carles riba dc2

Carles RIBA i ROMEVA, Diseo concurrente 67

2 Estructuracin del diseo 2.1 Metodologa de las ciencias y de las tecnologas Introduccin

Una gran parte de los productos y servicios ms innovadores que se han desarro-llado recientemente estn fuertemente relacionados con investigaciones cientficas. Por ello, muchas personas suelen considerar que estos productos y servicios no son ms que una aplicacin prctica de los conocimiento cientficos y suele olvidar que la mayora de los nuevos descubrimientos de la ciencia han requerido importantes desarrollos tecnolgicos en aparatos y procesos sofisticados para llevar a buen trmino los trabajos de experimentacin.

No se trata de dilucidar cules de las dos son ms importantes, si las ciencias o las tecnologas, ya que ambas se complementan y se necesitan y hoy da, seran impensables las unas sin las otras. Sin embargo, se ha producido una confusin generalizada en relacin a las metodologas de las ciencias y de las tecnologas por lo que la observacin hecha al inicio de este apartado no es balad.

En efecto, el mayor predicamento de las ciencias en los medios de comunicacin, en los mbitos acadmicos y en los centros de formacin tanto cientficos como tecnolgicos, ha llevado a pensar que la metodologa de la investigacin experi-mental (de larga tradicin) cubre tanto las actividades cientficas como los desa-rrollos en la ingeniera.

Estas circunstancias han hecho que, hasta tiempos muy recientes, se haya prestado muy poca atencin a las metodologas propias de la tecnologas y de forma desta-cada dentro de ellas, las de diseo. Sin embargo, desde hace poco ms de dos d-cadas, cada vez es ms abundante la literatura sobre las bases y los conceptos de la metodologa para las actividades tecnolgicas y de diseo.

2 ESTRUCTURACIN DEL DISEO 2.1 METODOLOGAS DE LAS CIENCIAS Y DE LAS TECNOLOGAS

68 Carles RIBA i ROMEVA, Diseo concurrente

metodologas de las ciencias

metodologas de las tecnologas

menterazonamientopuro

adquisicin de conocimiento

transformacin autnoma de la naturaleza

accin

materia

Experimentacin y diseo

Los humanos vivimos en dos mundos que estn en continua interaccin: el mundo material (de fuera, exterior) de objetos tangibles y hechos observables y el mundo mental (de dentro, interior) de conocimientos, pensamientos, opiniones, sensacio-nes, deseos y voluntades.

Esta interaccin puede tener dos sentidos: a) Un proceso bsicamente dirigido de fuera-a-dentro que procura obtener imgenes o representaciones mentales del mundo fsico (adquisicin de conocimiento; la investigacin experimental, base metodolgica de las ciencias, es una de sus formas sistematizadas); b) Otro pro-ceso bsicamente dirigido de dentro-a-fuera que, a partir de construcciones menta-les (ideas, deseos, voluntades) tiene por objeto producir cambios en el mundo fsico (accin; las tecnologas y en concreto el diseo, son tambin una de sus formas sistematizadas).

Adems de los procesos descritos, existen dos procesos ms que no entran directa-mente en los objetivos de este trabajo: c) Un proceso de dentro-a-dentro en el do-minio de la mente (razonamiento puro; matemticas, lgica); d) Y, otro proceso de fuera-a-fuera en el dominio fsico (transformacin autnoma de la naturaleza), donde no interviene la mente humana (ver Figura 2.1)

Figura 2.1 Los procesos entre la mente y la materia. Situacin de la accin propia de las tecnologas



Las diferencias entre los objetivos de las ciencias experimentales y de las tecnolo-gas hacen que tambin sean diferentes las metodologas que apoyan sus activi-dades. As pues, los sistemas tecnolgicos no son el resultado de investigaciones experimentales (aunque se basen en ellas), sino de la aplicacin metdica de unas actividades con entidad propia que se inscriben en el proceso de diseo y que for-man parte del objetivo del presente texto.

Ms all del distinto sentido de la interaccin entre mente y realidad, los procesos bsicos de la investigacin experimental y del diseo responden a una misma es-tructura organizada en pasos con caractersticas anlogas y que se denominan:

Ciclo bsico de investigacin experimental Ciclo bsico de diseo En este mismo captulo (Seccin 2.2) se analiza con detalle el ciclo bsico de dise-o para ms adelante, establecer una anlisis comparativo entre el ciclo bsico de diseo y el ciclo bsico de investigacin experimental.

Metodologa y mtodos

Se entiende por metodologa el estudio del conjunto de mtodos que utiliza una determinada rama del pensamiento o de la actividad humana. A continuacin se define el concepto de mtodo y se establece la divisin entre mtodos algortmi-cos y mtodos heursticos de inters para la materia tratada en este texto.

Mtodo Es una forma de proceder especfica y ordenada para llegar a un determinado fin. Sus principales caractersticas son: a) Es un procedimiento racional; b) Es un pro-cedimiento general, aplicable a cualquier caso particular; c) Es observable y repro-ducible por cualquier persona. Los mtodos se pueden clasificar en:

Mtodos algortmicos Basados en algoritmos, o sea, un conjunto no ambiguo de reglas que deben ejecu-tarse en el orden prescrito y que tienen por objeto conseguir un resultado clara-mente descrito. Son propios de las investigaciones experimentales.

Mtodos heursticos Mtodos exploratorios para el planteamiento y resolucin de problemas en los que se avanza en las soluciones por medio de la evaluacin de los progresos realizados. Por ello, se definen fuera del marco de referencia de la investigacin experimental y no garantizan necesariamente un resultado. Son propios del diseo.

En general, las reglas o mtodos que no pueden ser formulados por medio de algo-ritmos, son heursticas.



Metodologas de diseo

Los artesanos conceban al mismo tiempo aquello que construan. Sin embargo, con el aumento de los volmenes de produccin y de la complejidad de los pro-ductos y procesos productivos, las tareas de creacin (o de diseo) fueron requi-riendo una atencin y unos conocimientos tcnicos cada vez ms especializados de manera que el sistema productivo las fue separando, en el tiempo y en el espacio, de las actividades de fabricacin.

Las actividades de diseo (separadas de las de produccin) consisten, pues, en transformar unas necesidades o una idea, en una propuesta de producto y expresar-lo en una forma que pueda ser materializado. Hay que destacar que el resultado del diseo no se deduce de forma unvoca de las premisas o funciones que debe cumplir y que, normalmente, existe una multiplicidad de buenas soluciones.

Las actividades de desarrollo (que incluyen las de diseo), tambin previas al lan-zamiento del producto, tienen por objeto preparar el entorno productivo para hacer posible su fabricacin y comercializacin. La viabilidad de un producto, adems de basarse en una buena idea y un buen diseo, depende de que disponga de un volumen suficiente de potenciales clientes o usuarios que permitan financiar las actividades de desarrollo.

Como se ha dicho en el Captulo 1, las actividades del diseo han ido en aumento durante los ltimos aos asumiendo nuevas funciones de coordinacin y responsa-bilizndose de una parte cada vez mayor de las tareas de ingeniera. As pues, la reflexin sobre las metodologas de diseo toma una nueva dimensin estratgica, en especial cuando se destinan a sus tareas (y, sobretodo, se comprometen en su desarrollo) recursos humanos, materiales y de tiempo cada vez ms mayores.

A continuacin se definen los conceptos de producto, diseo, desarrollo y metodo-loga de diseo para ms adelante describir los distintos niveles de estructuracin de los procesos de diseo y desarrollo. Definiciones y conceptos

Producto Es un resultado de la actividad del hombre (en el contexto de esta obra, un objeto, aparato, mquina o sistema; en otros contextos, tambin un material o un servicio) concebido y realizado para satisfacer alguna de sus necesidades.

Diseo Conjunto de actividades destinadas a concebir y definir un producto en todas las determinaciones necesarias para su posterior realizacin y utilizacin. El resultado final se expresa por medio de documentos, entre los cuales hay dibujos tcnicos.

ESCUELA POLITECNICAResaltado





Desarrollo Conjunto de actividades destinadas a articular un negocio o servicio a la colecti-vidad alrededor de un nuevo producto. Adems de su diseo, el desarrollo de un producto incluye el planeamiento, la organizacin y la ejecucin de las actividades financieras, productivas y comerciales necesarias para su lanzamiento o su puesta en servicio.

Metodologa de diseo Es el estudio de los mtodos que tienen aplicacin a las actividades de diseo y que responden a dos cuestiones principales: a) Qu hacer? Son las metodologas descriptivas de diseo que intentan poner de manifiesto los mtodos utilizados en el diseo a travs de observar lo que hacen los diseadores; b) Cmo hacer? Son las metodologas prescriptivas de diseo que, a partir de opiniones basadas en un anlisis descriptivo, recomiendan la aplicacin de ciertos mtodos para determina-dos problemas, as como tambin construye nuevos mtodos cuando los que se dispone no son satisfactorios. Niveles de estructuracin de los procesos de diseo y desarrollo La literatura especializada distingue tres tipos de modelos, cada uno de los cuales se aplica sobre un determinado mbito y aporta una visin especfica sobre una di-mensin diferente de las actividades relacionadas con el diseo:

Modelo del Ciclo bsico de diseo Forma especfica del mtodo general de resolucin de problemas orientado a la re-solucin del problema de diseo. Es un ciclo fundamental que se puede aplicar de forma iterativa a distintas etapas (iniciales, intermedias o finales) del proceso de diseo. Existe una excelente descripcin del ciclo bsico de diseo en la obra de Roozenburg & Eekels [Roo, 1991].

Modelo de etapas del proceso de diseo Este modelo comprende tan solo el diseo del producto y establece las etapas del problema a resolver y la secuencia ms recomendable para llevarlas a trmino. Fundamentalmente se establecen las etapas de especificacin, diseo conceptual, diseo de materializacin y diseo de detalle. Esta aproximacin la adoptan, entre otros, Pahl & Beitz [Pah, 1984], French [Fre, 1985] y la norma de los ingenieros alemanes VDI 2221.

