Directrices del diseño de productos

Resumen

El diseño es una actividad que se caracteriza por un intercambio de información y negociación entre las diferentes áreas involucradas. El centro de este intercambio radica en el entendimiento de un problema, por lo que su definición es de vital importancia. Para encontrar una solución a un problema de diseño se requiere enfocarlo desde diferentes perspectivas, las cuales deben concentrarse en alcanzar una solución general. Es debido a los diversos enfoque con los que se aborda un diseño que el intercambio de información se dificulta, la razón es que se realizan en diferentes etapas o tiempos, por ejemplo en que momento interviene o se requiere la información de: manufactura, ensamble, del análisis de su valor, su reciclaje etc., no es correcto diseñar un producto sin evaluar su manufactura, la dificultad de su ensamble o el costo de sus funciones, todas estas áreas deben estar dispuesta a compartir su información y modificar sus planes o proyectos si es requerido, ahora bien quién o quienes tomarán las decisiones, es difícil que una persona tenga el conocimiento y experiencia de todas las áreas, por lo anterior, es necesario el implemento de metodologías de diseño en la innovación y desarrollo de nuevos productos. Este artículo describe dos de los enfoques formales del diseño más empleados enumerando características, particularidades y la forma en que comparten información.


Palabras clave: Diseño, Metodologías de Diseño, Diseño para Manufactura, Diseño para ensamble, Análisis del valor.

Abstract

The design is an activity characterized by an information exchange and negotiation between the different involved areas. The center of this exchange lies in the understanding of a problem, by what its definition is of vital importance. Approach it from different perspectives, which should focus on a general solution, is required to find a common solution. Is due to the different perspectives that the exchange of information is difficult, the reason is that they are performed in different stages, for example in which time intervenes or information is required from manufacturing, assembly, the value analysis, recycling etc. Not it correct design a product without assessing its manufacturing, the assembly difficulty or the cost of their functions. All these areas must be willing to share their information and modify their plans or projects as be required. Now well who will take decisions, it is difficult for a person to have the knowledge and experience of all areas, therefore, it is necessary to the implementation of methodologies of design in the innovation and development of new products. This article describes some of the formal approaches of design, listing its features, particularities and the way they share information.


Keywords: Design, Design Methodologies, Design for Manufacture, Design for Assembly, Value Analysis.

Introducción

El diseño es una palabra que ha sido definida de diferentes formas, entre todas esas definiciones, al diseño se le considera como proceso y como una actividad social en la que interviene principalmente la función de la comunicación y negociación, lo que implica un intercambio de información.

Debidos a que la definición de la información requerida en la creación de un producto es una tarea compleja, se requiere de un trabajo colaborativo, aunque con diferentes criterios de sus integrantes siempre con una perspectiva similar.

El diseño es una etapa inicial en la creación de un artículo y es la que más repercute en el costo final, tiene diferentes enfoques como la manufactura, el ensamble, el valor, entre otras. ¿Es posible diseñar algo con tantas variables? la respuesta es sí y el omitir algún elemento de los anteriores repercute en el costo final del producto.

En este artículo se describen los enfoques de diseño más empleados como lo es el diseño para la manufactura y ensamble así como el análisis del valor, aparentemente son diferentes temas, pero comparten información requerida para realizar el producto.

 

Directrices del diseño de productos

 

En libros y artículos relacionados con el diseño en ingeniería se encuentran estimaciones sobre lo que el diseño de un producto representa en su costo final, se indica que llega a ser hasta el 70%, la toma de decisiones es la principal causantes y las consideradas en las etapas iniciales las que más cuestan (Piotr, 2014) (Barton, 2000). Este costo es incluso superior al de manufactura, el cual afecta entre el 10 y 25%. Podría pensarse que sería el material o la fabricación quien tuviera el costo más elevado, pero no es así, existe una razón por la que la etapa inicial del diseño es la que más repercute en el costo final del producto y esta se refiere al intercambio de información y a la realización jerárquica del proceso, es decir que se hace primero, el concepto, después la planeación de manufactura o tiene que ser a la par. Todo esto es parte del diseño, palabra que a continuación se define.

El diseño de acuerdo a su etimología procede del italiano disegnare que deriva del latín designare que significa designar, marcar, dibujar y del prefijo di y que quiere decir disociación, separación y también indica que posee o pertenece a algo. El diccionario de la Real Academia Española lo define como:

 

•Traza o delineación.

