Aplicación de Nuevas
Metodologías de Diseño.
Caso Práctico
Julio Cesar Gutiérrez Villarreal Alejandro Ramirez Revich Angélica Vázquez Pérez1
RESUMEN
L
os métodos de diseño y sus mejoras no se pueden cambiar en unos años, tampoco es recomendable implementar solamente modelos extranjeros, una práctica es crear modelos y herramientas propias para el diseño de productos que sean funcionales como lo hizo Japón o EUA en sus inicios.La base para la nueva metodología en el diseño de productos es el conocimiento mismo del proceso de diseño de las empresas mexicanas. Es fundamental conocer la problemática que enfrentan, identificar y adaptar las herramientas y metodologías actuales para resolver los problemas, o aplicar una nueva metodología viable, de bajo costo que ayude a mejorar el proceso de diseño.
La metodología presentada dio como resultado un producto requerido por el cliente, funcional y de bajo costo para la empresa y el cliente. Esta metodología adopta la necesidad de la empresa y del cliente para proponer la definición y las soluciones en el diseño mediante cuatro análisis que según un estudio de empresas mexicanas donde reflejan la necesidad de un análisis de definición, análisis comparativo, análisis de riesgo y fallas, así como un análisis económico. Utiliza en gran medida la creatividad del mexicano y el trabajo en equipo, además se puede complementar con herramientas o sistemas de Gestión Tecnológica, Six Sigma, PDM, eMRP, etcétera.
1 Global Vantage /UNAM/Maquinaria Jersa, Correos electrónicos:
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Introducción
M
uchas empresas mexicanas, pequeñas y medianas, necesitan fortalecer su tecnología e invertir en personal y herramientas que las ayuden en su consolidación y permanencia en un mercado que es cada vez más competitivo [1]. Un catalizador para las empresas es la utilización exitosa de un modelo de diseño [9]. Son pocas las empresas en México que cuentan con un modelo de diseño, la mayoría utiliza aplicaciones de metodologías o software adquiridos en el extranjero. Esto tiene como limitante que han sido desarrolladas desde una perspectiva y características distintas a México.Este trabajo pretende compartir la experiencia de la aplicación de metodología en el diseño para productos competitivos internacionalmente, citando como ejemplo algunos resultados obtenidos de una dosificadora, que sirva como base para proteger el negocio de la pequeña y mediana industria (PYMES) de México, así también esta misma metodología se está aplicando en el diseño de herramientas para la industria aeroespacial.
La hipótesis planteada, en primera instancia, es la importancia del conocimiento en el proceso del diseño de productos hechos en México mediante una nueva metodología que utilice parámetros de creatividad y factores propios de empresas mexicanas para crear un producto que cumpla con las características y necesidades de un producto innovador competitivo a nivel mundial.
La metodología se desarrolla como base del estado del arte para una tesis de doctorado en la UNAM, ésta ha sido utilizada en un Centro de Investigación y Desarrollo de maquinaria JERSA y se pretende implementarla en el diseño de herramientas para la industria aeroespacial
Estudio de caso
Muchas empresas en México dedicadas al desarrollo y diseño de productos enfrentan la problemática de productos con muchos defectos, que en ocasiones se resuelven en campo y en otras no le dan seguimiento.
La metodología presentada se enfoca en la búsqueda de conocimiento para el desarrollo de herramientas que nos ayude al diseño de un producto, en la búsqueda de soluciones de la problemática en la etapa de Definición y Desarrollo con variables propias de empresas mexicanas adaptables a la naturaleza de la empresa (ver Fig.1).
Figura 1. Proceso de la nueva metodología
Este proceso depende de los conocimientos, capacidad del equipo de trabajo, tiempo, recursos y procedimientos de la empresa que requiera aplicarla.
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Desarrollo de la iniciativa
Las Pymes en México requieren la utilización de metodologías y herramientas que no representen una gran inversión y que les permitan obtener un producto de vanguardia, por lo que se recomienda el uso de herramientas sencillas de adecuarlas y de fácil manejo.
