Diseño Concurrente Carles Riba

8/10/2019 Diseo Concurrente Carles Riba

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Diseo concurrente

Carles Riba i Romeva

Profesor del

Departamento de Ingeniera Mecnica

ETSEIB - UPC

Enero de 2002


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PRESENTACIN

Carles RIBA i ROMEVA,Diseo concurrente 5

Presentacin

Una de las actividades ms apasionantes, y a menudo ms complejas, en el mbitode la ingeniera es el proceso de creacin y desarrollo de un producto o una m-quina a partir de unas funciones y de unas prestaciones previamente especificadas.

Constituye una materia pluridisciplinaria que incluye, entre otras, la teora de m-quinas y mecanismos, el clculo y la simulacin, las soluciones constructivas, losaccionamientos y su control, la aplicacin de materiales, las tecnologas de fabri-cacin, las tcnicas de representacin, la ergonoma, la seguridad o la reciclabili-

dad, que se integran en la forma de un proyecto.La versin original de este libro, escrita en cataln, es el ltimo trabajo de un con-

junto de cinco que tratan del diseo de mquinasdesde distintos puntos de vistacomplementarios (1.Mecanismos; 2.Estructura constructiva; 3.Accionamientos;4. Seleccin de materiales; 5.Metodologa) cuyo tratamiento autnomo permite lalectura o consulta de cada uno de ellos con independencia de los dems.

El objetivo concreto de este texto es proporcionar ayudas conceptuales y metodo-lgicas para aquellas personas con nivel de formacin universitaria que, en algnmomento u otro de su actividad profesional, debern emprender el diseo o la fa-

bricacin de un producto o una mquina.

En los ltimos aos se ha ido desarrollado una nueva forma de entender la ingenie-ra en la que el diseo acumula cada vez mayores responsabilidades. En efecto,esta nueva visin propugna que una correcta definicin y concepcin global de lossistemas o mquinas debe tener en cuenta tanto los requerimientos de su ciclo devida como la gama de productos fabricada por la empresa o sector, lo que consti-tuye la mejor garanta para su correcto funcionamiento y su acierto comercial.

Esta nueva perspectiva toma el nombre de ingeniera concurrentey se apoya en

nuevos mtodos (diseo para la fabricacin y el montaje, DFMA; para la calidad,DFQ; para el entorno, DFE), nuevas herramientas basadas en las tecnologas de lainformacin y de la comunicacin (herramientas asistidas por ordenador: diseoCAD, ingeniera CAE; fabricacin CAM; herramientas integradoras: PDM, redeslocales, Internet) y nuevas formas organizativas (equipos pluridisciplinarios, jefede proyecto, organizacin matricial, o por lneas de proyecto), muchas de las cua-les son objeto de atencin en el texto. No se debe olvidar que la concepcin de

productos y servicios contina siendo esencialmente una tarea humana y punto deencuentro entre la tcnica, la ciencia y las humanidades.


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PRESENTACIN

6 Carles RIBA i ROMEVA,Diseo concurrente

Este libro tiene su origen en la peticin de Rafael Ferr Masip, profesor de la Uni-versitat Politcnica de Catalunya (UPC, Barcelona, Espaa) y director del Centre-CIM, de preparar una conferencia sobre ingeniera concurrente destinada a una

jornada con empresas que tuvo lugar en el ao 1993. Posteriormente se transformen un mdulo del master CIME del Centre-CIM y en un curso contratado por laempresa Mart Lloveras S.A. de Terrassa para, ms adelante, entrar a formar partedel master EMEI impulsado por el Centre de Disseny dEquips Industrials (CDEI-UPC) que actualmente dirijo.

El texto definitivo es, pues, una revisin y ampliacin de materiales anteriores en-riquecidos por los numerosos puntos de vista, ejemplos y casos surgidos de lostrabajos de colaboracin con empresas, especialmente de aqullas en las que hahabido una relacin ms intensa con los responsables de ingeniera (Girbau S.A.,

especialmente con Ramon Sans y Antoni Girbau; proyecto SRIC, financiado por elCDTI; Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya S.A., con Enric Domnguez;Ros Roca S.A., con Ezequiel Rufes y Domnec Casellas; Iberslex S.A., con SergiPons; Airtecnics S.L, con Jordi Oltra; Ecotcnica, con Pere Viladomiu; y SerraSoldadura S.A., con Joaquim Suazo). Estos trabajos no habran sido posibles sinlas aportaciones de los miembros y colaboradores del CDEI-UPC.

Tambin se ha beneficiado de las investigaciones de las tesis doctorales que hedirigido (Francesc Ferrando Piera, profesor de la Universitat Rovira i Virgili,URV, Tarragona, Espaa; Quim de Ciurana Gay, profesor de la Universitat de Gi-

rona, UdG, Espaa; Joan Cabarrocas Bualous, tambin profesor de la UdG, des-graciadamente traspasado el 2000; Heriberto Maury Ramrez, profesor de la Uni-versidad del Norte, Barranquilla, Colombia; Roberto Prez Rodrguez, profesor dela Universidad de Holguin, Cuba) o de aquellas investigaciones actualmente encurso o a punto de iniciarse (Pere Caballol Escuer, antiguo colaborador; Felip Fe-nollosa Arts, profesor de la UPC y miembro del Centre-CIM; y Judit Coll Raich,gestora del CDEI-UPC).

Otras aportaciones significativas se derivan de los contactos e intercambios man-tenidos con profesores de la UPC (Josep Fenollosa, Joan Vivancos, Joaquim Llo-veras, Xaviert Tort-Martorell), de la UdG (Quim de Ciurana) y de la UniversitatJaume I (UJI, Castell de la Plana, Espaa) (Fernando Romero, Pedro Company)especialmente los destinados a articular un doctorado interuniversitario alrededorde la ingeniera de producto y de proceso.

De forma muy especial agradezco a Judit Coll Raich y a Roberto Prez Rodrguezla lectura del original, as como sus interesantes observaciones, la ayuda de IvanPodadera en la ltima fase de preparacin del texto, y la paciencia de las personasde mi entorno familiar.

Solo me queda desear que el contenido del libro sea de inters para los lectores.


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NDICE


NDICEPresentacin

1. El enmarque del diseo 9

1.1 Nueva dimensin del diseo 91.2 Ingeniera concurrente 141.3 Ciclo de vida y recursos asociados 201.4 Gama de producto 291.5 Producto, empresa y mercado 321.6 Fuentes de informacin y antecedentes 381.7 Simulacin, ensayo y evaluacin 431.8 Organizacin y equipo humano 63

2. Estructuracin del diseo 67

2.1 Diseo, ciencia y tecnologa 672.2 Ciclo bsico de diseo 722.3 Proceso de diseo y proceso de desarrollo 782.4 Establecer la especificacin 852.5 Generar el concepto 912.6 Materializar la solucin 972.7 Documentar la fabricacin 116

3. Herramientas para el diseo concurrente 121

3.1 Modularidad y complejidad de un producto 1213.2 Diseo para la fabricacin (DFM) 140

3.3 Diseo para el montaje (DFA) 1533.4 Diseo para la calidad (DFQ) 1723.5 Diseo para el entorno (DFE) 198

Bibliografa


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PRESENTACIN



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1 El enmarque del diseo

1.1 Nueva dimensin del diseo

Introduccin

En las ltimas dcadas del siglo XX (en un proceso que an hoy da contina), laforma de concebir y producir los bienes y servicios ha experimentado una grantransformacin, influida sin duda por el desarrollo de las tecnologas de lainformacin y de la comunicacin (TIC), pero que va mucho ms all y alcanzanuevas concepciones, nuevas herramientas, nuevas metodologas y nuevas formasorganizativas.

Uno de los aspectos ms destacados de esta nueva situacin es la importancia quevan adquiriendo las etapas de diseo y desarrollode nuevos productos y servicios(y muy especialmente la especificaciny el diseo conceptual) en el contexto delas actividades de las empresas, y el hecho de que en estas etapas se incorporen losrequerimientos y condicionantes de los distintos contextos en los que convivirnestos productos y servicios, como el entorno productivo (fabricacin, montaje,calidad, transporte), el entorno de utilizacin (funciones, prestaciones, fiabilidad,mantenimiento), o el entorno social (ergonoma, seguridad, impactos ambientales y

fin de vida).En las dcadas de 1970 y 1980 los progresos de la informtica se orientaron haciael abaratamiento de los costes y la mejora de la calidad a travs del desarrollo de laautomatizacin flexible (control numrico, robots industriales, centros de mecani-zado, clulas de fabricacin flexible). Pero a pesar de los resultados espectaculares,

pronto se percibi que la principal dificultad para obtener mejoras provena de quemuchos productos y servicios haban sido concebidos para procesos tradicionales,donde la intervencin del hombre con su enorme capacidad de adaptacin resolvalas incidencias que se producan.


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.1 NUEVA DIMENSIN DEL DISEO


Este hecho reorient la atencin de los responsables empresariales y de los inves-tigadores hacia la importancia de las tareas de diseo no tan slo para asegurar lasfunciones y prestaciones de los productos y servicios, sino tambin para facilitar

aquellos aspectos relacionados con su produccin y ejecucin.La exploracin de este cambio de perspectiva (diseo para la fabricacin y montaje,en la produccin de bienes; diseo para una fcil ejecucin, en la prestacin deservicios) mostr inmediatamente sus enormes potencialidades de mejora. Sorpren-da constatar que, con esta nueva perspectiva (diseo para la funcin, pero tambindiseo para la produccin), se rompan los clsicos compromisos entre alternativas(si se desea ms calidad, hay que dedicar ms recursos) y, simultneamente, seconseguan mejoras significativas en las funciones y prestaciones del producto y enlos procesos para su fabricacin.

Ejemplo 1.1Incidencia de la automatizacin y del diseo en los costes de montaje

Aunque esquemtica, las Figuras 1.1 [Boo, 1992] y 1.3 muestran las distintas reper-cusiones que la doble perspectiva de la automatizacin y de la mejora del diseo(en estos ejemplos, diseo para el montaje) tienen en los costes.