•Proyecto, plan.

•Concepción original de un objeto u obra destinados a la producción en serie.

•Forma de cada uno de los objetos.

•Descripción o bosquejo verbal de algo.

 

En la lengua inglesa la palabra diseño (design) funciona como verbo y sustantivo, mientras que en español puede usarse como un sustantivo y verbo en primera persona. Lo anterior hace que la palabra diseño tenga múltiples interpretaciones. Al ser empleada como verbo representa a las acciones de: proyectar, bosquejar, conformar y proceder estratégicamente (Flusser,1993),  mientras que como sustantivo hace referencia a: intención, plan, propósito, meta y forma, entre otras connotaciones, de modo que la definición de diseño ha evolucionado con el tiempo, algunas de las definiciones más reconocidas son: El diseño es una de las características básicas del ser humano y ésta determina esencialmente la calidad de vida del mismo (Heskett, 2002); El diseño es la transformación sistemática  de las ideas en realidad, aplicando la creatividad humana para un determinado propósito (Bessant, 2002); Es un conjunto de actividades incluyendo la visualización creativa de conceptos, planes e ideas así como la creación de bocetos y modelos, que están dirigidas a proporcionar las instrucciones para hacer algo que no existía antes, o que no existía en esa forma; El diseño es un proceso que comienza con una idea descrita en un listado de requerimientos y termina con un producto (Bruce, 2003).

Se puede citar un sinnúmero de definiciones, la mayoría considera al diseño como un proceso creativo de innovación para mejorar la calidad de vida del ser humano. En el diseño intervienen los procesos sociales de la comunicación, la negociación y la dinámica social, dada la complejidad de orquestar la técnica, la cognición humana y la dinámica social hacen del diseño una labor compleja y con diferentes perspectivas.

El diseño es una actividad humana fundamental que se usa para resolver problemas que mejoren el nivel de vida, de esta forma un producto es diseñado para satisfacer un propósito y es juzgado con base en la percepción de calidad, estética o función.

El desarrollo de un nuevo producto requiere de la capacidad de predecir, al inicio de su proceso de desarrollo, las decisiones que impactarán en su ciclo de vida, esto es, las consideraciones de como el producto se va a; manufacturar, empaquetar, instalar, usar, recolectar y reciclar. Ignorar alguno de los aspectos anteriores conduce a diseñar un producto deficiente generando problemas imprevistos o costos excesivos. En ocasiones cuando los errores no son reconocidos durante la etapa de verificación o prueba se pueden corregir rediseñando el producto, pero el costo es elevado y se puede ver reducida la eficiencia del artículo.

Predecir las fallas en las etapas iniciales del diseño es difícil, en este periodo del desarrollo de productos la geometría y especificaciones no están del todo definidas ni han sido evaluadas, con ello los detalles de manufactura y problemas que se puedan suscitar son difíciles de predecir. Como podrá observarse, la cantidad de elementos que intervienen en el ciclo de vida y su complejidad son abrumadores, para abordarlos se requiere de la participación de expertos.

En el proceso de diseño de un producto están relacionados tres actores; el mercado, el diseño y la manufactura, ver figura 1.


Figura 1. Elementos del proceso de diseño

 

El estudio del mercado tiene como finalidad definir las necesidades de los clientes, para esto los encargados del diseño los cuestionan intentando determinar sus preferencias. Definidos los requerimientos y necesidades de diseño, se proponen conceptos del producto que se analizan y realizan a detalle siendo verificada su funcionalidad, en esta etapa el diseñador está en contacto con el cliente para observar que se cubran sus expectativas y así estar en condiciones de generar los planos y especificaciones, que serán enviados a los expertos en manufactura para su fabricación. En manufactura se planea su proceso y el arranque de la producción, del área de manufactura pueden sugerirse mejoras o innovaciones con las que se retroalimenta el diseñador. Las demás actividades como, compras, ventas, servicio, reciclado, etc., hacen sugerencias a la manufactura y al diseño. De acuerdo a lo anterior, el diseño de un producto es un proceso iterativo en el cual las aéreas de mercadotecnia, diseño y manufactura están intercambiando información constantemente.