Modelo de etapas del proceso de desarrollo Este modelo comprende tanto el diseo del producto como la planificacin de las actividades de produccin y comercializacin hasta el inicio de su fabricacin e incluye etapas como el estudio de mercado, la planificacin estratgica, el diseo del producto y del proceso, la fabricacin de los medios de produccin y el lanza-miento de la fabricacin y la comercializacin. Esta aproximacin ha sido adopta-da, entre otros, por Archer [Arc, 1971].


2 ESTRUCTURACIN DEL DISEO 2.2 CICLO BSICO DE DISEO


2.2 Ciclo bsico de diseo Mtodo de resolucin de problemas Existe un problema cuando alguien quiere lograr unos objetivos y los medios para conseguirlo no son obvios de forma inmediata. En general, los problemas son abiertos y se dispone de una gran libertad en la eleccin de los medios a utilizar y una gran diversidad en los caminos a recorrer. La resolucin de problemas es el mtodo por el cual estos medios y caminos se buscan intencionadamente y en don-de es importante el procedimiento de prueba-error.

En todas las variantes de resolucin de problemas se pueden reconocer las siguien-tes actividades: examensuposicinexpectativacomprobacinresolucin. El ciclo empieza con el examen de la situacin sobre la que se opera, contina con el establecimiento de suposiciones sobre las acciones que pueden resolver el pro-blema basndose en el aprendizaje de ciclos anteriores para extraer las expectati-vas que se derivan de ellas, despus confronta estas expectativas con el problema examinado y finalmente considera el resultado del proceso a efectos de resolver su continuacin.

Algunas de las caractersticas de los mtodos de resolucin de problemas son:

Las soluciones generadas son tentativas para, ms adelante, evaluar sus efectos y tomar medidas correctivas

Las soluciones no suelen hacerse realidad antes de completar el ciclo de resolu-cin sino que, normalmente, los procesos se articulan en el dominio mental

La bsqueda de la solucin se realiza normalmente en forma de espiral conver-gente, o sea, con sucesivas interacciones del ciclo bsico que proporcionan so-luciones del problema cada vez mejores.

Ciclo bsico de diseo El ciclo bsico de diseo es una forma particular del mtodo de resolucin de problemas cuyas actividades se dirigen desde los objetivos (las funciones) hacia los medios (el diseo). El ciclo bsico de diseo utiliza una terminologa propia con contenidos especficos en varios de sus pasos:

Anlisis El primer paso parte del enunciado del problema y, en base al anlisis de las fun-ciones tcnicas, sociales, econmicas, psicolgicas o ambientales del producto o servicio, las formula en especificaciones (ver Seccin 2.4) que deben guiar los pa-sos siguientes y constituirn los criterios para evaluar las soluciones futuras.






Las actividades que lleva a trmino el diseador (o equipo de diseo) para formar-se una idea del problema (el anlisis) son esenciales en el proceso de diseo. De-ben orientarse a determinar sus posibilidades y lmites y a depurar las especifica-ciones para que, en lo posible, formen un sistema suficiente y no redundante.

Sntesis El segundo paso consiste en la generacin de una o ms propuestas de solucin (di-seos iniciales, an no simulados ni evaluados) a partir de la combinacin de dis-tintos elementos, ideas y filosofas de diseo (sntesis) para formar conjuntos que funcionen como un todo y que respondan adecuadamente a las especificaciones. Aunque la sntesis (donde la creatividad humana es decisiva) abre las posibilidades de generacin de alternativas y aumenta las perspectivas de solucin, el ciclo bsi-co de diseo constituye una unidad que tan slo ofrece todos sus frutos si las actividades creativas estn bien articuladas y apoyadas en el resto de actividades del ciclo (anlisis, simulacin, evaluacin y decisin).

Simulacin El tercer paso consiste en obtener los comportamientos de los diseos iniciales. Dado que estos diseos iniciales suelen estar definidos por unos modelos (estruc-tura funcional, principios de funcionamiento, planos de definicin) no siempre adecuados para estudiar sus comportamientos, la simulacin se convierte en una actividad compleja que comprende dos semipasos diferenciados y varios caminos posibles a recorrer: El primer semipaso consiste en establecer modelos adecuados de los diseos ini-ciales (prototipos virtuales o fsicos) representativos de uno o ms de sus aspectos mientras que el segundo semipaso consiste en obtener el comportamiento de estos prototipos (simulacin propiamente dicha) por medio de la deduccin o del ensayo. Algunos de los caminos posibles a recorrer son: a) La realizacin de prototipos virtuales (habitualmente con modelos informticos) y la obtencin de sus compor-tamientos (normalmente con herramientas informticas de asistencia); b) La cons-truccin de prototipos fsicos (totales o parciales, detallados o simplificados) y la obtencin de sus comportamientos mediante ensayos; c) Para ciertos aspectos rela-cionados con los juicios de valor (por ejemplo, la esttica u otras percepciones), la simulacin de los diseos iniciales puede basarse en encuestas de opinin o en experiencias cualificadas.

Evaluacin Consiste en establecer la utilidad, la eficacia, la calidad y la aceptacin de las solu-ciones candidatas (valor de los diseos) en base a contrastar los comportamientos de los prototipos de los diseos iniciales obtenidos por simulacin, ensayo u opi-nin, con las especificaciones establecidas anteriormente. En el ciclo bsico de diseo, ms all de contrastar el comportamiento real con el deseado, la evaluacin debe ponderar el comportamiento global de distintos aspec-tos de los diseos candidatos a efectos de su comparacin y posterior seleccin.






Decisin Una vez evaluados los comportamientos de las soluciones candidatas (valor de los diseos) hay que determinar la alternativa a seguir (decisin): a) Elegir un diseo inicial (se convierte en diseo aceptado, origen de la etapa si-guiente del proceso de diseo, o de la fabricacin); b) Establecer una nueva itera-cin en una de las etapas anteriores (normalmente el anlisis del problema o la sntesis de soluciones) con la incorporacin de determinadas propuestas de mejora; c) En casos extremos (resultados muy desfavorables y falta de nuevas perspecti-vas) abandonar el diseo. Comparacin entre los ciclos bsicos de diseo y de investigacin experimental Los dos ciclos bsicos corresponden a casos particulares de la metodologa de re-solucin de problemas, por lo que su estructura es la misma a pesar de que las ac-ciones concretas en cada uno de sus pasos diverjan en su contenido.

Dos problemas distintos Los dos se inician con un problema (una necesidad, un desconocimiento) que exi-ge un cambio para que la situacin sea ms satisfactoria. El problema de partida del diseo es que determinados hechos y situaciones de la realidad no satisfacen nuestras necesidades, valores o preferencias. El objetivo del ciclo bsico de diseo es, pues, a travs de una accin y de unos medios tcnicos, crear unas condiciones materiales que se ajusten ms a nuestros requerimientos. La accin va del dominio mental en el rea de los juicios de valor al dominio material. El problema de partida de la investigacin experimental es el conocimiento insu-ficiente para explicar determinados hechos empricos. El objetivo del ciclo bsico de investigacin experimental es establecer hiptesis que proporcionen prediccio-nes ms ajustadas a los hechos. La adquisicin de conocimiento va del dominio material al dominio mental en el rea del razonamiento sobre los hechos.

Anlisis frente a observacin En el ciclo bsico de diseo, el anlisis se basa en juicios de valor inherentes a la formulacin del problema y se dirige a establecer los criterios para crear un pro-ducto o un servicio en un mundo posible pero a la vez ms deseable. En el ciclo bsico de investigacin experimental la observacin parte siempre del dominio material y, asistida o no por instrumentos y pruebas, establece de la forma ms objetiva posible (reproducible por cualquier persona) los hechos observados.

Sntesis frente a induccin La sntesis es el paso del ciclo bsico de diseo en que se construyen soluciones al problema (generalmente ms de una) de carcter global, o sea que abarcan todos sus aspectos significativos. La sntesis se produce antes de (se avanza a) la realidad fsica y la pauta de razonamiento es innoductiva (de lo general a lo general; propia de las tecnologas y del diseo [Roo, 1995] ).




La induccin es el paso del ciclo bsico de investigacin experimental por medio del cual una diversidad de observaciones referidas a un determinado aspecto de la realidad (cada de los cuerpos, conduccin del calor, fuerzas electromagnticas) son agrupadas y resumidas en una ley general. La induccin presupone y va detrs de la realidad y, como su nombre indica, su pauta de razonamiento es inductiva.

Simulacin frente a deduccin Partiendo de una construccin en el dominio mental (diseo inicial, en el ciclo bsico de diseo; hiptesis, en el ciclo bsico de investigacin experimental), este paso realiza unas acciones distintas en los dos ciclos (simulacin y deduccin) con unos efectos que tampoco coinciden (comportamiento y predicciones). En el ciclo bsico de diseo, la simulacin tiene por objeto establecer el comporta-miento de los diseos iniciales mientras que, en el ciclo bsico de investigacin experimental, la deduccin explora las predicciones, distintas de los hechos ini-cialmente observados a que conducen las hiptesis elaboradas en la etapa anterior. Dado que no suele disponerse de modelos adecuados de los diseos iniciales, antes de la simulacin hay que crear prototipos virtuales o fsicos. El comportamiento de los prototipos virtuales se obtiene por deduccin (anloga a la de las prediccio-nes en el ciclo bsico de investigacin experimental), a menudo con la ayuda de herramientas informticas, mientras que el comportamiento de los prototipos fsicos se obtiene por medio de ensayos anlogos a las pruebas del ciclo bsico de investigacin experimental (sin embargo, en este ltimo caso su objetivo es esta-blecer el grado de concordancia entre las predicciones de las hiptesis y los he-chos observados). Para determinados aspectos cualitativos, la simulacin tambin puede basarse en juicios de valor de usuarios o de expertos.