De entrada se observa que el montaje manual de la ltima versin del conjunto (D,Figura 1.1) tiene un coste ms bajo que la automatizacin rgida con mediosespecficos de la solucin inicial (A, Figura 1.1), lo que muestra la capacidad de

ahorro a que puede dar lugar un rediseo bien orientado. Adems, esto se consiguecon una inversin mucho menor en tiles para el montaje (proceso de rediseo, enlugar de inversin en un equipo de automatizacin especfico) y con una flexibi-lidad mucho mayor (montaje unidad a unidad, si es necesario, en lugar de requerirgrandes series para rentabilizar la inversin). Este ejemplo tambin permite ver lacomplejidad de las interrelaciones que se dan entre distintos aspectos de la fabrica-cin del producto y que hay que ponderar convenientemente:

a) Las piezas de la solucin inicial A son ms sencillas (la fabricacin es menoscara), pero su nmero es ms elevado; hay que evaluar qu aspecto pesa ms en

los costes aunque, en principio, parece ser la eliminacin de piezas.b) El elemento base de la solucin D requiere medios de produccin ms sofis-

ticados que, probablemente, slo son rentables con series medianas o grandes.

c) La menor complejidad de la solucin D redunda en una mayor precisin delconjunto y en la fiabilidad del componente

d) Si fuera necesario montar grandes series, la inversin para automatizar el mon-taje de la solucin D sera ms baja que la de la solucin A, ya que tiene unasola direccin de montaje (en lugar de tres en la primera solucin).


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montajeautomticoflexiblemontajeautomticorgido

0,6

costesdemon

tajerelativos

0,2

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0

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0,4

0,5

24

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0,7

1

A

montajemanual

nmero de piezas28 4

D

montaje automtico flexible, 200.000 piezas/aomontaje automtico rgido, 2.400.000 piezas/ao

B C

Figura 1.1 Ejemplo del efecto combinado de la mejora del diseo y de los pro-cesos de automatizacin en los costes de montaje [Boo, 1992]


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Ejemplo 1.2Montaje, flexibilidad y costes en la fabricacin de automviles de juguete

En este segundo ejemplo se analizan las interrelaciones entre el montaje, la flexibi-

lidad y los costes en la fabricacin de una gama de automviles de juguete quepueden adoptar diferentes carroceras y, tambin, distintos nmeros de ejes y dis-tancias entre ejes (Figura 1.2).

En la Figura 1.3 se presentan tres tipos de montaje. En la solucin A se prev unapieza de chapa que hace de suelo, unida a la carrocera por cuatro tornillos, dondese insertan los ejes y despus se entran las ruedas a presin sobre los ejes. En lassoluciones B y C, los ejes y las ruedas han sido montadas previamente para formarunos conjuntos. En al solucin B, los conjuntos eje-ruedas se colocan en unasentallas de la carrocera y despus una plancha fijada por dos tornillos impide la

salida, mientras que en la solucin C, los conjuntos eje-ruedas se fijan directamentea la carrocera por medio de ecliquetajes (uniones por forma en que las piezasentran en su sitio debido a la deformacin elstica de una de ellas o de ambas).

Ms all de la simplicidad creciente y de los costes decrecientes de las soluciones By C respecto de la A, hay que decir que la solucin C tambin es mejor desde el

punto de vista de la formacin de gamas de producto (vehculos de 2 ejes, de tresejes, de distintas batallas y, si es necesario, de distintas anchuras) y mejora las posi-

bilidades de automatizacin flexible (evita la plancha del fondo, distinta para cadamodelo de la gama, elimina los tornillos, y tiene una sola direccin de montaje).

Figura 1.2 Montaje del sistema de ruedas a dos vehculos pertenecientes a lamisma gama, previo a la definicin del sistema de fijacin.


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0,8

0,9

0,5

0,6

0,7

0,1

0,2

0,3

0,4costesde

montajerela

tivos

0

1

montaje automtico flexible, 200.000 piezas/aomontaje automtico rgido, 2.000.000 piezas/ao

montajemanual

montajeautomticorgido

montajeautomticoflexible

12 6

A B

nmero de piezas3

C

Figura 1.3 Efecto combinado de la mejora del diseo y de los procesos de auto-matizacin en los costes de montaje de vehculos de juguete


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.2 INGENIERA CONCURRENTE


1.2 Ingeniera concurrente

Integracin de perspectivas

La nueva perspectiva del diseo que toma en consideracin de forma simultnealos requerimientos funcionales y los de fabricacin se denomina diseo para la

fabricacin y el montaje(DFMA del ingls design for manufacturing and assem-bly) y, gracias a los buenos resultados obtenidos, estos mismos principios se hanido aplicando progresivamente a otros aspectos de los productos y de los servicios

para asegurar que den respuesta a las necesidades de los usuarios, que faciliten elmantenimiento o que minimicen los impactos ambientales. Estos principios, juntocon nuevas formas organizativas y nuevas herramientas integradoras, han ido con-

fluyendo en un nuevo concepto que toma el nombre de ingeniera concurrente.

Definicin de ingeniera concurrente

Nueva forma de concebir la ingeniera de diseo y desarrollo de productos yservicios de forma global e integrada donde concurren las siguientes perspectivas:

1. Desde el punto de vista del producto, se toman en consideracin tanto la gamaque se fabrica y ofrece a la empresa como los requerimientos de las distintasetapas del ciclo de vida y los costes o recursos asociados

2. Desde el punto de vista de los recursos humanos, colaboran profesionales queactan de forma colectiva en tareas de asesoramiento y de decisin (con pre-sencia de las voces significativas) o de forma individual en tareas de impulsiny gestin (gestor de proyecto), tanto si pertenecen a la empresa como si sonexternos a ella (otras empresas, universidades o centros tecnolgicos)

3. Y, desde el punto de vista de los recursos materiales, concurren nuevas herra-mientas basadas en tecnologas de la informacin y la comunicacin sobre una

base de datos y de conocimientos cada vez ms integrada (modelizacin 3D,herramientas de simulacin y clculo, prototipos y tiles rpidos, comunicacin

interior, Internet).

Para designar este nuevo concepto, adems del trmino ingenieraconcurrente, enla literatura especializada aparecen otras denominaciones como ingeniera simul-tnea, diseo totalo diseo integrado(ver referencias bibliogrficas).

Sin embargo, nos inclinamos por la primera denominacin ya que, adems de teneruna buena aceptacin, incide el hecho de la concurrencia de puntos de vista, de me-todologas, de actores humanos y de herramientas de apoyo.


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Aunque muchos de ellos sern tratados con mayor extensin a lo largo del texto, acontinuacin se describen brevemente determinados conceptos relacionados con laingeniera concurrente, los cuales hacen hincapi en algunas de sus perspectivas.

Ingeniera simultneaForma de ingeniera concurrente que suele aplicarse en proyectos de gran comple-

jidad (el diseo de un automvil, por ejemplo), donde prima como factor clave decompetitividad la disminucin del tiempo de diseo y desarrollo (time to market, olead time). A tal fin, se define inicialmente una estructura modular del producto yse dividen las tareas en subproyectos de menor complejidad que puedan desarro-llarse en paralelo. Esta metodologa facilita no tan slo la subcontractacin de lafabricacin de componentes y subsistemas, sino tambin de su diseo y desarrollo.

Diseo para la calidadPerspectiva de la ingeniera concurrente que, ms all de buscar la conformidad deun producto o servicio con las especificaciones previstas, incide en el mismo diseo

para hacerlo ms apto para la calidad (eliminacin o simplificacin de controles,diseo robusto). El concepto ms reciente de calidad se refiere tanto al grado desatisfaccin que el producto o servicio proporciona a las expectativas del usuariocomo a la rentabilizacin general de los recursos y a la eliminacin de las prdidas.

Diseo para el entorno. Factor humanoPerspectiva de la ingeniera concurrente que toma en consideracin en el diseo lascrecientes limitaciones que comportan la escasez de energa y recursos naturales,los impactos ambientales y los requerimientos que se engloban bajo el concepto defactor humano (ergonoma, seguridad, inteligibilidad), aspectos todos ellos cadavez ms sometidos a normativas y a legislaciones.

Diseo en el contexto de la gama de productoPerspectiva de la ingeniera concurrente que inscribe el diseo y el desarrollo del

producto o servicio en el contexto de la oferta de la empresa o del sector. Hay quetener presente la tendencia a desplazar la oferta de productos hacia una oferta msglobal de servicios cuya prestacin requiere a menudo de nuevos y ms sofisticados

productos. Ello impulsa a muchas empresas a asociarse o a formar grupos paracompletar y mejorar su gama y coordinar la concepcin y el desarrollo de sus pro-ductos.

Equipos pluridisciplinarios de decisin y asesoramientoDesde la perspectiva de los recursos humanos, y dada la complejidad de las nuevasformas de diseo, la ingeniera concurrente ha fomentado la formacin de equipos

pluridisciplinarios con presencia de las voces ms significativas (direccin, mar-keting, finanzas, diseo, fabricacin, calidad, comercial, posventa, usuarios) para elasesoramiento, debate y toma de decisiones en los principales aspectos de los

proyectos de innovacin.


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Gestor de proyecto y organizacin matricialTambin desde la perspectiva de los recursos humanos y, dada la necesidad de unavisin global y con continuidad del producto o servicio, se suele designar un gestor

de proyecto que se responsabilice de la impulsin y gestin de todo el proceso dediseo y desarrollo del producto. Esta persona utiliza de forma transversal los re-cursos de distintos departamentos de la empresa (marketing, I+D, produccin,

prototipos y ensayos, comercial, postventa) en una organizacin de estructura ma-tricial (los proyectos impulsan qu hacer y los departamentos ordenan cmo hacer).

nfasis en la definicin del producto y en el diseo conceptualEn relacin al proceso de diseo, la integracin de las perspectivas anteriores obli-ga a centrar la atencin y los esfuerzos en las etapas de definicin y diseo concep-

tual de los productos y servicios, y a elaborar en profundidad un principio desolucin antes de pasar a las etapas siguientes (diseo de materializacin y de deta-lle). Sin embargo, conviene avanzarse en alguna de estas etapas ms concretas sisus conclusiones son determinantes en la evaluacin de una alternativa conceptual.

