1.1 seminario diseño

ESCUELA POLITECNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

DISEO CONCURRENTEFebrero 2014

Ivn Zambrano OrejuelaIngeniero Mecnico, EPNMaster en Sistemas Informticos, UASBMaster en Diseo para Ingeniera UPC

El proceso de diseo cobra cada da mayor relevancia en el proceso general de desarrollo de productos, ya que es la etapa en donde se definen entre el 80 y el 90% de los recursos necesarios. Cada vez se trasladan a las fases ms tempranas del diseo ciertas consideraciones que antes no se contemplaban o, en todo caso, se aplicaban en las fases finales del proceso de desarrollo de productos.

DESIGN FOR X

DESIGN FOR X

Se hace necesario un sistema que reglamente estratgicamente todo este proceso. As surge el Diseo para X (Design for X), una serie de tcnicas que se introducen en la fase preliminar del diseo, creadas para que el producto final cumpla con caractersticas de produccin, calidad, ciclo de vida, logstica, puesta en marcha, retirada del mercado, desuso, etc.

DESIGN FOR X

Algunas de las estrategias que surgen dentro de lo que es el Diseo para X son:

DFA Design For Assembly Diseo para el ensamblaje o montajeDFM Design For Manufacture Diseo para manufacturaDFQ Design for Quality Diseo para la CalidadDFS Design for Service Diseo para el servicioDFD Design for Disassembly Diseo para el desensamblaje o desmontajeDFT Design for Testability Diseo para pruebas y testeoDFE Design for Environment Diseo para el medio ambienteDFI Design for International Diseo para la internacionalizacinDFO Design for Operability Diseo para la operabilidadDFL Design for Logistic Diseo para la logsticaDFE Design for Excellence Diseo para la excelencia

DESIGN FOR X

El Diseo para el Desmontaje (Design for Disassembly), describe el grado de economa de recursos con la que los productos son fabricados para optimizar el desarmado, reciclaje y reso de cada una de sus partes.

Qu pasa cuando el producto necesita ser reparado? Y si hay que reemplazar alguna de sus partes? Quin se encargara de eso? Arreglarlo ser una tarea simple e intuitiva? El producto puede ser arreglado y vuelto a usar? Si el producto va a ser finalmente desechado, qu tan fcil es el despiece?

El DfD puede ayudarnos a tratar de mejor forma las preguntas anteriores

DESIGN FOR X

Hasta 1/3 del tiempo de Desarrollo de Producto se gasta en trabajosinnecesarios o esperas de decisiones e informacin

(McKinsey)

El 46% de los recursos asociados al desarrollo de producto se gastan en productos que fracasan

(Cooper, Product Development Institute)

El 90% de los lanzamientos de productos capturan el 1% de la cuota de mercado

(Boston Consulting Group)cancelado falla

falla

De cada 100 proyectos de desarrollo: 63 se cancelan, 25 son comercialmente exitosos y 12 fallan

(Booz Allen)

Por qu el Diseo para Calidad?

IMPACTO ECONMICO

El Control de Costes ocurre demasiado tarde

100

80

60

40

20

70%

85%95%

35%

22%

Determinacindel coste

Oportunidades de Reduccin de Costes

DiseoConceptual

Diseo Detallado Produccin SoporteOperaciones

Por qu el Diseo para Calidad?

Nueva dimensin del Diseo

Ingeniera Concurrente (1986)

Institute for Defense AnalysisIngeniera Simultnea


- Fabricacin

- Montaje

- Calidad

- Fiabilidad

- Ergonoma

- Seguridad

- Impacto ambiental

- Fin de vida

Nueva situacin

Modelo Clsico de Desarrollo de Productos

Diseo de detalle

Especificacin

Diseo conceptual

Diseo bsico

Fabricacin

Ventas

Reciclaje


- Fabricacin

- Montaje

- Calidad

- Fiabilidad

- Ergonoma

- Seguridad

- Impacto ambiental

- Fin de vida

Nueva situacin

Entorno

productivo

Entorno

social

Cambio de perspectiva

Diseo de detalle

Especificacin

Diseo conceptual

Diseo bsico

Fabricacin

Ventas

Reciclaje


Toma en consideracin los requerimientos de Fabricacin y Ensamble

DFMA

Nueva perspectiva del diseo

DFQ

DFT

DFR

DFX

Estos principios, junto a nuevas formas organizativas y nuevasherramientas integradoras, han ido confluyendo en un nuevo conceptoque toma el nombre de

Estos principios se han aplicado de manera progresiva a otros aspectos de los productos y de los servicios para dar respuesta a las necesidades siempre crecientes de la sociedad


Ingeniera Concurrente Nueva forma de concebir la Ingeniera de Diseo y desarrollo de productos donde concurren varias perspectivas

