Sistema de formado

El primer paso del proceso de diseño, fue la identificación de las necesidades del cliente. Se recurrió a la herramienta del QFD para traducir las necesidades del cliente en metas de diseño mesurables.

3.2.1 Comprensión del problema

Este sistema, tiene la función de generar la preforma de la bolsa mediante el doblado de la película, y mantenerla en esa forma, mientras se llevan a cabo las siguientes etapas del proceso.

3.2.1.1 QFD

Para su elaboración se identificaron los siguientes requerimientos:  Ser económico

 De fácil uso

 Obtener dimensiones homogéneas de la preforma  Ser adaptable a varios tamaños de bobina

 Requerir de poco y fácil mantenimiento

 No ser toxico para el procesamiento de alimentos de consumo humano  Permitir un proceso de operación continuo

A partir de estos requerimientos se elaboró la “Casa de la Calidad”, obteniéndose las siguientes metas de diseño:

 Precisión

 Tolerancias dimensionales de la preforma  Resistencia

 Estandarización  Flexibilidad

Estas metas de diseño, fueron consideradas durante todo el proceso hasta la obtención del diseño final.

3.2.2 Diseño conceptual

El siguiente paso, fue definir de manera clara y ordenada cada una de las funciones que debe de cumplir el sistema a desarrollar, los elementos internos y externos involucrados y las trasformaciones de energía necesarias.

3.2.2.1 Definición del modelo funcional

Se determinaron las funciones de servicio, el entorno del sistema y las funciones técnicas como se muestra a continuación.

Funciones de servicio:

El sistema tiene una función principal, a la que se le denomina “Global”. Además de una

serie de funciones adicionales, también llamadas “Complementarias”, que se ordenaron y

clasificaron de la siguiente manera:

o Función Global:

A. Formar la preforma abierta de la bolsa

o Funciones Complementarias:

B. Conducir la película

C. Mantener la tensión adecuada de la película D. Doblar la película

Relacionando las funciones de servicio con los elementos externos involucrados, se elaboró el entorno del sistema mostrado en la figura 3.1, el cual se interpreta de la siguiente manera:

 Para poderse llevar a cabo, la función global A, “Formar la preforma abierta de la

bolsa”, se requiere la interacción entre el propio sistema y la película plástica, lo

que es representado mediante una línea que une a ambos elementos, mismo que se repite para las funciones C y D.

 Para la función complementaria B, “Conducir la película”, se necesita una acción

en conjunto entre los sistemas de: Formado, desplazamiento y control. Su función se representa con una línea curva que une a dichos elementos.

 También se encuentran elementos que no forman parte del sistema, y no cumplen una función de servicio. Estos elementos no se relacionan con el sistema, pero si se incluyen en el entorno, debido a que pueden generar acciones que modifiquen las condiciones del sistema en determinados momentos, como es el caso de un

“Operador”.

Figura 3.1 Entorno del sistema de formado

Tras identificar tanto los elementos involucrados, como las funciones de servicio, se generaron las funciones técnicas. Para ello, se consideró el sistema como una caja negra, dentro de la cual, se lleva a cabo un determinado proceso o transformación de energía. En el lado izquierdo, se representan los datos de entrada o componentes requeridos y en el lado derecho, la función final requerida.

En este caso, los datos de entrada que requiere el sistema son la película plástica y una orden del sistema de control para iniciar. Posteriormente, se deben realizar los procesos y trasformaciones necesarias para generar la preforma abierta de la bolsa, ver figura 3.2.

Figura 3.2 Funciones técnicas del sistema de formado

3.2.2.2 Modelo funcional

Este método, consiste en desglosar cada una de las funciones de servicio en distintos niveles. Con la intención de definir las funciones y relaciones que se deben de cumplir para el funcionamiento del sistema, sin considerar ningún aspecto de forma o dimensión. Se parte de un nivel A0 y A1 que corresponden a la función global, y las funciones complementarias, respectivamente. Posteriormente, si alguna de estas últimas no se encuentra bien definida, se analiza en un nivel A2. Mediante flechas, se representa gráficamente los elementos de entrada, salida, control, y actuantes, como se muestra en la figura 3.3.

Como se observa en la figura 3.4, el nivel A0 del sistema de formado requiere a su entrada la película plástica y una orden del sistema de control, donde la condición de control que se debe cubrir es que un operador posicione la película. La salida que se obtiene es la preforma abierta de la bolsa.

Figura 3.4 Modelo funcional del sistema de formado Nivel – A0

Para el nivel A1, se sigue el mismo procedimiento del nivel anterior, relacionándose de manera secuencial, cada una de las funciones complementarias como se muestra en la figura 3.5.

Figura 3.5 Modelo funcional del sistema de formado Nivel – A1

3.2.2.3 Generación de conceptos

La información obtenida por los métodos anteriores, fue aplicada a las herramientas de

“Lluvia de ideas” y “Matrices morfológicas” con la intención de no limitar el número de

soluciones posibles. Como se observa en la tabla 3.1, se contemplaron diversos tipos de elementos, materiales y formas para cada una de las funciones. Mismos que fueron combinados entre sí de múltiples formas, para generar un concepto de diseño. Las opciones más viables se muestran en la tabla 3.2.

