PONTIFICIA PONTIFICIA UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS CIENCIAS E INGENIERIA
MÉTODOS DE DISEÑO EN INGENIERÍA MECATRONICA COMPRENSION DE LA SOLICITUD CAPITULO 1
BENJAMÍN BARRIGA GAMARRA
Lima, Agosto del 2017
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FASE I: COMPRENSIÓN DE LA SOLICITUD
PROBLEMA
1. COMPRESIÓN DE LA SOLICITUD Aclarar el Pro bl ema 1. Asumir el problema en forma crítica 2. Averiguar el estado de la Tecnología 3. Analizar la situación del Problema 4. Comprobar las posibilidades de realización 5. Completar las exigencias, ordenarlas y cuantificarlas; colocar prioridades 6. Detallar completamente la lista de Exigencias 7. Preparar, planear y organizar el desarrollo del problema
Aprobar Lista de Exigencias Estado de la Tecnología Lista de Exigencias Plan de Trabajo
2. CONCEPCIÓN DE LA SOLUCIÓN Elaboración del Concepto: Estructura de Funciones
Fig. 1.1: Fase 1: Comprensión de la Solicitud
1. LISTA DE EXIGENCIAS, DETALLAR O ACLARAR Por lo general como datos de inicio para el diseño se recibe una descripción de una situación problemática o una serie de exigencias. En esta parte se trata de hacer a partir de una solicitud un pedido concreto de un sistema técnico, con una serie de exigencias debidamente clasificadas y cuantificadas. 1.1. ASUMIR EL PROBLEMA EN FORMA CRÍTICA Muchas veces la información que se entrega con un pedido es deficiente, incompleta, difusa, contradictoria, falsa e incomprensible. Para resolver todas estas cuestiones se debe asumir el problema en forma crítica y en base a las aclaraciones o precisiones necesarias, el pedido debe ser comprendido sin tener lugar a dudas. Con esta fase se evitan los malos entendidos, falsas construcciones, duplicidad de trabajos, no cumplimiento de plazos de entrega; y naturalmente se evita también las 2
consecuencias económicas y legales que pudieran ocurrir debido a los problemas de información. Finalmente se debe tomar el problema o tarea como un “contrato” donde estén escritas las especificaciones del problema (Lista de Exigencias). 1.2. AVERIGUAR EL ESTADO DE LA TECNOLOGÍA. Esto se hace averiguando lo que hace la competencia también buscando literatura especializada, catálogos, información técnica, revistas técnicas, tesis, información en Internet y patentes sobre el tema que se esta desarrollando. También se debe buscar recomendaciones y normas nacionales e internacionales. Muchas veces existen gremios o asociaciones que cuentan con información que puede ser de utilidad por ejemplo normas y reglamentos, estadísticas, prácticas usuales, etc. Una fuente importante de información es cuando se puede tener contacto directo con la posible tecnología a emplear, esto se puede hacer visitando ferias, fábricas, proveedores o incluso documentando las vivencias (prácticas, trabajos, etc.). Toda esta información se debe clasificar y estudiar para compenetrarse en el problema. Muchas veces la solución del problema y su calidad depende del grado de información técnica que posee y procesa el diseñador. 1.3. ANALIZAR LA SITUACIÓN DEL PROBLEMA La experiencia del solicitante del diseño da al diseñador las posibilidades de realización del diseño. Estas posibilidades se deben de discutir, y es aquí donde de alguna manera se irán perfilando las propiedades del diseño. El diseñador debe preparar un cuestionario de preguntas para el cliente, los temas de las preguntas deben de estar relacionadas con: plazos de entrega, tecnología a usar, costos, etc. 1.4. COMPROBAR LAS POSIBILIDADES DE REALIZACIÓN La comprobación de las posibilidades de realización (Feasibility) se basa por un lado desde el punto de vista técnico y por el otro lado desde el punto de vista económico. El primero se refiere al manejo y conocimiento de la técnica, tecnología y ciencia; el segundo punto de vista se refiere al empleo de los recursos humanos (especialistas) y materiales que se deben aplicar para alcanzar resultados exitosos. Contemplar también los caminos que quedan libres para el desarrollo del diseño. Si no es posible efectuar el diseño entonces se deben mencionar los requerimientos que lo haga posible. Por ejemplo: nuevas pruebas e investigaciones, proponer ensayos, investigar sobre las propiedades de materiales a tratar, realizar analogías y comparaciones (trabajar con modelos).
