1

Programa de certificación de Black Belts ASQ

Diseño para Seis Sigma

P. Reyes / Noviembre 2007

2

Diseño para Seis SigmaIntroducción a DFSS

A. Metodologías comunes DFSSB. Diseño para X (DFX)C. Diseño y procesos Robustos

D. Herramientas especiales de diseño1. Estratégicas2. Tácticas

3

Introducción a DFSS Diseño para Seis Sigma es el método sugerido para

hacer diseños de producto.

El 70-80% de los problemas de calidad están relacionados con el diseño, por tanto el énfasis debe ser en la parte inicial del desarrollo del producto

Corregir el producto en producción es mucho más costoso

Una forma de incrementar las ventas debe incluir la introducción de nuevos productos

4

Introducción a DFSS Cooper sugiere que los productos exitosos:

Deben ser únicos y superiores Con una orientación fuerte al mercado

Trabajo previo al desarrollo Buena definición del producto

Calidad de la ejecución Esfuerzo de equipo en el desarrollo del

producto Selección adecuada del proyecto

5

Introducción a DFSS Cooper sugiere que los productos

exitosos… Preparar su lanzamiento Liderazgo de la alta dirección

Velocidad al mercado Proceso de nuevo producto (stage gate)

Mercado atractivo Fortalezas de las capacidades de la

empresa

6

Introducción a DFSS El proceso tiene dos partes: generación de

ideas y desarrollo del nuevo producto (NPD), con cinco pasos: Estudio del concepto Investigaciones de factibilidad Desarrollo del nuevo producto Mantenimiento Aprendizaje continuo

7

Proceso Stage Gate Se usa para filtrar y pasar proyectos conforme

avanzan en sus etapas. Se revisa por la dirección y en cada etapa se puede “cancelar”: Obtener la idea Probar que funciona Evaluación financiera Desarrollo y prueba Ampliar a producción Lanzar el producto Soporte post venta Aprendizaje continuo

8

Desarrollo del producto Definiciones: Nuevo en el mundo

Invenciones y descubrimientos Nuevas categorías del producto

Innovaciones a productos actuales Adiciones a líneas actuales de productos Mejora a los productos Reposionamiento de los productos en el

mercado Reducciones de costos

9

Introducción a DFSS De cada 10 nuevas ideas surge el desarrollo de 4

productos de los que se lanzan 1.3 y sólo uno es exitoso, por lo que se requieren muchas ideas. Los productos exitosos se obtienen:

Productos únicos con valor para el cliente Fuerte orientación al mercado hacia satisfacer

necesidades Esfuerzo de equipo: ventas, ingeniería, mercadotecnia Preparación del lanzamiento Selección adecuada de proyectos, eliminar a tiempo los

malos proyectos

10

Introducción a DFSS Trabajo previo al desarrollo:

Filtraje Análisis de mercados Evaluaciones técnicas Investigación de mercados Análisis del negocio

Buena definición del producto y del proyecto

Calidad en la ejecución de los pasos del desarrollo y del diseño

11

Introducción a DFSS Esfuerzos de equipo incluyendo miembros de

desarrollo del producto, investigación y desarrollo, mercadotecnia y operaciones

Liderazgo de la alta dirección Rapidez de introducción al mercado

Nuevos procesos para los productos Mercados atractivos Fortaleza de las habilidades de la empresa con

sinergia

12

Introducción a DFSS GE Plastics sugiere usar las mejores prácticas en

cada etapa de desarrollo de los productos como son:

Entender las características críticas de calidad (CTQs) para los clientes internos y externos

Realizar un estudio de modos y efectos de falla FMEA

Realizar Diseño de experimentos para identificar variables clave

Hacer Benchmarking de otras plantas

13

IX.A Metodologías comunes DFSS

14

Metodologías comunes DFSS IDOV

DMADV

DMADOV

Modelo Francés

15

IDOVLos cuatro pasos del IDOV son: Identificar

Uso de Team Charte, VOC, QFD, FMEA, Benchmarks

Diseñar Enfatizar CTQs, identificar requerimientos,

desarrollar alternativas, evaluarlas y seleccionarlas Optimizar

Usar capacidad de procesos, análisis de tolerancias y diseño robusto

Validar Probar y validar el diseño

16

Modelo IDOV Modelo de DFSS de Treffs de cuatro pasos:

Identificar: usar propuesta (team charter), Voz del cliente (QFD), FMEA y Benchmarking

Diseñar: enfatizar los CTQs, identificar los requerimientos funcionales, desarrollar alternativas evaluarlas y seleccionar