Estructura modular y subproyectosLos productos o servicios complejos se suelen subdividir en partes ms simples (omdulos) en el marco de una estructura modular. Las tareas de diseo, desarrollo yfabricacin de los mdulos pueden organizarse en subproyectos que son realizadas

por diversos equipos (propios, contratados, o suministradores). El establecimiento

de la estructura modular requiere criterios y mtodos para repartir las funciones yestablecer las conexiones (o interfases) entre los mdulos, as como tcnicas paratransmitir adecuadamente la informacin entre los diferentes equipos de diseo.

Herramientas basadas en la informtica y las comunicacionesDesde la perspectiva de los medios, el diseo y desarrollo incorporan numerosasherramientas asistidas por ordenador (CAx, computer aided x: CAD, CAE, CAM)que han reforzado las actividades de prototipado virtual y simulacin, con el consi-guiente ahorro en tiempo y en pruebas con prototipos fsicos. Tambin se abrennuevas posibilidades para la ingeniera concurrente gracias al establecimiento de

bases de datos sobre los productos cada vez ms integradas (modelizacin 3D aptaspara simulaciones y clculos, el uso de datos de diseo para simular y programar lafabricacin, para actividades comerciales o de postventa) y de nuevas facilidades deinformacin y comunicacin (redes locales, Internet, otras tcnicas CIM).

Prototipos y tiles rpidosTambin, desde la perspectiva de las herramientas, ltimamente se han desarrolladonumerosas tcnicas para facilitar la realizacin de prototipos en un tiempo ms bre-ve (y, generalmente, tambin a un coste ms reducido). Ello invita a un uso ms

decidido de las actividades de evaluacin y validacin por medio de ensayos con


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prototipos fsicos como comprobacin ltima, lo que se traduce en asegurar lacalidad de los productos y servicios. En este sentido, hay que destacar el recientedespliegue de tcnicas para realizar prototipos y tiles rpidos destinados a piezas y

componentes de materiales plsticos y tambin metlicos.Las Secciones 1.3 y 1.4 tratan los dos principales conceptos sobre los que se basala ingeniera concurrente: el concepto diacrnico de ciclo de vida y el conceptofundamentalmente sincrnico de lagamade producto.

Principales orientaciones de la ingeniera concurrente

A pesar de que las distintas perspectivas y metodologas de la ingeniera concu-rrente tienen por objeto concebir los productos y servicios de forma global en

beneficio de los usuarios, lo cierto es que repercuten de distinta manera sobre losintereses de las empresas y de las colectividades.

En efecto, hay metodologas y puntos de vista que benefician a todos, como fabri-car con ms calidad y a menor precio, u obtener mejores prestaciones al mismocoste, ya que todos los aspectos considerados mejoran al mismo tiempo y aumentala relacin entre prestaciones y precio.

Sin embargo, tambin hay otras metodologas y puntos de vista que, an colabo-rando decididamente en una concepcin global de los productos y servicios, son elresultado de compromisos entre requerimientos contradictorios, muchos de ellos

condicionados por el entorno y, en consecuencia, las empresas se resisten a incor-porarlos sobretodo cuando pueden dar lugar a prdidas de competitividad.

Las dos orientaciones descritas anteriormente pueden ser denominadas como:

A) Ingeniera concurrente orientada al producto (fabricacin, costes, inversin,calidad, comercializacin, apariencia)

B) Ingeniera concurrente orientada al entorno (ergonoma, seguridad, medio-ambiente, fin de vida)

Ingeniera concurrente orientada al producto

Esta primera orientacin de la ingeniera concurrente se refiere a la integracin detodos aquellos aspectos que pueden tener una incidencia positiva en el producto,especialmente en sus funciones y en la relacin entre prestaciones y coste.

De forma muy directa inciden el:

Diseo para la funcin Diseo para la fabricacin


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Pero tambin inciden otras perspectivas relacionadas con las finanzas, la produc-cin y la comercializacin como el:

Diseo para la calidad Poltica comercial y de marketing Poltica de compras y desubcontratacin

Los rasgos principales de la ingeniera concurrente orientada al productoson:

a) En primer lugar, debe asegurar que el producto o servicio responda a las nece-sidades manifestadas por los usuarios; por lo tanto, es fundamental la interven-cin del departamento de marketingen su definicin.

b) En segundo lugar, debe tomar en consideracin desde el inicio los procesos defabricacin y el equipo e inversin necesarios; por lo que es necesaria la

intervencin de laingeniera de fabricacin desde el inicio del proyecto.a) Y, en tercer lugar, hay que asegurar la calidad del producto y la rentabilidad de

los recursos para fabricarlo y comercializarlo, por lo que debe preverse la inter-vencin del departamento de calidaden la definicin y desarrollo del proyecto.

Ingeniera concurrente orientada al entorno

La sabidura popular dice que, antes de un acuerdo, el vendedor est dispuesto anegociar aspectos del producto o servicio que ofrece pero que, una vez vendido, lasincidencias que se deriven las asume el comprador. En consecuencia, tambin

existe la percepcin de que las empresas (cuyo objetivo es obtener un beneficio)evitan dedicar recursos a temas en los cuales despus no debern responsabilizarse.

La ingeniera concurrente orientada al entorno trata precisamente de aquellos as-pectos relacionados con el entorno del producto que, a pesar de que con un diseoconcurrente adecuado podran mejorar o eliminarse, no hay incentivos suficientes

para implementarlos pues, normalmente, sus efectos inciden fuera de la empresa ynormalmente son soportados por los usuarios e indirectamente por la sociedad(consumos elevados, contaminaciones, fallos, falta de seguridad, problemtica defin de vida).

Es evidente que este es un esquema simplista ya que los buenos fabricantes noabandonan a sus clientes (garantas, servicios de postventa, mantenimiento), perotambin es cierto que hay temas que an estn demasiado ausentes (poca seguri-dad, consumos excesivos, emisiones contaminantes, impactos de la eliminacin)

Ejemplo1.3Catalizador en el sistema de escape de los automviles

Sin catalizador en el sistema de escape de los gases del motor de los automviles,la contaminacin del aire de nuestras ciudades y de nuestro entorno va siendo cada

vez ms nociva para el medio ambiente.


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Pero, qu inters puede mostrar un constructor de automviles para incorporar estedispositivo si conlleva inconvenientes para el fabricante y para el usuario?: Un coste no menospreciable incorporado al precio de venta.

Una ligera disminucin de la potencia. La obligacin de cambiarlo despus de cierto uso, tambin a un coste elevado.Son unos costes suplementarios y unas desventajas competitivas que prctica-mente ningn fabricante quiere asumir en solitario.Sin embargo, si la administracin obliga a adoptar este dispositivo (como es el casode Europa), entonces todas las empresas vuelven a estar en las mismas condicio-nes de competencia e, incluso, muchas marcas hacen ostentacin de llevar el cata-lizador como muestra de la sensibilidad de la compaa por el medioambiente.

La intervencin de la administracin

Afortunadamente, la sensibilizacin ciudadana sobre los temas del entorno es cadada ms importante y ello conlleva buscar soluciones. Sin embargo, mientras existala posibilidad de no adoptar soluciones costosas en beneficio del entorno y anms, si sus efectos no son percibidos directamente por los usuarios, las empresasevitarn incorporarlos ya que les sita en un plano de competitividad desfavorable.

La nica manera de resolver este tipo de problemas es que los poderes pblicos ylas administraciones, despus de negociarlos, regulen estos temas para de esta ma-nera obligar su cumplimiento a todos. Cuando esto sucede, las empresas suelen

esgrimir estas mejoras respecto del entorno como reclamo comercial.Las principales metodologas y puntos de vista que inciden en la ingeniera concu-rrente orientada al entornoson:

a) Ergonoma. Trata la relacin entre el hombre y la mquina. Son tcnicas yadesarrolladas desde hace ms de cuatro dcadas con una incidencia crecienteen el diseo.

c) Seguridad. Estudia la manera de evitar el riesgo de daos personales o mate-riales. Las normativas europeas de seguridad en las mquinas hacen responsa-

ble al fabricante de las incidencias y accidentes imputables al diseo (a partirde 1995)

d) Medioambiente. Propugna el uso sostenible de materiales y energa tanto en lafabricacin como en la utilizacin y la disminucin de las emisiones contami-nantes. Estos aspectos tienen regulaciones ms o menos severas, especialmenteen algunos sectores y su importancia en el diseo no har ms que aumentar.

e) Eliminacin o reciclaje. Estudia la forma de reutilizar, reciclar o recuperar losmateriales al fin de vida de los productos y todo indica que su incidencia en eldiseo ir creciendo. La automocin y el embalaje marcan la pauta.


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.3 CICLO DE VIDA Y RECURSOS ASOCIADOS


1.3 Ciclo de vida y recursos asociados

Conceptos y definiciones

Ciclo de vida (en ingls, life-cycle)Es el conjunto de etapas que recorre una determinada entidad desde que inicia suexistencia hasta que la termina y es aplicable a realidades muy diversas como per-sonas, edificios, empresas u organizaciones. En el presente texto se analizan elciclo de vida de un producto (o servicio) y el ciclo de vida de un proyecto, que amenu-do aparecen confundidos en la literatura tcnica.

Ciclo de vida de un producto

Conjunto de etapas que recorre un producto (considerado como objeto individual)desde que es creado hasta su fin de vida. El ciclo de vida de un producto recorreunas primeras etapas en el seno de la organizacin empresarial que lo produce(definicin, diseo y desarrollo, fabricacin, embalaje, transporte) hasta su venta(o transferencia al usuario) y, despus, recorre otras etapas posventa (o postrans-ferencia) que corresponden al usuario (o usuarios) y, eventualmente, a la colecti-vidad.