Un estudio previo arrojó que en el diseño de productos las Pymes en México desconocen lo siguiente:
1. Utilidad del producto.
2. Productos y sistemas que se encuentran en el mercado. 3. Estándares y costos del diseño.
4. Riesgos y fallas.
La metodología presentada se enfoca en estos problemas y plantea soluciones. Se divide en cuatro análisis:
1. Análisis de definición: evaluar los “QUE” del cliente interno y externo o consumidor, “Qué le duele al cliente”. Es muy importante detectar clientes internos. Dar soluciones a cada uno de los problemas (los QUE) arrojados por el producto nuevo o a rediseñar. Es primordial involucrar a personas que intervienen dentro del proceso.
2. Análisis comparativo: evaluar sistemas o productos de la competencia y verificar patentes
3. Análisis económico: evaluar mediante un análisis de costos las soluciones más adecuadas o que arrojen mayor rango de funcionalidad.
4. Análisis de riesgos y fallas: identificar y evaluar los riesgos y fallas que podrían ocurrir en el diseño
1. Análisis de definición
Definir el área del problema
Preguntar, ¿DÓNDE ESTA EL DOLOR? Encontrar las variables de análisis
Cuestionario al cliente
En este cuestionario previo se incluye los requerimientos generales (Los QUE, ¿Qué le duele al cliente?) qué esperamos obtener del cliente externo y además de mis clientes internos. Qué es lo que el cliente requiere y espera de un producto [5]
Dependiendo del producto, se realiza mediante las ideas del grupo de trabajo un cuestionario para preguntarle al cliente variables tales como:
• Eficiencia y confiabilidad
• Flexibilidad y acoplamiento • Montaje y desmontaje
• Frecuencia de paros y mantenimiento • Automatización
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• Ergonomía• Energía, impacto ecológico
El formato de Cuestionario a Clientes es aplicable para algunos equipos de JERSA, aunque para cada equipo debe adaptarse ya que los requerimientos son diferentes. En un buen cuestionario se debe de preguntar lo siguiente:
¿Qué busca el cliente?
⎯ Calidad y tecnología
⎯ Precio
⎯ Servicio local, capacitación ⎯ Disponibilidad de refacciones ⎯ Tiempo de entrega ⎯ Financiamiento ⎯ Calidad en materiales ⎯ Larga duración ⎯ Libre de mantenimiento ⎯ Funcional
⎯ Fácil de usar, etcétera ¿Qué busca la empresa?
¿Qué requiere el proceso del producto? Conocer al consumidor:
Prioridades.
En que le beneficia el Producto.
Sus opciones para satisfacer dicha necesidad
A los QUE´S encontrados les llamaremos Puntos Críticos (PC)
Puntos Críticos (PC) y Variables de Solución (VS)
Los resultados de la encuesta a los clientes nos muestran información del QUE necesita el cliente y se convierten en puntos críticos (PC), es tarea del grupo de trabajo saber COMO dar solución a los QUE del cliente y así iniciar un análisis de variables de solución. En unos casos o en ciertas herramientas se les llaman CTQ (críticos de la calidad)
Los Puntos Críticos (PC) para una máquina llamada dosificadora de Maquinaria Jersa fueron:
Cliente Externo:
⎯ Humedad y agua en el interior del equipo ⎯ Vibraciones y estabilidad en el equipo
⎯ Desperdicios por la altura entre bote e inserto
⎯ Desperdicio por el claro entre plato y tazón segrega liquido y producto ⎯ Desperdicio por el claro entre inserto y disco
⎯ Inestabilidad de disco base (plato) ⎯ Desperdicio por la compuerta abierta ⎯ Desperdicio al no existir botes en la línea
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⎯ El producto y alimentación no es uniforme dentro de la tina⎯ Pistón inestable al accionarse con la compuerta
⎯ Soportes inestables con flexión en el ángulo que soporta el tazón.
Cliente Interno (los QUE dentro de la empresa): ⎯ Espacio inaccesible en el área de llenado
⎯ Montaje y desmontaje complicado de la flecha ⎯ Montaje y desmontaje complicado de la estrella ⎯ Montaje del carter
Traducción técnica y resumida de PC
Un punto importante es traducir los PC de la voz del cliente o consumidor a la voz de los Ingenieros (grupo de trabajo) dando datos de los fenómenos presentados o mención técnica del problema que no deje dudas de lo que realmente está sucediendo. El Análisis de PC es un proceso que nos ayuda a identificar los requisitos de los clientes y a estructurar el diseño y desarrollo de una solución que satisfaga esos requisitos.
