0.Métodos de Diseño en Ing. Mecánica - I

PONTIFICIA UHIVERSIDAD CATÓL|CA DEL FERÚ

DEPARTAMEHTO DE INGE}IIERíA §ECC|ÓN NGEI{IERÍA IIilECANrcA

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mÉronos¡'i#:ni*ño:eru

THGENTER'IA nrEcÁNlcA

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I,}$ITRODUCCION

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BENJAMIN BARRIGA GAMARRA

INTRODUCCÉN

Eldiseño

ha sido una tarea que se ha venido desarrollando, hasta antes de consolidar una metodología,

solo

en base a la propia experiencia deldiseñador. La nece§dad de desarrollar rápidanrente nuevos productos

ha

hecho gue se estudie e investigue esta actividad dando como resultado diversas metodologías. Hoy en día eldiseño es una técnica que se puede enseñar y _aprender.

En los países industrializados, actualmente, el proyectary diseñar en forma sistemática es una técnica normal, caside rutina,

La competencia obligó a las empresas de estos países a raeionalizar y automalizar la

producción (fiabricación y administración). Luego, elcuello de botella estuvo en la innovación de productos, hacléndose necesario la sistematización del desanollo de éstos. Es así como, principalnrente en los años se*enta del siglo pasado, se hacen esfueeos por crear métodos para desanollar produc{os industriales, con el propósito de acortar el tiempo de innovación.

Con los

numerosos nxátodos

Se

trata hoy de

formar

diseñadores (innovadores)

capaces

de

resolver

problemas

_de

lngeniería generando soluciones,

en

forma metódica, en un tiempo

rqy

corto, dejando de lado de alguna manera la casualidad o la intuición y potenciando así la experiencia.

Estos

métodos

de

diseño

se

pueden

aplicar

en

nuestro país,

es

más,

por

la

diversificacrén

de :flu€sffis

necesidades

se

hace necesario dominar

las

reglas de diseño pgra

tlaerles

fiente.

Las,

mlucion$

que se

obtengan

en la

aplicación

de

estas

reglas conducirán a

soluciones propias, influenciadas por los medios y formas de producción, conotituyendo esto, un primer paso a la creación de una tecnologÍa (know-how) de las empresas. En conclusión: Se diseña para satistacer una necesidad,

Se diseña para innovar, mejorar y crear nuevos productos

EL

PROCESO DE

REALIZAGóN

DE PRODUCTOS

El

proceso

de

realización

de

productos

es

el

medio por

el

cual

la

necesidad

de

un

cliente

es

transformada

en un

producto. Esto implica que

es

necesario realizar una cantidad

de

complejas activirlades intemetacionadas

tanto

del tipo

cogrfrivo corTto

físico, que involucran toda una

emprsa.

Estas actMdades permiten

oear

piUd¡c{os nuevos

o

modificados,

ser

fiabricados, tlevados

al

nercado,

jf$ladge,

rcparados, mantenidos

y

finalmente eliminados. El proceso requiere actiüidadQ¡ físicas como de toma de decisiones (cognitivas) tales como ventas, marketiÉi&9jseño,fudustrial, diseño

de

ingeniería,

diseño

de

producción, fiabricación,,,dÉBt{iluciórt, serviclo,

retiro

del mercado.

ProürbMü

Retiro $ervicio Diseño de

Producción Distribución

Diseño de lngenierla Diseño

lndustrial Ventas/

ñlarketing

!ftmdddff#

Fabricación

Por otro

!ado,

la

manera

más

común

de

graficar

la

vida

de un

producto está relacionada

con

los ingresos que provee

a la

empresa

y

la

forma probable que se

produzca este ciclo es Ia que se muestra en la figura 1.2.

cRECtiltENfA

YMADUREZ DE(l-NAaIÓN

Jtr

INTRoD¿ICGIÓN

Fig. 1.2: Ciclo Económico de la Mda:de un Producto (lnterpretación de Pahl-Beitz)2

Durante

las

primeras etapas

de

Ia

vida

del

producto _{{planeamiento,} desanollo y preparación) la empresa suele asignar una buena parte de su presupuesto,

elcual

es considerado

como

inversión

a

largo

tiempo,

y

se

recuperará

con las

ventas del producto

_a

realizar. Después

de

esta etapa

el

producto

es

introducido

al

mercado presentándose $n crecimiento lento de ventas. Durante esta etapa las ganancias son ¡ulas

o

negativas ya que todavía no se puede vender mucho volumen y los gastos de introduccién (publicidad, distribución,

etc.) son altos.