Tabla 3.1 Matriz morfológica para el sistema de formado.

Propuestas de solución

Función 1 2 3

Conducir la película Rodillos Ejes Directamente

Mantener la tensión Resortes Contrapeso

Doblar la película Formador de bolsa

Frenar la bobina Motor Trinquete Brazo de palanca

Tabla 3.2 Conceptos de diseño para el sistema de formado

Concepto Conducir la película

Mantener

tensión Doblar película Frenar la bobina

1 Ejes Resorte Formador de bolsa Trinquete

2 Directamente Contrapeso Formador de bolsa Motor 3 Rodillos Contrapeso Formador de bolsa Brazo de palanca

A continuación, se describe brevemente cada uno de los conceptos anteriores: Concepto 1:

La película es conducida mediante una serie de ejes lisos al formador, mediante el uso de resortes en uno de los ejes se genera tensión en ella. Finalmente, la bobina se desenrolla

Figura 3.6 Boceto sistema de formado – concepto 1

Concepto 2:

Mediante el acoplamiento de un motor con el eje principal, la bobina de película plástica es desenrollada, para conducirla al formador de manera casi lineal. En la parte posterior, se encuentra ubicado un eje o rodillo que se desplaza intermitentemente de arriba a abajo, funcionando como contrapeso y tensado la película, ver figura 3.7.

Concepto 3:

La película se hace pasar por un arreglo de rodillos a fin de minimizar la fuerza de fricción. Cada uno de los cuales, está compuesto por un par de rodamientos embutidos en los extremos de un tubo, como se observa en la figura 3.8. La alimentación de la película se regula por medio de un sistema que posee un brazo de palanca, encargado de frenar al eje de alimentación, sirviendo a la vez de contrapeso y tensor de la película.

Figura 3.8 Boceto sistema de formado – concepto 3

3.2.2.4 Evaluación de soluciones y concepto de diseño

Los conceptos seleccionados fueron sometidos, primeramente, a una evaluación de factibilidad, ver tabla 3.3. Se consideraron aspectos como: El número de componentes, complejidad de los mecanismos, costo, simplicidad, entre otros. Estos, se calificaron

como: “No factible” si presentaba múltiples complicaciones, “Factible condicional” si cumplía con la función pero eran necesarias modificaciones, y “Digno de consideración” si

Tabla 3.3 Evaluación de factibilidad

Concepto Factibilidad Comentario

1 Factibilidad condicional Alimentación irregular por el trinquete 2 Factible condicional Mayor costo de fabricación y control 3 Digno de consideración Minimiza la fuerza de fricción

Posteriormente, se hizo una evaluación de disponibilidad tecnológica, ver tabla 3.4. Se consideraron el costo de los componentes, la complejidad de implementación y la disponibilidad en el mercado nacional. Los conceptos se calificaron como: “Maduro” si la tecnología se encuentra totalmente desarrollada, “Disponible” si era utilizable, bajo ciertas

desventajas como costos o restricciones, y “Al alcance para su utilización” si los

elementos estaban disponibles a un costo moderado.

Tabla 3.4 Evaluación de disponibilidad tecnológica

Concepto Disponibilidad

1 Alcance para su utilización

2 Disponible

3 Al alcance para su utilización

Como última herramienta, se elaboró una matriz de decisión, la cual consistió en comparar con el resto, el concepto más viable, que resultó ser el número 3. Se evaluó el grado de satisfacción de los requerimientos del cliente de la siguiente manera: Los

conceptos se calificaron como “+”, si superaron al objetivo “-”, si fueron inferiores y “0” si

su nivel de satisfacción es el mismo. Finalmente, se sumaron las calificaciones positivas y negativas para corroborar que el concepto seleccionado era el más adecuado, ver tabla 3.5.

Tabla 3.5 Matriz de decisión

En base a los resultados obtenidos, se ratificó que la opción más adecuada era el concepto número 3, mismo que fue modelado mediante el software SolidWorks (Dassault Systèmes, 2013), facilitando así una visualización más tangible de su forma, dimensiones, y el aspecto de los elementos una vez manufacturados y ensamblados. En la Figura 3.9 se presenta el modelo de CAD correspondiente.

Las evaluaciones realizadas, se repitieron para cada uno de los sistemas del prototipo, por lo tanto, dada su similitud ya no se incluyen en los apartados siguientes. En su lugar se describe con mayor detalle el concepto de diseño seleccionado.

Conceptos Requerimientos Calificación 1 2 3

Uso con alimentos 5 0 0

O B J E T I V O Proceso continuo 4 - +

Dimensión correcta de la preforma 5 0 0

Adaptable a varios tamaños 3 0 0

Poco mantenimiento 3 - - Bajo costo 4 0 - Total “+” 0 1 Total “-“ 2 2 Total General -2 -1 Total ponderado -7 -3

Figura 3.9 Modelo en CAD del sistema de formado