Proceso de ordenación y valoración de los PC
Una vez que se tenga una traducción técnica, el siguiente paso es ordenar en importancia y asignarle un valor mediante una evaluación. Algunas metodologías como el método Delphi o la lluvia de ideas dan un dato a conciencia misma de los evaluadores. Aquí planteamos la hipótesis de un proceso que consiste en:
1. Identificar los “requerimientos claves del consumidor” mediante la investigación de mercado, requisitos de confiabilidad, requerimientos de normas /reglamentos y factores actuales de calidad.
2. Jerarquizar los “requerimientos” por orden de importancia y traducirlos en especificaciones técnicas requeridas para satisfacer los “requerimientos” de los clientes.
El nivel de importancia asignado es realizado considerando las ideas de las prioridades para el cuestionario para los productos a diseñarse. Las prioridades del diseño por orden de importancia fueron:
A. Limpieza e higiene B. Desperdicio C. Funcionalidad D. Inestabilidad E. Montaje y desmontaje F. Embarque
Variables de Solución (VS) del grupo de trabajo.
Son las soluciones del equipo de trabajo para cada Punto Crítico. Se define el grupo de trabajo compuesto por el personal involucrado en su área capaz de hacer mejoras perdurables al producto. El personal que toca el producto debe ser partícipe y es un área de oportunidad para exponer los mínimos detalles de cada área.
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Documentar las ideas con personal de las áreas involucradas para la obtención del producto tales como:Manufactura Calidad Diseño Compras
Cliente Supervisores/operadores Proveedor Soporte de software
Para seleccionar la mejor idea de solución puede recurrirse, pero como los CTQ van enfocados a la calidad y son herramientas que pueden existir grandes desviaciones y ser tendenciosas durante su evaluación, principalmente si son aplicadas por empresas mexicanas donde la mentalidad de trabajo en equipo es muy pobre, por lo que esta metodología plantea aplicar un análisis comparativo, de riesgo y falla y un análisis económico, con esto se pretende que el grupo de trabajo tenga las mismas referencias y conocimiento antes de evaluar las soluciones por mediante cualquier herramienta.
2. Análisis comparativo
Este análisis permite contar con información confiable para evaluar de manera precisa. No se debe abusar de esta herramienta ya que se puede caer en una copia de un producto, lo que eliminaría la creatividad, por lo que se recomienda realizarlo después de que se han documentado las VS.
Comprender y evaluar las fortalezas o debilidades, mejores prácticas de nuestro producto en comparación con otro es lo que ofrece el análisis comparativo. Consiste en medir los procesos, productos y/o servicios de una organización y compararlos con los que han sido experimentados.
Análisis comparativo es un proceso continuo que lleva a: ⎯ Una mejor comprensión de los procesos propios
⎯ Una comparación sistemática de los procesos y mejores prácticas dentro y fuera del entorno
⎯ Acciones de mejoras que permitan alcanzar y superar a la más alta competencia.
Existen diversos tipos de análisis comparativos que se aplican en una empresa, en este caso nos enfocaremos al análisis del producto.
Pasos para realizar análisis comparativos
1. Listar en la primera columna defectos de diseño que se desea comparar (PC). 2. Listar en la segunda columna los productos o VS que se desea evaluar. 3. Buscar información de la competencia de cómo dar solución a los PC:
⎯ Desarmar y estudiar productos clasificados; incluye la documentación del proceso de ensamble y elaboración de lista de partes.
⎯ Comparar por funcionalidad; comparación de las partes de los productos con base en las funciones que realizan.
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⎯ Establecer cuáles son los mejores productos de cada clase con base enfuncionalidad, identificación de los líderes.
