- Simplificación de
diseño - Las etapas de un proyecto de
diseño y su importancia - Los errores más
comunes - El diseño y la
calidad - Prácticas fundamentales de
diseño - Lineamientos de diseño
para mejorar la calidad - El efecto
palanca - Ingeniería de
Métodos versus Ingeniería de
Producto - Ingeniería
Concurrente - Conclusiones
- Bibliografía
El diseño de nuevos productos es crucial para la
supervivencia de la mayoría de las empresas. Aunque
existan algunas firmas que experimentan muy pocos cambios en sus
productos, la mayoría de las compañías deben
revisarlos en manera continua. En las industrias que
cambian con rapidez, la introducción de nuevos productos es una
forma de vida y se han desarrollado enfoques muy sofisticados
para presentar nuevos productos.
Los costos de
manufactura,
como así también los correspondientes a
garantías y reparaciones se ven afectados en gran medida
por el diseño del producto.
Así pues, se encontró que en General Electric el
75% de sus costos de manufactura los determinaba el
diseño, detectándose en otras empresas proporciones
similares. Por ejemplo en Rolls Royce el diseño determina
el 80% de los costos finales de producción y en General Motors el
diseño incide en el 70% de sus costos de
producción para las transmisiones de
camiones.
Ahora bien, ¿qué implicancia tiene lo
antes expuesto? Dichas estadísticas muestran con total claridad
que es factible importantes reducciones en los costos de
manufactura si se presta una mayor atención al diseño. Las decisiones
tomadas durante el diseño constituyen la influencia
dominante sobre los costes del producto, la habilidad de cumplir
con las especificaciones y el tiempo
requerido para llevar un nuevo producto al mercado. Una vez
tomadas estas decisiones, el coste de los cambios en el
diseño puede ser enorme.
Importantes mejoras se registran en materia de
costes y calidad, como
resultado de la simplificación del diseño, pues la
misma hace más sencillas las labores de manufactura y
ensamble. Al reducirse el número de partes, se reduce los
costes de materiales,
disminuyendo al mismo tiempo las existencias, el número de
proveedores, y
acortando el tiempo de producción. Otro efecto directo es
la reducción en los costes de gestión
de compras,
proveedores y almacenes.
Diversas investigaciones y
estudios realizados muestran que el tiempo y el coste de ensamble
son proporcionales al número de partes que se
arman.
IBM obtuvo muchos e importantes beneficios
diseñando una nueva impresa de matriz de
puntos denominada Proprinter. Hasta ese momento IBM estaba
aprovisionándose de impresoras
fabricadas por Seiko Epson Corporation, considerada como un
proveedor mundial de bajo costo.
¿Qué hizo IBM? Diseño una impresora con
65% menos de partes. Las mismas fueron diseñadas de manera
tal que las partes y subensambles pudieran armarse a presión
sin emplear tornillos. Ello generó una reducción en
el tiempo de armado del orden del 90%, y una notable
disminución en materia de costes.
El diseño se debe coordinar con la manufactura
para producir artículos de calidad consistente, con
desperdicio mínimo. Por ejemplo, es normal que una empresa
remplace las partes que se dañan durante la prueba de un
producto, con equivalentes más complicadas. Esta acción
sólo aumenta los costos de manufactura. La opción
es rediseñar el producto con base en las partes menos
costosas. Así un fabricante de relojes del Japón
encontró que con un capacitor barato se compensaban las
variaciones en los cristales menos costosos, y se seguía
teniendo gran exactitud.
Muchos son los aspectos que en materia de diseño
del producto pueden afectar negativamente la facilidad de
fabricación,. además de la correspondiente calidad.
Desentenderse de las consecuencias que generan las decisiones en
materia de diseño es algo bastante común en las
empresas tradicionales, considerándose por tales a
aquellas apegadas a paradigmas ya
no consecuentes con las nuevas realidades en materia
científica, tecnológica, social y
económica.
En éstas organizaciones
hay una falta de sensatez a la hora de diseñar los
productos, lo cual trae aparejado como consecuencia una serie de
problemas al
área de producción. Se dan a los componentes unas
tolerancias sin referencia alguna a la capacidad de los procesos de
que se dispone. Siendo demasiados los componentes destinados a un
solo montaje, y estos carecen de un diseño acorde para
aprovechar las fuerzas que genera el proceso; dando
lugar ello a fallas en los esfuerzos de mecanización,
montaje y distintos tipos de sujeción.
Simples detalles de diseño pueden alterar
superlativamente los niveles de inversión necesarios para su
fabricación. Los efectos del diseño sobre los
costes de producción son los que a continuación se
muestran, siendo los mismos los resultantes de diversos estudios
efectuados en empresas de Estados Unidos y
Europa.
Coste del | Porcentaje respectivo | Efecto | Porcentaje respectivo |
Diseño | 5% | Diseño | 70% |
Materiales | 50% | Materiales | 20% |
Mano de Obra | 15% | Mano de Obra | 5% |
Gastos Generales | 30% | Gastos Generales | 5% |
Un diseño de categoría mundial se consigue
mediante el desarrollo del
producto integrado, que combina las necesidades y la experiencia
de todos los implicados.
El costo del producto final es un asunto que debe
aceptar el departamento, o responsables del diseño, como
un factor tan importante como cualquier otro.
El desarrollo de nuevos productos tiene un gran impacto
en la función de
operaciones,
debido a que cualquier producto nuevo que se diseñe debe
producirlo operaciones. Pudiendo las operaciones existentes
llegar a limitar el desarrollo de nuevos productos.
Las decisiones sobre productos son un prerrequisito para
la producción. Debiendo dársele a operaciones las
especificaciones del producto antes de poder iniciar
la producción y antes de que operaciones pueda tomar
algunas decisiones importantes. Decisiones operativas tales como
el diseño del proceso, no deben esperar hasta que se
terminen las especificaciones del producto, pues las mismas deben
hacerse al mismo tiempo en que se diseña el
producto.
Sistemas tales como tecnología de
grupo,
análisis de valor,
análisis de causa – efecto, métodos de
Taguchi, ingeniería simultanea, diseño para
la producción, diseños para el ensamble y la
automatización, convergen todos en un solo
gran objetivo que
es el diseño para la simplicidad.
Dicho diseño simplificado del producto tiene dos
características que le son propias:
- La reducción en el número de partes
integrantes de un producto; y - el uso de partes estándares.
Cuando se alcanzan estas dos características se
logra:
- Reducir los costes de producción.
- Reducir los tiempos de entrega.
- Reducir los niveles de incertidumbre.
- Un mayor equilibrio
en las operaciones. - Reducir los inventarios.
- Reducción del espacio físico destinado
a inventarios de insumos y componentes. - Mejorar ostensiblemente los niveles de
calidad. - Aumentar la confiabilidad.
- Simplificar el mantenimiento.
- Aumentar la adaptabilidad.
- Automatizar las actividades y procesos.
- Simplificar el flujo de insumos y
componentes. - Un mejor seguimiento y control de
los materiales.
La técnica denominada "diseño para la
manufacturabilidad", está centrada en la
simplificación del diseño para hacerlo fabricable.
El énfasis está puesto en la reducción del
número total de partes, el número de partes
diferentes y el número total de operaciones de
manufactura.
Para ello se hace uso de un software destinado a
analizar un diseño e identificar las oportunidades para
simplificar el ensamble de productos. Este tipo de software
separa el ensamble paso a paso, hace preguntas respecto a las
partes y subensambles y proporciona en resumen del número
de partes, el tiempo de ensamble y el número
teórico mínimo de partes y subensambles. El uso del
software permite a los diseñadores aprender los principios de
manufactura sencilla en forma análoga a los
análisis de confiabilidad, mantenibilidad y seguridad.
En un ejemplo, el diseño propuesto de una nueva
caja registradora electrónica se analizó con un
software de diseño para manufacturabilidad (DPM). El
resultado fue que el número de partes se redujo en un 65%.
Una persona sin usar
tornillos o tuercas, puede ensamblar la registradora en
aproximadamente de un minuto y treinta segundos. Esta terminal
simplificada se puso en el mercado en sólo 24 meses. Esta
simplificación del diseño reduce los errores de
ensamble y otras fuentes de
problemas de calidad durante la manufactura.
Así, una simplificación en el
diseño del producto permite llegar a una empresa a ser mas
competitiva. La reducción del número de partes y su
estandarización son características fundamentales
para poder competir en los mercados
globalizados.
3. Las etapas de un
proyecto de
diseño y su importancia
Todo proyecto de diseño debe constar de cinco
etapas, siendo éstas las siguientes:
- Concepción. Consistente en preparar
el anteproyecto
de especificaciones. - Aceptación. En ella se demuestran que
las especificaciones son alcanzadas por medio de
cálculos matemáticos, bocetos, modelos
experimentales, maquetas o pruebas de
laboratorio. - Ejecución. Consistente en la
preparación de varios modelos a partir del trabajo de
la etapa anterior, construyéndose plantas
pilotos como continuación de los experimentos
de laboratorio. - Adecuación. Etapa en la cual el
proyecto adquiere una forma que permite integrarlo a la
organización y ajustarlo a las especificaciones
definitivas. - Preproducción. Cuando se producen las
cantidades suficientes para comprobar el diseño, las
herramientas y las
especificaciones.
En cuanto a la relación de cada etapa antes
enumerada con los costes, cabe consignar los siguientes aspectos
a ser tenidos muy especialmente en cuenta:
- El costo estimado del diseño debe ser una de
las cifras que se sometan a consideración en la etapa
de aceptación del diseño.
- En cuanto a la concepción, entre los
componentes mínimos y fundamentales a tener en
consideración se tienen: los requerimientos
técnicos o de rendimiento, incluyendo enunciados
explícitos sobre calidad y confiabilidad; el precio de
venta
pretendido o el precio de producción; la cantidad
probable que se necesitará, afectando la misma
sustancialmente al diseño, y en consecuencia, al costo
inicial; y el máximo coste aceptable de
diseño. - En cuanto a la etapa de adecuación,
deben plantearse en todo momento los siguientes
cuestionamientos: "Esta pieza no debe costar más
de…..¿Podrá fabricarse con esa cantidad? Si
no, ¿cómo podrá ser
rediseñada?"
Debe tenerse muy en cuenta la "ley de
rendimiento en disminución en el esfuerzo de
diseño", según la cual cuanto mayor sea el
tiempo que se dedique a un diseño, menor será el
incremento en el valor del diseño, a menos que se presente
un avance tecnológico significativo.
El trabajo de diseño es costoso: un ingeniero o
científico calificado no sólo tiene un salario
básico elevado, sino que atrae un personal auxiliar
considerable y a veces gran cantidad de equipo industrial. Con
frecuencia es posible evitar los fuertes costos fijos de un
equipo técnico permanente comprando el esfuerzo de
diseño.
Muchos son los aspectos del diseño del producto
que pueden afectar de manera adversa la facilidad en el proceso
de fabricación, y consecuentemente su nivel de calidad.
Algunas partes son diseñadas con características
difíciles de fabricar en forma repetitiva, o con
tolerancias que son innecesariamente estrechas. Algunas partes
pueden carecer de detalles para autoalinearse, o de
características que eviten la inserción en
posición equivocada.
En otros casos, las partes pueden ser tan
frágiles o susceptibles a la corrosión o a la
contaminación, que se puede dañar una parte de
ellas en el embarque o por el manejo interno. A veces, debido a
la falta de cuidado, un diseño tiene simplemente
más partes que las necesarias para llevar a cabo las
funciones
deseadas, y entonces habrá mayor probabilidad de
errores en su ensamble y posterior funcionamiento. Por lo tanto,
los problemas de mal diseño pueden surgir en la forma de
errores, bajos rendimientos, daños o fallas en el
funcionamiento durante la fabricación, ensamble, prueba,
transporte y
uso final.
El diseño de un producto afecta la calidad en dos
aspectos principales: en la planta del proveedor y en la propia
del fabricante. Una frecuente causa de inconvenientes con el
proveedor son las incompletas e inexactas especificaciones
relativas al artículo que estos deben
proporcionar.
Esto con frecuencia sucede con los componentes a medida,
y tiene lugar tanto a puntos débiles en el proceso de
diseño por parte de los ingenieros, o bien a falencias en
la gestión de compras y pedidos. Así pues, cuanto
mayor sea el número de partes distintas, y mayor sea la
cantidad de proveedores, más probabilidad existe de que un
proveedor recepcione una especificación incompleta e
inexacta. Estos inconvenientes pueden reducirse diseñando
productos con un menor número de partes, un elevado nivel
de estandarización y selección
de pocos proveedores confiables.
En los procesos de manufactura y ensamble, se presentan
numerosos problemas e inconvenientes. Por ejemplo, en los
diseños con muchas partes podría haber mezcla de
partes, falta de componentes y mayor número de fallas o
errores en las pruebas realizadas. Si algunas partes son
semejantes, pero no idénticas, aumentan las probabilidades
de que un armador use la parte equivocada.
Las partes o componentes que carezcan de detalles que
eviten la inserción en el lugar o con la
orientación incorrecta, darán lugar a una mala
colocación o armado. Los pasos complicados de armado, o
los procesos de unión donde se usen trucos pueden causar
ensambles incorrectos, incompletos, no confiables, o con
algún otro tipo de fallas. Por último al no tener
debidamente en cuenta en el diseño, las condiciones a las
que se han de sujetar las partes durante su ensamble, tales como
humedad, temperatura,
niveles de vibración, electricidad
estática y polvo, pueden generar fallas
durante su posteriores pruebas y utilización.
El diseño para facilitar la manufactura es el
proceso de diseñar un producto de tal modo que se pueda
producir con el mínimo de trabajo, dinero y
desechos, y con el nivel más alto de
calidad.
Las metas principales son mejorar la calidad del
producto, aumentar la productividad,
reducir el tiempo en que esté listo el producto, y
mantener la flexibilidad para adaptarse a las condiciones futuras
del mercado. Este proceso tiene el propósito de evitar
diseños de producto que tan sólo simplifiquen las
operaciones de ensamble, pero que necesiten componentes
más complicados y costosos, o que simplifiquen la
fabricación de componentes, pero compliquen el proceso de
armado, así como diseños sencillos y baratos de
producto que sea difícil o costoso de respaldar y dar
servicio.
6. Prácticas
fundamentales de diseño
Hacer lugar a las siguientes prácticas da lugar a
diseños más efectivos y eficientes, los cuales son
conducentes a las nuevas prácticas de
gestión.
- Análisis de los requisitos del
diseño, con especial énfasis en los estudios
estadísticos. - Determinación de las posibilidades reales
del proceso para fabricar los componentes diseñados,
dentro de las especificaciones y tolerancias
establecidas. - Identificación y evaluación de potenciales problemas en
materia de calidad. - Selección de procesos productivos que
reduzcan los riesgos
técnicos al mínimo. - Evaluación sistemática de los
procesos seleccionados bajo condiciones reales de
fabricación.
7. Lineamientos de
diseño para mejora en la calidad
- Reducir al mínimo el número de partes
o componentes. - Reducir al mínimo la cantidad de
números de partes. - Diseño para logro de eficacia.
Método Taguchi. - Eliminación de ajustes.
- Facilitar el armado y prueba de fallos y
errores. - Utilización de procedimientos repetibles y claramente bien
comprendidos. - Selección de componentes que puedan
sobrevivir a las operaciones del proceso. - Diseño de pruebas eficaces y
adecuadas. - Distribución de partes para terminar el
proceso de manera confiable. - Evitar cambios de ingeniería en productos en
el mercado.
Duplicar la cantidad de tiempo, recursos y
esfuerzos en la labor de diseño, haciéndola claro
está, de manera consistente y sistemática,
permitirá reducir notablemente los costes totales de
fabricación. Estamos pues, ante un coste
estratégico fundamental. Este es un tipo de coste cuyo
incremento permite vía: capacitación, planificación, trabajo en
equipo, benchmarking,
análisis de valor, retroingeniería, reingeniería de productos, e
ingeniería simultanea; reducir el tiempo entre el inicio
del proceso de diseño y el momento de salida de los
productos al mercado, reducir consistentemente los costes
haciendo factible el coste objetivo, y mejorar la rentabilidad
de los activos, al
tiempo que se logra un mayor nivel de satisfacción en los
clientes,
consumidores y usuarios.
La capacitación y el entrenamiento,
dentro de lo que se da en llamar la gestión del
conocimiento y de los activos intelectuales,
es crítico y fundamental, a la hora de mejorar
creativamente los diseños de los productos.
El diseño para la confiabilidad, mantenibilidad,
seguridad y otros parámetros debe hacerse con el objetivo
simultáneo de minimizar el coste. Las técnicas
formales para lograr un balance óptimo entre el desempeño y el coste incluyen tanto
enfoques cuantitativos como cualitativos.
El enfoque cuantitativo utiliza una razón que
relaciona el desempeño y el costo. Esta razón dice
lo que se obtiene por cada unidad monetaria gastada. Dicha
razón es de gran utilidad
especialmente para comparar enfoques alternativos de
diseño para lograr la función deseada.
Se han desarrollado varios enfoques para lograr un
balance entre el desempeño y el coste. La
ingeniería del valor es una técnica para evaluar el
diseño de un producto para asegurar que proporciona las
funciones esenciales a un coste mínimo global para el
fabricante o el usuario. Una técnica complementaria es el
enfoque del "diseño para el coste". Esto comienza con una
definición del coste meta para el producto y la
función deseada, prosiguiéndose con el desarrollo y
evaluación de diseños alternativos.
La ingeniería define los estándares de
ejecución necesarios para los productos y las piezas, los
procesos, los materiales, las herramientas y el acabado, en
función de las características verificables y los
grados económicos de uniformidad. Hay que diseñar
el producto y el procedimiento de
fabricación. Se desea que todos los factores conocibles
funcionen exactamente como se proyectó, excluyendo todos
los demás factores posibles. Pero los proyectos
técnicos, las operaciones y las medidas no son infalibles.
Los diseños y las especificaciones de los factores de la
producción son complejos y rara vez completos. Los mismos
factores son a menudo inestable, los diseños son a veces
de un carácter evolutivo, y es frecuente que las
exigencias avancen a los resultados corrientes.
Con el impulso de las operaciones en masa y la completa
insensibilidad de los controles operatorios demasiado
prevaleciente, las desviaciones poco claras con respecto a los
estándares dan lugar a montones de chatarras y a costes
encubiertos que se afirman solapadamente, por la gestión
defectuosa, hasta considerarse como cargas normales e
inevitables.
En una compañía con producción neta
anual de $ 10.000.000, la merma generalmente aceptada del 20% en
un producto de precisión representa una pérdida de
tal magnitud en el coste directo de fabricación que se
implantó el control analítico. Así, cada
unidad monetaria gastado por este concepto
permitió disminuir en $ 15 las pérdidas en forma de
desecho durante el primer año. Vemos aquí
nuevamente el efecto de concentrar debidamente la atención
en las actividades y costes estratégicos.
9. Ingeniería
de Métodos versus Ingeniería de
Producto
En tanto que la ingeniería de métodos
tiene como objetivo crear el mejor diseño de
estación de trabajo para un diseño dado de producto
y con el equipo y las herramientas disponibles, el objetivo de la
ingeniería de producto es generar el diseño de
producto más fabricable; empleando para ello equipos y
herramientas existentes o compradas o fabricar nuevos si se
necesitan, y luego proporcionar el mejor diseño de
estación de trabajo. En función de ello podemos
enumerar los enfoques propios de ambos sistemas de la
siguiente manera:
- Enfoque de ingeniería de
métodos - El diseño del producto está dado
(es decir, relativamente congelado). - La manufactura y la ingeniería de
métodos siguen al diseño del
producto. - El equipo y las herramientas se seleccionan y
disponen para acoplarse mejor al proceso de manufactura
para el diseño del producto dado. - El equipo se selecciona generalmente de lo que
está disponible en el momento. - Las herramientas se compran o se diseñan
para adecuarse al equipo seleccionado.