Ciclo de vida de un proyectoConjunto de etapas que recorre un proyecto (en este texto interesan aquellos que

comportan la fabricacin de productos o la prestacin de servicios) desde que seinicia hasta que finaliza o es abandonado. Por lo tanto, las etapas del ciclo de vidade un proyecto se suelen recorrer en el seno de una empresa u organizacin eincluyen la evolucin de la actividad o negocio (produccin y ventas) hasta questa finaliza.

Coste (o recursos)del ciclo de vidaDe manera anloga al concepto de ciclo de vida, se puede establecer el conceptode coste (o recursos) del ciclo de vida. Corresponde a la evaluacin de los recursosimplicados en el ciclo de vida de un producto (se suele hablar de costes) o de un

proyecto (se suele hablar de inversiones, ingresos y gastos).

En el caso de los proyectos, con una organizacin y actividad empresarial detrs,se suele llevar la contabilidad de los ingresos y gastos, por lo que la evaluacin delos recursos del ciclo de vida se puede conocer con un cierto rigor.

Sin embargo, en el caso de los productos, con la discontinuidad de la venta o trans-ferencia entre el fabricante y el usuario y la falta de control contable en la quesuele desarrollarse su utilizacin, hace que, en la mayor parte de las veces el costedel ciclo de vida de un producto sea desconocido.


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Etapas del ciclo de vida de un producto

Ms all de las mltiples clasificaciones y matices que se puedan hacer sobre esta

cuestin, en este texto se ha credo conveniente agrupar el ciclo de vida de unproducto en las seis etapas siguientes:

1. Decisin y definicin2. Diseo y desarrollo3. Fabricacin4. Distribucin y comercializacin5. Utilizacin y mantenimiento6. Fin de vida

A continuacin se realiza una breve descripcin de cada una de ellas a la vez quese sealan sus aspectos ms relevantes.

Decisin y definicin

La primera de las etapas del ciclo de vidade un producto corresponde a la decisinde crearlo y a la tarea de definirlo por medio de especificaciones.

El origen de un producto puede ser diverso (encargo de un cliente; rediseo de unproducto existente propuesto por la direccin; deteccin de una nueva necesidad uoportunidad en el mercado por parte del departamento comercial).

La etapa de decisin y definicin no es en absoluto trivial ni sencilla y, probable-mente, es la que tiene luego consecuencias ms importantes a lo largo de su vida:

a) El lanzamiento de un producto va asociado a invertir una determinada cantidadde recursos materiales, humanos y de tiempo. Antes de hacer la decisin, laempresa debe responderse preguntas como: Hay suficientes clientes potencia-les para cubrir los gastos de diseo y desarrollo?, La empresa tiene capacidad

para emprender el proyecto?, Tiene al alcance ayudas exteriores?

b) La definicin del producto es una etapa crucial del proceso de desarrollo y

contiene en gran medida el acierto o desacierto que ms adelante se ir mani-festando durante el resto del ciclo de vida (satisface o no una necesidad delmercado?; la definicin hace el producto fcilmente fabricable y a bajo coste?;presenta seguridad en su utilizacin?; da lugar a consumos aceptables?).

Diseo y desarrollo

El diseoagrupa aquellas actividades que tienen por objeto la concepcin de unproducto adecuado a las especificaciones y al ciclo de vida previsto y su concre-cin en todas aquellas determinaciones que permitan su fabricacin.


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El desarrollo incluye, adems del diseo, todas aquellas acciones destinadas a lle-var el producto al mercado o a disposicin del usuario (preparacin de los proce-sos de fabricacin, lanzamiento de la produccin, preparacin de la distribucin, la

comercializacin y la postventa).a) El diseo es el responsable en ltima instancia de que el producto tenga las

funciones y prestaciones para las que ha sido concebido y su funcionamientosea el adecuado durante todo el ciclo de vida.

b) La coordinacin entre el diseo y las restantes tareas del desarrollo contienelos elementos para mejorar y hacer lo ms rentable posible los procesos de fa-

bricacin y comercializacin de la empresa, aspectos que en ltima instanciaredundan favorablemente en el precio y la calidad del producto.

FabricacinSon el conjunto de actividades destinadas a la realizacin efectiva del productocon unas condiciones aceptables de calidad, costes y tiempo. Entre estas activida-des se encuentran las siguientes:

a) La preparacin de los procesos productivos, la planificacin y programacinde la produccin y la preparacin del equipo y utillaje necesarios.

b) La fabricacin de piezas y componentes, o su eventual subcontractacin y elestablecimiento de las correspondientes especificaciones tcnicas y contratos.

c) El montaje de piezas, subconjuntos y conjuntos para formar un producto queresponda a la funcionalidad.

d) El control de calidad, en la recepcin de materiales y componentes, en losprocesos de fabricacin, de montaje o como garanta de la calidad global delproducto. Eventualmente, realizar las inicializaciones y puestas a punto.

e) La expedicin comprende la documentacin (manual de instrucciones y demantenimiento, garantas), el embalaje y la preparacin para el transporte.

Distribucin y comercializacinEtapa del ciclo de vida del producto que, a pesar de no aumentar su valor, tienegran importancia para hacer efectivo su uso. Incluye las siguientes actividades:

a) El transporte y la distribucin, actividades imprescindibles que a menudoaaden un valor no despreciable en el coste del producto

b) La comercializacin incluye actividades como las acciones para dar a cono-cer el producto y convencer al cliente, el acuerdo sobre el precio (u otras mo-dalidades: alquiler, leasing) y las condiciones sobre garantas, revisiones y

mantenimiento.


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Utilizacin y mantenimiento

La utilizacin es el ejercicio de la funcin para la cual ha sido diseado el productoy, por lo tanto, es una etapa de una gran importancia en el contexto de su ciclo devida. A menudo la utilizacin de un producto queda interrumpida por un fallo: lasactividades de mantenimiento son las destinadas a mantener o reponer este uso. Enesta etapa son importantes aspectos como:

a) Funciones y prestaciones adecuadas a la utilizacin efectiva. Espacios ocupa-dos, especialmente durante la no utilizacin (electrodomsticos, automvil).

b) Relacin con el usuario; facilidad de comprensin de su uso (manual de ins-trucciones); seguridad en su uso; maniobrabilidad; buena presencia, buen tacto.

c) Consumos de materiales y energa moderados; costes derivados de los consu-mos; posibles efectos contaminantes; produccin de residuos y su eliminacin.

d) Necesidad de mantenimiento y de atenciones especiales; existencia de manualde mantenimiento; garantas.

e) Disponibilidad del producto; fallos en el funcionamiento; facilidad de detec-cin y reparacin; facilidad de suministros y recambios; existencia de talleresde reparacin preparados.

Fin de vida

La ltima etapa de un producto es el fin de su vida til y su eliminacin, la cualpuede presentar diversas formas que tienen consecuencias econmicas y ambien-tales muy distintas, como se analizar ms adelante (Seccin 3.5): reutilizacin del

producto; reciclado de materiales; recuperacin de energa por medio de la com-bustin; vertido (en principio controlado).

Hasta entrado el siglo XX, la mayora de los productos tenan un adecuado fin devida por medio de reutilizaciones de los propios productos o de algunos de suscomponentes, el reciclado de materiales o la combustin, mientras que la parteeliminada en vertederos era mnima.

Sin embargo, el incesante incremento de las producciones industriales y la intro-duccin de nuevos materiales sin mercados de reciclaje bien establecidos (espe-cialmente los plsticos y elastmeros) y la proliferacin de componentes de altacomplejidad donde la imbricacin de materiales no permite su separacin, han he-cho que la eliminacin de muchos productos a su fin de vida se haya transformadoen un problema.

Es por ello que, en especial a remolque de la industria de la automocin y del em-balaje, hayan surgido nuevas metodologas orientadas al diseo para el fin de vida.


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Coste del ciclo de vida de un producto

Existe la tendencia a evaluar el coste de un producto por medio de suprecio deventa. Ciertamente, elprecio de ventade un producto (si no es objeto de especu-lacin) incluye la suma de costesde las etapas anteriores de su ciclo de vida:

Coste de definicin Coste de diseo y desarrollo Coste defabricacin Coste de distribucin y comercializacin Adems del beneficio industrial

Habitualmente, la empresa fabricante estudia estos costes de forma precisa ya quedespus los repercute en el precio de ventadel producto. De su correcta evalua-

cin depende en gran medida la rentabilidad de la actividad de la empresa.Pero el costedel ciclo de vidaincluye tambin los costes de las etapas posteriores:

Coste de utilizacin y mantenimientoRecae sobre el usuario, normalmente durante un perodo de tiempo dilatado yen unas circunstancias en las que no suele llevarse la contabilidad. Se hacedifcil responsabilizar al fabricante de un diseo que da lugar a un uso inefi-ciente.

Coste delfin de vida

Recae habitualmente sobre el usuario o la sociedad, en unas circunstancias enlas que el producto ya no tiene valor de uso y, por lo tanto, no es fcil exigirresponsabilidades ni al usuario ni al fabricante (caso de los vehculos abando-nados en la calle).

La evaluacin del costedel ciclo de vidade un producto muestra a menudo quelos costes no incluidos en elprecio de ventason superiores a ste. As pues, en uncontexto de consciencia creciente por la escasez de recursos materiales y de ener-ga, la preocupacin de los usuarios (en general, las empresas suelen llevar elcontrol del coste del ciclo de vida de su equipamiento) por conocer los costestotales en que incurren en el momento de comprar un producto ser cada vezmayor (las asociaciones de consumidores pueden tener un papel mediador muyimportante en este tema) y los diseadores deben incorporar esta consideracin ensus actividades y actuar en consecuencia.

En el diagrama de la Figura 1.2 se observa que el diseo conceptual suele com-prometer (a causa de decisiones tomadas) ms de la mitad de la inversin nece-saria mientras que realiza (o consume) una fraccin muy pequea. Tambin seobserva que el tiempo que transcurre entre el compromiso y la realizacin de unainversin es, en general, muy grande. Esto puede modificar la percepcin de cmorepercute el diseo conceptual en el desarrollo de un producto.