⎯ Identificar tendencias de la industria; categorización del mercado, comparación de la tecnología
4. Listar en una tercera columna la información encontrada sea diagramas o fotos de cómo la competencia da solución a los PC (ver fig. 2)
Análisis comparativo mediante patentes
El objetivo del análisis de patentes es obtener y evaluar la información para diversas aplicaciones de la estrategia tecnológica enfocada al funcionamiento de sistemas.
También es parte de la información que debe tener el grupo de trabajo antes de evaluar las VS
Enfocaremos la búsqueda de patentes para informaciones de funcionalidad, componentes y mecanismos a nivel internacional para ver que se ha desarrollado y con qué elementos se puede reestructurar y optimizar nuestro diseño del producto y mejorar las ideas de esas patentes o en su caso desechar una idea que ya existe, existen otras aplicaciones y beneficios experimentados por COTEC [10], algunas de las cuales son mostradas en la figura 3.
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Figura 3. Aplicaciones empresariales de los análisis de datos sobre patentes en la gestión de la tecnología y prestaciones para los usuarios
Existen patentes gratuitas en la web por lo cual este método resulta ahora accesible y de bajo costo. Para mayor información de oficinas de patentes se recomienda ver la lista en: http://www.patentlawlinks.com/patoff.htm
El incremento de este tipo de análisis ha llevado a empresas como son Patent Insight Pro, PIUG, Wisdomain, Spore, Matheo, etcétera a desarrollar software con una extensa base de datos y gráficos con diversos análisis y tendencias.
Las patentes encontradas fueron analizadas de manera similar a la figura 2, en ésta, la primera columna muestra el punto crítico, las soluciones propuestas por el grupo de trabajo y posteriormente se agrega la patente que da respuesta al punto crítico.
3. Análisis económico – financiero
Para completar la información es necesario contar con la información económica, también puede funcionar como factor decisivo para la toma de decisión final de un componente o sistema.
Junto con el departamento de finanzas o contabilidad y su equipo de apoyo técnico se debe confirmar que los ahorros/beneficios sean validos y alcanzables.
Para contar con una visión más amplia esta metodología está enfocada a clientes internos y externos. Se recomienda que se tomen en cuenta ambos ya que será prioridad en el momento de la venta del producto, pues los gastos del cliente serán conocidos y el diseño estará enfocado al ahorro de los gastos del cliente (Ver figura 4)
Análisis de costo versus cantidad
Este método sirve para comprobar estructuras de costos en diseños nuevos y existentes como base para la toma de decisiones.
Se realiza usando una base de datos (lista de materiales) con que se elaboró cada componente así como los gastos y costo de su fabricación [8].
La clasificación se realiza mediante grupos o subensambles según sea la característica a analizar: costos, cantidad, gastos, etcétera (ver figura 5). La división queda a voluntad del analista donde la característica puede ser estimada, real, totales, relativos, etcétera.
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Figura 4. Gasto total del producto: gasto del fabricante + Gasto del cliente
El análisis se realiza mediante los siguientes pasos:
1. Fijar el costo a investigar, ejemplo costo de producción de las piezas sin montaje y prueba, costos de material, etc.
2. Colectar los datos, se puede usar la lista de materiales, partes, etc. 3. Ordenar los grupos y repartirlos según la forma de costos descendentes.