Evaluacin frente a pruebas En el ciclo bsico de diseo, este paso tiene por objeto comprobar el grado de con-cordancia entre el comportamiento obtenido por simulacin o ensayo del diseo inicial y las especificaciones establecidas al inicio del ciclo. La actividad tiene lu-gar en el dominio mental y en el rea de los juicios de valor. Como se ha avanzado en el paso anterior, en el ciclo bsico de investigacin expe-rimental se realizan pruebas para comprobar el grado de concordancia entre pre-dicciones basadas en las hiptesis y los hechos observados. La actividad tiene lugar en el dominio de la realidad material.

Decisin frente a validacin Este ltimo paso de los ciclos bsicos puede desembocar en distintas, salidas en funcin de los resultados del paso anterior. En el ciclo bsico de diseo estas salidas son: a) La aceptacin de una determinada solucin despus de ponderar diversas alternativas y escoger una de ellas; b) La retroaccin (o nueva iteracin) para mejorar una determinada solucin o para ge-nerar nuevas alternativas; c) La suspensin o el abandono del proyecto.



decisin

diseo aceptado

valor de los diseos

evaluacin

simulacin

comportamientos

diseos iniciales

anlisis

sntesis

especificaciones

problema

nuevo conocimiento

validacin

hechos

concordancia con hiptesis

pruebas

predicciones

deduccin

hiptesis

induccin

observacin

problema

En el ciclo de investigacin experimental, si las pruebas muestran mejor concor-dancia entre las predicciones y los hechos experimentales que con las teoras e hiptesis anteriores, se valida la nueva teora que pasa a aumentar el conocimiento; en caso contrario, se procede a una nueva iteracin o se abandona la investigacin.

Ciclo bsico de diseo Ciclo bsico de investigac. experimental

Figura 16.2 Ciclos bsicos de los modelos de resolucin de problemas




Ciclo bsico de diseo Ciclo bsico de invest. experimental Carcter Se propone transformar el mundo (es-

tructuras reales) La tecnologa juega el papel principal y la

ciencia un papel instrumental El ciclo de diseo tiene lugar esencial-

mente en el dominio mental; ciertas simu-laciones entran en el dominio material

En el ciclo de diseo se propone la cons-truccin de posibles mundos an no reales

Carcter Se propone el conocimiento del mundo

(estructuras mentales) La ciencia juega el papel principal y la

tecnologa un papel instrumental El ciclo de investigacin experimental

tiene lugar necesariamente en los do-minios mental y material

El ciclo de investig. experimental se dirige a establecer imgenes del mundo real

Problema prctico La realidad no siempre est de acuerdo

con nuestros valores y preferencias; por lo tanto, queremos transformar la realidad

El problema se sita en el rea de los juicios de valor en el dominio mental

Problema terico La realidad no est de acuerdo con la

teora; luego, hay que ajustar la teora El problema se sita en el rea de la ex-

posicin de hechos en el dominio mental

Anlisis Por medio de razonamiento Por medio de valores

Observacin Por medio de observacin y medidas Tan objetivo como sea posible

Sntesis Pauta de razonamiento: innoduccin Orientado a la globalidad A priori de la realidad considerada

Induccin Pauta de razonamiento: induccin Orientado a un solo aspecto A posteriori de la realidad considerada

Simulacin Comprende dos pasos: a) Crear el modelo

de simulacin; b) Obtener el comporta-miento basado en el modelo

Puede basarse (o no) en experimentos con modelos fsicos

El resultado es una prediccin condicional El resultado atae al comportamiento o al

proceso en su globalidad

Deduccin Se puede realizar inmediatamente des-

pus de los resultados de la fase de induc-cin

Tiene lugar en el dominio mental

El resultado es una prediccin categrica El resultado atae a un solo aspecto

Evaluacin Compara el diseo con las especificacio-

nes Dirigida hacia valores Tiene lugar en el dominio mental

Pruebas Compara la prediccin con los hechos Dirigida hacia la veracidad Tiene lugar en el dominio de la realidad

material Decisin Si es positiva, se pasa a la realizacin El problema se sita en el rea de los

juicios de valor en el dominio mental

Evaluacin Si es positiva, se llega al final del proceso El resultado aumenta el conocimiento en el

dominio mental

2 ESTRUCTURACIN DEL DISEO 2.3 PROCESO DE DISEO Y PROCESO DE DESARROLLO


2.3 Proceso de diseo y proceso de desarrollo Introduccin

El ciclo bsico de diseo es una unidad fundamental que se aplica de forma itera-tiva a lo largo de todo el proceso de diseo en una secuencia en forma de espiral convergente donde cada vez las soluciones obtenidas se aproximan ms a los objetivos y requerimientos del enunciado del problema.

Sin embargo, debido a su carcter general y abstracto, no ofrece el suficiente al-cance para establecer una metodologa de diseo, por lo que conviene estructurar el proceso de diseo en grupos de actividades relacionadas que conduzcan a cier-tos estadios de desarrollo.

El modelo de etapas del proceso de diseo se basa en la idea que el diseo puede expresarse en cuatro niveles de definicin que determinan los resultados de cada una de les etapas sucesivas:

Etapa 1: Definicin del producto Resultados: Especificacin Etapa 2: Diseo conceptual Resultados: Principios de solucin, estruc-

tura funcional, estructura modular Etapa 3: Diseo de materializacin Resultados: Planos de conjunto Etapa 4: Diseo de detalle Resultados: Planos de pieza, documentos de fabricacin

La Figura 2.3 reproduce el esquema de etapas del proceso de diseo dado por la norma alemana VDI 2221. En los apartados siguientes se realiza una breve des-cripcin y caracterizacin de cada una de estas etapas para, ms adelante (Seccio-nes 2.4, 2.5, 2.6 y 2.7), tratar con mayor amplitud cmo establecer la especifica-cin y cmo generar el concepto, cmo materializar la solucin y cmo documen-tar la fabricacin. Definicin del producto

Esta es una etapa fundamental del proceso de diseo que parte del enunciado inicial del producto y establece aquellas acciones destinadas a definirlo de forma completa y precisa. En general, el enunciado inicial hace referencia a una idea o a determinados aspectos sobre el producto, pero no tiene el nivel de concrecin suficiente para permitir iniciar los trabajos de diseo con garantas de acierto.

Este apartado tiene el objetivo de establecer un conjunto de determinaciones com-pleta y suficiente que se organizan en forma de documento de especificacin (ver Seccin 2.5).





diseo preliminar etapa III

otras realizaciones

determinar las funciones

preparar las instruccionesde operacin y produccin7

6

documentosdel producto

generales

diseo definitivo

etapa IV

desarrollar el diseode los mdulos clave

y sus estructurasdeterminar las funciones

determinar las funciones y sus estructuras

buscar principios de solu-cin y sus combinaciones

5

4

3

2

solucin principal

estructura modular

estructura funcional

definir y clarificar1 las tareas

tareas

especificacin

etapa II

etapa I

Figura 2.3 Etapas del proceso de diseo segn la norma alemana VDI 2221. Presenta el inters, frente a otras propuesta [Pah, 1984], [Fre, 1985], de que aparece explcitamente una etapa de divisin del producto en mdulos realizables.







El establecimiento de la especificacin permite al equipo de diseo recorrer las posibilidades y lmites del problema. En esta etapa fundamental para el desarrollo posterior del proyecto hay que informarse y documentarse sobre aspectos como:

Modos de operacin principales, ocasionales y accidentales del producto (fun-cionamiento habitual, transporte, reparacin, incidencias y accidentes).

Entorno donde opera (atmsfera hmeda, seca, corrosiva; incidencia o no de la luz solar; espacio interior y/o exterior; lugar para guardarlo)

Servicios de entorno (dnde y cmo va a alimentarse; infraestructuras que requiere; cmo se mantiene y quin lo repara)

Aspectos de fabricacin (series de fabricacin y perodo de produccin; inver-siones a qu est dispuesta la empresa; fabricacin propia o subcontratacin)

Aspectos comerciales (precio de venta; apariencia del producto; variantes que deben ofrecerse; posibilidad de ampliaciones)

Aspectos legales (poltica a seguir respecto a patentes; normas sobre los pro-ductos; directivas y reglamentos sobre seguridad y medio ambiente)

Poltica general de la empresa (situacin de los productos de la empresa en el mercado; grado de innovacin de los productos)

Diseo conceptual Esta etapa del proceso de diseo parte de la especificacin del producto, origina diversas alternativas de principio de solucin y, despus de evaluarlas, elige la ms conveniente. El resultado, dado como principio de solucin evaluado y validado, no tiene una forma de presentacin aceptada de forma general (en muchos casos, esta etapa se cumple cuando el responsable del proyecto o el grupo de diseo da el visto bueno a un determinado principio de solucin; lamentablemente, no suele generarse ms documentacin que el acta de la reunin). El diseo conceptual est muy directamente relacionado con la especificacin y, a menudo, se debe renego-ciar algn requerimiento ya que las soluciones resultan demasiado complejas, costosas, pesadas o voluminosas; en algunos casos aparecen nuevas posibilidades. La etapa conceptual es en general la ms innovadora y sus soluciones suelen lle-var el germen de todo el desarrollo posterior. Por lo tanto, debe promoverse un ambiente propicio a la creatividad entre los miembros del equipo de diseo pero, al mismo tiempo, debe fomentarse un sentido crtico y riguroso en la evaluacin de las soluciones (necesariamente poco definidas en esta etapa del diseo) ya que, cualquier omisin, olvido o error de concepto ocasiona ms adelante dificultades importantes en el proyecto. Para fundamentar la evaluacin suelen ser tiles cier-tas simulaciones virtuales y determinados prototipos preliminares que permiten eliminar dudas y avanzar por caminos contrastados (ver Secciones 1.7 y 2.4). En sistemas de elevada complejidad, a partir de la estructura funcional y de otras consideraciones, es interesante definir una estructura modular del producto como herramienta fundamental para gestionar los procesos de diseo y de desarrollo.