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Por otra parte, la tradicional falta de comunicacin entre departamentos hace queproduccin y comercial comiencen a intervenir en los puntosP y C, respectiva-mente (Figura 1.2), cuando normalmente la mayora de los costes ya han sido

asignados. La ingeniera concurrentepropugna que las voces de estos dos departa-mentos intervengan desde el inicio del proyecto (puntoI).

Caso1.1:Evaluacin del coste del ciclo de vida de un automvil

El automvil es un producto que, por sus mltiples incidencias sobre el entorno, haobligado a hacer un importante esfuerzo de diseo concurrente que tenga en cuentauna parte cada vez ms determinante del costedelciclo de vida. A continuacin seestablece una evaluacin genrica para un automvil mediano:

Tabla 1. Coste del ciclo de vida de un automvil

Precio de venta:Impuestos de compra (IVA/matriculacin):

12.000 4.000

Total precio de venta 16.000

Consumos (gasolina/neumticos/mantenimientos)(10 aos;15000 km/ao;0,12 /km)

Seguros + impuestos(10 aos; 750 /ao)

Aparcamientos, peajes(10 aos; 500 /ao)

Imprevistos (reparaciones/multas)(10 aos; 600 /ao)

18.000

7.500

5.000

6.000

Total usuario 36.500

Costes derivados de la contaminacinAsumidos por la sociedad (?)

Costes derivados del fin de vidaAsumidos por la sociedad (?)

2.000

2.000

Total impactos sociales 4.000

Coste del ciclo de vida (350% del precio de venta) 56.500

La crisis de la energa de los aos 1970 oblig a las industrias europeas y japone-sas de automocin a realizar un importante esfuerzo para conseguir disminuir losconsumos de combustible. ltimamente tambin se han eliminado costes demantenimiento (mayor fiabilidad, sistemas de autodiagnstico), han disminuidolos impactos ambientales de la combustin y se han mejorado las posibilidades de

reciclaje del fin de vida.


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Sin embargo, restan otras numerosas posibilidades para disminuir los costes delciclo de vida del automvil, muchas de ellas externas a los fabricantes, como son:limitacin de la velocidad mxima (la resistencia al aire a una velocidad de 180

km/h es 2,25 veces superior que a 120 km/h); evitar paradas (semforos, reten-ciones de circulacin); o formas de uso compartido que rentabilicen la inversin.

Caso 1.2:Balance energtico de una baadora de chocolate

Algunos fabricantes de chocolate usan una mquina, llamada baadora, que tienepor objeto depositar una capa de chocolate sobre galletas o productos anlogos.

Su funcionamiento bsico es el siguiente: el producto a baar es transportado poruna malla sin fin que se mueve encima de un gran cubo con calefaccin que con-

tiene chocolate lquido; por medio de una bomba y unos conductos, tambincalentados, se conduce el chocolate lquido hacia un dispositivo situado sobre lamalla y lo reparte uniformemente sobre el producto el cual, ms adelante, es some-tido a varias acciones (vibracin, soplado) para controlar la cantidad de chocolatedepositada.

En un nuevo diseo de la mquina se estudiaron los costes de dos alternativas:mantener el cubo caliente durante las horas de inactividad laboral o vaciar el cho-colate del cubo al depsito de reserva (opcin que requera ciertas operaciones delimpieza al iniciar cada nueva jornada laboral). La evaluacin de costes fue favo-rable a mantener el chocolate en el cubo, alternativa que se adopt; las consecuen-cias en relacin al diseo consistieron en la simplificacin del sistema de vlvulasy en la optimizacin del aislante trmico del conjunto de la mquina.

Etapas del ciclo de vida de un proyecto y recursos asociados

No hay que confundir el ciclo de vida de un productocon el ciclo de vida de unproyecto. El primero incide fundamentalmente en las actividades de diseo mien-tras que el segundo incide en las actividades de produccin y comercializacin.

En el primer caso, el objeto considerado es un producto individual que despus departicipar en las etapas de definicin y diseo (colectivas) se fabrica y comercia-liza. A partir de la venta, el producto individual continua su ciclo fuera de la em-

presa, primero de la mano del usuario (uso y mantenimiento) para finalmente aca-bar bajo la responsabilidad de la colectividad (reciclaje, recuperacin, vertido).

En el segundo caso, el objeto considerado es el producto colectivo (el conjunto deunidades que se fabrican) y su ciclo de vida empieza con las mismas etapas que un

producto individual (definicin y diseo), para despus recorrer otras etapas rela-cionadas con la gestin de la fabricacin y la comercializacin hasta la retirada del

producto del mercado, todas ellas de la mano de la empresa.


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beneficio

sdelaproduc

cin

beneficios

recursosa

cumula

dos

tiempo recuperacin inversin

lanzamiento fabricacin

tiempo de produccintiempo para el mercado

inversin

R+D

tiempo

lanzamiento al mercado

punto muerto

invers

in

recuperaci

n

retirada del mercado

Figura 1.2 Relacin entre la inversin comprometida y la inversin realizada a lolargo de las etapas del desarrollo de un producto

Figura 1.3 Evolucin tpica de los recursos en el ciclo de vida de un proyecto.Puntos determinantes: lanzamiento al mercado; punto muerto; reti-

rada del mercado

realizada

materializacin y detalle

Iconcepto

lanzamiento de la fabricacindiseo

tiempo

inversininversin

retraso entre inversincomprometida y realizada

inversin

comprometida

P C

diseo, clculos y simulaciones

principio de funcionamento

prototipos y ensayos

preseries

ingeniera de fabricacinmaquinaria, utillajesinstalaciones


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Etapas del ciclo de vida de un proyecto

El ciclo de vida de un proyecto va desde el momento de la decisin de iniciarlohasta el momento en que el producto deja de fabricarse (en algunos casos, como en

el proyecto de un automvil, hasta que se termina el periodo de garanta de recam-bios) y las etapas podran ser las que se describen a continuacin:

1. Decisin y definicin2. Diseo y desarrollo3. Preparacin de la fabricacin y la comercializacin4. Introduccin del producto en el mercado5. Estabilizacin de la produccin y las ventas6. Bajada de las ventas y retirada del producto del mercado(7. Eventualmente, periodo de garanta de recambios)

Recursos del ciclo de vida de un proyecto

El anlisis de la evolucin de los recursos del ciclo de vida de un proyecto consti-tuye una herramienta muy importante para determinar su viabilidad econmica.

Hay que tener en cuenta que hasta el lanzamiento del producto en el mercado, laempresa debe soportar una inversin que puede llegar a ser muy importante,especialmente para fabricaciones de grandes series. Para rentabilizar el proyecto,los beneficios acumulados de las ventas hasta la retirada del producto del mercadodeben ser suficientes para superar la inversin realizada. La Figura 1.3 invita a los

siguientes comentarios:a) Conviene no estrangular las actividades de diseo, ya que comportan unos cos-

tes relativamente bajos en relacin con la inversin total y, por otro lado, sonla garanta de un diseo del producto adecuado y de calidad.

b) Las inversiones en desarrollo pueden ser muy variables, en funcin de los me-dios de produccin adoptados. En general, una mayor inversin redunda pos-teriormente en un menor coste por unidad de producto, pero el riesgo que seasume es mucho ms elevado.

c) En el lanzamiento de nuevos productos (con diseo original) en los que sedesconoce la reaccin del mercado, un camino a seguir puede ser empezar conuna versin del producto fabricada con medios econmicos (inversiones mo-deradas) para, en caso de reaccin favorable del mercado, reconsiderar el dise-o y adoptar medios de fabricacin de mayor productividad (pero tambin deinversin ms elevada).

Ejemplo: Empezar fundiendo una pieza de aluminio con molde de arena (costeunitario relativamente elevado), despus usar una coquilla por gravedad (costeunitario inferior y coste de utillaje superior) y finalmente, por inyeccin (piezamucho ms barata pero coste de utillaje de 40 a 100 veces superior al primero).


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.4 GAMA DE PRODUCTO


1.4 Gama de producto

Concepto de gama de productoEn general, un determinado producto o servicio raramente acta de forma aislada,sino que suele formar parte de un conjunto de productos o servicios que presentanciertas semejanzas y/o que interaccionan entre ellos a diversos niveles. Este con-

junto de productos toman el nombre degama(en ingls, range).

Implcitamente, el concepto de gama casi siempre est presente en las primeras de-cisiones sobre la creacin de los productos y servicios, pero hay muy poco escritosobre ello (excepto en lo que se refiere al escalonamiento) y es interesante intentar

trazar un marco conceptual.Se define la gama como aquel conjunto de productos que inciden en un mismomercado y/o que se fabrican en un mismo contexto productivo y que a su vez con-templan una o ms de las tres dimensiones siguientes:

1. Tipologa2. Escalonamiento3. Opciones

Tipologa

Son los distintos tipos de producto (con arquitectura y/o funciones distintas) queactan de forma coordinada en un mismo mercado y que a menudo se fabrican enun mismo contexto productivo.

Ejemplo 1.4Tipologas de gama de mquinas en lavanderas industriales

En las lavanderas industriales de pequea y mediana instalacin hay diversos tiposde mquinas (lavadoras-centrifugadoras, secadoras, planchadoras) que suelen ven-

derse conjuntamente formando instalaciones completas. As pues, su concepcin,diseo, fabricacin y comercializacin debe realizarse de forma coordinadateniendo en cuenta las interrelaciones comerciales y de uso (Figura 1.4).

En las lavanderas industriales de grandes instalaciones, existe una tipologa de m-quinas diferente (tnel de lavado, prensa, secadoras, calandra, plegadora) que tam-

bin se suelen vender y utilizar conjuntamente. Por lo tanto, tambin su concep-cin, diseo, fabricacin y comercializacin deben realizarse de forma coordinada.

Sin embargo, son mercados diferentes por lo que constituyen dos tipologas degama distintas (Figura 1.5).