4. Realizar una tabla con costo de las piezas descendente, numero de piezas, porcentaje de piezas, cantidad acumulada, porcentaje acumulado
5. Realizar grafica mediante costos de componentes y número de piezas como la mostrada en la figura 6. [2]
Figura 5. Clasificación de componentes mediante el costo total
COMPONENTE MATERIAL / PARTE $/MAT PRIMA FABRIC-HR TOTAL
INSERTOS m REDONDO DE TEFLON VIRGEN DE 4 1/4"Ø 26040 6912 32952 DISCO DE LLENADO PLACA SA-240-304 DE 5/8" X 4' X4' 8000 5760 13760 RONDANA TAPA PLACA SA-240-304 DE 1/2" X 4' X4' 6380 3456 9836 TAPAS LATERALES, BASE SUPERIOR LAMINA SA-240-304 CAL 10 DE 5' X 10' 4580 1920 6500 ENGRANE CIL RECTO 279 DTES PLACA SA-36 DE 1 1/4" X 3' X 3' / MAQUILA 2638 3500 6138 ADAPTADOR Y BUJE QD-SF, PORTA ESTRELLm REDONDO SA-479-304 DE 5"Ø 955 4608 5563 ESTRUCTURA m P.T.R. T-304 DE 2" X 2" CAL 11 3698 1536 5234 SECTORES P/ESTRELLA PLACA DE POLYGAR 100 DE 1/2" X 3' X 3' 1601 3456 5057 RONDANA P/ESTRELLA PLACA SA-240-304 DE 5/16" X 3' X3' 2250 2560 4810 DISCO DE TRANSFERENCIA DISCO EN PLACA SA-240-304 DE 5/16" X 24 1/4"Ø 1085 3456 4541 PORTABUJE CONICO DISCO EN PLACA SA-240-304 DE 5/8" X 24½"Ø 2215 2304 4519 BASE INFERIOR, PUENTE, LAMINA SA-240-304 CAL 10 DE 4' X 8' 3246 1152 4398 REDUCTOR BONFIGLIOLI 1/4HP, MOD. MVF49 4106 4106 ADAPTADOR Y BUJE QD-SF REDONDO C.R.S. DE 5"Ø 785 3200 3985 REDUC. FRAN 250V 40:1 EJE DE SALIDA ABAJO 3857 3857 CHAROLA P/ACEITE LAMINA SA-240-304 CAL 14 DE 4' X 5' 871 2304 3175 EJE VERT Y HOR.P/HELICOIDAL, m REDONDO SA-479-304 DE 1"Ø 1392 2028 3420 VARIADOR DE FREC. DANFOS P/MOTOR DE 1,5HP 3680 3680 MOTOR BALDOR 1,5 HP -3F-4P WDM-3554T 3312 3312 HELICOIDAL REDONDO NYLAMID NEGRO DE 3"Ø 585 2688 3273 EJE PRINCIPAL REDONDO SA-479-304 DE 2"Ø 604 2304 2908 VALVULA FESTO H5-1/4B 1739 1739 EBRAS CARRETE/CEPILLO m BANDA URETANO NARANJA DE 1/4"Ø 948 640 1588 TRAMPA P/VAPOR SPIRAX TD52-3/8"Ø N 1537 1537 FOTOCELDA OMRON E3JU-R5M4T 1478 1478 PARETO 80/20 ENGRANE CONICO P8-24 DTS MARTIN HM824A 1420 1420 VALV. SOLEN. P/VAPOR 80 PSI 127 V-NC 3/8"Ø 1419 1419 PUERTAS LATERALES LAMINA SA-240-304 CAL 18 DE 3' X 5' 3PVC 611 611 1222 CHUM. FAM E DODGE T. BRIDA 4T -1 3/4"Ø 1216 1216 DESVIADOR, CANAL DE REFUERZO LAMINA SA-240-304 CAL 12 DE 3' X 4' 576 576 1152 CATARINA T-304 TIPO "B" RC-40-15 DTS 1028 1028 SOPORTE TOLVA Y RONDANA m SOLERA SA-240-304 DE 1/2" X 2 1/2" 505 505 1010 PERILLA JERGENS 34186 (PAG. 9,31) 998 998 MAMELON P/DISCO DE LLENADO m REDONDO SA-479-304 DE 3 1/2"Ø 483 483 966 CATARINA T-304 TIPO "B" RC-50-27 DTS 950 950
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Figura 6. Curva de Análisis de costos versus Cantidad
4. Análisis de riesgos y fallas (ARF) de las VS
También forma parte de la información que se debe tener para darle un valor a las VS, puede funcionar como factor decisivo para la toma de decisión final de un componente o sistema. El objetivo es identificar, comparar riesgos en el diseño del producto y prevenir las fallas.
Actualmente existen herramientas para detectar riesgos y fallas (FMEA) que son populares en empresas automotrices americanas, y cada vez son más usados por empresas de todo el mundo. Esta nueva metodología usa como indicadores e información el riesgo y fallo para evaluar las VS propuestas por el grupo de trabajo.