Para auxiliar la toma de decisiones en el diseño del producto, las empresas e investigadores han desarrollado metodologías que inician con la percepción de las necesidades de diseño y terminan en la descripción final de una configuración particular de un producto, dentro de las más empleadas se encuentra el diseño para la manufactura y el ensamble (DFMA), diseño para la producción (DFP), diseño para el medio ambiente (DFE), el análisis del valor (VA) entre otras, todos dentro de un medio de concurrencia. Un medio concurrente es la práctica del diseño simultáneo de un producto para cumplir con funciones particulares a través de la generación de soluciones conjuntas a los temas del ciclo de vida, esto es que, los expertos en mercadotecnia, diseño, manufactura y todo el personal involucrado investigan e identifican necesidades para la creación de un producto y realizan evaluaciones para identificar puntos problemático que pudieran afectarlo en su ciclo de vida. Al principal problema que se enfrenta en esta búsqueda de soluciones, es la comunicación, coordinación e intercambio de información, por ejemplo, cuando el diseñador carece de información o ignora elementos sobre las prácticas de manufactura y estas no están disponibles para su suministro, habrá elementos que no se consideraren para su evaluación, la complejidad del diseño radica en considerar a todas las actividades que lo integran de manera simultánea. Los puntos que a continuación se describen son parte de las directrices del diseño de productos, entiéndase por directriz al conjunto de instrucciones que conducen hacia la realización de una acción y que el diseñador debe de tener en cuenta en la creación de un producto.

 

El diseño conceptual del producto.

 

Es el proceso mediante el cual, las necesidades del cliente son traducidas en requerimientos, en funciones (lo que el producto debe hacer) y en desempeño (el buen funcionamiento del producto), es una etapa de total libertad en la cual múltiples soluciones son propuestas y propagados a las demás áreas y cuyo efectos no son del todo conocidos hasta que sus alcances son evaluados. Esta es una parte conflictiva es donde el diseño basado en decisiones proporciona una estructura para descartar propuestas de diseños bajo la estimación de parámetros medibles, por ejemplo, el costo de una función, la rapidez de ensamble, para su evaluación existen las herramientas como el QFD, Análisis del Valor y DFMA. El intercambio de experiencia en el desarrollo del concepto del producto no sólo proporciona las primeras estimaciones de las repercusiones, sino que también ayuda al redimensionamiento de las funciones (Dong, 2003), es aquí, en el diseño conceptual, donde las decisiones fuertes empiezan a tomarse.

 

El diseño para manufactura y ensamble.

 

Anteriormente el diseño era responsabilidad de una o dos personas quienes desarrollaban el concepto, el diseño, el prototipo y con conocimiento limitados, el proceso de manufactura, las implicaciones de las decisiones tomadas durante el proceso de diseño, especialmente en la definición de tolerancias dimensionales y geométricas en las partes causaban fuertes problemas. Para solventarlos se dio origen al diseña para manufactura.

El diseña para manufactura pretende que en el proceso de diseño se consideren a todos los actores del ciclo de vida del producto, desde el diseño conceptual hasta su disponibilidad en el mercado, incluyendo calidad y costos. El diseño para manufactura y ensamble (Design For Manufacturing and Assembly - DFMA) es una metodología usada en el diseño y desarrollo de productos, que a partir de reglas y principios, orientan al equipo de diseño a generar conceptos de piezas que sean fáciles de fabricar y ensamblar, que tengan una manufactura económica con buena calidad, esta metodología permite mejorar la fabricación de partes, simplificar el ensamble de productos, analizando valores, tolerancias, movimiento, complejidad y conveniencia para el ensamble manual, automático o flexible. El diseño para manufactura y ensamble está enfocado a estimar el costo de manufactura y a reducir los costos; del componente, del ensamble, de la producción e influir en la toma de decisiones de los involucrados en el diseño.

 

El diseño para manufactura y ensamble se basa en los siguientes principios (Boothroyd, 2010).

• Reducción del número total de partes

• Desarrollar el diseño modular

• Usar materiales y componentes estandarizados

• Diseñar partes multifuncionales

• Diseñar para la manufacturabilidad (facilidad para manufacturar)

• Evitar partes separadas

• Minimizar las operaciones de ensamble

• Utilizar tolerancias amplias

• Minimizar el número de operaciones

 

Diseño para la manufacturabilidad

 

La manufacturabilidad de un diseño es la probabilidad de que pueda ser producido acorde con un conjunto disponible de maquinaria, herramientas y procesos. La manufacturabilidad no incluye la generación de planes de procesos detallados o estimación de costos, es una fase inmediatamente anterior al proceso de planeación. Esta aproximación es una forma de optimizar la calidad del diseño antes de ser enviado al sistema de planeación de los procesos, evitando el desperdicio de recursos involucrados en diseños no manufacturables.