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Escalonamiento

En muchos sectores industriales, una determinada tipologa de producto se fabricaen varias dimensiones. El conjunto de productos de un determinado tipo pero de

distintos tamaos toma el nombre de escalonamiento.

Ejemplo 1.5Escalonamiento de gama de lavadoras

Retomando el ejemplo de la lavandera industrial, una empresa puede fabricar unescalonamiento de 6 lavadoras-centrifugadoras de dimensiones de: 7, 12, 22, 40, 55y 110 kg (caso de la gama de lavadoras flotantes de alta velocidad de Girbau S.A.)

Opciones

Es una tercera dimensin de la gama de producto que tiene que ver con las diferen-tes opciones y prestaciones adicionales que puede ofrecer un determinado producto(un tipo de producto de una determinada dimensin).

Ejemplo 1.6Opciones de gama de una lavadora

En el ejemplo de una lavadora-centrifugadora las variantes podran ser sobre elprogramador (manual, automtico, nmero de programas), la posibilidad de calen-tamiento del agua por vapor, el reciclaje de agua.

Condiciones o servicios de entornoSin formar parte propiamente de la gama, hay otros aspectos (denominados con-diciones o servicios de entorno)que tienen una gran transcendencia en la defini-cin, diseo y desarrollo del producto y de su gama.

Ejemplo 1.7Condiciones y servicios de entorno de una lavandera industrial

Siguiendo con el ejemplo de una lavandera industrial, las condiciones y serviciosde entorno podran ser: la dureza del agua, condiciones admisibles en las aguas re-siduales, el suministro elctrico (monofsico, trifsico, 50 Hz, 60 Hz, potencia,eventuales bajadas de tensin), las condiciones de las estructuras de apoyo (cargas,absorcin de las vibraciones creadas por el centrifugado).

Las definiciones relacionadas con la gama y las condiciones de entorno puedenparecer una simple descripcin de los productos de un determinado sector; sin em-bargo, constituyen la base para establecer criterios de gran importancia en la deter-minacin de la gama de productos a fabricar y comercializar, y para establecer suestructura o arquitectura modular.


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Figura 1.4 Tipologa de gama de mquinas para lavandera de pequea y media-na instalacin: lavadoras-centrifugadoras, secadoras, planchadoras.

Figura 1.5 Tipologa de gama de mquinas para lavandera de gran instalacin:tnel de lavado, prensa, secadoras grandes, calandras y plegadoras.


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.5 PRODUCTO, EMPRESA Y MERCADO


1.5 Producto, empresa y mercado

IntroduccinLas relaciones entre el producto, la empresa y el mercado, junto con el grado deinnovacin en los productos y procesos de fabricacin, hacen que los proyectos deingeniera de diseo y desarrollo sean realidades complejas que puedan ser obser-vadas desde distintas perspectivas.

Cada uno de los puntos de vista caracteriza un aspecto del proyecto y la multipli-cidad de combinaciones que resultan hace que el diseador se halle ante situacio-nes muy diferentes a las que debe saber entender, valorar y adaptarse.

En esta seccin interesa analizar los productos desde diversos puntos de vista quetienen incidencia en las actividades de diseo, y que son:

Origen del producto y tipos de fabricacin Grado de innovacin en el producto Grado de innovacin en el proceso Relacin con el mercado

Origen del producto y tipos de fabricacin

Uno de los aspectos que ms influye en los trabajos de diseo y desarrollo de unproducto son su origen y el tipo de fabricacin:

Sistema o mquina nica o fabricada en pocas unidadesSuele ser un sistema o mquina de mediana o gran complejidad (generalmente un

bien de equipo) que tiene el origen en un encargo definido por un conjunto de es-pecificaciones iniciales. En general, la venta se produce en un contexto competi-tivo entre varias empresas que hacen ofertas sobre principios de solucin, plazos y

precios.Hay que optimizar el coste del diseo ya que su repercusin en el conjunto del

proyecto es muy elevada. Ante la duda se opta por elementos sobredimensionados(ya que cualquier retoque es muy caro) y por soluciones probadas (componentesde mercado). El proyecto requiere una buena programacin y el sistema de fabri-cacin es bsicamente manual.

Ejemplo: Tren de laminacin; Sistema de manipulacin y clasificacin de cajaspara una aplicacin especfica.

Productos fabricados en pequeas y medianas seriesMuchos productos y bienes de equipo son fabricados en series comprendidas entre50 y 5000 unidades por ao y suelen comprender un cierto nmero de variantes.


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Figura 1.6 Producto fabricado en pequea serie: Mdulo de andn de geometravariable: mdulo y banco de ensayo (F. Generalitat de Catalunya S.A.)

Figura 1.7 Producto fabricado en grandes series: actuador de vlvula; prototipofuncional obtenido con tcnicas de prototipado rpido (Airtcnics S.L.)


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En principio, la empresa realiza una oferta al mercado en base a una definicin delproducto y al establecimiento de la especificacin antes de iniciar las ventas y conindependencia de clientes concretos, pero no es raro que se negocien determina-

dos aspectos con clientes importantes. El diseo y desarrollo del producto, cuyocoste ya no es tan crtico puesto que se repercute en un mayor nmero de unidades,puede permitir una optimizacin y la validacin de las soluciones en base a proto-tipos y ensayos. La produccin puede ejecutarse en series cortas y la automatiza-cin debe ser forzosamente limitada.

Ejemplo: Pinza de robot de soldadura por puntos; Mdulo de andn de geometravariable (Ferrocarrils de la Generalitat de Catalunya S.A; ver Figura 1.6).

Productos fabricados en grandes seriesEn este caso, la definicin del producto y el establecimiento de las especificacio-

nes se producen de forma totalmente desligada de la venta a los futuros comprado-res y, por ello, deben de ser determinadas por medio de tcnicas de marketing. Eldiseo debe ser muy cuidado y contemplar equilibradamente todos los puntos devista del producto, ya que cualquier error o falta de calidad tiene consecuenciaseconmicas de grandes dimensiones. La existencia de variantes es contemplada

por el fabricante pero, fuera de las propuestas, no se negocian con el comprador.An estando condicionada por el acierto en las etapas de definicin y concepcindel producto, hay acciones de marketing que facilitan la comercializacin (polti-ca de precios, facilidades financieras, garantas, servicios posventa).

Ejemplo: Productos de consumo: una nevera, un automvil; tambin productos in-

dustriales: una cerradura, un actuador de vlvula (Airtcnics S.L.; ver Figura 1.7).

Grado de innovacin del producto

Segn el grado de innovacin del producto que determina en gran medida el pro-ceso de diseo y desarrollo, se pueden distinguir los siguientes casos:

Diseo originalImplica la elaboracin de un principio de funcionamiento original para el productoo para un subconjunto, tanto si ste realiza una funcin nueva como una funcinsimilar. Los diseos originales se caracterizan por el hecho de que no se dispone

de precedentes que sirvan de gua y, en consecuencia, conllevan una tarea laborio-sa e imaginativa en las etapas de definicin del producto y de diseo conceptual.

Ejemplo: Mquina universal de clasificar monedas. El enunciado exiga clasificarcualquier tipo de moneda independientemente del material, forma y dimensiones.Existen precedentes sobre la forma de deteccin de las monedas pero los princi-

pios de clasificacin conocidos se basan en sistemas mecnicos (y por ello, nouniversales al depender de la forma y dimensiones). Se tuvo que idear un trans-

porte de monedas de accin positiva por medio de un nuevo concepto de cadenaformada por eslabones accionados por friccin y que se empujan mutuamenteunas a otras (sistema patentado; Iberslex S.A., Figura 1.8).


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Figura 1.8 Diseo original:Mquina universal de clasificar monedas;prototipofuncional (Iberslex S.A.)

Figura 1.9 Diseo de adaptacin: Unidad monooperada de recogida de basurade carga lateral; modelizacin 3D (Ros Roca S.A.)


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Diseo de adaptacinImplica la adaptacin de un principio de funcionamiento conocido a una funcindistinta o la resolucin de una funcin conocida por medio de un principio de solu-

cin diferente. En este tipo de diseo, en general es necesaria la elaboracin desoluciones originales para algunos de los elementos o subconjuntos.

Ejemplo: Unidad monooperada de recogida de basura de carga lateral. Se propusodisear el elevador de contenedores en base a una nueva cinemtica y un motorhidrulico rotativo (Ros Roca S.A., ver Figura 1.9).

Diseo de varianteTan solo implica la variacin de las dimensiones o de la disposicin de determina-dos elementos o subconjuntos, sin que existan cambios en el principio de funcio-namiento ni de la funcin. La etapa de diseo conceptual es mnima, mientras que

el peso recae en las etapas de diseo de materializacin y de detalle.Ejemplo: Nueva lavadora-centrifugadora de alta velocidad de 40 kg para comple-tar la gama existente de 7, 12, 22, 55 y 110 kg (Girbau S.A.)

Grado de innovacin en los procesos

Los productos maduros operan en un mercado fuertemente competitivo donde loselementos clave suelen ser el aumento de la productividad y la mejora de la cali-dad, a travs de los procesos de fabricacin y de la maquinaria y utillaje. La inno-

vacin en la produccin se aprecia en tres reas principales:Nuevas formas de gestinLas nuevas formas de organizacin (grupos de diseo pluridisciplinarios, estruc-tura matricial, organizacin por lneas de producto), de gestin (designacin de ungestor de proyecto) y metodolgicas (implantacin de sistemas de calidad) indu-cen algunas de las mejoras de productividad ms espectaculares. En general, estasnuevas formas de gestin se apoyan en herramientas informticas que proporcio-nan la mxima eficacia en la gestin (sistemas CAD/CAE y CAD/CAM; PDM, ogestin de datos de los productos; tcnicas CIM de gestin integrada de la fabri-

cacin; y, ltimamente, ingeniera colaborativa basada en Internet).Nuevos procesos de fabricacinHay nuevos procesos (corte por lser y por agua, tcnica MIM, hidroconformado,

proyeccin trmica) u otros ya ms conocidos (electroerosin, corte fino, sinteriza-do, microfusin, coextrusin, soldadura por ultrasonidos, termoconformado, pun-zonado con CN) que pueden impulsar saltos importantes de productividad y decalidad si se aplican con conocimiento de causa y con imaginacin.