Las actividades de diseo conceptual son las que obtienen ms beneficios de los equipos de diseo pluridisciplinarios y de las decisiones compartidas. El gestor del proyecto, adems de participar en las tareas colectivas, tiene tambin la tarea de preparar las reuniones y de obtener o generar la informacin. Diseo de materializacin Una vez elegido un principio de solucin, debe materializarse el producto por medio de un conjunto organizado de piezas, componentes, enlaces, uniones y otros elementos que se harn realidad a travs de los materiales, las formas, las dimen-siones, los acabados superficiales y otras determinaciones. El resultado de esta etapa se da en forma de los planos de conjunto del producto o sistema que mues-tran como se articulan las diferentes partes para formar el conjunto montado, donde las piezas y elementos corresponden a la versin final materializada (o sea, con las formas y dimensiones reales). El diseo de materializacin tambin desarrolla soluciones alternativas sobre solu-ciones constructivas (soporte de chapa doblada o embutida; de acero o de alumi-nio; integra diferentes funciones o las reparte entre diversas piezas) para, despus de evaluarlas, escoger una. Es bueno acompaar los planos de conjunto de una me-moria anexa con los aspectos ms relevantes de los trabajos (soluciones adoptadas y descartadas, con los motivos), hiptesis de partida, clculos y simulaciones, as como referencias de los prototipos y ensayos realizados con los resultados. De no hacerse as, las modificaciones posteriores pueden significar rehacer parte del proyecto, an ms si las personas implicadas ya no trabajan en la empresa. Los trabajos en esta etapa son los que ms se acercan a las actividades tradicio-nales de los departamentos de diseo. En ellas, profesionales que dominan las nuevas tcnicas de modelizacin y simulacin (CAD/CAE) as como las de pro-totipaje y ensayo, desarrollan las piezas, elementos y conjuntos que compondrn el producto. Estas actividades son tpicamente iterativas y se dirigen hacia la optimi-zacin (en funcin de los recursos humanos, materiales y de tiempo disponibles). En las fases de simulacin y evaluacin de las soluciones, conviene desarrollar prototipos funcionales y realizar ensayos de durabilidad (ver Secciones 1.7 y 2.6). Diseo de detalle ltima etapa del proceso de diseo que, partiendo de la definicin proporcionada por los planos de conjunto y la memoria anexa, tiene por objeto el despliegue de todos los documentos necesarios para la fabricacin del producto. Los resultados del diseo de detalle son los planos de las piezas y conjuntos especficos, la docu-mentacin de los componentes de mercado incorporados y la relacin de piezas y conjuntos (o mdulos), todos ellos con su denominacin, nmero de referencia, nmero de piezas, material y otras especificaciones tcnicas (sobre acabados, procesos, ensayos de recepcin) o de gestin (normas de aplicacin, suministrado-res, contratistas).



UsuarioResaltado



Se puede argumentar que la realizacin de prototipos funcionales obliga ya al des-pliegue de planos de detalle en la etapa anterior. Pero, incluso en este caso, habr que incorporar en el diseo definitivo los cambios y modificaciones derivados del ensayo. El diseo de detalle no debe limitarse al despliegue del diseo de materializacin, sino que tiene funciones propias como la comprobacin de las funciones y la depu-racin de las soluciones para simplificar, eliminar o refundir elementos (diseo DFMA de ltima hora). A menudo, las buenas soluciones se originan en etapas an-teriores, pero su articulacin efectiva suele tener lugar durante el diseo de detalle. Normalmente se producen muchas interacciones entre las etapas de diseo de ma-terializacin y de diseo de detalle, lo que no representa ningn problema aadido ya que las personas que suelen desarrollarlas son las mismas. Si bien es cierto que la particin del diseo en estas dos etapas es ms de orden conceptual que prc-tico, hay que sealar que es improductivo realizar segn que tareas de diseo de detalle antes de validar un producto con las pruebas de durabilidad,. Modelo de etapas del proceso de desarrollo

Este tipo de modelo (adoptado, entre otros, por Archer [Arc, 1971]) comprende tanto el diseo del producto como la planificacin de las actividades de produccin y comercializacin concebidas como un todo y tambin establece las etapas y secuencias a realizar. El desarrollo global de un producto requiere la dedicacin de importantes recursos humanos (diversos profesionales de elevada calificacin la-boral) y materiales (realizacin de estudios de mercado, de prototipos y ensayos, la adquisicin de equipamiento y utillaje para la fabricacin), y recursos para el lanzamiento comercial del producto. En los lmites del proceso de diseo, determinados aspectos como las demandas de los usuarios, o consideraciones financieras, comerciales y de fabricacin aparecen tan solo como especificaciones externas que hay que cumplir (o negociar), mien-tras que en la perspectiva del proceso de desarrollo completo estos aspectos pasan a formar parte de las variables para la mejora global de la solucin. Es recomen-dable proceder de forma concntrica, o sea, haciendo avanzar simultneamente las fases de desarrollo y de diseo, de manera que en cada nueva aproximacin dis-minuya el riesgo de fallo. Hay que tener presente que no todos los productos que se desarrollan tienen el xi-to esperado en el mercado, por lo que el riesgo que se corre es elevado. Una buena planificacin y ejecucin del proceso de desarrollo, con la divisin en subproyec-tos y el establecimiento de etapas y procedimientos de validacin, delimita en gran medida estos riesgos y aporta elementos para la toma de decisiones sobre medidas a adoptar en relacin a las desviaciones en las prestaciones, los costes o los plazos e, incluso llegado el caso, sobre el abandono del proyecto.



Propuesta de proceso de desarrollo de un proyecto (segn Archer)

Planificacin estratgica

1. Formular una poltica 1.1 Establecer objetivos estratgicos 1.2 Hacer un esbozo de calendario, presupuesto y lneas maestras para la innovacin 2. Bsqueda preliminar 2.1 Seleccionar una invencin, un descubrimiento, un principio cientfico, una idea de producto o una tecnologa de base 2.2 Identificar una necesidad, un mercado nuevo, un deseo de los usuarios, un producto defectuoso u otro valor 2.3 Establecer el estado de la tcnica (bibliogrfico y en el mercado) 2.4 Preparar un esbozo de especificacin (especificacin 1) 2.5 Identificar posibles reas con problemas crticos

Bsqueda (orientada al producto, mercado, materiales y

a fabricacin)

3. Estudio de viabilidad 3.1 Establecer la viabilidad tcnica (clculos bsicos) 3.2 Establecer la viabilidad econmica (anlisis econmico) 3.3 Resolver los problemas crticos (invenciones) 3.4 Esbozar una solucin global (esquema de diseo 1) 3.5 Estimar el trabajo de las fases 4 y 5 y la probabilidad de xito (anlisis del riesgo) 4. Desarrollo del diseo 4.1 Completar y cuantificar la especificacin (especificac. 2) 4.2 Desarrollar el diseo hasta el detalle (diseo 2) 4.3 Predecir comportamiento tcnico y el coste del producto 4.4 Preparar la documentacin del diseo

4.5 Realizar experimentos de evaluacin del diseo tcnico y pruebas con usuarios

5. Desarrollo de prototipos 5.1 Construir maquetas y prototipos (prototipos 1) 5.2 Realizar ensayos de laboratorio con prototipos 5.3 Evaluar el comportamiento tcnico 5.4 Realizar pruebas de usuarios con prototipos (pruebas 1) 5.5 Evaluar el comportamiento durante el uso

Diseo

6. Estudio de mercado 6.1 Evaluar de nuevo el mercado a la luz de las pruebas 6.2 Evaluar de nuevo los costes 6.3 Evaluar la relacin entre fabricacin y comercializacin 6.4 Revisar los objetivos bsicos (planificacin estratgica) y el desarrollo del presupuesto 6.5 Revisar la especificacin (especificacin 3)



7. Desarrollo de la produccin 7.1 Desarrollar un diseo para la produccin (diseo 3) 7.2 Preparar la documentacin para la fabricacin 7.3 Disear prueba tcnicas, de usuario y de mercado 7.4 Construir prototipos de preproduccin (prototipos 2) 7.5 Hacer pruebas tcnicas, de usuario y de mercado (pruebas 2) 7.6 Evaluar el resultado de las pruebas y modificar el diseo

Desarrollo

8. Planificacin de la produccin 8.1 Preparar la planificacin de la produccin 8.2 Preparar la planificacin de la comercializacin 8.3 Disear el embalaje, el material de promocin y el manual de instrucciones 8.4 Disear las herramientas y los tiles

Inicio de la fabricacin y

comercializacin

9. Fabricacin de tiles y preparacin de la produccin 9.1 Construir las herramientas y tiles 9.2 Fabricar una preserie con los tiles (prototipos 3) 9.3 Hacer pruebas con los productos de preserie (pruebas 3) 9.4 Realizar los materiales de promocin y otros 9.5 Instalar los equipos de comercializacin 9.6 Instalar los equipos de control de la produccin

Produccin

10. Produccin y ventas 10.1 Iniciar el despliegue comercial 10.2 Iniciar la produccin y las ventas 10.3 Recopilar la informacin del mercado, los usuarios, las reparaciones y el mantenimiento 10.4 Hacer recomendaciones para una segunda generacin del producto (etapas de la 2 a la 4) 10.5 Hacer recomendaciones sobre investigaciones (etapas 1 y 2)

La simple lectura de esta propuesta de programa para el proceso de desarrollo de un proyecto pone de manifiesto, por un lado, la complejidad de la gestin de este pro-ceso y el grado de involucracin que exige al conjunto de la empresa y, por otro lado, el inters de que el diseo de los productos se articulen en un proceso de desa-rrollo que los sostiene y los arropa.

Aunque podra parecer lo contrario, el situar el diseo de un producto en el marco de su proyecto completo proporciona nuevas libertades para la concepcin y el de-sarrollo ya que aspectos que de otra forma seran considerados como datos externos al propio proceso de diseo (las especificaciones, los medios de produccin, las reacciones de los clientes) pasan ahora a un plano de igualdad, en cierta medida, como nuevas variables del diseo.