Optimizar: usar información de capacidad de procesos, análisis de tolerancias, diseño robusto y otras herramientas de Seis Sigma

Validar: Probar y validar el diseño

17

DMADVLos cinco pasos del DMADV son: Definir

Definir las metas del proyecto y las necesidades del cliente

Medir Medir y determinar las necesidades del cliente

Analizar Analizar los procesos para cumplir con los

requerimientos del cliente Diseñar

Desarrollar los procesos para cumplir con las necesidades del cliente

Verificar Verificar y validad el desempeño del proceso

18

Modelo DMADV Modelo de DFSS de Simon (2000) DMADV:

Definir: metas del proyecto y necesidades del cliente

Medir: medir necesidades del cliente y especificaciones

Analizar: Determinar las opciones del proceso

Diseñar: Desarrollar los detalles para producir y cumplir los requerimientos del cliente

Verificar: Validar y verificar el diseño

19

DMADOV

Sus 6 pasos son los siguientes Definir el proyecto Medir la oportunidad Analizar las opciones del proceso

Diseñar el proceso Optimizar el proceso Verificar el desempeño

20

Modelo de diseño francés

NecesidadAnálisis delproblema

Definicióndel problema

Selección deesquemas

Diseño delproducto

Detallado

Diseñoconceptual

Dibujos detrabajo, etc.

El modelo de diseño Francés

El diseñador del nuevo producto es responsable de Coordinar todo su desarrollo participando con el Gerente de producto, mercadotecnia, ventas,Operaciones, diseño y finanzas en un equipo

21

IX.B Diseño para X

22

Uso de técnicas y herramientas de DFX

Es un método basado en el conocimiento para diseñar productos que tengan tantas características deseables como sea posible (calidad, confiabilidad, serviciabilidad, seguridad, facilidad de uso, etc..)

AT&T acuño el término DFX para describir el proceso de diseño

La caja de herramientas de DFX ha crecido continuamente para ofrecer hoy en día cientos de herramientas

23

Uso de técnicas y herramientas de DFX

1. Los métodos DFX se presentan como guías de diseño. Por ejemplo para incrementar la eficiencia del

ensamble es necesaria una reducción en el número de partes y los tipos de estas. La estrategia será verificar que cada parte es necesaria.

2. Cada método o herramienta debe tener alguna forma de verificar su efectividad por el usuario

24

Uso de técnicas y herramientas de DFX

3. Determinar la estructura de herramientas DFXSe pueden requerir otros cálculos antes de que la

herramienta se considere completa

4. Efectividad y contexto de la herramientaEvaluada por el usuario en exactitud de análisis e

integridad

5. Enfoque en el proceso de desarrollo del producto

6. Mapeo de herramientas por nivel

25

Características de los proyectos DFX

Función y desempeño: Factores vitales para el producto

Seguridad: El diseño debe hacer al producto seguro para

manufactura, venta, uso y disposición

Calidad: El diseño debe asegurar la calidad, confiabilidad

y durabilidad

26

Características de los proyectos DFX

Confiabilidad Usando el AMEF de diseño se pueden anticipar

fallas, se puede usar redundancia

Facilidad de prueba: Los atributos de desempeño deben poder

medirse fácilmente

Manufacturabilidad (DFM): El diseño debe simplificar el producto para su

manufactura por medio de partes y operaciones necesarias reducidas, incluye facilidades de prueba y embarque

27

Características de los proyectos DFX

Ensamble (DFA): El producto debe ser fácil de ensamblar para

reducir tiempo de servicio, tiempo de reparación, tiempo de ciclo de lanzamiento.

Se logra al usar menos partes, menos documentos, menos inventarios, menos inspecciones, menos ajustes y menos manejo de materiales, etc.

Serviciabilidad (mantenabilidad y reparabilidad):

Facilidad de servicio al presentar falla

28

Diseño para X (DFX - AT&T) Mantenabilidad:

El producto debe tener un desempeño satisfactorio durante su vida esperada con mínimo gasto, la mejor forma es asegurar la confiabilidad de los componentes.

Debe haber menos tiempos muertos para mantenimiento, menos horas hombre de reparación, requerimientos reducidos para las partes y menores costos de mantenimiento

Uso de sistemas de construcción modular, uso de partes nuevas, retiro de partes sospechosas, autodiagnóstico interconstruido, cambio periódico de partes, etc.