Ejemplo: un proceso de fabricacin ms preciso puede evitar dispositivos de refe-rencia en el montaje o de regulacin en el producto.


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Automatizacin de la produccinDe la mano de las nuevas tecnologas basadas en la informtica y las comunica-ciones (control numrico, robots industriales, almacenes automatizados, logstica)

se est consiguiendo una constante mejora de los procesos de conformacin, mon-taje e inspeccin automatizados, con los consiguientes ahorros de mano de obra.

Relacin con el mercado

No todos los productos inciden de la misma forma en el mercado ni siguen lamisma dinmica. En este apartado se comentan los siguientes casos:

Nuevo mercadoProductos que se dirigen a una necesidad no cubierta por el mercado o no manifes-tada hasta el momento. El lanzamiento de un producto para un nuevo mercado

comporta un gran riesgo y hay que estudiar muy bien la forma de hacerlo. Sin em-bargo, si el producto irrumpe con fuerza, los beneficios de la empresa pueden sermuy elevados, ya que no existe competencia. En general las producciones son ini-cialmente pequeas si bien crecen muy rpido hasta que se agotan los comprado-res potenciales o entran en el mercado nuevas empresas. A pesar de que no siem-

pre es as, muchos de los productos que cubren un mercado nuevo incorporaninnovaciones tecnolgicas.

Ejemplo: las cmaras fotogrficas digitales han abierto un nuevo mercado espe-cialmente dirigido a sectores de profesionales que requieren de forma rpida im-genes de calidad aceptable y sean fcilmente tratables por sistemas informticos.

Mercado de ampliacinProductos que cubren un mercado existente en fase de extensin a nuevos com-

pradores. Generalmente, a los productos que se dirigen a una ampliacin de mer-cado se les incorporan nuevas prestaciones y/o disminuciones de precios para in-centivar la adquisicin por nuevos compradores.

Ejemplo: Telfonos mviles con nuevas funciones de comunicacin han ampliadoel mercado hacia el sector de los jvenes.

Mercado maduro

Productos que satisfacen una necesidad ya cubierta del mercado en rgimen defuerte competencia y precios muy ajustados.En general, son productos de elevada calidad y precios muy ajustados, basados entecnologas maduras, que compiten en gran medida gracias a la introduccin deinnovaciones en las tecnologas y procesos de fabricacin y en su gestin.

Ejemplo: El automvil, la nevera, el televisor (compiten en precio y calidad)

Cabe decir que los conceptos expuestos en relacin al mercado tienen carcterdinmico, y lo que hoy es un mercado nuevo, dentro de poco ser de ampliacin yms tarde un mercado maduro. Las empresas deben saber situarse en este contexto

dinmico y aprovechar las oportunidades en funcin de sus capacidades.


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.6 FUENTES DE INFORMACIN Y ANTECEDENTES


1.6 Fuentes de informacin y antecedentes

IntroduccinUn aspecto clave para el correcto desarrollo de un producto es disponer de unainformacin adecuada y suficiente. Por ejemplo, dedicar esfuerzos a un proyectosin haber hecho una bsqueda de patentes o sin haber analizado los productos de lacompetencia constituye un gran riesgo y, en el mejor de los casos, una prdida detiempo y recursos. Dado que normalmente parte de la informacin necesaria noexiste o no est disponible, las empresas deben impulsar activamente la creacin yla actualizacin de una base de informacin que apoye sus actividades y proyectos.

La informacin en una empresa, tanto si procede de entornos industriales y delmercado como de mbitos cientficos y tecnolgicos, presenta dos vertientes dis-tintas: por un lado, existe la bsqueda genrica de informacin que incide en su es-trategia general; y,por otro, la bsqueda de la informacin especficanecesaria pa-ra el desarrollo de un determinado proyecto. El tratamiento sistemtico de la infor-macin, especialmente la estratgica, toma el nombre de vigilancia del entorno.

Hasta no hace mucho, la informacin se obtena bsicamente en soporte papel(libros, revistas, catlogos) y de actividades presenciales (visitas a clientes e insta-laciones, productos de la competencia, visitas a ferias).

Sin quitar valor a estos medios tradicionales, hoy daInternetest siendo el medioms gil para obtener informacin, no tan solo por la facilidad de conexin a ungran nmero de bases de datos(artculos de revistas, tesis doctorales, trabajos deinvestigacin, archivos de patentes) y webs comerciales(informacin de empresas,catlogos de productos, listas de precios, consultas) sino tambin por las herra-mientas cada da ms potentes para la bsqueda metdica de informacin.

Durante el proceso de diseo de un producto las fuentes de informacin y los con-tenidos ms tiles en la generacin de alternativas y la toma de decisiones, son:

Fuentes de informacin

Bibliografa: textos de referencia; revistas especializadas; comunicaciones acongresos; patentes; catlogos; manuales de instrucciones y de mantenimiento.

Estudios de mercado (existentes o encargados por la empresa): tendencias dela demanda; evaluaciones de los clientes; incidencias y reparaciones.

Ferias y visitas: observacin de novedades; visitas a clientes; comentarios yreacciones sobre puntos fuertes y puntos dbiles de los productos.

Productos de la competencia: anlisis de soluciones; deduccin de materiales yprocesos de fabricacin; obtencin de datos datos sobre funcionamiento ysobre materiales a partir de ensayos.


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Contenidos de las informaciones

Mercado: volumen de ventas, precios y tendencias Competencia: productos que ofrece y prestaciones Tecnologas: evolucin de las tecnologas usadas en el sector Procesos: evolucin de los procesos usados en el sector Legales: reglamentos y normas aplicables al sector; limitaciones por patentes Costes: de la propia empresa y de la competencia; (materiales y mano de obra)

Comentarios sobre la informacin en relacin al proceso de diseo

Las fuentes genricas (textos, artculos) suelen tratar aspectos bsicos sin profundi-zar en la aplicacin, mientras que las informaciones especficas sobre productos(catlogos, propaganda) suelen explicar lo que se supone que tiene un valor co-

mercial.

Las patentes (ms abundantes de lo que uno piensa) proporcionan dos tipos deinformacin til: por un lado, explican con detalle el objeto patentado y, por otro,ofrecen la referencia legal de lo que est protegido. Sin embargo, una patente no esgaranta de aplicabilidad, ya que las buenas ideas las sanciona el uso y el mercado.

Hay que relativizar las soluciones adoptadas por la competencia, ya que respondena sus puntos fuertes y dbiles (capacidad del equipo de diseo; materiales y proce-sos de fabricacin disponibles, requerimientos de su mercado local).

Debido a que la bsqueda en fuentes externas (bases de datos, webs, documentoscomerciales) raramente proporciona la informacin clara, precisa y completa quese requiere, hay que construir la informacin a partir de acciones directas (estudiosde mercado, anlisis de productos) y de acciones indirectas (deteccin de indicios,establecimiento de hiptesis, reconstruccin de escenarios de la competencia).

Algunas de las bases de datos que se encuentran en Internet


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Anlisis de productos de la competencia (o benchmarking)

Una de las actividades ms interesantes al iniciar un nuevo proyecto es el anlisis

de los productos de la competencia lderes en el mercado, ya que sus solucionescontienen (de forma implcita) informaciones concretas de gran valor.

La metodologa para el anlisis de productos de la competencia (o benchmarking)comprende, entre otras, las siguientes actividades:

1. Ponerlo en marcha y estudiar su funcionamientoEste primer paso proporciona informaciones sobre su usabilidad (es o no fcilde manejar? las instrucciones son claras?), y su comportamiento (cumpleadecuadamente su funcin ? cumple con las prestaciones enunciadas ?)

2. Desmontarlo y analizar sus soluciones

El desmontaje, que hay que hacer ordenadamente y anotando las incidencias,aporta informaciones importantes sobre los principios de funcionamiento, lassoluciones constructivas y los componentes de mercado adoptados, as comotambin permite hacer las primeras deducciones sobre los materiales y pro-cesos utilizados en la fabricacin de piezas y componentes

3. Simular o hacer pruebas del conjunto o de algunos de sus componentesSe pueden obtener informaciones complementarias a partir de someter al pro-ducto (o a algunas de sus partes) a simulacin con herramientas informticas omediante pruebas y ensayos en el laboratorio. De esta manera se puede preci-

sar, entre otros, la composicin, propiedades y estados de algunos materiales ola durabilidad de determinados componentes.

El anlisis de los productos de la competencia, que sigue el ciclo bsico de lainvestigacin experimental (ver Seccin 2.4) busca explicaciones a los hechos ysoluciones observadas teniendo presente de que, en general, no se fabrica nada queno tenga un motivo. Hay que reconstruir el proceso de diseo de la competencia ala luz del ciclo de vida de su producto y de su gama (perspectiva concurrente).

Ejemplo 1.8Benchmarking para lavadoras-centrifugadoras

Del proceso de anlisis de una lavadora-centrifugadora de la competencia se obtie-nen numerosas informaciones de inters, de las cuales se dan algunos ejemplos:a) La velocidad de centrifugacin es ligeramente inferior a la enunciada (970 en

lugar de 1000 min-1; puede dar argumentos al departamento comercial)b) El soporte del bombo tiene forma de estrella de tres brazos y es de aluminio

(da indicios de su viabilidad en lo que se refiere a la resistencia a las solicita-ciones y a la corrosin, aspectos sobre los cuales se tena dudas).

c) Se observa que los soportes de suspensin tienen un agujero no utilizado.Despus de diversas suposiciones, se deduce que este agujero de ms permiteque el soporte no tenga mano (los soportes derecho e izquierdo son iguales).