Definicin de Ingeniera Concurrente

Ingeniera Simultnea

Suele aplicarse en proyectos de gran complejidad (automocin), donde prima la disminucin del tiempo de desarrollo (time to market, o lead time)

Perspectivas de la Ingeniera Concurrente

Diseo para la Calidad

Incide en el diseo para hacerlo ms apto para la calidad (diseo robusto). El concepto ms reciente de calidad se refiere tanto al grado de satisfaccin que el producto o servicio proporciona a las expectativas del usuario como a la rentabilizacin general de los recursos y a la eliminacin de las prdidas


Diseo para el entorno. Factor humano

Inteligibilidad

Toma en consideracin en el diseo las cre-cientes limitaciones que comportan entre otras:

- Ergonoma - Seguridad - Inteligibilidad

Aspectos todos ellos cada vez ms sometidos a normativas y a legislaciones


Equipos pluridisciplinarios de decisin y asesoramiento

Desde esta perspectiva, la ingeniera concurrente ha fomentado la formacin de equipos pluridisciplinarios con la presencia de:

- Direccin

- Calidad

- Marketing

- Comercial

- Finanzas

- Posventa

- Diseo

- Fabricacin

- Usuarios

UPC. Centro de Diseo de Equipos Industriales


nfasis en la definicin y diseo conceptual del producto

La integracin de las perspectivas anteriores invita a centrar la atencin y los esfuerzos en las etapas de definicin y diseo conceptual del producto, y a elaborar en profundidad un principio de solucin antes de pasar a las etapas siguientes (diseo de materializacin y de detalle)

Prez, R. et al. Diseo Reconfi-gurable de Mquina Herramienta


Herramientas basadas en la informtica y las comunicaciones

Incorporan numerosas herramientas asistidas por ordenador (CAx, Computer Aided X: CAD, CAE, CAM) que han reforzado las actividades de prototipadovirtual y simulacin, con el consiguiente ahorro en tiempo y en pruebas con prototipos fsicos.


- QFD : Quality Function Deployment (Funcin de Despliegue de la Calidad)- AMEF: Anlisis de los Modos de Fallas- DFM : Design For Manufacturing (Diseo para la Manufactura)- DFA: Design for Assembly (Diseo para el Ensamble)- DFMA: Design for Manufacturing and Assembly (Diseo y Manufactura para el ensamble)

- CAD : Computer Aided Design (Diseo Asistido por Ordenador)- CAM: Computer Aided Manufacturing (Manufactura Asistida por Ordenador)- CAE : Computer Aided Engineering (Ingeniera Asistida por Ordenador)- KBES: Knowledge Based Engineering Systems (Sistemas de Ingeniera Basadas enConocimiento)-CAPP: Computer Aided Process Planning (Planificacin de la Produccin Asistida porOrdenador)

Herramientas Funcionales basadas en la Informacin

Herramientas Funcionales basadas en ModelosUso

Ciclo de Vida de Ingeniera

QFD

Funciones Desempeo Benchmarking Targets Correlaciones

AnlisisFuncional

Funciones Comportamiento Componentes

MatrizMorfolgica

Mecanismo Funciones vs

mecanismos Desempeo Operaciones

AMEFDFM/A

Libre de Fallas Escenarios de Fallas Causa-Effecto Controles

CAM Computer Aided Manufacturing

CAE Computer Aided Engineering

Dibujo en 2D

Modelo de Alambrado (Wireframe)

Modelacin en 3D

Modelo de Superficies

Modelacin ySimulacin de Recursos

KBES Knowledge Based Engineering Systems

CAPP Computer Process Planning

Evolucin de los sistemas de apoyo




QFD


AnlisisFuncional


MatrizMorfolgica



AMEFDFM/A


Producto

- Funcionability, Reliability (Funcionalidad)

- Maintenability (Reparabilidad)

- Durability (Durabilidad)

- Conservability (Conservabilidad)

Fiabilidad = f(F, M, D, C)





QFD


AnlisisFuncional


MatrizMorfolgica



AMEFDFM/A


Tipo de mantenimiento Diseo Produccin Operacin

Producto con mantenimiento cerrado

Funcionability, Realiability Operacin de la mquina o equipo

Fiabilidad Fiabilidad

Producto con mantenimiento abierto

Funcionability, Realiability, Mantenibility Operacin de la mquina o equipo

Fiabilidad





QFD


AnlisisFuncional


MatrizMorfolgica



AMEFDFM/A


Diseo Produccin Operacin





QFD


AnlisisFuncional


MatrizMorfolgica



AMEFDFM/A


Diseo Produccin Operacin

- Especificaciones- Consideraciones de diseo- Consideraciones operacioneales- Consideraciones de Mfg & Assembly- Consideraciones de tiles y utillajes