Luego

llega

la

etapa

de crecimiento

que es

cuando

el

producto obtiene aceptación

del

mercado,

Io

cual conlleva posteriormente

a

la

etapa

de

madurez.

En esta etapa

las

ventas

y

los márgenes

de

utilidades

se

incrementan. Finalmente está

la

declinación que sucede cuando

el

mercado

está

saturado,

esto

puede deberse

a

que

la

demanda baja o porque la oferta de competencia ha aumentado (aumento del número de competidores)

o

porque

_es

reemplazado

por otro

producto

con

mejores precios

y/o

mejores características.

Según Kótler

y

Kelbf

este ciclo

puede presentarse

de

algunas formas difurentes debido

a

las caractérísticas del producto

o de

lo que la empresa pueda

hacer

para modificar

el

eiclo de vida del

producto.

En

el

gráfico 1.3.a muestra

el

ciclo de vida

común

de

los

aparatos

electrodomésticos

de

cocina.

Las

ventas

crecen significativamente luego de su lanzamiento, pero después de ello las ventas G¡en y se mantienen estables debido

a

los compradores tardíos

o

por reposición. En este punto

un

diseñador

de

producto

podría

mejorar

las

utilidades

de

la

empresa creando procesos para reducir costos de producción, rediseñando los componentes: por algunos más económicos (tipo de material, tamaño, proceso de fabricación, etc.). En el modelo

de

cicl+reciclo

se

representa

los

productos que tienen ciclos

de

relanzamiento al mercado a manerá de recordatorio. En este tipo de productos lgs ingenieros de diseño tendrían como tarea cambiar o aumentar alguna caracteristica que faeilite realizar este relanzamiento como cambio

o

npdificación

de

presentación

o

empaque. Finalmente está el modelo escalonado de la figura 1.3.c donde se muestra un producto que puede ir aumentado sus vent¡as escalonadamente debido a nüevos usos que se puedan crear

o

adaptar

al

producto

o

incluso introducirlo

a

un

nuevo mercado. Por ejemplo,

si

el producto es un material, los ingenieros de diseño se encargarán de adaptarlo a nuevos usos.

Siel

producto es una máquina o aparato, el ingeniero de diseño podría adaptarlo para nuevos usos o para otros nercados (otro país, segmento de mercado, etc.).

Fig. 1.3; Modelos de Ciclo de vida de productos (Kótlery Koller)

A) MODELO CRECTM|EHYO, DECLINA0IÓN Y MADUREZ

NEMPO

B) MODELO C|CLO-RECTCLO

P§EffO

Bajo este concepto se entiende que se treta de una actividad creadorá, en la cual ss

piensa

y

_dmanolla

completanente

un

prcducto.

La

docurrrentackln

técnica

del prcducto consta de:

.

D¡il,¡i»depieza§

.

Dibujoc de ercambEs

(grupo§)

:::

r

Circuitos

neumffim,

hidráulims, elécüicos, electronicoE y de

control

.

r

Otras mndlciones

epeciales

Con etta docunrentación oorrpleta se está en la facdtad de.*abrir:ar el producto.

tAs

FA§ES

pqLPFqcE§q.HF gt§!:-§g

Aldiseñar máquinas se puede

olrylvaque

e$a ectividad

tbne

las

s§uiente

fases:

1.

Gompenaión

de

h

§ol¡tttrd:

La _{brin¡era etapa} es cornprender

el

problema definiendo las

car#teríSims

#l

_F¡ducto

a

diseñar, restrieciones

y

recurso§ disponibles

(tscnobgfa,..try

de obra, thmpos, @§to§,

plaos,

etc.).

'l '': rj'

2.

Conce$o

&-§olrffin:

Esta etapa

nos

pormite obtener

los concegos

de ingarierle,,que se empleará en ta solución y el diseño cualitatiro del producto,

e

deir.sonffi

con un bosqu$o de la solución mmpleta, la furma en que van a

,..,,, ,,.

@}x

Ia§' juntas y los posiblm rnaterials a emplear.

3. ''Efaboración

del

Proy'ecto: Al finalizar

eta

etapa ya se habrán hechos todos los cáhulos de las piezas, se contará con un plano de ensamble y un

üst*lo

de todas lae pñezae.