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d) Durante un ensayo con cargas severas se observa que el sistema de controldetecta el exceso de carga y no permite la centrifugacin. Queda por descubrirel principio de funcionamiento por el cual detecta la sobrecarga.

Vigilancia del entorno

La vigilancia del entorno, tambin conocida con el trmino ms restrictivo de vigi-lancia tecnolgica,esuna actividad estratgica de la empresa orientada a la com-

petitividad y que tiene por objeto mantener una ventana abierta al desarrollo huma-no, social y tecnolgico del entorno para detectar aquellos cambios y discontinui-dades en la percepcin de las personas, la transformacin de los mercados y laevolucin de las tecnologas que puedan tener incidencia en las actividades de laempresa as como en los productos y servicios que produce.

Si bien las empresas estn atentas a su mercado, las enormes posibilidades deinformacin de hoy da hacen que a menudo slo se utilicen cuando es imprescin-dible y, entonces, es ya demasiado tarde. La vigilancia del entornopropugna unasherramientas y procedimientos especficos tanto para mantener el estado de alerta,como para utilizar eficazmente la informacin en las decisiones de la empresa,especialmente en aquellas de carcter estratgico (introduccin de nuevas tecno-logas, reordenacin de la gama de productos, introduccin en nuevos mercados ocambio de orientacin del negocio).

Algunos de los mtodos utilizados por la vigilancia del entorno, son:A nivel de estrategia de empresa: Grupo de prospectiva tecnolgica (grupo interno para obtener y analizar infor-

macin estratgica) Grupos de creatividad (tcnicos de la empresa y expertos de universidades) Comits asesores externos (formados por expertos de universidades y centros

tecnolgicos) Servicios de informacin especializados (servicios externos para obtener

informacin especializada)

A nivel general de la empresa Servicio de documentacin (servicio interno de bsqueda de informacin) Estudios de mercado(para detectar necesidades y preferencias del mercado) Redes de tecnlogos (contactos con universidades y centros tecnolgicos)

A nivel de desarrollo de producto: Talleres con clientes (discutir con clientes ideas sobre nuevos productos) Anlisis de patentes (seguimiento y anlisis de nuevas patentes) Benchmarking (anlisis de productos de la competencia)


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Ejemplo 1.9Opciones para un fabricante de cmaras fotogrficas convencionales

Si un fabricante de cmaras fotogrficas convencionales (imagen sobre clich),

con una posicin slida en el mercado, no est atento a la aparicin de las nuevascmaras digitales, las ventas pueden caer de golpe en pocos aos (el tiempo en quelas cmaras digitales bajen de precio). La empresa puede seguir diversas estrategias:

a) Prepararse para competir en la nueva tecnologaEsta opcin siendo la ms arriesgada es la que tiene ms futuro. Sin embargorequiere que la empresa tome decisiones estratgicas como adquirir la nuevatecnologa (eventual colaboracin con universidades y centros tecnolgicos),adapte el equipo humano a la nueva tecnologa (formacin, nuevas contrata-ciones), transforme los sistemas productivos (nuevos procesos, nuevo equipo)

y establezca nuevas formas comerciales (adaptacin al nuevo perfil de losusuarios, nuevos canales de venta, asociacin con una empresa informtica).

b) Buscar un nicho en el mercado de la fotografa convencionalPor ejemplo, identificar un mercado de cmaras fotogrficas convencionalesde calidad para sectores artsticos o artesanales de la fotografa. Esta opcin noevita la vigilancia sobre mercados alternativos ni el seguimiento de la evolu-cin de la fotografa digital, ya que sta puede acabar incidiendo en los secto-res tradicionales, aunque sea para el posterior tratamiento de la imagen.

c) Incorporarse a un grupo ms grande

sta es una opcin razonable para aquellas empresas que han llegado tarde oque ni su estructura ni su dimensin les permite abordar este cambio.d) Prepararse para abandonar el negocio

Suele ser el caso de empresas poco dinmicas y con plantillas de edad avan-zada.

Ejemplo 1.10Vigilancia del entorno para un fabricante de cosechadoras de caa de azcar

En una empresa de estas caractersticas, la vigilancia del entorno significa estar

atento a informaciones como las siguientes:* Cules son las tendencias cuantitativas y cualitativas en el consumo de azcar

en los diferentes pases y en las diferentes culturas?* Cmo evoluciona y dnde la produccin de azcar de caa y de remolacha?* Evolucionan las tcnicas de cultivo de la caa de azcar?* Qu innovaciones introduce la competencia en estas mquinas o en produc-

tos anlogos (otras cosechadoras, maquinaria de obras pblicas)?* Qu mejoras ofrecen los suministradores de componentes?* Cmo evolucionan las normas y directivas que afectan estas mquinas? C-

mo estar presente en los Comits de Normalizacin?


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.7 SIMULACIN, ENSAYO Y EVALUACIN


1.7 Simulacin, ensayo y evaluacin

SimulacinSimular es representar el funcionamiento de un sistema por medio de otro que secomporta de forma anloga. Hoy da, la mayor parte de simulaciones en el diseode productos se basan en modelos y clculos informticos (simulacin virtual, pre-dicen el comportamiento de los sistemas antes de su realizacin fsica). Los recien-tes desarrollos en las tecnologas de la informacin y las comunicaciones propor-cionan herramientas muy potentes en este campo, cuya capacidad y velocidad sondecisivas en la mejora de la modelizacin y la simulacin de los productos.

Les herramientas de simulacin virtual (osistemas CAE, ingeniera asistida por or-denador) cada ms son ms complejas y alcanzan un nmero creciente de camposde la ingeniera a la vez que tienden a considerar simultaneamente distintos aspec-tos del diseo, por lo que es previsible que su evolucin sea uno de los principalesimpulsores de la innovacin en el diseo durante los prximos aos.

Entre las principales herramientas de simulacin virtual en la ingeniera de diseo,han adquirido una gran popularidad y aceptacin los sistemas de visualizacin yanimacin, especialmente tiles en el diseo industrial (formas y aspecto, antes dematerializar el producto) y los sistemas de anlisis por elementos finitos(oFEA)tiles para simular el comportamiento y estimar la vida de piezas y conjuntos(antes del ensayo). ltimamente se estn generalizado los sistemas desimulacinmecnica (integran animacin y clculo) y los sistemas de realidad virtual queestn llamados a convertirse e herramientas de gran potencialidad. Tambin hayque destacar lassimulaciones especficas que cada usuario se construye para mo-delizar y simular aspectos bsicos del problema.

Simulaciones especficas

En aplicaciones concretas, y en base al buen conocimiento que las empresas suelentener de sus productos, son muy tiles las simulaciones numricas que relacionan

los principales parmetros de un sistema (valores de la especificacin, determina-cin de potencias y consumos, clculos de resistencia y deformacin de elementoscrticos, estimacin de la vida o evaluacin de costes). Para estas simulaciones,que suelen constituir unas magnficas harramientas de diseo en las etapas de ela-

boracin de alternativas conceptuales, en general basta una simple hoja de clculo.

Caso 1.4Simulacin especfica de dispositivo para controlar la fuerza entre dos rodillos

En una aplicacin determinada haba que regular la distancia entre dos rodillos en-tre 0 y 0,5 mm manteniendo la fuerza en unos 250 N con una variacin admitida


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1 EL ENMARQUE DEL DISEO 1.7 SIMULACIN, ENSAYO Y EVALUACIN


pequea. Se pens en una solucin basada en la actuacin de 4 muelles para lo quese dispona de espacios relativamente limitados en dimetro y longitud.En base a una hoja de clculo, y como herramienta de apoyo al diseo, se cre un

pequeo programa especfico de simulacin donde estn presentes todos los par-metros del entorno del problema. A continuacin se muestra la exploracin de lasvariaciones de la tolerancia de fuerza entre los rodillos en los resultados (longi-tudes del muelle, tensiones de trabajo, control del pandeo por esbeltez).

Visualizacin, animacin y realidad virtualLas herramientas de visualizacin(o de rendering)permiten, en base a modelos deCAD tridimensionales, crear imgenes fotorealistas de productos y escenarios queincorporan efectos como puntos de vista, focos de luz, creacin de sombras, tex-turas de las superficies, transparencias, reflejos de la luz y la aplicacin de rtulos.

Muchas de ellas tambin incluyen sistemas de animacin(cinemtica) para simu-lar aspectos como movimientos en el funcionamiento habitual del producto, se-cuencias de montaje/desmontaje, interaccin entre componentes, y explosionados.

Los sistemas de realidad virtual constituyen las herramientas ms evolucionadasen el campo de la visualizacin y animacin y estn destinadas a tener un gran de-sarrollo en el futuro. Como rasgo destacado cabe sealar que el observador puedeinteraccionar con objetos simulados que percibe en escenarios tridimensionales.

Mtodo de los elementos finitos

Herramientas de simulacin que, a partir de una descomposicin en elementossencillos (o elementos finitos), permite aplicar diversas leyes fsicas (mecnica,fluidos, calor, electromagnetismo) a sistemas de formas geomtricas complejas y

arbitrarias.

Simulacin de dispositivo para apretar dos rodillosparmetros de entrada

Campo de regulacin de la separacin de rodillos mm 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5Fuerza entre los rodillos F N 250 250 250 250 250Tolerancia de la fuerza entre los rodillos F N 4 5 6 7 8Nmero de muelles N (--) 4 4 4 4 4Mdulo de rigidez material del muelle (AISI 301) G MPa 75000 75000 75000 75000 75000

parmetros de diseo

Espesor alambre del muelle d mm 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25Dimetro espira del muelle D mm 10 10 10 10 10Factor de esveltez del muelle (segn extremos) (--) 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50

resultados

Rigidez del muelle K F/(4) N/mm 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00Longitud precompresin inicial del muelle F/F mm 31,25 25,00 20,83 17,86 15,63Relacin de enrollamiento C D/d (--) 8,0 8,0 8,0 8,0 8,0Nmero de espiras tiles N d4E/(8D3K) (--) 11,4 9,2 7,6 6,5 5

Diseño Concurrente Carles Riba

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