A travs del control de la calidad y el monitoreo del proceso

A travs del desempeo y del monitoreo de la seguridad


Descripcin de conceptos sobre producto modulares

Literatura sobre Desarrollo de Productos

Mdulo

Modularidad

Sistemas modulares

Modularizacin

Definicionesparciales

Dominios

1. Descripciones basadas en loselementos y sus relaciones

2. Descripciones basadas en el propsito de la modularidad

Modularidad

Objetivo: Manipular adecuadamente lavariedad del producto

A menudo se describe sobre la basede cmo se genera esta variedad

Contextos

- Plataformas de productos- Familia de productos- Gama de productos

Productos Modulares

Descripcin de los producto modulares

Por la relacin entre los elementos 1

Pahl & Beitz,1996 Los mdulos se basan

en las funcionesSe supone que cada mdulorealice una funcin

Miller & Elgrd1998 - Los mdulos deben contener cierta cantidad de funcionalidad,

respecto al sistema total- Los mdulos no se deben relacionar solo con el contexto delsistema al que pertenecen, sino que deben relacionarse contodo el contexto de la variedad

Una caracterstica importante de los mdulos es que debe ser una unidad funcional (es posible de realizarle un test de manera separada al resto del sistema) (Encapsulacin)

Hubka & Eder,1988

Productos Modulares


Por la relacin entre los elementos 1

Ulrich, K.1995 La arquitectura modular incluye una relacin uno a uno entre las

funciones y los componentes fsicos, mientras que una arquitectura integral deber poseer una relacin diferente a uno a uno

Relacinuno a uno

Relacinuno a varios

Relacinvarios a uno

Productos Modulares


En trminos de la variedad de productos 2

Ulrich, K.1995

Modularidad de slot

(slot modularity)

En una arquitectura tipo Slot, cada mdulo posee una interface diferente respecto al sistema

Por qu diferentes interfaces?

Ejemplos:

SCSI, Ethernet, y puertos paralelos en

laptop

Productos Modulares



Ulrich, K.1995

Modularidad de bus

(bus modularity)

En una arquitectura tipo Bus, existe un bus comn a travs de los cuales se conectan los mdulos con la misma interface

Cules son las ventajas de este tipo de modularidad?

Ejemplos:

Tarjetas Modem y de Internet en

laptop; CD and disk drive

Productos Modulares



Ulrich, K.1995

Modularidad de seccin

(sectional modularity)

En una arquitectura seccional , todas las interfaces son del mismo tipo, pero no existe un elemento simple para cada mdulo

Cules son las ventajas y desventajas de un enfoque seccional?

Ejemplos:

Legos

Utilizando una arquitectura seccional, el ensamble se construye conectando

los mdulos a travs de interfaces idnticas

Productos Modulares

Los elementos funcionales se combinan para formar una estructura funcionalque define lo que hace el producto a un nivel abstracto.

Qu es un elemento funcional (las funciones)?

Una funcin es cualquier transformacin entre flujos de entrada y de salida, tanto estticos como dinmicos. Es una formulacin abstracta de una tarea, independientemente de la solucin particular que la materializa

Elementos Funcionales



La funcin global representa la tarea global que realiza el producto y se establece como una caja negra que relaciona los flujos de entrada y los de salida.




La representacin del conjunto de subfunciones con la indicacin de entradas y salidas y las interrelaciones de flujos entre ellas, toma el nombre de estructura funcional


Productos modulares

Aquellos que estn organizados segn una estructura de diversos bloques constructivos orientada a ordenar e implantar las distintas funciones y a facilitar las operaciones de composicin del producto con el mnimo de interfases posibles

Los bloques constructivos toman el nombre de mdulos y su organizacin toma el nombre de estructura modular

Se pueden distinguir dos tipos de mdulos: los mdulos funcionales y los mdulos constructivos

Productos modulares

Mdulos funcionales

Son aquellos bloques, o mdulos, orientados fundamentalmente a materializar una o ms de las funciones del producto y que prestan una especial atencin a las interfases de conexin y en los flujos de seales, de energa y de materiales con el entorno

Los mdulos funcionales ayudan a organizar e implantar las funciones de un producto

Por lo tanto, exigen una atencin especial en la elaboracin de la estructura funcional y un esfuerzo importante durante las etapas de definicin y de diseo conceptual

Productos modulares mdulos funcionales

Mdulos constructivos

Son aquellos bloques, o mdulos, orientados fundamentalmente a estructurar y facilitar las operaciones de composicin de un producto por medio de la particin de una secuencia de fabricacin compleja en secuencias de menor complejidad, y prestan una especial atencin en las interfases de unin

Los mdulos constructivos colaboran a implantar la fabrica-cin, facilitan las tareas de planificacin de la produccin y abaratan los costes

Por lo tanto, su implantacin exige una atencin especial en la elaboracin de la estructura del proceso de fabricacin y un esfuerzo concurrente de los responsables de ingeniera de fabricacin desde las primeras etapas del proyecto