4.

Elabqación

(lngeniedal

de

Detalls:

Es

la

etam

final donde

se

obtendÉn todos

lm

phnos

para

_la

fabricación

y

montrie

de la

_ffiuina

arl

como se contará oon

tdoe

los cábulos documentadw, e$ decir

s

harla la ilgenierla de deeüedel prryecto.

4no§.pF plsFffp

Los nÉtodos de diseño han sldo pensados como instrunrento de racionalizacién, y para ver que $e trata al raeionaliear, es necesario rnoetíar los tipos de diseño asf

conp

suo

fases dedecanollo.

Cada

tip

de diseño consuñE diferente canüdad de tiempo o dedlcación. Por elemplo, Ios nuevm disefioe nece*itarán una mayor dedhacióñ qué los diseños de adaptación. En la Tabla No 1.1 se presentan en fonna esquemáti€ los tipos de diseño y sus feseg

de

desarrollo.

Aquf

se

puede apreciar

segrln

el

tipo de

diseño,

la

actividd

del diseñadordenfo del proceso de diseño en cuanto alr¡olunnn

de,ffiajo.

'

Los grados

¡le

diñcultad también varían

ente

los

diferen&

üpos

de

dieeño

y

su§

proceso§. Los nuevos diEeños presentan más incógnltg*.por resdver y por

b

tanto una mayor dificultad. En la Tabla No 1.2 se muestra, a pat¡r de los parámetros del diseño el

grado de dificu[tad que debe encárar el diseñador,peiá,efestuar los diversm üpos de

t:

.

diseño....

Entonces

los

métsdos

de

diseño

trdan

de,rácionalizar principalmente

las

fases de diseño en cuanto a la concepcirln y

h

d&rgión

del proyedo- Esto se haee no tanto por el volunen _{de trabaio a ry?lizar,}

§nopra

fiacilitar la actividad creadora.

Con la ayuda de

corp@oras'en

diseño (CAD) se

ffia

de descargar al diseñador de las actividades rutlnarim, tryrta'de sáhuln

cüffr

de

optimización;

y mn

la

ayuda de catálogos

se

pter&

@§Ar

un

volumen

ordendo de

infonrmión

(altemativas y

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prtadores,&

fulwiones), de tal mariera que el diseñador

puda

dmplegar su ac'tividad

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Los íÉtodoe

de

diseño

se han

hecho principalrente

pra

ordenar

la

actividad creadora del

diseñdor

y procurar

mlerar

dE

ad¡vidd

hasta límites deseados. Los ñxltodos qrrc

se

han ehbo¡ado

y

probulo

*on

mucfios,

y

aunque todos tbnen puntos comune$ sa

pu*n

apreciar sus

varidones

en su aplicación, ásl conro, en las intencions de sus autores.

Sin embargo se trata de unifonnizar (normaliear) los nÉtodos dediseño,,no sélo en cuanto

a

su lenguaie y deñnlcione§, sino

hmbién

en su estructura Noe referinne al pnmer intento

_{Sasrrrdo ya en la}

remrnendación VDF 2É?1, con

el

tÍtulo "Méfodos para el desarrdlo

y

dieéño de sr§emas téenicos

y

prodücfio§", ver fgurá 1.4.

El npdelo que desanollarcmos

a

b

largo del c¡¡raorm un'nÉtodo generalizado, que

crffimos

que

se

puede aplicar con mucha fmilidad

en

nuestro medio. Este nÉtodo tiene ta faoilidad de ser aprendido por el diseñador,cgn'o sin experiencia; y su

grdo

de abstracción y _{concretización no se enrrarcan dentro de él (rrátodó), sino que son}

tas meilas del diseñador que regu&arin q¡as caacterísücas.

El método generaliza& oflñmba ef!

@

una de sus fases, lo cual se presentra corno una ventaja ya gue por una

pte

obliga al diseñador a buscar criterúos de evaluación que lo conduzcan

a

h

optimiz**in.

De oüo lado el diseñador recibe

y

eetá obligado también a

entfqalhs

"rne!6es" sducbnes aurrentando así su rendimbnto.

La calidad d€l

t€sutta&

deldiseño

e

la consecuencia en todo caso del conocimiento y la experienCit

tlttsva

adquiriendo el diseñador con su ac*ividad.