29

Diseño para X (DFX - AT&T) Ergonomía, facilidad de uso:

El producto debe adaptarse al ser humano. Anticiparse a errores humanos, prevenir un uso incorrecto, acceso de componentes mejorado, simplificación de las tareas del usuario, identificación de componentes

Apariencia: Que el producto sea atractivo, requerimientos

especiales para el usuario, estilo, compatibilidad de materiales y forma, aspecto proporcional, protección de daño por servicio

30

Diseño para X (DFX - AT&T) Empaque:

Considerar el tamaño y características físicas del producto, el método de empaque, automatización deseable

Features: Accesorios, opciones disponibles para el

producto

Tiempo de entrada al mercado: Es deseable tener tiempos cortos de ciclo, es

una gran ventaja salir antes que la competencia

31

Introducción a DFSS El proceso de desarrollo de producto consta de

dos partes: Generación de ideas y selección y el desarrollo del nuevo producto (NPD) consistiendo de:

Estudio del concepto: para identificar incógnitas acerca del mercado, tecnología o proceso de manufactura

Investigaciones de factibilidad: para identificar las limitaciones del concepto o nuevas investigaciones Requeridas

32

Introducción a DFSS

Desarrollo del nuevo producto: arranque del NPD, incluye las especificaciones, necesidades del cliente, mercados objetivo, equipo multifuncional y determinación de las etapas clave de desarrollo

Mantenimiento: son actividades posteriores a la liberación asociadas con el desarrollo del producto

Aprendizaje continuo: reportes de estatus del proyecto y evaluaciones

33

Introducción a DFSS Clarificación de etapas del proyecto, cada una tiene

sus propios requerimientos a ser alcanzados, si no se logran pueden ser cancelados:

Etapa: ideas – Pre concepto, idea Etapa: probar que funcione – concepto, eval. Inicial Evaluación financiera - especificaciones de mercado Desarrollo y prueba – Demostraciones, verificaciones Escalamiento – Producción, validación Lanzamiento – Lanzamiento comercial Soporte post liberación – mantenimiento, obsoleto Aprendizaje continuo - revisión

34

Introducción a DFSS Tipos de nuevos productos (Crawford y Cooper):

Productos completamente nuevos: impresoras Laser Entrada de nuevas categorías: nuevas para la

empresa

Adiciones a líneas de productos: café descafeinado Mejoras a productos: mejores productos actuales

Reposiciones: producto para nuevo uso o aplicación

Reducciones de costos: reemplazo de productos actuales por otros de menor costo

35

IX.C Diseño y proceso robusto

36

IX.C Diseño y proceso robustos

Requerimientos funcionales

Estrategias de ruido

Diseño de tolerancias

Tolerancias y capacidad del proceso

37

Diseño y proceso robustos Genichi Taguchi ha denominado Ingeniería de

Calidad a su sistema de robustez para la evaluación y mejora del proceso de desarrollo de productos.

Usa el concepto de control de parámetros para indicar donde posicionar el diseño donde el “ruido” aleatorio no causa falla

38

Diseño y proceso robustos Factores del proceso:

Los factores de señal sirven para mover la respuesta sin afectar la variabilidad

Los factores de control son los que puede controlar el experimentador (se dividen entre los que agregan costo y los que no agregan costo)

Los factores que agregan costo al diseño se denominan factores de tolerancia

Los factores de ruido son factores no controlables por el diseñador

39

Diseño y proceso robustos

Productos yprocedimientos

Factores de ruidono controlablespor el diseñador

Factoresde señalajustadosparaobtenerlarespuestaesperada

Factores de controlpor el diseñador

Respuesta

Esquema de producto robusto

40

Diseño y proceso robustos Ejemplo de fabricación de ladrillos con mucha

variación dimensional:

Ladrillos internos

Ladrillo externos

Quemadores

Horno de quemado de ladrillos

41

Diseño y proceso robustos Un equipo identificó 7 factores de control que

pensaron afectaban las dimensiones: Contenido de caliza en la mezcla Finura de los aditivos Contenido de amalgamato Tipo de amalgamato Cantidad de materia prima Contenido de material reciclado Tipo de feldespato

Factores de ruido: Temperatura del horno

42

Diseño y proceso robustos Se realizaron los experimentos utilizando un

arreglo ortogonal

Con los resultados del experimento se identificó como factor significativo al Contenido de caliza en la mezcla, cambiándola de 1% a 2% el rechazo bajaba de 30% a menos de 1%

Como el amalgamato era caro se redujo su cantidad sin afectar las dimensiones y reduciendo el costo

43

Diseño y proceso robustos Etapas del diseño:

Diseño del concepto es la selección de la arquitectura del producto o proceso basado en tecnología, costo, requerimientos del cliente, etc.