2 ESTRUCTURACIN DEL DISEO 2.5 GENERAR EL CONCEPTO

Carles RIBA i ROMA Diseo concurrente 85

2.4 Establecer la especificacin Introduccin

La decisin de desarrollar un producto parte de la manifestacin de una necesidad o del reconocimiento de una oportunidad que puede tener numerosos orgenes comprendidos entre los dos casos extremos siguientes:

a) La peticin explcita de un cliente (producto por encargo, mquina especial) b) Un estudio de mercado del fabricante (nueva oferta, rediseo de un producto)

A partir de la manifestacin de una necesidad o del reconocimiento de una opor-tunidad (ya sea por encargo o por consideraciones de mercado), hay que estable-cer la definicin del producto, etapa fundamental para su desarrollo posterior.

Las deficiencias en la etapa inicial de definicin del producto llevan a menudo al desenfoque de su solucin, dedicando esfuerzos a aspectos secundarios a la vez que se desatienden aspectos fundamentales. No es raro que una mala definicin del producto conduzca al fracaso global de un proyecto.

La definicin del producto se establece a travs de la especificacin que consti-tuye la gua y referencia para el su diseo y desarrollo. Uno de los mtodos que han demostrado mayor eficacia en esta actividad es el desarrollo de la funcin de calidad, QFD (ver Seccin 3.4).

No hay que sacralizar la especificacin, ya que si es excesivamente ambiciosa o restrictiva puede repercutir en un incremento no justificado del coste del producto, en un aumento de la dificultad de fabricacin o en la reduccin de la robustez de su funcionamiento. En estos casos, es ms razonable reconsiderar la especificacin que no forzar su cumplimiento, estableciendo un proceso iterativo entre la defini-cin del producto y su diseo conceptual: la especificacin acta como propuesta mientras que el diseo conceptual confirma o no su viabilidad. Especificacin del producto

La especificacin del producto es la manifestacin explcita del conjunto de deter-minaciones, caractersticas o prestaciones que debe guiar su diseo y desarrollo. Cabe distinguir entre dos tipos de especificaciones:

Requerimiento (R, o especificacin necesaria) Es toda especificacin sin la cual la mquina pierde su objetivo.

Deseo (D, o especificacin conveniente) Es toda especificacin que, sin ser estrictamente necesaria para el objetivo de la mquina, mejorara determinados aspectos de ella.








Lista de referencia de especificaciones (checklist) La especificacin para la definicin del producto puede ser muy larga y minuciosa o muy corta, segn la conveniencia en cada caso. Es conveniente que la especifi-cacin establezca los requerimientos y deseos pero que evite la descripcin de for-mas constructivas que constituyen tan solo una de sus posibles soluciones. Ejemplo 16.1 (ver ms adelante). Si en la especificacin de una pequea grapadora

manual se establecen una dimensiones mximas de la base, se obliga a una determinada solucin constructiva con base, cuando esta puede ser una de las libertades de diseo.

Al establecer la especificacin para la definicin del producto conviene disponer de una lista de referencia de especificaciones que permita recorrer de forma met-dica distintos conceptos relacionados con las funciones, caractersticas, prestacio-nes y condiciones del entorno del producto. Corresponde a las personas implicadas en el diseo del producto fijar si una determinada especificacin es un requeri-miento o un deseo. Modelo de documento de especificacin Como referencia inicial del proceso de diseo conviene organizar las especifi-caciones de un proyecto en un documento breve denominado documento de espe-cificacin (o, simplemente, especificacin) con el mximo de informacin til. A continuacin se presenta un modelo que, adems de un encabezado con la empresa fabricante (eventualmente, la empresa cliente), la denominacin del producto y las fechas de inicio y ltima revisin, contiene las siguientes determinaciones: Concepto: Facilita la agrupacin de las especificaciones (funciones, movimien-

tos, fuerzas) de manera que sean fcilmente localizables. Fecha: Determina la fecha (o reunin) en la que se acord una especifica-

cin. Conviene ordenarlas por fechas cada vez ms recientes. Propone: Mantiene constancia, por medio de signos, de quien propuso cada

una de las especificaciones (el cliente, un departamento de la empre-sa fabricante). Si hay que reconsiderar una especificacin o recabar informacin adicional sobre una de ellas, conviene localizar rpida-mente con quin hay que tratar el tema.

Tipo: Indica si una especificacin es un requerimiento (R) o un deseo (D); tambin indica si se trata de una modificacin de requerimiento o de deseo (MR, MD), o de un nuevo requerimiento o deseo (NR, ND).

Descripcin: Explicacin breve y concisa de la especificacin desde el punto de vista de los requerimientos y deseos del usuario del producto. Hay que evitar las descripciones que incluyan soluciones concretas.



Lista de referencia de especificaciones

Conceptos Determinaciones

Funcin

Dimensiones

Movimientos

Fuerzas

Energa

Materiales

Seales y control

Fabricacin y montaje

Transporte y distribucin

Vida til y mantenim.

Costes y plazos

Seguridad y ergonoma

Impacto ambiental

Aspectos legales

Descripcin de las funciones principales, ocasionales y acci-dentales del producto (si es necesario, con esquemas)

Espacios, volmenes, masas, longitudes, anchuras, alturas, dimetros; nmero y disposicin de elementos

Tipos de movimiento; desplazamientos, secuencias y tiem-pos; trayectorias, velocidades y aceleraciones

Magnitud, direccin y sentido de fuerzas y momentos; varia-cin en el tiempo; desequilibrios y deformaciones admisibles

Accionamientos mecnico y otros conversores de energa: a-limentacin y control; transmisiones; potencia y rendimiento

Flujo, transporte y transformacin de materiales; limitacio-nes o preferencias sobre su uso; condicionantes de mercado

Seales de entrada y salida; sensores y actuadores; funcio-nes del sistema de control

Volumen previsto de produccin y cadencia en el tiempo; limitaciones o preferencias en procesos y equipamiento; va-riantes en el producto y flexibilidad en la fabricacin

Embalaje y transporte: dimensiones, masas, orientacin, gol-pes; instalacin, montaje y puesta a punto

Vida prevista; fiabilidad y mantenibilidad; tipo de manteni-miento e intervalos de servicio; criterios sobre recambios

Costes de desarrollo y preparacin de utillaje; plazos de desarrollo y tiempo para el mercado

Sistemas y dispositivos de seguridad; relacin con el usua-rio: operacin, inteligibilidad, confort y aspecto

Consumos de energa y materiales; limitaciones al impacto ambiental en la fabricacin, utilizacin y fin de vida

Cumplimiento de normativas (funcin de los usos y merca-dos); evitar la colisin con patentes



Modelo de documento de especificacin

Empresa: Producto: Fecha inicial: ltima revisin: Pgina 1/n

Especificaciones Concepto Fecha Propone R/D Descripcin

Funcin Etc.

fecha-1 fecha-2 Etc.

C M

D+C

Etc.

R D

MR

Etc.

Descripcin de la funcin-1 Descripcin de la funcin-2 Modificacin de la funcin-1 Etc.

Propone: C = Cliente; M = Marketing; D = diseo; F = Fabricacin R/D: R = Requerimiento; MR = Modificacin de requerimiento; NR = Nuevo requerimiento; D = Deseo; MD = Modificacin de deseo; ND = Nuevo deseo Ejemplo 2.1 Especificacin para el diseo de una pequea grapadora menual (proyecto G15)

Despus de un estudio de mercado, la empresa SCRIPT S.A., se dispone a desa-rrollar una pequea grapadora manual y recorre a los departamentos de marketing, diseo i fabricacin para establecer la especificacin. Dado que incide en un mercado muy competitivo, se propone incluir en la especificacin un dispositivo para desgrapar, funcin que proporcionara valor aadido al producto. Empresa: SCRIPT S.A

Producto: Grapadora G15

Fecha inicial: 15/2/2001 ltima revisin: 1/7/2001

Pgina 1/1


Funcin Dimensiones Fabricacin Costes

15/2/01

1/7/01 15/2/01 15/2/01 15/2/01 15/2/01 5/6/01

M M D

M+D M

D+F M

M+P

R R D R R R R

MR

Grapar mnimo de 15 hojas (grapa 23/6) Almacn mnimo de 80 grapas, recargable Incorporar un dispositivo para desgrapar Dimens.: 80x30x20 mm; Peso mximo: 60 g 200.000 unidades/ao Inversin mxima en utillajes: 120.000 Coste mximo de fabricacin: 1,90 Coste mximo de fabricacin: 1,75

Propone: M = Marketing; D = diseo; P = Produccin; F = Financiacin R/D: R = Requerimiento; MR = Modific. requerimiento; NR = Nuevo requerimiento; D = Deseo



Ejemplo 2.2 Especificacin para un sistema de clasificacin de cajas (Proyecto SCC-2000)

La empresa fabricante de cosmticos, COSMET S.A., quiere automatizar el siste-ma de clasificacin y expedicin de cajas. A tal efecto, encarga a la empresa En-ginyers Associats S.A. que desarrollen y dirijan el proyecto. Se elabora el siguiente documento de especificacin (ltima fecha 8/6/2001):

Empresa cliente: COSMET S.A

Producto: Sistema de clasificacin

Fecha inicial:11/4/2001 ltima revisin:8/6/2001

Empresa de ingeniera: Enginyers Associats S.A

de cajas (proyecto SCC-2000)

Pgina 1/3


Funcin Dimension. Movimient. Fuerzas Materiales Seales y control Transporte Vida til Costes y plazos Asp. legales

11/4/01

1/6/01 11/4/01

1/6/01 11/4/01 11/4/01 1/6/01 11/4/01 11/4/01

7/5/01 11/4/01 11/4/01 11/4/01 8/6/01 11/4/01

C C

C+I C+I C+I C C C C C C

C+I C

C+D C C C

C+I C

C+I C+I C+I C

R R R R D M

MR R R R

MR D R

MR R D R

NR R D R

MR R

Sistema para transportar y clasificar cajas Clasificar 4 tipos de caja en 4 lneas Reconocer y contabilizar las cajas Almacenar hasta 20 cajas por lnea Almacenar hasta 30 cajas por lnea Clasificar 20 cajas por minuto Clasificar 6 tipos de caja en 4 lneas Cajas de 300x250x200 a 380x320x300 mm Pesos de las cajas entre 17 y 30 N Local disponible de: 12x15 m Cajas de 280x250x230 a 400x320x300 mm Movimientos horizontales Empuje mximo acumulacin: 120 N Empuje mximo acumulacin: 150 N (ensayo) Cajas de cartn selladas con cinta adhesiva Pupitre de control a la entrada del sistema Posibilidad de introducir correcciones a mano Deteccin por cdigo de barras Acceso local: anchura/altura: 1200x2400 mm En operacin: 10 aos; Fiabilidad: 99 % Presup.: 0,2 M (contrato); Plazo: 5 meses Presupuesto: 0,22 M (modific. contrato) Cumplimiento norma europea seguridad

Propone: C = Cliente; I = Ingeniera R/D: R = Requerimiento; MR = Modific. requerimiento; NR = Nuevo requerimiento; D = Deseo



Caso 2.1 Renegociacin de una especificacin para un movimiento rpido

Se da la siguiente especificacin inicial para el cabezal de una mquina que realiza un movimiento de vaivn con desplazamientos rpidos:

1) Ciclo de 5 movimientos de avance y 5 de retroceso alternativos con tiempos de parada entre movimientos de 1 segundo y desplazamientos de 15 mm

2) Tiempo mximo de ciclo de 10,5 segundos 3) Velocidad del cabezal de 2 m/s.

