fijar el racimo Detener movimiento Resistir sobrecargas Soportar los elementos propios Soportar el peso del racimo Soportar las cargas Garantizar comodidad Adoptar postura Soportar el peso del operario Desespigar los racimos de palma africana Proteger de lesiones Soportar los elementos auxiliares Guiar cocos Descargar los cocos en el contenedor Descargar las partes que han sido separadas Posicionar cocos Guiar pedúnculos Descargar los pedúnculos al campo Posicionar pedúnculos Recoger fuerza del usuario Transmitir fuerza Transformar fuerza en movimiento Alcanzar movimiento Mover la máquina en el contenedor Adoptar dirección Dirigir movimiento Guiar en dirección adecuada Inmovilizar en parada Detener movimiento Frenar cuando este en movimiento Transmisión por cadenas Guardas de seguridad Canal de descarga Ruedas con pestañas

41. Análisis del valor Técnicas creativas Generación de soluciones Ordenamiento de las Funciones del producto Preparación y registro de la información Nivel de Importancia y costos Viabilidad técnica Grado de mejora Evaluación de alternativas Simplicidad Descomposición funcional Costos de implantación Implantación de las mejoras Realimentación del proceso Registros del proceso (documentación)

42. Función 1 Función 2 Función 3 Subfunción 1.1 Subfunción 2.1 Subfunción 2.2 Concepto 1.1.A Concepto 1.1.B Concepto 2.1.A+2.2.A Subfunción 3.1 Subfunción 3.3 Subfunción 1.2 Subfunción 3.2 Concepto 1.2.A Concepto 1.2B Concepto 1.2.C Concepto 3.2.A Técnica para generar conceptos • Desarrollar conceptos para cada función • Combinar los conceptos

43. Generar la primera idea Refinamiento Desarrollar detalles Diseño de Calidad pobre Generar múltiples conceptos … Concepto 1 Evaluación y selección Concepto 2 Refinamiento Desarrollar detalles Diseño de alta calidad Concepto 3 Concepto i Técnicas para generación de conceptos

44. Método de la resolución inventiva de problemas (TRIZ) Clasificación de los problemas: Con solución conocida (comunes) Problemas Con solución desconocida (intuición y creatividad) Requisitos que debe cumplir una teoría sobre la invención: • Ser un procedimiento sistemático. • Ser una guía a través de un amplio espacio de soluciones para poder dirigirse hacia la solución ideal. • Ser repetible, fiable y no dependiente de las herramientas psicológicas. • Posibilitar el acceso al conocimiento inventivo. • Permitir añadir nuevo conocimiento.

45. Método de TRIZ Ley de la idealidad creciente

46. Función positiva primaria Efectos negativos PASOS PARA DESARROLLAR EL TRIZ • Identificar el problema. Entorno de operación: La máquina deberá operar … Parámetros: • Capacidad de procesamiento por hora. • Peso. • Potencia consumida. • Dimensiones. Resultado ideal: Máquina con un volumen de procesamiento superior al obtenido en la actualidad … … que sea liviana … … que genere el menor cansancio, … … sea segura para el operario, que sea sencilla de operar.

47. Existe un problema de compromiso entre el poco peso requerido de la máquina y el logro de la resistencia mecánica necesaria. Existe un problema de compromiso entre la capacidad de procesamiento (toneladas / hora) y la fuente de potencia a emplear. Existe un problema de compromiso entre la sencillez requerida de operación y el cumplimiento de todas las funciones necesarias. Formulación del problema en términos de contradicciones físicas.

48. Búsqueda de soluciones al problema. Identificar los principios de ingeniería que entran en conflicto. … 39 parámetros técnicos que causan conflicto. • Peso • Longitud • Área • Volumen • Velocidad • Fuerza • Tensión y presión • Productividad • Estabilidad • Resistencia • Durabilidad • Temperatura • Complejidad de control • Adaptabilidad • Potencia • Consumo (de energía, sustancia, tiempo • Fiabilidad • Precisión • Efectos perjudiciales • Facilidad de reparación …

49. Búsqueda de soluciones análogas y adaptación al problema. … 40 principios inventivos. • Segmentación • Extracción • Cualidad local • Asimetría • Combinar • Universalidad • Anidar • Contrapeso • Adelantar la acción opuesta • Adelantar acción • Equipotencialidad (horizontalidad) • Inversión • Esfericidad • Aumentar el número de dimensiones en que se efectúa el movimiento • Vibración mecánica • Convertir lo negativo en positivo • Autoservicio • Duración • Cambiar el medio ambiente • Materiales compuestos

50. 3, 5 5. Selección de los principios inventivos y adaptación al problema CARACTERISTICA QUE EMPEORA CARACTERISTICA A MEJORAR