Diseño de parámetros utilizando los componentes y técnicas de manufactura de menor costo. La respuesta se optimiza para control y se minimiza para el ruido

Diseño de tolerancias, si el diseño no cumple los requerimientos, entonces se usan componentes de tolerancia más cerrada pero más caros

44

Requerimientos funcionales Requerimientos de un diseño robusto:

Que el producto pueda desempeñar su función y ser robusto bajo diversas condiciones de operación y exposición

Que el producto sea fabricado al menor costo posible

Después de la selección del nuevo sistema, se determinan sus valores nominales y tolerancias para obtener un diseño óptimo

45

Diseño de parámetros para productos robustos

Determinar los factores de señal y los factores de ruido y sus rangos

Seleccionar los factores de control y sus niveles y asignarlos a arreglos ortogonales apropiados, estos factores pueden ser ajustados para mejorar la robustez

Correr los experimentos de acuerdo a los arreglos ortogonales

46

Diseño de parámetros Calcular las relaciones Señal / Ruido de los datos

experimentales de acuerdo a lo que se busque: Menor es mejor: desgaste, encogimiento,

deterioración Mayor es mejor: resistencia, vida, eficiencia de

combustible Nominal es mejor: espacios, pesos, viscosidades, etc.

Determinar las condiciones óptimas para el proceso, derivadas de los datos experimentales, usar los niveles que proporcionen el valor S/N máximo y correr experimentos adicionales de verificación de óptimos

Realizar corridas normales de producción

47

Diseño de parámetros Relaciones Señal a ruido:

2

110

2

10

2

10 2

10log ...

1

10log ...

10 log ... min

n

ii

i

i

YS

Menor esmejorN n

YSMayor esmejor

N n

YSNo al esmejor

N S

48

Diseño de parámetros Ejemplo: Minimizar el esfuerzo de ensamble de

un conector de elastómero a un tubo de nylon.

Los factores de control son (usa dos niveles): A=Interferencia; B=espesor de pared;

C=profundidad de inserción; D=Porcentaje de adhesivo cada uno en tres niveles

Los factores de ruido no controlables (pero si durante el experimento en dos niveles) son:

E= tiempo; F= temperatura; G= Humedad relativa

49

Diseño de parámetros Usando la experimentación Full factorial

tendríamos 4 factores en 3 niveles = 81 experimentos, Taguchi propone un arreglo L9 con 9 experimentos.

Los 3 factores de ruido pueden ser puestos en un arreglo L8 con 8 corridas de condiciones de ruido. Este arreglo induce ruido al experimento para ayudar a identificar los factores de control que sean menos sensibles a un cambio en los niveles de ruido

50

Diseño de parámetros Arreglo externo para los

3 factores de ruido en

dos niveles L8

ArregloInterno

usando 4columnaspara los

factores decontrol en3 niveles

L9

Ocho columnas deresultados

correspondientes alos 9 experimentos

cada grupo bajo unade las 8 condiciones

de los factores deruido

Promediode cada

grupo deocho

lecturasYprom

RelaciónS/N enbase aMenor

es mejorparacada

grupode 8

lecturas

Layout de diseño ortogonal

51

La función de pérdida La función de pérdida, se usa para determinar

la pérdida financiera que ocurre cuando se desvía una característica Y de su valor objetivo. Vale 0 en el el valor objetivo m:

2

2 2

2 2

( ) ( )

( ) var

L y k y m

Costo productodefectivo Ak

Tolerancia

media de y m Noes ianza

52

La función de pérdida Ejemplo:

Si m = 7; y = 7.5; A = $ 50; Tolerancia = (7.25-6.75)

2

2

$50$200

0.5

( ) $200(0.5) $50

k

L y

53

Estrategias de ruido Hay tres fuentes primarias de variación que

afectan el producto, no es económico reducir esas fuentes:

Efectos ambientales Efectos de deterioración Imperfecciones de manufactura

El objetivo del diseño robusto es hacer que el producto sea poco sensible a los efectos en lugar de reducir estas fuentes de variación en forma directa

Diseño del sistema Diseño de parámetros Diseño de tolerancias

54

Diseño de tolerancias Diseño de tolerancias:

Debe haber un equilibrio entre un nivel de calidad dado y el costo del diseño, el indicador es la pérdida de calidad (desviación respecto al objetivo)

El punto LD50 es donde el producto fallará el 50% del tiempo o la mediana, aquí se establecen los límites funcionales

El cliente tiene unas tolerancias funcionales y la organización tiene tolerancias de especificación

55

Diseño de tolerancias Diseño de tolerancias:

0

0

2020

..( 1, 2..)

lim

.