.t:

En lá,ac*rdidad

existen varios r¡Étodos para

_el

diseño pero todos incluyen cuaho partes

ffisicas, que

pudiéndose encontrarse

nÉs

disgregadas

y

agrupadas según diferentes

criteri'*.

Estae actividadea

bfuicm

del diseilador son las siguientes:

üomprensién d6 la §ol¡eitud Concepeión de la Sslución Elaboración

dd

Prryecto

Elaboración (lngenlerla) de De{alles

Cualquiere que $ea

el

método gue se elabore

pra

diseñar, §e verán estas

fase

de alguna rrnnera, aunque a§unos autores las definan o las enriqugcan con

dro

tipo de enfoque.

PROCESO

GENERALIZADO

DE

FA§ES

t

FASE I

Il

I

FA§E II

Y

rl

FA§E III

I

'l

FA§E IV

I

DESARROLLO

y

DlsEñO VDI

2221

0$.tesr({{.ress}

Fig.

t.4;

Prooeso Genenalizado de Deaar¡olb y Diseño

W

2221

En al figuraI.4 se puede apreciar las fasos del diseño: Fasa I de lnfonnación, FasG

ll

meación, Fase

lll

desanollo y la Free IV de la elahración de la ingenierÍa de detalle.

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Doft¡r¡Émrhe tncbne* y

Bu cstn¡ca¡ra

B{rgedrdeleco.rc#edE

sÉ&¡dorgy Errs

M¡i*

Ehb¡ar lr doqaneniac¡ün

dcfefficiüryuso

FASES

DEL

U§EfrO

F§.

l.6r

Mébdo de Dltreflo y ous Fasee

En la Figura 1.5 se prus€nta

d

rnéüodo de dbcÉlo donde se

_nnde

iMfm

sus prirr*palee

fas*:

Conerensiür de

h

solhitrd, Conoepb de solr¡ción,

ElaMn

del proyecfo y

h

EhMtrt

(lrEanbrla) dé

bs

deil6.

En el lado izguledo ea puede

apreciarh

adñ,idadesy be doanmenbo

_$E

se dsben

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csda faso. En

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vistas s§uientes se detalla el proceso de desanollo de las actividades de cada Fase

Fig.

t.6:

Proceso de Diseño

@

f

t. copRes¡óH o€ rá sc¡-grruD Aclrrarel Pro&m

1. A$rm¡r el

F#ra

en forma crffEa

2. Arrerbr¡ar d

Mo

de h Tecr¡o¡ogia 3. A¡p$zab$l,arÉiB dd Problen¡a

4. Cortfo&arbs

psbffi€sde

rediued&t

§. Cs$#etarhs aqFnc¡s' orde{tarby {r§*tf@las: cohcarpiofiddes

8.

l&

6r$pl#rr¡enE h

ffi

de Erig€{¡da§

7. Pr€paff, phaetr y orgariar el desan§*o del pfEDlgna

2. COilCEPCÉH Dr

lj

§OLUCTéi{

Ebboracióo dsl Goficeɧ: Est¡e&¡ra & Fa¡cbrm

1-

Affiu

CaF l¿egre (Elact- Box) 2. Deerm¡flar l€e pfix*pios fecIlotágco6.

Bebnninar h ses¡errcia (E

W#m (gw)

3. lr*r bs pmceeoe técl*n¡sr PT >> PT épttnn

¡1. De*ermirpr 6

ffin

rh ha *l§nas técnimr y sns $mitackr¡es

5. D&rmirar h An.@*ún cb h* furrcbce

6. Derterminary

lerwnk

h

esfidur* & hs ñrrrcbn€s

7. Determi¡ar l* esfrrcñna

e

ú$xrorr€s 6ptirla

(ltdeiorar, Evaluar, Dec¡tli, Vedfcaü

3. COXCEPTO Dr SOLI $ér{

EhhracÉn det C¿§teS: De&rminár el Coí€oplo

1. kminarlas sHendos de ¡ngress y saHas adic*onabs

y$r mododeeclk.