Dado que el ciclo tiene 9 paradas (9 segundos), el tiempo mximo para cada uno de los 10 desplazamientos de 0,015 metros es de (10,59)/10=0,15 segundos. Su-poniendo un diagrama de velocidades triangular, se requiere una aceleracin de 2,67 m/s2, y debe alcanzarse una velocidad de 0,20 m/s. Hay que reconsiderar el requerimiento de velocidad de 2 m/s que impone un accionamiento sobredimen-sionado sin aportar ninguna prestacin adicional. Especificacin derivada Cada da son ms frecuentes los proyectos en los que se disea un sistema por combinacin de componentes o mquinas (mdulos del sistema; ver Seccin 17.1) que ofrece el mercado (per lo que no son susceptibles de modificacin) que deben estructurarse para que respondan de forma ptima a la especificacin inicial del problema. Dada la tendencia del mercado a proporcionar una oferta cada da ms diversifica-da y consistente de componentes y mquinas, el problema de diseo descrito ante-riormente ser cada da ms frecuente, especialmente en el desarrollo de sistemas nicos (lneas de manipulacin especficas, mquinas de proceso, instalaciones). La tesis de Maury [Mau, 2000] hace una aportacin conceptual i metodolgica importante para la resolucin de este tipo de problemas de diseo al incorporar un paso preliminar entre la especificacin (inicial) y el establecimiento de la estruc-tura funcional (ver Seccin 17.1) que llama especificacin derivada y que ejem-plifica en el diseo de sistemas continuos de manipulacin i procesamiento prima-rio de materiales a granel, pero que puede extrapolarse a otros sistemas anlogos. La especificacin derivada transforma el problema desde el nivel de los requeri-mientos al nivel de las funciones y es una herramienta de gran importancia cuando se disea desde una perspectiva sistemtica. Los conceptos de cadena y de ramal de flujo y la caracterizacin de las funciones bsicas y las funciones globales permiten la subdivisin del problema en elementos ms simples y facilitan la cons-truccin de la estructura funcional. Una vez se dispone de la estructura funcional se puede iniciar la sntesis de solu-ciones en la que se pasa del nivel de funciones al nivel de las alternativas que, gracias a criterios limitadors i a una estrategia de acotacin heurstica del campo de soluciones, permite descartar ms del 99% de las soluciones generadas.



2.5 Generar el concepto El diseo conceptual parte de la especificacin y proporciona como resultado un principio de solucin aceptado. Sin embargo, tambin ofrece resultados a otros dos niveles que tienen su inters y aplicaciones: la estructura funcional y la estructura modular (ver Seccin 3.1).

En todas las etapas de diseo (conceptual, de materializacin, de detalle) se sigue un proceso de generacin de soluciones alternativas que despus son simuladas o probadas y evaluadas lo que constituye la base para la decisin de seguir con una de ellas. Sin embargo, el diseo conceptual es la etapa en la que este proceso tiene una mayor relevancia y significado. Es por ello que esta seccin se ha titulado generar el concepto. Herramientas para el diseo conceptual

La herramienta ms importante del diseo conceptual es el establecimiento de la estructura funcional.

Como se ver ms adelante (Seccin 3.1) se organiza en un diagrama de bloques que representan las funciones que debe realizar el producto (independientemente de las soluciones que se adopten) y donde los enlaces representan los flujos de energa, materiales y seales entre las entradas, las salidas y las funciones.

La estructura funcional puede representarse o bien a nivel de la funcin global del producto o sistema, o bien, dependiendo de su complejidad, puede subdividirse en partes que contienen subfunciones de menor complejidad. La subdivisin en sub-funciones presenta una gran importancia en el proceso de diseo conceptual y se orienta a tres objetivos:

a) Proporcionar una estructura funcional ms detallada y comprensible, a la vez que menos ambigua

b) Facilitar la bsqueda de principios de solucin para las subfunciones que, por combinacin, deben dar principios de solucin para la funcin global.

c) Facilitar la creacin de la estructura modular del producto

En un diseo original a priori no se conoce la estructura funcional, y su definicin forma parte del proceso de diseo. En un diseo de adaptacin, inicialmente se co-noce la estructura funcional pero sta puede ser variada o modificada en el curso del proceso de diseo. Finalmente, en el diseo de variante se conoce la estructura funcional y sta no vara.

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Proceso creativo

El proceso creativo es aqul donde se elaboran las soluciones a un problema dis-tintas de las existentes y los mtodos de creatividad son aquellos cuyo objetivo es ayudar y estimular este proceso.

La creatividad se basa en tres componentes: los conocimientos y habilidades en el campo donde se trabaja; la motivacin por el problema que debe resolverse; y la experiencia e intuicin en relacin al problema y sus circunstancias.

Desde el punto de vista metodolgico el proceso creativo suele seguir los siguien-tes pasos:

Imponerse al problema En primer lugar, el creador debe conocer bien el enunciado y las delimitacio-

nes del problema. De no hacerse as, surgen falsos principios de solucin que despus son descartados en la fase de evaluacin. Muy a menudo el estableci-miento de la especificacin suele cubrir este primer paso (ver Seccin 2.4). Sin embargo, la herramienta por excelencia para esta tarea es el anlisis funcional.

Generar ideas Este es el proceso central de la creatividad donde surgen ideas nuevas y se

crean alternativas de principios de solucin. Se puede proceder de dos maneras: intentando hallar un principio de solucin

vlido para la funcin global del sistema; o bien, intentar hallar soluciones par-ciales a subfunciones de la estructura funcional y despus proceder a la solu-cin global por combinacin de ellas.

Cabe decir que cualquier combinacin de soluciones parciales a subfunciones no constituye necesariamente una solucin a la funcin global. Queda, pues, la tarea de descartar las soluciones no vlidas.

Muy a menudo, las soluciones parciales descartadas pueden adquirir ms adelante un nuevo inters a la luz de otras soluciones globales o parciales, por lo cual no es recomendable descartar ninguna solucin, por poco til que pa-rezca, hasta que se adopta una solucin global.

Simular y evaluar soluciones Estos dos pasos del ciclo bsico de diseo, sin formar parte directamente del

ncleo de la creatividad, sin embargo constituyen elementos complementarios de singular importancia. En efecto, son los que apoyan la validacin de los principios de solucin y, an en el caso de no validarlos, aportan informacin sobre qu aspectos no se han cubierto y sus causas. Dado que difcilmente la generacin de un concepto vlido se consigue a la primera vuelta, la simula-cin y evaluacin constituyen elementos imprescindibles para iniciar la segun-da vuelta con mayores garantas de xito.



Generacin de principios de solucin

A diferencia de otras actividades, es difcil asegurar resultados en el proceso crea-tivo, y buena prueba de ello es que puede transcurrir mucho tiempo sin que se produzcan avances significativos y, luego, en un momento, aparecer una idea feliz o desencadenarse la generacin de varios principios de solucin. Sin embargo, el proceso creativo tampoco es una actividad espontnea sino que necesita una prepa-racin y una ejercitacin. As pues, a lo largo del tiempo se han establecido nume-rosos mtodos para fomentar y estimular la creatividad, algunos de los cuales se describen y valoran a continuacin. Mtodos convencionales

Bsqueda en fuentes de informacin En la literatura tcnica existen textos dedicados a la exposicin de principios de solucin o a la exposicin de casos. En ellos el diseador puede hallar una fuente de inspiracin para aplicarlos al caso presente.

Analogas con sistemas naturales El estudio de las formas naturales, las organizaciones de comunidades animales o vegetales o los comportamientos pueden proporcionar, por analoga, importantes elementos de referencia para los problemas tcnicos.

Analogas con otros sistemas tcnicos Los principios de solucin aplicados con xito en un determinado campo de la tc-nica, pueden ser transpuestos a situaciones anlogas en otra aplicacin siempre que se adapte a los nuevos requerimientos.

Anlisis de la competencia El anlisis de los productos de la competencia proporciona una referencia de las posibilidades y los lmites de la tcnica (o, estado de la tcnica) en un sector de actividad concreto; sin embargo, para incidir en el mercado hay que ir ms all. Mtodos intuitivos

Brainstorming (o tempestad de ideas) Mtodo sugerido en 1953 por Osborn para generar ideas a partir de crear las condi-ciones de apertura de la mente y ambiente distendido a un grupo no jerrquico, con miembros de procedencias tan distintas como sea posible, que, independientemen-te de su aplicabilidad inmediata, aporten con toda libertad ideas en relacin al proyecto que, a su vez, desencadenen nuevas ideas en el resto de participantes. El conductor de la reunin debe registrar las ideas surgidas. Este mtodo puede ser especialmente til cuando no se dispone de ningn princi-pio de solucin, o aquellos de los que se dispone, no satisfacen.