( ) ( )

ii

i

Limite funcionaltolerancia especificada

Limitede seguridad

Limite funcional A i

APerdida al exceder funcionalFactor de seguridad

Perdida al exceder toler especif A

AL y y m

56

Tolerancias nominal es mejor Para el caso de una puerta se tiene:

Por tanto la tolerancia de manufactura debe tener una tolerancia de 36” 0.173 para cumplir con el factor de seguridad Phi = 2.89

0

0

0

0

36

0.5

$50 cos

$6 .

50

62.89

0.50.173

2.89

m

A to prod defectivo

A Costo prommfra

Afactor economicode seguridad

A

57

Tolerancias para mayor es mejor

Para el caso de la resistencia de un alambre se tiene:

Por tanto la tolerancia de manufactura debe tener una tolerancia de cuando menos 173.1 lbs.

0

0

0

0

30 .

$100 cos

$3 cos .

1005.77

35.77(30) 173.1

lbs

A tode falla

A to prommfra

A

Albs

58

Tolerancias para menor es mejor

Se aplican las mismas fórmulas utilizadas para el cálculo de toelrancias:

0

0

A

A

59

Diseño robusto de Taguchi La robustez es una función del diseño del

producto

Los productos robustos tienen una alta relación S/N

Optimizar los nuevos productos con diseño de experimentos

Para construir productos robustos utilizar condiciones de uso del cliente

60

Diseño robusto de Taguchi El objetivo es que los productos se encuentren

en su valor medio, uno en el límite es igual que otro fuera

Se deben fabricar productos con mínima variabilidad

Reduciendo los defectos en planta, se reducen en campo

Las propuestas para nuevos equipos deben tomar en cuenta la función de pérdida

61

Diseño robusto de Taguchi Con productos robustos se mejora la

satisfacción del cliente, reduce costos y acorta el tiempo de desarrollo.

La reducción de retrabajo en el proceso de desarrollo permite una introducción más rápida y fluida al mercado.

62

IX.D Herramientas especiales de diseño

63

Herramientas especiales de diseño

1. Estratégicas

2. Tácticas

64

IX.D.2 Herramientas tácticas

65

Herramientas tácticas Despliegue de la función de calidad (QFD) Solución inventiva de problemas (TRIZ)

Diseño axiomático

Diseño basado en conjuntos

Diseño sistemático Análisis de Pugh

66

Despliegue de la función de calidad (QFD)

67

Despliegue de la función de calidad (QFD) – Casa de

calidad El principal beneficio de la casa de la calidad es calidad

en casa, permite a la gente pensar en la dirección adecuada y unida

La voz del cliente interno y externo es cuantificada y presentada en la forma de casa de la calidad.

Los diferentes grupos (ingeniería, ventas, etc.) pueden visualizar el efecto de cambios de planeación y diseño de forma de balancear las necesidades del cliente, costos y características de ingeniería en el desarrollo de productos y servicios nuevos o mejorados

68

Despliegue de la función de calidad (QFD) – Casa de

calidad Tiene una sección de QUE’s indicando los

requerimientos del cliente clasificados con un ceirto peso

La sección de COMO’s (características de ingeniería, requerimientos de diseño, descriptores técnicos y detalles técnicos)

La pared derecha representa la “comparación” y la parte de abajo el “Cuanto”

69

Despliegue de la función de calidad (QFD) – Casa de

calidad Su techo ayuda a los ingenieros a especificar

varias diversas características de ingeniería que deben ser mejoradas colateralmente

Los cimientos de la casa contiene los valores objetivo o benchmarking (“cuánto de cada valor”).

Los elementos de la casa de la calidad son personalizados de acuerdo al servicio o producto específico

70

Despliegue de la función de calidad (QFD) – Casa de

calidad De esta forma se despliegan y enlazan las casas

de la calidad como sigue (Hauser 1988): Casa de la calidad principal (QUE’s = Atributos del

cliente, COMO’s = Características de ingeniería)

Casa de la calidad de las partes (QUE’s = características de Ingeniería, COMO’s = Características de las partes)

La planeación del proceso (QUE’s = características de las partes y COMO’s = Operaciones clave del proceso)

La planeación de la producción (QUE’s = Operaciones clave del proceso y COMO’s = requerimientos de producción)

71

TRIZ

72

TRIZ Es una abreviación de Teoría de solución de

problemas inventiva (del ruso Genrich Altshuller)

La creatividad tradicional es de “prueba y error” lo que resulta muy costoso

La evolución técnica e invención tienen ciertos patrones, se deben conocer para resolver problemas

73

TRIZ Hay tres grupos de métodos para resolver

problemas técnicos:

Varios trucos (con referencia a una técnica)

Métodos basados en utilizar los fenómenos y efectos físicos (cambiando el estado de las propiedades físicas de las substancias)

Métodos complejos (combinación de trucos y física)

74

TRIZ – Algoritmo para resolver problemas

Analizar el problema

Análisis del modelo del problema Uso de un diagrama de bloques definiendo la

“zona de operación”

Formulación del resultado final ideal (IFR) Uso de substancias externas y recursos de

campo

Uso de un banco de información. Determinando las restricciones físicas o

químicas en el problema

75

TRIZ – Algoritmo para resolver problemas

Cambio o reformulación del problema

Análisis del método que remueve la contradicción física:

¿Se proporciona una solución de calidad?