?. Ddsfm¡nar ¡as dases de bs porh&res de la fufii&r

{rnatz rmrhÉg*ca}

3. Co{nbinar

h

pqaeree de funt*nes Pt$ar sus relacisres

4. Oáerninar k d.spc¡idón bá*n.Goncepto d€ §olu&t

5. Dder¡nülarel mftcepb órytirBo

(Meirar, Evaluar, Dedttir, Verificar)

Y

4. E¡*ABORACIéIT DEL PÉOYECTO

D*rmlmr el prgyécto pmffinar

l. Delerminar bs puntos de orientadfrt _Fara dabrar la

furrm

?. Disporer, asumir, ekbeaciitn

e

h fon¡ra ayo*rada,

drrcndonadoen pa¡E

3, D§emÉ*arel lipa

e

r¡eterü{, p¡oceoe

&

,abriffir, Brancas y ca§ded chl

Mo

sresr*Íal

encada unode h§mos

4. F¡amirpr

h

z*ras de k corftrrarjer déd 5, RqreeenEr el

_ñoyffi

pr*nk¡s §. Deúerminar d prqE6 prden¡rE

{drF

(lft¡sar, Ev*¡ar, &&rir, Vsi§ear)

Hubkac Doterminó denho del proceso de diseflo,

su

eñuctum

y lao eubdivfrfe en elerrcntoq y las jerarguiza en dibrentea nivelee. Esúos

niwba

que ident'ñca

sor:

Fasee del diseño, Opermktnes del d¡seth, Operacionee básica§, Ac{fuiddes Msicas

y operaciones elementale cúrno se

rnüdran

en el

gráfio

1.7.

2. OPERACIOTIE§ DEL

USEIIO

LI _Pffiroño6 E8ccffi I I l--_{I I I'"}

*r^ffis I I lr¡

_Ermlll

,"*

_I

I

l¿?

Frrá8

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l*[ry*l

::..a,.

22 _ñ.IrlClOGSFT¡AR Ll

Ewl

wo:lqoc

I 25 n,nornacunss

I

lzs FA8ñICAC|OU 2.ro l?( FIJAR

T¡NA¡.GIA§

\-3. OPERACTOT{Es BASTCAS

{.

ACTMDAT}E8

EI.ETEilTfl#S

ELETEilTALES

F§.

1.7: ldentifrcack¡nes en el prcceso de Diseño y sus ac{ividdeo según Hupka

1.1 _@ll\,tmclR

En§ cbiaE§ a"t rigTAR at APNÉGR 1§ EIECUTANPRI¡E8A§

12 u§Gn

COTGENETENB a5

#fuaR

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IffiAñ*O€8E§IVAR T.EER

ESCTTC¡I i

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16 HAB"ÁN ESCmn

sStLEnR on.¡An DMll§DtüR

a¡80ñARuSfA

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CO'PARAR

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A¡IJZ R+§$ffEf?AR

AXA|OdA

§n¡ arfrnF

Toda la informmión necesaria paxa el dlsefto ffuye a úarres del diseñador y mte se ve influenciado por su entomo. Es

deir,

el diseño y el

diseñdor

no son ajerrcs al npdio donde se desenwelve. En la

Fb.

1.8 podemos ver la influencia de la sociedad y el conocimierfo sobre el

diseñdory

tu

diseño.

F[.

1.8: lnfluencia y

Redr*riones

para el Dqamollo del Diseño

Cuando se inicia el diséño, ver la pafie inferior de la Fig. 1.9, uno e¡cuent¡a con todo en blanoo y Fara bgnar

hs

proplt¡dade de un

sistern

rnecánim (§M) hay que deñnir

progresfua y ordmadamente las

tr¡c*¡rm

que

deh

tenerel sisterna, su

etn¡ctura,

la wnfiguraclón y

k

ndklat

de las plezas, krs rnateriales,

h

rnÉtodos de fabricación las tolerancias y acabadoe superficlale. Sálo a&l se lograr glerrcrar la sdución a un

problema de

di*ño.

EJ§

DE TIEMPO

.,i.i

ROYECTO

DEL S.M.

COHCEPCIÓN

7

DEL §.M.

,

ESTRUCTURA DE FUNCIONES

!-

-rtdsü.

| '.

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lNlCtO l tr,/

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J/

confpürsciórt

Fig, {.S: Genelrción de la solución (Hubka} 7

e

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4.

Remmendación

VDI

2?21

Methodik

zum

Ent¡vickeln

und

Konstruieren tecfiniecüor Systerne und Produkte (,t étodos pard

ol

desaralla

y

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Recomendacion

VDI

2?22 hoja

I

Konstruktionemethodil«;

'ko¡fujeren

technicher Prcdukte (Métodos de Diseño; Concepcbn de peductos,:lécnioos)

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