Productos modulares mdulos constructivos

a) Facilita la divisin del proyecto y posibilita la realizacin del diseo dediferentes mdulos en paralelo, lo que permite disminuir el tiempo total del proyecto

b) Consecuentemente, con el punto anterior, facilita la sub-contratacin de piezas y mdulos, y la aplicacin de componentes de mercado

c) Ampla las posibilidades de introducir nuevas funciones o variantes enel producto siempre que se mantenga la estructura modular inicial

d) El hecho de concentrar funciones en mdulos repetitivos, permitehacer un desarrollo cuidadoso y ensayado de estos mdulos que redunda en una mayor fiabilidad

e) Facilita el montaje, ya que implica componentes bien definidos coninterfaces claramente establecidas

f) Mejora la fiabilidad del conjunto ya que se parte de mdulos confunciones claramente delimitadas que se han verificado previamente

Ventajas de la modularidad

Estructura con mdulos funcionales: proyectoSRIC

El objetivo del proyecto SRIC (sistema de reparacin interna de canalizaciones) es inspeccionar y realizar ciertas repara-ciones en canalizaciones sin tener que abrir la calle para poder acceder a ella.

Ello se consigue por medio de un vehculoespecial alimentado y controlado a travs de una conexin umbilical (potencia y seal) que se mueve por el interior de la canalizacin

Fuente: C. Riba, RETDIC 2002-2004. Universidad Politcnica de Catalua

Caso 1 de modularidad


El sistema se compone de mdulos funcionales:

1. Plataforma base (traccin y direccin, como un vehculo de orugas; base de los restantes mdulos)

2. Mdulo de inspeccin (visin estereos-cpica y medida de distancias; movimientos de cabeceo y balanceo)

3. Mdulo de mecanizacin (un motor neumtico mueve una fresa para eliminar obstrucciones slidas; movimientos de balanceo y de acercamiento);

4. Mdulo de inyeccin (aplicacin de resinas sellantes en uniones de tubos con prdidas; movimiento de balanceo)

5. Mdulos laterales (adaptacin a distintos dimetros



Art

icle

s ab

ou

t m

od

ula

rity


El de un producto o sistema y la elaboracin de la , es un primer paso para establecer su a partir de

combinar las diversas funciones en mdulos de forma que se consigan los dos objetivos prioritarios siguientes:

Agrupar las funciones en mdulos

Establecer interfaces adecuadas entre mdulos

Interface mecnica

Interface de energa

Interface de transferencia de materiales

Interface de seal

Mdulos e interfaces

Se ha adoptado fundamentalmente la simbologa propuesta por la norma VDI 2222 que tiene la virtud de permitir establecer una estructura funcional suficientemente articulada

funcin principalseal

energa

material

seal

material

energa

Funciones: Se situa en el centro del rectngulo y se indica, preferen-temente, con un verbo seguido de un predicado: transferir pieza en bruto; mover brazo; controlar aproximacin

Flujos: su objeto se indica sobre las correspondientes flechas: de pieza en bruto, acabada; de alimentacin elctrica, de accionamiento del cabezal; de seal de puesta en marcha, de posicin.

Sistema, subsistemas y mdulos: Se indica encima y a mano izquierda del polgono que los delimita

Mdulos e interfaces - simbologa

Universidad de Holgun Oscar Lucero Moya, Cuba Facultad de Ingeniera

1. Formular la funcin global del producto

2. Descomponer la funcin global en sub-funciones

3. Determinar la estructura funcional simplificada

4. Identificar los flujos de material, energa, e informacin/seal

5. Agregar funciones y flujos secundarios/auxiliares

Fuente: Pahl, G. and Beitz, W., 2007, Engineering Design: A Systematic Approach, Springer-Verlag, N. York.

Fun

ctio

nal

bas

is

Mezclarcaf y agua

Cafcaliente

Aguacaliente

Almacenaragua

Electricidad

Agua

Caf Caf

Prepararcaf

Funcinglobal

Sub-Funciones

Funcionesauxiliares

Auto cierreCalentador

Granosde caf

Molergranos

Almacenarcaf

Almacenarcaf

Ejemplo: Cafetera

Ejemplo de estructura funcional

Matriz morfolgica - cafetera

Matriz Morfolgica [PB96]

Bsqueda de los principios de solucin para las subfunciones

Identificar el mximo de soluciones para cada subfuncin y funciones auxiliares

Combinar las soluciones para identificar los conceptos fsicos

Use la matriz morfolgica para identificar combinaciones de soluciones

Cada combinacin de soluciones cumplir la funcin global

Utilizar la especializacin y la heurstica para eliminar las combinaciones de solucin no posibles

Matriz morfolgica

1.1 seminario diseño

Documents