Utilización de la solución hallada: Búsqueda de efectos secundarios hacia otros

procesos

Análisis de los pasos que orientan hacia la solución:

Un análisis puede probar utilidad después

76

TRIZ – 40 herramientas Segmentación Extracción Calidad local Asimetría Combinación/

Consolidación Universalidad Anidamiento Contrapeso Contramedida previa Acción previa Compensación anticipada

Acción parcial o excesiva Transición a una nueva dim. Vibración mecánica Acción periódica Continuidad de acción útil Apresurarse Convertir lo dañino a

benéfico Construcción Neumática o

hidráulica Membranas flexibles de

capas delgadas Materiales porosos

77

TRIZ – 40 herramientas Equipotencialidad Hacerlo al revés Retroalimentación Mediador Autoservicio Copiado Disposición Esferoidicidad Dinamicidad

Cambio de color Homogeneidad Rechazar o recuperar

partes Transformación de

propiedades Fase de transición Expansión térmica Oxidación acelerada Ambiente inerte Materiales compuestos

78

Diseño axiomático

79

Diseño axiomático Es una metodología que busca reducir la

complejidad de los procesos de diseño, por medio de la aplicación de un conjunto de principios o axiomas guía (Nam P. Suh del MIT)

El propósito del diseño axiomático es hacer que los diseñadores sean más creativos, que reduzcan los procesos de búsqueda aleatoria, minimicen los procesos iterativos de prueba y error y determinen el mejor diseño entre las propuestas

80

Diseño axiomático El proceso de diseño axiomático consiste de

los siguientes pasos básicos:

Establecer objetivos de diseño para cumplir requerimientos del cliente

Generar ideas para crear soluciones

Analizar las posibles soluciones para el mejor ajuste e los objetivos de diseño

Implementar el diseño seleccionado

81

Diseño axiomático El diseño axiomático es un proceso

sistemático, científico que divide los requerimientos de diseño en 4 partes o dominios:

Dominio del cliente: sus requerimientos

Dominio funcional: son requerimientos funcionales (FRs) que el cliente quiere. Un FR es el conjunto mínimo de requerimientos independientes que describen los objetivos de diseño

82

Diseño axiomático Dominio físico: son los parámetros de diseño

(DPs) para cumplir los requerimientos de diseño

Dominio de proceso: son variables de manufactura Para producir el producto

83

Diseño axiomático El dominio previo indica los QUE’s o atributos

deseados y el dominio receptor representa los COMOs para cumplir el requerimiento

Necesidadesdel Cliente

Requerimientos

funcionales

Variables dediseño

Variables deproceso

Dominiodel cliente

Dominiofuncional

Dominiofísico

Dominio deProceso

Mapa de dominios

84

Diseño axiomático Cada requerimiento (FR) es cubierto por una

variable (DP), de otra forma la metodología es violada

Las soluciones para cada dominio son las siguientes:

Mapeo entre los dominios del cliente y funcionales: concepto de diseño

Mapeo entre los dominios funcional y físico: diseño de productos (dibujos, especificaciones, tolerancias)

Mapeo entre los dominios físico y del proceso: diseño del proceso

85

Diseño axiomático Una empresa desea reducir su costo de

materiales sin perder ciertas propiedades mecánicas:

FR1 = Reducir costo de material en 20% FR2 = Mantener propiedades mecánicas

originales

Restricción = Costos totales de mfra. Menores a los actuales

86

Diseño axiomático - Ejemplo Los parámetros de diseño se seleccionan para

satisfacer los FRs. El diseñador en forma creativa genera soluciones

DP1 = Obtener un material de relleno más barato

DP2 = El material de relleno debe tener una resistencia similar

La definición de FRs y DPs determinan el nuevo material

87

Diseño axiomático - Ejemplo El Axioma 1 no se viola si FR1 se satisface con

DP1 y FR2 con DP2

El mapeo de proceso se describe por medio de matrices matemáticas

88

Diseño axiomático Suh propone que deben existir un conjunto

fundamental de principios que determinan buenas prácticas de buen diseño. Esos principios se transformaron en dos axiomas:

Un axioma es una afirmación formal de aquello que se conoce o utiliza en forma rutinaria, si se evidencia lo contrario, el axioma es descartado

Axioma 1: Axioma de independencia Los requerimientos funcionales (FRs) son

independientes uno de otro

89

Diseño axiomático Axioma 2: Axioma de información

El mejor diseño tiene la mínima cantidad de contenido de información

Hay dos clases de restricciones que acotan la solución a minimizar las FRs:

De entrada y de sistemaRestricciones de

entradaRestricciones de

sistema

Tamaño Forma geométrica

Peso Capacidad de máquina

Materiales Localización de planta

Costos Tiempo

90

Diseño axiomático Las restricciones no tienen tolerancia, las FRs si.

Hay tres definiciones de diseño usadas para enlazar FRs (requerimientos funcionales) a DPs (parámetros de diseño):

No acoplamiento: un FR es independiente de otros FRs

Acoplamiento: hay un enlace de FRs, se pueden desacoplar agregando componentes extra con más DPs

Desacoplamiento: un FR acoplado puede ser separado pero puede requerirse contenido de información extra

91

Diseño axiomático El axioma 2 de información trata con la

complejidad.

Si varios diseños satisfacen el axioma 1, el mejor diseño será el que tenga la menor información (medida de la incertidumbre)

Suh define la información como: “la medición del conocimiento requerido para satisfacer un FR dado en un nivel dado de la jerarquía FR”

El mejor diseño requiere menos información (obtenida por métodos matemáticos)

92

Diseño axiomático Ejemplo: Requerimiento para maquinar una

flecha de 4m +-0.1mm

Probabilidad (p) = relación de tolerancia a dimensión

P = 2(0.1) / 4 = 1 / 20

Información = I = log2 (1/p) = 4.32 bits

Dada una serie de eventos FR pueden agregarse para obtener un índice I, entre menor sea es mejor

93

Diseño axiomático Para facilidad de cálculo se puede usar e base

de los logaritmos naturales. Cambiando la unidad de medida a NATS = 1.443 bits

Para el caso anterior I = ln(20) = 3.00 Nats

Los axiomas son verdades fundamentales que siempre son observadas:

Los teoremas y corolarios se derivan de axiomas Suh desarrolló 2 axiomas, 8 corolarios y 16

teoremas que forman la estructura del diseño axiomático

94

Diseño axiomáticoTópico Descripción Comentario

Axioma 1 De independencia Los FRs son independientes

Axioma 2 De información Minimizar el contenido de inf.

Corolario 1 Diseños acoplados o desacoplados

Desacoplar o separar FRs

Corolario 2 Minimización de FRs Restricciones y FRs mínimas

Corolario 3 Integración de partes físicas

Integrar features de diseño

Corolario 4 Estandarización Usar partes intercambiables

Corolario 5 Uso se simetría Usar formas simétricas

95

Diseño axiomáticoTópico Descripción Comentario

Corolario 6 La mayor tolerancia Especificar la mayor tolerancia permitida

Corolario 7 Diseño desacoplado con menos información

Buscar un diseño desac. Que requiera menos información

Corolario 8 Reangularidad efectiva de un escalar

El valor de la matriz de acoplamiento es la unidad

Teorema 1 Acoplamiento por insuficientes DPs

DPs <= FRs

Teorema 2 Diseños acoplados o desacoplados

Buscar igualar DPs con FRs

Teorema 3 Diseños redundantes Diseño acoplado si DPs>FRs

Teorema 4 Diseño ideal DPs = FRs

96

Diseño axiomáticoTópico Descripción Comentario

Teorema 5 Necesidad de un nuevo diseño

Cuando se incrementan FRs

Teorema 6 Indep. De trayectoria en diseños desacoplados

El contenido de inf. del dis. Desac. es independiente

Teorema 7 Dependencia de la trayectoria de diseños acoplados y desac.

El contenido de la inf. No es independiente

Teorema 8 Independencia y tolerancia Cálculos matriciales (Suh)

Teorema 9 Diseño para manufacturabilidad

Cálculos matriciales (Suh)

Teorema 10

Modularidad de mediciones de independencia

Cálculos matriciales (Suh)

Teorema 11

Invariancia Cálculos matriciales (Suh)

97

Diseño axiomáticoTópico Descripción Comentario

Teorema 12

Suma de información Inf. Para un conjunto de eventos puede agregarse

Teorema 13

Contenido de información del sistema total

Si DPs son indep., el contenido de la inf. Es la suma de los eventos indiv.