Sinctica Mtodo sugerido en 1955 por Gordon, basado en un grupo y que recorre dos eta-pas. La primera (hacer lo extrao familiar), consiste fundamentalmente en el anlisis del problema y sus delimitaciones. La segunda (hacer lo familiar extrao), consiste en trasponer el problema a otras situaciones a travs de analogas: perso-nal, en la que el participante intenta ponerse en el lugar o situacin del problema; directa, donde intenta buscar una situacin anloga en otro campo de aplicacin; simblica, donde intenta describir el problema simblicamente, por ejemplo, a travs de un proverbio; y fantstica, donde intenta describir una solucin ideal. Es parecido al brainstorming pero dispone de un hilo conductor a travs de las ana-logas.

Mtodo Delphi Se pide a una serie de expertos su opinin acerca de un tema. La encuesta se orga-niza en varias fases: en la primera, se pregunta individualmente a cada experto qu puntos pueden resolver el problema; en las fases siguientes (de 1 a 3) se pregunta nuevamente a los expertos su opinin sobre las respuestas ms frecuentes de la fase anterior, con lo que las respuestas de las sucesivas fases tienden a converger. Este mtodo se suele reservar para los temas de poltica de empresa o para criterios sobre desarrollos a largo plazo. Mtodos discursivos

Estudio sistemtico de procesos fsicos Consiste en la modelizacin y exploracin de comportamientos que pueden ser deducidos de leyes fsicas o de modelos tcnicos aceptados. Este es uno de los sistemas ms frecuentemente utilizados y, generalmente, proporcionan resultados rpidos y satisfactorios. (ver Caso 1.4 en el Captulo 1).

Esquemas de clasificacin Consiste en desarrollar sistemticamente principios de solucin y ordenarlos por medio de una tabla generalmente de dos entradas, una de ellas determinada por un parmetro significativo (por ejemplo, el sistema de energa utilizado) y, la otra, con las distintas soluciones obtenidas. El mtodo estimula la bsqueda de soluciones y facilita la identificacin de carac-tersticas y la combinacin de soluciones parciales para obtener la solucin global.

Generacin de variantes por inversin Es un ejercicio de gran utilidad para el diseador que consiste en generar nuevas variantes por inversin, cambio o transposicin de funciones a un principio de solucin ya conocido. Por ejemplo, las cerraduras suelen incorporarse a las puer-tas, pero nada impide que se incorporen en los marcos (nuevo principio de solu-cin). De hecho, las puertas con apertura remota adoptan este principio de solucin ya que tiene la ventaja de que los cables elctricos estn en la parte fija.



Caso 2.2 Especificacin, concepto y ensayos preliminares en el desarrollo de una mquina universal de clasificar monedas

Proyecto desarrollado en colaboracin entre la empresa Iberslex S.A. de Barcelo-na y el Centre de Disseny dEquips Industrials de la UPC (CDEI-UPC).

Especificacin El encargo consista en disear un sistema mecnico de recogida y transporte de monedas con movimiento positivo (cada moneda se mueve en un eslabn de una cadena), destinado a una mquina universal de clasificar monedas. Sobre esta idea no se conocan precedentes (las mquinas existentes funcionan por medio de dispositivos mecnicos limitados por las formas y dimensiones de las monedas). Se trataba, pues, de un diseo original que requera una importante eta-pa de diseo conceptual. Inicialmente, pareci que la condicin impuesta de desplazamiento positivo era una limitacin innecesaria para las libertades de diseo; sin embargo, realizadas varias comprobaciones, se corrobor el acierto de esta especificacin.

Fracaso del primer concepto Se estableci un primer principio de solucin en base a una cadena especial que result ser un fracaso. En una situacin en que se planteaba el abandono del pro-yecto, una sugerencia desencaden el desarrollo de una nueva solucin.

Analoga y nuevo concepto Esta persona afirm: la cadena de transporte de las monedas debe ser como las piezas de las guas de las cortinas. Ello llev a explorar una nueva solucin en base a un tipo de cadena sobre una gua cerrada en la que los eslabones se empu-jaran unos a otros. A diferencia de la gua de la cortina que es recta, en esta aplicacin haba que dar solucin a un sistema de guiado con dos tramos rectos, dos curvaturas distintas en un sentido y una curvatura de sentido contrario, adems de ajustar geomtricamente el eslabn y la gua en la zona de recogida de la mo-neda, todo ello compatible con un sistema de arrastre motorizado. La resolucin de este sistema (gua, eslabones, arrastre) llev varios meses de trabajo y varias aproximaciones sucesivas (ver el eslabn en la Figura 2.4a).

Prototipos preliminares Uno de los escollos ms importantes de este diseo conceptual fue la eleccin de materiales: por un lado, los eslabones deban deslizarse perfectamente en las guas, pero a su vez la pestaa posterior de los eslabones deba ofrecer un buen agarre para las ruedas de arrastre. Se penso en recubrir las guas de aluminio (necesidad de estabilidad dimensional) con una resina de poliamida y realizar los eslabones con poliacetal (combinacin conocida y probada). El tema del arrastre se resolvi por el sistema de prueba-error hasta que se comprob que ruedas recubiertas de



poliuretano ofrecan una solucin. Existan dudas sobre si esta combinacin de materiales proporcionara el resultado deseado. Se realizaron varios prototipos simplificados y se sometieron a pruebas de comportamiento y de desgaste, lo que ocup varios meses y oblig a hacer hasta 6 iteraciones para el ajuste de las caractersticas de los materiales (ver Figura 2.4b).

Finalmente el resultado fue positivo, el diseo fue patentado y se procedi al desa-rrollo del resto del proyecto. a) b) Figura 2.4 Proyecto de mquina universal de clasificar monedas: a) Morfologa

del eslabn y su situacin en la gua; b) Ensayos preliminares: Izquierda, primer ensayo del arrastre y circulacin de los eslabones; Derecha, ensayo de durabilidad por desgaste entre gua y eslabn.

2 ESTRUCTURACIN DEL DISEO 2.6 MATERIALIZAR LA SOLUCIN

Carles RIBA i ROMA Diseo concurrente 97

2.6 Materializar la solucin Consideraciones generales

El diseo de materializacin es la etapa del proceso de diseo en la cual, partiendo de un concepto, y por medio de conocimientos y criterios tcnicos y econmicos, se determinan las formas y dimensiones de las diferentes piezas y componentes y, a la vez, se articulan de manera que aseguren la realizacin de las funciones. El mtodo usado sigue el ciclo bsico de diseo (normalmente en varias iteraciones) y el resultado se da por medio de uno o ms planos de conjunto (en ingls, layout).

La materializacin del concepto incluye algunas de las actividades ms tradicio-nales de la ingeniera de diseo: esbozar la disposicin general; simular su com-portamiento; calcular y dimensionar elementos (piezas, componentes, enlaces); en-sayar y validar soluciones. Las nuevas herramientas asistidas por ordenador permi-ten avanzar en la optimizacin de las soluciones.

Sin embargo, a la luz de las nuevas concepciones de diseo que ponen el nfasis en el ciclo de vida de los productos (ms all de la funcin) y en su enmarque en un proceso de desarrollo ms amplio (oportunidad del lanzamiento del producto, financiamiento del proyecto y planificacin de la fabricacin y comercializacin), estas tareas ms tradicionales tambin quedan afectadas.

A continuacin se desarrollan los tres aspectos siguientes del diseo de materiali-zacin: a) Pasos del diseo de materializacin; b) Generacin de variantes por inversin; c) Establecimiento de un protocolo de ensayo. Pasos del diseo de materializacin Aunque no es fcil dar recomendaciones sobre este tema, a continuacin se esta-blecen unos pasos que, inspirados en la propuesta de Pahl y Beitz [Pah, 1984], per-miten conducir la etapa de diseo de materializacin (esquema de la Figura 2.5):

1. Identificar los requerimientos limitadores Identificar aquellos requerimientos (o deseos) de la especificacin que dan lugar a limitaciones en el diseo de materializacin: a) Prestaciones exigidas (velocidades, fuerzas, tiempos, cadencias); b) Dimensiones exteriores, espacios disponibles, ma-sas admisibles; c) Exigencias ergonmicas (fatiga, visin, seguridad, comprensin del control); d) Incidencias ambientales (evitar ruidos, contaminaciones y otros impactos; prever la corrosin; e) Tecnologas disponibles y capacidades de pro-duccin; f) Requerimientos de mantenimiento; g) Limitaciones de coste. Muchas veces, la limitacin de las dimensiones o de la masa constituye una de las especificaciones ms importantes que puede comportar en si mismo una gran ventaja competitiva. Por tanto, se vuelven importantes criterios de diseo.



Ejemplos: La direccin de las empresas suele imponer ciertas limitaciones dimen-sionales, constructivas, de materiales o de procesos de fabricacin en el inicio de determinados proyectos, como por ejemplo: a) Airtcnics S.L. pidi disear un actuador de vlvula (Figura 1.7) que, con las mismas dimensiones, ejerciera un par doble de los existentes en aquel momento en el mercado; b) Girbau S.A. estableci el requerimiento de que el tnel de lavado (Figura 3.2) fuese de construccin modular (facilita la fabricacin y la comercializacin); tambin pidi limitar sus dimensiones para que cupiera en un contenedor convencional (ahorro importante en los costes de transporte); c) Ferrocarriles de la Generalitat de Catalunya S.A., en el mdulo de andn de geometra variable (Figura 1.6), impuso el requerimien-to de que el sistema de accionamiento ofreciera seguridad intrnseca contra un posible despliegue fortuito (peligro de accidente por interferencia con el tren). 2. Determinar las funciones y los parmetros crticos Un primer esbozo del diseo de materializacin pone de manifiesto la existencia de determinadas funciones (proviniendo directamente de la especificacin del pro-ducto o de las funciones tcnicas incluidas en la solucin conceptual aceptada) y determinados parmetros (cuantitativos o cualitativos, generalmente relacionados con las funciones anteriores) que son crticos en la resolucin del problema y sobre los que habra que establecer compromisos de diseo (condiciones cuantitativas y cualitativas). Dado que estas funciones y parmetros crticos suelen tener importantes interre-laciones, hay que considerarlos conjuntamente para obtener una solucin global (los requerimientos limitadores actan, en general, como criterios de evaluacin). En los primeros pasos del despliegue del diseo de materializacin se debe centrar la atencin en las funciones y parmetros crticos para ms adelante, proceder al estudio y resolucin del resto de funciones y parmetros de los que se sabe que tienen una solucin no comprometida (ver Ejemplo 2.3).