 

Análisis del valor

 

El análisis del valor es un método para diseñar o rediseñar un producto, asegura que el producto desempeñe solo las funciones requeridas, lo cual está directamente relacionado con su costo y funcionalidad. El análisis del valor considera a un producto como un conjunto de funciones y no de piezas o partes, las funciones son consideradas de acuerdo a su uso (utilización física del producto), a su estimación (por su imagen, marca, estética, manejo etc.) y a su construcción (las que permiten la construcción del producto). Las funciones de uso y de estimación son percibidas y determinadas por el usuario y las funciones de construcción son determinadas por el fabricante. Como puede observarse, el análisis del valor pretende valorizar al producto al máximo, diseñando solo con las funciones que usuario espera. El análisis del valor clasifica a las funciones en tres tipo; principales (aportan la utilidad buscada por el usuario final), secundarias (complementan a la función principal) e innecesarias (no aportan utilidad al producto, es decir no contribuyen al buen funcionamiento del producto). Para la aplicación del análisis del valor se aplican los siguientes pasos.

 

1. Enfoque / Preparación. Identificación del objeto a diseñar y hasta que nivel se va a analizar.

2. Información.  Identificar y establecer prioridades, se establecen las formas que van a regir las reuniones y se informa al equipo sobre las metas a alcanzar.

3. Análisis. Con el objeto de valorar las funciones se evalúan las relaciones función-costo. Para lo cual se requiere conocer a los componentes y asignarles un costo a la función que desempeñan, así como la identificación de sus materiales, fases de fabricación y ensamble. Aquí se determina el porcentaje de costo con el que cada componente contribuye al funcionamiento del producto.

4. Innovación/Creatividad. Es una fase de generación de alternativas, a partir del análisis de las funciones y costos se inicia la búsqueda de los medios que permitan la eliminación, cambio o mejora de los componentes y funciones. Una de las técnicas empleadas en esta fase es la tormenta de ideas.

5. Evaluación. Por lo general, en la fase creativa, se desarrolla una gran cantidad de ideas, por lo que es necesario su evaluación y así descartar las menos relevantes, en esta etapa se mide el valor de las alternativas, por lo que se realiza un análisis cualitativo del valor de los objetivos de diseño, de su costo, de su facilidades de implementación y un análisis cuantitativo que utilice técnicas numéricas que den como resultado pocas alternativas de alto valor que después serán analizadas en profundidad. 

6. Implantación y seguimiento. En esta fase se prepara un informe en donde se indican los cambios y por consiguiente las funciones y partes del producto afectados, así como los planes de acción para la implementación y control.

 

Quizás la pregunta es cuál se debe emplear, el diseño para manufactura y ensamble o el análisis del valor, actualmente están relacionadas y se complementan, por ejemplo, en el diseño para el ensamble considera la reducción de partes, para determinar si es posible la eliminación de alguna pieza es necesario conocer la función que realizan y es aquí donde interviene el análisis del valor, ambos son parte de un todo.

Conclusiones

Este artículo intenta acercar las metodologías de diseño a los estudiantes de ingeniería mecánica, en este artículo se ha introducido a dos de las metodologías de diseño más empleadas, las cuales se complementan y se debe considerar a ambas para su aplicación al diseño de productos.

La ingeniería concurrente en conjunto con las metodologías de diseño intenta reducir la brecha entre el diseño y la manufactura, por lo que todo diseño, para garantizar su éxito se debe realizar en forma concurrente.

Agradecimientos

Los autores le agradecen al Ing. Martín Ortiz Granillo, quien es Director de la Escuela Superior de Ciudad Sahagún-UAEH, México, por todas las facilidades para terminar este trabajo de investigación.

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Boothroyd, G.; Dewhrst, P.; Knight, W., 2010 Product Design for Manufacture and Assembly, Third Edition. CRC Press



[a] Profesores Investigadores de la Escuela Superior de Ciudad Sahagún en la Lic. En Ing. Mecánica-Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo