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Generación de un modelo de proceso de diseño en una empresa metal-mecánica Ing. Aldair Matheis de la Cruz 1, Dr. Fernando Ortiz Flores2 Resumen— Tradicionalmente el diseño en empresas metal-mecánicas, que tiene un roll importante en el proceso de fabricación de productos, es poco valorado y difícilmente estandarizado, sobre todo en las pequeñas y medianas empresas de este giro, en las cuales ocurren grandes cantidades de defectos originados por el diseño de las piezas o productos, como el caso que presenta la empresa metal-mecánica en estudio. Por ello se le generó un modelo de proceso de diseño, el cual se conceptualizó a través de la recopilación de modelos de proceso de diseño, analizando sus etapas e identificando las similitudes para definir las etapas mínimas de un modelo y añadir las etapas necesarias, de acuerdo a la necesidad de la empresa. Con el modelo propuesto se generaron diseños de piezas y se compararon con diseños de piezas del proceso actual; el indicador evaluado fue el número de errores en las piezas generadas. Palabras clave— Modelo, Diseño, Generación. Introducción Un modelo de proceso de diseño es un patrón de actividades que es seguida por el diseñador para llegar a la solución de un problema (Narayan, 2008). El contar con un modelo de proceso de diseño establecido, en empresas metal-mecánicas, propicia una base para el aseguramiento de la calidad de los diseños; el modelo hace posible la relación entre departamentos, como el de maquinado y el de diseño, para que las piezas diseñadas consideren los atributos necesarios para evitar inconformidades posteriores, no obstante, las empresas no vislumbran los beneficios que puede ofrecer el contar con un modelo de proceso de diseño ya que buscan, principalmente, agilizar el proceso de maquinado. Descripción del Método Metodología La generación del modelo de proceso de diseño consideró cinco etapas: 1) El análisis del proceso de diseño del producto principal3 de la empresa metal-mecánica, 2) La recopilación y el análisis de los modelos de proceso de diseño para la obtención de un modelo base, 3) Consideraciones para realizar el modelo de proceso de diseño, 4) La generación de un modelo de proceso de diseño y 5) La comparación del indicador “número de errores por pieza”, obtenido con el proceso de diseño actual y con el propuesto. Análisis del proceso de diseño actual Para conocer el proceso de diseño para la generación de las piezas para tableros de sujeción de ensamble en la empresa, se efectuaron las siguientes actividades:  Platicas con el diseñador para conocer su proceso de diseño de las piezas para los tableros. El diseñador explicó la forma en que diseña, y las dificultades que tiene al realizar diseños. Es importante mencionar que es el único encargado4 del diseño en la empresa, por lo que de presentarse su ausencia generaría un retraso considerable en la producción del tablero.  Visualizar el modo en el que el diseñador generó diseños de piezas de tablero y tomar nota de su forma de trabajar, permitió adquirir conocimiento de la forma en que se diseñan piezas de tablero. Como resultado de los puntos anteriores se obtuvo el proceso para llevar a cabo el diseño de piezas para tableros de ensamble (Figura 1) utilizado por la empresa y las siguientes conclusiones:  No existe un modelo de proceso de diseño establecido; los diseños se generan a partir del ingenio del diseñador, con base en las necesidades del encargado de acabado.  Para el diseño de piezas no se toman en cuenta las herramientas de corte que tiene el área de maquinado lo cual, en diversas ocasiones, provoca un rediseño.  La ubicación de piezas (bloques) siempre es variante y va de acuerdo a la posición de una abrazadera que lleva una guía con la que se genera el tablero. 1 Ing. Aldair Matheis de la Cruz, estudiante de la maestría en Ingeniería Industrial del Instituto Tecnológico de Orizaba, Veracruz, México. [email protected] (autor corresponsal). 2 Dr. Fernando Ortiz Flores, Catedrático de la división de estudios de posgrado del Instituto Tecnológico de Orizaba, Veracruz, México [email protected] 3 Tableros de sujeción de ensamble. 4 Hasta marzo de 2014.

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No existe una numeración para los bloques diseñados, es decir, el diseñador decide que pieza diseña primero, y ese bloque lo denomina “bloque 1”, a partir de ahí enumerará hasta terminar con el “bloque N”. El tiempo de diseño nunca es constante, el diseñador menciona que su tiempo promedio, estimado, es de 1.15 horas por diseño de pieza. Generalmente se presentan problemas ocasionados por limitantes de software más que por el operador. No se toma en cuenta la opinión del área de maquinado, por lo que no es posible saber si los dibujos facilitan el maquinado de las piezas o los dificultan.

Figura 1. Proceso de diseño actual utilizados por el departamento de diseño (elaboración propia). Recopilación y el análisis de los modelos de proceso de diseño Recopilación de modelos de proceso de diseño Para generar una propuesta de un modelo de proceso de diseño se recopilaron cinco modelos de proceso de diseño existentes: modelo de Shigley (Narayan, 2008)modelo de Pahl and Beitz (Narayan, 2008), modelo de Earle (Narayan, 2008) modelo de Ohsuga (Narayan, 2008) y, diseño para seis sigma (Staudter, et al., 2009). Análisis de las etapas iniciales cada modelo El cuadro 1 muestra las etapas iniciales de cada uno de los modelos analizados. La función que cumple cada modelo en su primera etapa se puede concentrar en dos actividades:  Definición del diseño, que consiste en delimitar el diseño que se realizará, es decir, aclarar su función, geometría e incluso materiales de la pieza.  Requerimientos del diseño, que se refiere a que características deberá satisfacer el diseño. Análisis del cuerpo principal del modelo El cuadro 2 muestra el concentrado de los cuerpos principales de cada uno de los modelos analizados. Las funciones que cumple el cuerpo principal son básicamente las siguientes:  Generar el diseño, que se refiere al ingenio y habilidad del diseñador para llevar a cabo el diseño.  Analizar el diseño, que se refiere a la capacidad del diseñador de efectuar un análisis que permita una mejora futura para el diseño. Análisis de las etapas finales de los modelos. El cuadro 3 muestra las etapas finales de cada modelo de proceso de diseño analizado. La función que cumplen las etapas finales se puede generalizar en el detallado y finalizado del diseño. En éstas, el diseñador debe dar los detalles finales al diseño, si existe una pequeña modificación realizarla y por último generar la información necesaria para ser llevado al siguiente proceso.

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Modelo

Etapa

Modelo de Shigley. Modelo de Pahl and Beitz. Modelo de Earle. Diseño para seis sigma (DFSS). Modelo de Ohsuga.

Reconocimiento de la necesidad. Definición del problema. Aclaración de la tarea. Identificación del problema. Ideas preliminares. Definir. Medir. Requerimientos.

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No. de etapa en el modelo 1 2 1 1 2 1 2 1

Cuadro 1. Concentrado de las etapas iniciales. Modelo Modelo de Shigley. Modelo de Pahl and Beitz. Modelo de Earle. Diseño para seis sigma (DFSS). Modelo de Ohsuga.

Etapa Síntesis. Análisis y optimización. Diseño conceptual. Forma de realización del modelo Refinamiento del diseño. Análisis. Analizar. Diseñar. Construcción del modelo. Modificar y refinar.

No. De etapa en el modelo 3 4 2 3 3 4 3 4 2 3

Cuadro 2. Concentrado de las etapas de los cuerpos principales de los modelos. Modelo Modelo de Shigley Modelo de Pahl and Beitz Modelo de Earle Diseño para seis sigma (DFSS) Modelo de Ohsuga

Etapa Evaluación. Presentación. Detalles del diseño.

No. De etapa en el modelo 5 6 4

Decisión. Implementación. Verificar.

5 6 5

Generar información para planeación, manufactura y pruebas.

4

Cuadro 3. Concentrado de las etapas finales de los modelos. Determinación de las similitudes entre los diferentes modelos analizados Como resultado final del análisis de los modelos se obtuvieron las siguientes seis etapas base, las cuales tendrán que considerarse para el modelo a proponer:  Definir el diseño.  Analizar requerimientos del diseño.  Generar el diseño.  Analizar el diseño.  Detallar del diseño.  Finalizar del diseño. Consideraciones para realizar el modelo de proceso de diseño Antes de realizar la propuesta del modelo de proceso de diseño se establecieron las siguientes consideraciones, las cuales se originaron del análisis del proceso de diseño de la empresa:  El modelo deberá ser de simple entendimiento, es decir, sus etapas deben ser lo suficientemente claras para cualquier empleado de la empresa, no sólo para los relacionados con el área de diseño.  En las etapas iniciales del modelo debe existir retroalimentación entre el diseñador y el encargado de la operación de acabado y pruebas.  En el cuerpo principal del modelo:

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Se deberá realizar un sistema de codificación para las piezas generadas por el nuevo modelo de proceso de diseño. o Se deberá describir detalladamente la generación de piezas. En la etapa final el modelo de proceso de diseño debe contener toda la información pertinente para la futura manufactura del diseño.

Generación del modelo de proceso de diseño propuesto El modelo de proceso de diseño propuesto se realizó a partir del análisis de los modelos recopilados, las consideraciones para generar el modelo y la integración de etapas para cumplir las necesidades del proceso de diseño para piezas de tablero de ensamble de la empresa metal-mecánica. El diagrama de flujo de la figura 2 muestra el modelo de proceso de diseño propuesto.

Figura 2. Modelo de proceso de diseño generado. Comparación del indicador número de errores por pieza (Proceso actual vs. Propuesto) Para realizar la comparación entre el modelo de proceso de diseño actual y el propuesto, se hará uso del indicador “número de errores por pieza”, el cual incluye los siguientes dos tipos de errores:  El error por geometría que ocurre cuando las superficies creadas en el diseño no favorecen el tipo de corte de la herramienta. La figura 3 muestra dos casos en que la superficie del diseño favorece y uno que no favorece a la herramienta de corte.

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El error de redondeo que ocurre cuando se envían diseños de piezas sin redondear. La figura 4 muestra una pieza diseñada sin redondeo.

Figura 3. Casos que favorecen y no favorecen al corte de la herramienta.

Figura 4. Pieza no redondeada. El indicador “número de errores por pieza, se calcula mediante la ecuación 1: Errores encontrados

Indicador 

Total de posibles errores



Ee

……………………………………………(Ec.1)

TPe

Para la comparación se contabilizaron los errores encontrados por diseño, de 15 diseños previamente realizados con el proceso de diseño actual y 15 diseños realizados con el modelo de diseño propuesto. El cuadro 4 muestra los errores encontrados por diseño de pieza. Diseños con proceso de diseño actual Diseño Error de Error de Total de geometría redondeo errores 1 X 1 2 X 1 3 X 1 4 X 1 5 0 6 0 7 X 1 8 0 9 X 1 10 0 11 X 1 12 0 13 X X 2 14 0 15 X 1 Errores encontrados (Ee) 10 Indicador 

Ee TPe



10

Diseños con modelo de diseño propuesto Diseño Error de Error de Total de geometría redondeo errores 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 10 0 11 0 12 0 13 0 14 0 15 0 Errores encontrados (Ee) 0

 0.33

Indicador 

30

TPe

Cuadro 4. Comparación del indicador.

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Ee

1070



0 30

0

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Al apreciar el valor del indicador obtenido por el modelo de proceso de diseño propuesto (0) y el obtenido por el proceso de diseño actual (0.33), es claro que el modelo de proceso de diseño propuesto favorece a la disminución de errores en las piezas generadas, puesto que sí el valor del indicador tiende a cero, entonces existe una menor cantidad de errores en las piezas diseñadas. Comentarios Finales Conclusiones Los resultados de aplicar el proceso de diseño propuesto permitieron la vinculación entre el área de diseño y el área de maquinado y la estandarización del proceso de diseño la cual se vio reflejada en el indicador evaluado: “número de errores por pieza”. El indicador con el proceso de diseño propuesto fue considerablemente menor al del proceso de diseño actual. De las 30 posibles fallas en el diseño, el indicador con el modelo propuesto tuvo una eficiencia del 100 % y el indicador con el modelo de la empresa una eficiencia del 67%, lo cual exhibe los beneficios que se pueden obtener con el uso del modelo propuesto. El modelo de proceso de diseño se basó en cinco modelos de proceso de diseño existentes, pero se pueden incorporar algunos otros, con la finalidad de mejorar, en el proceso, la estandarización del mismo y la vinculación entre áreas. Recomendaciones Con base a los resultados favorables obtenidos por el modelo de proceso de diseño se recomienda el establecimiento de este tipo de modelos en empresas similares. En particular, para la empresa metal-mecánica, es recomendable realizar un modelo de proceso de diseño para los demás productos y, al mismo tiempo, hacer más robusto el modelo propuesto. Referencias Narayan, Lalit, "Computer Aided Design And Manufacturing, Editorial PHI Learning Pvt". Ltd., 2008. Staudter, C., J.P. Mollenhauer, S. Lunau, et al., "Design for Six Sigma + LeanToolset: Implementing Innovations Successfully", Editorial Springer, 2009.

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