¿Qué es ARF? El Análisis de Riesgos y Fallas, es un proceso sistemático para la identificación de las fallas potenciales del diseño de un producto o de un proceso antes de que éstas ocurran, con el propósito de eliminarlas o de minimizar el riesgo asociado a las mismas.
Requerimientos del ARF. Para hacer un ARF en esta metodología se propone lo siguiente:
⎯ Un equipo de personas con el compromiso de mejorar la capacidad de diseño para satisfacer las necesidades del cliente.
⎯ Haber realizado los análisis comparativos y de preferencia el análisis económico.
⎯ Diagramas esquemáticos y de bloque de cada nivel del sistema, desde componentes, subensamble hasta el sistema completo.
⎯ Especificaciones de los componentes, lista de piezas y datos del diseño. ⎯ Especificaciones funcionales de módulos, subensambles, etc.
⎯ Requerimientos de manufactura y detalles de los procesos que se van a utilizar.
⎯ La matriz de análisis plantea dar valores de severidad, ocurrencia y detección de la falla, como se muestra en la figura 7, dando como resultado un valor de riesgo y mediante acciones a tomar debe reducirse, el valor final dará pautas para la selección de la mejor VS para el diseño.
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⎯ Ayuda en la selección de alternativas durante el diseño
⎯ Fallas potenciales y sus efectos a considerarse durante el diseño
⎯ Proporciona información para ayudar en la planeación de programas de pruebas
⎯ Conocer e identificar las fallas potenciales y como se desarrollan ⎯ Aplicaciones de acciones que reduzcan el riesgo
⎯ Proporciona un punto de vista nuevo en la comprensión de las funciones de un sistema
Conclusiones
Este primer paso es la aplicación de nuevos métodos basados en la problemática que presenta las PYMES en México tomando como referencia un producto (dosificadora) de una empresa del ramo alimenticio.
Los resultados fueron positivos con el rediseño de un producto innovador y económico en relación con otros productos, este producto cumplió con las necesidades de los clientes de la industria alimenticia, logro la tecnología, flexibilidad y eficiencia requerida. Para la empresa es uno de los productos más vendido y también se han adaptado varios modelos a este rediseño actual.
NOMENCLATURA
ARF Análisis de Riesgo y Fallas
BAT Best Available Technology
CIP Clasificación Internacional de Patentes
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DNP Desarrollo de Nuevo Producto
FMEA Failure Mode Effect Analysis
GT Gestión de la Tecnología
GTI Gestión de la Tecnología y la Innovación
I+D Investigación y Desarrollo
PC Puntos Críticos
PDM Proceso de Desarrollo de Producto
QFD Quality Function Deployment
VDI Verein Deutscher Ingenieure
VS Variables de Solución
RECONOCIMIENTOS
Agradecemos el apoyo y confianza otorgado por los directivos de Maquinaria Jersa para la aplicación de estos métodos, a la facultad de postgrado de ingeniería mecánica de la UNAM, así como Global Vantage para la aplicación en el diseño de herramientas para la industria Aeroespacial
Bibliografía
1. Antonio Peña, revista Ciencia (Vol 48 Num. 2 Pag. 8-15 1997) de la Academia Mexicana de Ciencias
2. COTEC, Pautas Metodológicas en gestión de la tecnología y de la innovación para
empresas, Modulo II “herramientas de gestión de tecnología, Madrid 2002
3. Elmar World Headquarters, Global Filler technology, Buffalo, 2003.
4. Evbuomwan, A survey of design philosophies, models, methods and system, University of London 1996
5. French M.J. Conceptual Design for Engineering, The design Council, Springer-Verlang, London 1995, 2da Ed.
6. Imre Horvath, A treatise on order in engineering design research, London 2004 7. Jack Welch, SIX SIGMA Implementation in General Electric, Ohio 2003
8. Julio Gama, Por una cultura innovadora, América Económica
9. Peter Dietz. Kosteninformationen. Institu fur Maschinenwesen, Clausthal 1998
10. Richtlinie VDI 2234, Wirtschaftliche Grundlagen fur den Konstrukteur, Dusseldorf 1982 11. S. Finger, J Dixon, A review of Research Mechanical Engineering Design, Part I and II,