Ejemplo: La materializacin de la mquina universal de clasificar monedas impul-sada por Iberslex S.A. (Figures 1.8 i 2.4a), parti de un concepto basado en una cadena de eslabones, que se empujan unos a otros en el seno de una gua con va-rios tramos rectos y curvos, con cinco perfiles en planos diferentes (el superior que mueve las monedas; los tres intermedios que guan el eslabn en los diferentes tramos de la gua; y el posterior por medio del cual se arrastra la cadena). El diseo de materializacin preliminar tuvo en cuenta diversas funciones crticas (recepcin de las monedas; movimiento positivo de las monedas; guiado de los eslabones; deteccin de las monedas; expulsin de las monedas) y diversos par-metros crticos (dimetros mximo y mnimo de las monedas; longitud del esla-bn, curvatura de los diferentes tramos de gua; tiempos de deteccin y de expulsin de las monedas), y utiliz como criterios de evaluacin diversas especi-ficaciones limitadoras (cadencia de clasificacin, dimensiones mximas, peso, capacidad de los cajones de clasificacin).



Condiciones crticas (cuantitativas y cualitativas) Las funciones crticas, junto con los requerimientos limitadores de la especi-

ficacin, se traducen en condiciones crticas (tanto cuantitativas como cuali-tativas) entre los parmetros crticos en base a los que se establecen los com-promisos de diseo y se elaboran las diferentes soluciones alternativas.

3. Desplegar alternativas de diseo de materializacin preliminar Una vez identificados los requerimientos limitadores y determinadas las funciones crticas y los parmetros crticos, corresponde desplegar una o ms soluciones de diseo de materializacin preliminar. Es decir, determinar por medio de clculo o de otras consideraciones tcnicas y econmicas, las principales disposiciones, formas y dimensiones y una primera eleccin de los materiales de las piezas y componentes que intervienen en las funciones crticas. El resultado debe responder de forma global a las funciones principales del producto y cumplir los requerimientos limitadores. En este paso se debe decidir, seleccionar y situar (aunque sea de forma esquemtica) los compo-nentes de mercado que se incorporan al producto. Hay diversas metodologas que ayudan a generar alternativas en el diseo de materializacin entre las que, ms adelante, se trata brevemente el mtodo de la inversin de funciones o de la inversin de caractersticas. En los productos en los que se ha establecido una estructura modular, se suele elaborar un diseo de materializacin preliminar para cada uno de los mdulos. 4. Evaluar las anteriores alternativas y escoger una de ellas El paso siguiente consiste en evaluar las alternativas de diseo de materializacin preliminar por medio de mtodos de evaluacin, como los presentados en la Sec-cin 1.7, de criterios como las especificaciones limitadoras, y de ayudas como la lista de referencia para el diseo de materializacin (ms adelante en esta misma Seccin) El resultado es la eleccin de un diseo de materializacin preliminar definido por medio de dibujos y esquemas con las disposiciones de elementos, formas y dimen-siones.

Diseo de materializacin preliminar Solucin del diseo de materializacin que da respuesta a los requerimientos limitadores y a las funciones crticas y que resulta de la evaluacin y de la eleccin de una de las varias soluciones alternativas desplegadas en base a las condiciones crticas.

Ejemplo: Continuando con el proyecto de Iberslex S.A. (Figuras 1.8 y 2.4a), el diseo de materializacin preliminar consisti en la determinacin de la for-ma y dimensiones del eslabn (longitud; ancho; funciones, geometra de los distintos planos), la trayectoria de la gua, una primera seleccin de los mate-riales (cuerpo de la gua de aluminio recubierto de poliamida, para asegurar la estabilidad dimensional) y la disposicin bsica del sistema de accionamiento.



diseo de materia-lizacin preliminar

diseo de materia-lizacin provisional

diseo de materia-lizacin definitivo

parmetros crticosfunciones y

incorporar las ltimas

ensayar y validar diseo dematerializacin provisional

modificaciones

materializacin preliminar

materializar las restantes

evaluar las anteriores alter-nativas y escoger una

materializacin provisionalcompletar el diseo de

desplegar alternativ. diseo

7

8

6

5

4

3

funciones

identificar los requeri-mientos limitadores

y parmetros crticosdeterminar las funciones

requerimientos

1

2

antecedentes tareas resultados Figura 2.5 Pasos del diseo de materializacin donde se indican los antece-

dentes, las tareas y los resultados.



Lista de referencia para el diseo bsico o de materializacin Conceptos Determinaciones

Concepto

Prestaciones

Seguridad

Ergonoma

Entorno

Produccin

Calidad

Montaje

Transporte

Operacin

Mantenimiento

Costes

Plazos

Responde a las funciones y prestaciones especificadas? Su funcionamiento es simple y eficaz? Es fcil y econmico de materializar?

El conjunto y sus componentes proporcionan: resistencia y durabilidad adecuadas? deformaciones admisibles? estabilidad de funcionamiento? posibilidad de expansin? vida (fatiga, corrosin) y prestaciones adecuadas?

El conjunto y sus componentes ofrecen seguridad? Se han considerado las perturbaciones externas? Cumple las directivas de seguridad?

Se ha tenido en cuenta la relacin persona-mquina? Se han evitado las situaciones de fatiga o estrs?

Los consumos son adecuados? Se ha previsto el fin de vida?

Se han analizado los procesos de fabricacin? Se han evaluado los utillajes necesarios? Qu partes tienen que subcontratarse?

Se ha previsto un funcionamiento robusto? Qu verificaciones hay que hacer y cundo?

Los procesos de montaje son simples? Se ha pensado en su automatizacin?

Se ha considerado el transporte interno y externo? Se tiene que poder desmontar? Con qu utillajes?

Se han considerado todos los modos de operacin?

Se ha estudiado que tipo de mantenimiento se requiere? Se han facilitado las reparaciones?

Se mantienen los costes dentro de los lmites previstos? Qu costes adicionales aparecen y porqu?

Se cumplen los plazos previstos? Se prevn modificaciones que alteren estos plazos?



5. Materializar las restantes funciones Una vez escogida una solucin del diseo de materializacin preliminar, donde se han tenido en cuenta los requerimientos limitadores y se han resuelto las funciones y parmetros crticos, debe completarse con la solucin del resto de requerimien-tos, funciones y parmetros (diseo de materializacin provisional). No es de extraar que una funcin que inicialmente no ha sido considerada crtica, lo sea en el momento de su materializacin. En estos casos hay que proceder a tra-vs de iteraciones sucesivas. 6. Completar el diseo de materializacin provisional En este paso se completa el diseo de materializacin provisional a partir de inte-grar todas las soluciones, tanto las que resultan de los requerimientos, funciones y parmetros crticos como las que resulten de los restantes, hasta que el producto o sistema quede definido del todo.

Diseo de materializacin provisional Solucin global del diseo de materializacin, an no validado por el ensayo, que da respuesta al conjunto de los requerimientos, funciones y parmetros del producto. El diseo de materializacin provisional fija las disposiciones relativas, las for-mas y las dimensiones de todos los elementos y componentes del producto y se presenta en forma de uno o ms planos de conjunto (en ingls, layout).

7. Ensayar y validar el diseo de materializacin Cuando un producto o sistema deba trabajar en condiciono duras o exigentes (des-gaste, deterioro por fatiga, fluencia sota carga, ambientes corrosivos) conviene realizar uno o ms prototipos del conjunto o de las partes ms crticas a fin de en-sayarlo y validarlo antes de iniciar la fabricacin. La realizacin de un prototipo exige la fabricacin de piezas y componentes por lo que se requiere la realizacin de planos de pieza que corresponden a la etapa de diseo de detalle. Debido a la circunstancia de que el diseo de materializacin an no ha sido vali-dado, estos planos de pieza tienen que ser considerados provisionales y no adquie-ren la condicin de planos de detalle definitivos hasta la etapa de diseo de detalle. La etapa de prototipaje y ensayo del diseo de materializacin es de gran impor-tancia para la validacin de las soluciones. En general, requiere una definicin de los objetivos y de los mtodos de ensayo, una planificacin de su preparacin y ejecucin y unos criterios de validacin del producto (estas determinaciones se pueden agrupar en forma de un protocolo de ensayo, documento de gran utilidad, especialmente cuando existen relaciones de contratacin en el desarrollo de estas actividades). La validacin de los ensayos representa la finalizacin del diseo de materializa-cin, previa incorporacin de las eventuales modificaciones en los planos de con-junto (paso siguiente).



8. Incorporar las ltimas modificaciones ste ltimo paso del diseo de materializacin consiste en incorporar las modifica-ciones originadas en etapas anteriores en los planos de conjunto y, muy especial-mente, las que son consecuencia del ensayo y de la validacin.

Diseo de materializacin definitivo Solucin completa del diseo de materializacin validada por el ensayo.

Ejemplo 2.3 Materializacin preliminar de un reductor de una etapa

A continuacin se describen los primeros pasos de la materializacin de un reduc-tor de engranaje recto de una sola etapa. En principio se prev incorporar roda-mientos radiales (de bolas o de rodillos) y retenes radiales como componentes de mercado.

Requerimientos limitadores Los requerimientos limitadores de la especificacin del reductor son: RL1) Po-tencia nominal: 4500 W; RL2) Velocidad angular del rbol de entrada: 1430 min-1; RL3) Vida: 25000 horas; RL4) Relacin de transmisin: i=4; RL5) Cargas radiales exteriores admisibles sobre los rboles (cu

carles riba dc2

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