Teorema 14

Contenido de inf. De diseños acoplados vs desacoplados

El contenido de inf. Para cambios será mayor para diseños acoplados

Teorema 15

Interfase diseño - manufactura

Cuando el sistema de mfra. Compromete la indep. de los FRs, se deben hacer cambios

Teorema 16

Igualdad de contenido de información

Todo el contenido de información es relevante y no debe ponderarse

98

Diseño basado en conjuntos

99

Diseños basados en conjuntos

Es una metodología de diseño de ingeniería concurrente de Toyota (SBCE)

Inicia con una gama amplia de posibles soluciones, convergiendo a un conjunto menor de alternativas y a una solución final

Los equipos de las diversas funciones pueden trabajar en diversas alternativas en paralelo, reduciendo gradualmente el conjunto de soluciones

Es de gran apoyo la información de desarrollo, pruebas, clientes, etc. Para estrechar el conjunto de decisiones

100

Diseños basados en conjuntos

Los conjuntos de ideas son analizados y retrabajados para lograr proyectos más eficientes, robustos, óptimos. Es mejor que trabajar con una idea a la vez

Es una analogía a un juego de “20 preguntas”. Donde un jugador se le requerirá que identifique un objeto o problema desconocido con sólo 20 preguntas. Por ejemplo preguntar si se trata de un animal, vegetal o mineral, eliminará las posibilidades rápidamente

Toyota es la única empresa que utiliza este método

101

Diseño sistemático

102

Diseño sistemático Proporciona una estructura de diseño

alemana, en forma muy racional y produce soluciones válidas (VDI 2221 Systematic Aproach the Design of Technical Systems and Products)

De acuerdo a Phal y Beitz se tienen 4 fases de diseño

Clarificación de la tarea Diseño conceptual: identificar problemas

esenciales y subfunciones Diseño del producto: desarrollo de conceptos,

layouts, distribuciones Diseño detallado: finalizar dibujos, conceptos y

generar documentación

103

Diseño sistemático La estructura alemana usa la estructura

siguiente:

Determinación de los requerimientos de diseño

Selección de los elementos de proceso adecuados

Un método paso a paso transforma los puntos cualitativos a cuantitativos

Se utiliza una combinación deliberada de elementos de complejidades diferentes

104

Diseño sistemático Los pasos principales de la fase conceptual

son: Clarificar la tarea Identificar los problemas esenciales

Establecer las estructuras funcionales Búsqueda de soluciones con creatividad y

tormenta de ideas Combinar principios de las soluciones y

seleccionar cualitativamente

Afirmar variantes del concepto, cálculos preliminares y layouts

Evaluar variaciones del concepto

105

Análisis de Pugh

106

Selección de conceptos de Pugh

El QFD puede utilizarse para determinar los requerimientos técnicos del cliente como inicio para el desarrollo de nuevos productos

Pugh sugiere un equipo multifuncional para el desarrollo de conceptos mejorados, iniciando con un conjunto de alternativas de diseño, los pasos se muestran a continuación:

Seleccionar criterios: Criterios en base a los requerimientos técnicos

Formar la matriz

107

Matriz de evaluación de Pugh

C O N C E P T O

S

Criterios

1 2 3 4 5 6 7

A - - - S D S -

B - S - - A S -

C + + - - T - -

D + - - + U - +

E + + - - M - -

Más 3 2 0 1 0 1

Menos 2 2 5 3 3 4

Mismo 0 1 0 1 2 0

108

Selección de conceptos de Pugh

Clarificar los conceptos: Pueden requerir visualización

Seleccionar el concepto Datum: El mejor diseño disponible

Correr la matriz: Comparar cada concepto con el Datum (+

para el mejor concepto, - para el peor diseño, s para el mismo diseño)

Evaluar los resultados: (sumar los + y -; los + contribuyen a la

visión interna del diseño)

109

Selección de conceptos de Pugh

Atacar los negativos y reforzar los positivos: Activamente discutir los conceptos más

prometedores. Cancelar o modificar los negativos

Seleccionar un nuevo Datum y recorrer la matriz: se puede introducir un nuevo híbrido

Planear tareas futuras: trabajo adicional para refinar

Iterar: para llegar a un nuevo concepto ganador

110

Selección de conceptos de Pugh

Aplicando estos conceptos el equipo adquirirá: Mejor entendimiento de los requerimientos Mejor entendimiento de los problemas de diseño

Mayor entendimiento de las soluciones potenciales

Mayor entendimiento de la iteración de conceptos

Mayor entendimiento de porque ciertos diseños son mejores que otros

El deseo de crear conceptos adicionales