- El diseño del producto está dado
- Enfoque de ingeniería de producto
- El diseño del producto puede cambiarse
para que se ajuste a la función final deseada del
producto al costo más bajo. - El ingeniero de producibilidad es un miembro del
equipo de diseño del producto, y asesora al
diseñador del producto sobre las alternativas de
fabricación disponibles y sus efectos y costos
relativos. - El diseño del producto y el diseño
del proceso son actividades simultáneas y
dependientes. - El producto puede ser modificado para que se
ajuste a los requerimientos de maquinado a fin de reducir
los costes de manufactura. - El ingeniero de producibilidad optimiza el coste
más bajo el diseño del producto en
relación con la función deseada, tocante a la
determinación de características de
diseño que afectan capacidades / limitaciones de
equipo, tolerancias, selección de materiales y
controles de proceso. - El equipo de diseño puede especificar
modificaciones al equipo o herramientas existentes o
comprados, o brindar criterios de diseño para la
adquisición o desarrollo de equipo o herramientas
nuevas.
- El diseño del producto puede cambiarse
Denominada también ingeniería
simultánea, es el proceso de diseñar un producto
usando todos los insumos y evaluaciones simultáneamente y
al principio durante el diseño, para asegurar que se
cumplan las necesidades de los clientes internos y
externos.
El objetivo es reducir el tiempo entre la
concepción del producto y su puesta en el mercado,
prevenir problemas de calidad y confiabilidad y reducir
costes.
Las empresas tradicionales durante el desarrollo del
producto se manejan en forma secuencial, no concurrente.
Así el departamento de mercadotecnia
identifica una idea de producto; después, el ingeniero de
diseño crea el mismo y construye algunos prototipos; el
departamento de compras pide presupuestos a
los proveedores; después, el departamento de manufactura
produce las unidades, etc.
En cada paso, la salida de un departamento "pasa al otro
lado del muro" al siguiente departamento, es decir, se tiene muy
poca información, durante el diseño del
impacto o efecto que se genera o produce en las restantes etapas
del proceso. Generalmente ocasiona continuas revisiones hasta
lograr un diseño plausible.
La ingeniería concurrente proporciona importantes
beneficios, como lo son un 75% menos de cambios de
ingeniería y una reducción del orden del 55% en el
tiempo que va desde la concepción del producto hasta su
colocación en el mercado.
La gestión óptima del diseño de
productos permite reducir notablemente los costes debido
a:
- Facilitar los procesos de
fabricabilidad. - Reduciendo el nivel de inventarios y el espacio
físico a el destinado. - Reduciendo los costes relativos a la gestión
de almacenes. - Reducción de costes financieros
correspondientes a los excesos de inventarios. - Disminuyendo notablemente el nivel de fallas o
desperfectos. - Evitando gracias al punto anterior, la necesidad de
labores de reprocesamientos y ajustes. - Facilitando el control de
inventarios y la solicitud de pedidos. - Lograr un mayor y mejor control de los componentes,
como resultados de una menor cantidad de estos. - Efectos de la estandarización en la curva de
experiencia del productor y de sus proveedores. - Disminución de la cantidad y tiempos
correspondientes a los procesos y actividades de
preparación y cambios de herramientas. - Aumento de escala en
la producción de componentes o partes mediante uso de
las mismas por parte de otros competidores, alianzas
estratégicas de por medio.
Entre los aspectos finales a considerar es de
fundamental importancia subrayar la importancia de la
producción modular. La misma consiste en un enfoque
utilizado para generar una mayor variedad de productos a partir
un de número limitado de componentes para los mismos. Se
utiliza tal enfoque para controlar la proliferación de
productos al limitar el número de componentes o
módulos disponibles.
Calitividad – John York – Editorial Marcombo
– 1994
La producción exitosa – James Tompkins
– Editorial McGraw Hill – 1992
Manual de la Producción – Alford , Bangs y
Hagemann – Noriega Editores – 1997
Ingeniería Industrial y Administración – Philip Hicks –
CECSA – 1999
Desarrollo de productos y servicios –
Mauricio Lefcovich – www.monografias.com
– 2004
Autor
Mauricio Lefcovich
Consultor en Administración de Operaciones
Trabajo terminado el 6 de Abril de 2006