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1.5. COMPLETAR LAS EXIGENCIAS, ORDENARLAS Y CUANTIFICARLAS. COLOCAR PRIORIDADES. Durante esta fase del diseño (Detallar el Problema) se debe ordenar y completar la información recibida del cliente en cuanto a las condiciones que debe satisfacer el diseño. Esto se hace básicamente en 2 fases:
COLECCIONAR LAS EXIGENCIAS:
La formulación de las exigencias debe ser neutral frente a la solución del problema. Las exigencias se deben definir haciendo las siguientes preguntas: ¿Qué finalidad tiene que satisfacer la solución? ¿Qué propiedades debe tener esta solución? ¿Qué propiedades no debe tener esta solución? Se debe indicar también la información adicional de funcionamiento. Tener en cuenta los datos tanto de calidad como de cantidad. Cantidad: Implica un número y una magnitud como número de ítems requeridos, dimensiones y pesos máximos o mínimos, potencia, caudal, etc. Calidad: Se refiere a las variaciones permisibles o características especiales como resistente a la corrosión, ±2%, etc. Se debe distinguir e indicar las características de las exigencias, es recomendable colocar esto en un formato como el presentado en el “Modelo de Lista de Exigencias” en la tabla Nº 1.3, colocando una E (Exigencia) o una D (Deseo): Exigencia: Son las que se deben cumplir bajo cualquier circunstancia, es decir que si algunas de las características marcadas como E no es cumplida, el producto diseñado es inaceptable. Deseo: Cuando se trata sólo de aspiraciones sin consecuencias contradictorias con el objetivo del diseño. Si es necesario los deseos se pueden clasificar por su significado en alto, medio e insignificante. Para evitar omisiones se recomienda seguir algún método; por ejemplo Hoja de Preguntas, Listas de Control, Análisis de Mercado, o una guía para redacción de la Lista de Exigencias. Ver cuadro 1.4
ORDENAR LAS EXIGENCIAS
En primer lugar debe ir la función principal donde se colocarán los requerimientos principales y las propiedades (características) del objeto del diseño. Dividir cuando sea necesario en subsistemas fácilmente reconocibles, grupos funcionales, conjuntos y ordenar los subsistemas según sus características principales. Luego se colocan el 4 4
resto de exigencias; usar como ayuda la guía para la redacción de lista de exigencias que se muestra en el cuadro.1.4. 1.6. DETALLAR COMPLETAMENTE LA LISTAS DE EXIGENCIAS. Como resultado de esta fase del diseño, el producto debe tener todas sus exigencias ordenadas y clasificadas. La Lista de Exigencias se debe redactar en hojas (Formatos) y debe participar en la redacción los departamentos de la empresa que tienen que ver con el proyecto, así como la dirección (técnica); si es necesario se pueden incluir bosquejos. El cliente también debe participar en su redacción cuando se trata de un pedido externo. Cualquier ocurrencia, añadido o cambio se debe comprobar antes de incluirla en la lista. La Lista de Exigencias completa, es prácticamente un contrato donde están de acuerdo el solicitante y el diseñador. Por un lado el solicitante está seguro de lo que espera del diseño y el diseñador de lo que está obligado a diseñar. No olvidar que en la lista de exigencias debe estar el plazo de entrega y el costo del diseño o del producto a diseñar. MODELO DE LISTA DE EXIGENCIAS: LISTA DE EXIGENCIAS PROYECTO:
.........
CLIENTE:
.........
Fecha (cambios)
Deseo ó Exigencia
.........
E
.........
.....
Descripción
Pág. ..... de ........ Edición: .......... Fecha: .......... Revisado: .......... Elaborado: ………
Responsable
Función Principal: .............
.........
.........
.........
Tabla Nº 1.2: Lista de Exigencias
1.7. PREPARAR, PLANEAR Y ORGANIZAR EL DESARROLLO DEL PROBLEMA. La meta de este paso es hacer un plan de trabajo en base al método de diseño y las condiciones tanto de parte de la oficina de diseño (Desarrollo) y la complejidad del 5 5
problema y sus exigencias. Esto es hacer una asignación y distribución de recursos humanos y materiales para efectuar el diseño. Por lo general es suficiente hacer un diagrama de barras (diagrama de Gantt) como se muestra en la tabla Nº 1.3. También es necesario estimar los costos del diseño según las actividades a realizar, incluso a veces es necesario proyectarse hasta la fabricación del prototipo del diseño y las pruebas necesarias para iniciar la producción en serie; en todo caso los costos sólo se refieren a costos primarios.
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MODELO DE PLAN DE TRABAJO: Act ividad 1 2 3 4
Tiempo / Hombre (Horas,Dias, Semanas, Meses) semana 1 semana 2 semana 3 semana 4 .....
Tiempo (Hr,Dia,Sem) .....
semana n
Lista de Exigencias Plan de Trabajo Estado de la Tecnología Estructura de Funciones ... ... ... Entrega Final
"a" horas "b" horas "c" horas ... ... ... Total
...
Tabla Nº 1.3: Plan de Trabajo
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CUADRO 1.4 GUÍA PARA LA REDACCIÓN DE UNA LISTA DE EXIGENCIAS CON LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES. Características
Descripción
Geometría
Tamaño, altura, ancho, largo, diámetro disposición, conexión, extensión y ampliación
Cinemática
Tipo de movimiento, dirección del movimiento, velocidad, aceleración.
Fuerzas
Dirección de las fuerzas, magnitud de las fuerzas, frecuencia de las fuerzas, peso, carga, deformación, rigidez de inercia, estabilidad, posición de resonancia
Energía
Potencia, eficiencia, pérdidas, fricción, ventilación, estado, presión, temperatura, calentamiento, enfriamiento, energía de conexión, almacenamiento, absorción de trabajo, transformación de energía.
Materia
Flujo material y transporte de material. Propiedades físicas y químicas de los productos de entrada y salida, materiales adicionales, materiales prescritos (Leyes sobre alimentos y otros)
Señales (Información)
Magnitudes de entrada y salida, formas de las señales, indicadores, aparatos de control y funcionamiento
Control
Sistema de control de las magnitudes del sistema
Electrónica (hardware)
Para procesamiento y amplificación de señales.
Software
Tipos, Niveles e interfaces. Programas Comunicación entre equipo, subsistemas y usuarios. Monitoreo
Comunicaciones
Seguridad
Técnicas de seguridad inmediata, sistemas de protección, seguridad del trabajo y medio ambiente.
Ergonomía
Relación hombre - máquina: manejo, altura de manejo, tipo de servicio, claridad, disposición, confort del asiento, iluminación, configuraciones de formas, apariencia.
Fabricación
Limitación por los talleres de producción, dimensión máxima fabricable procedimiento preferido de fabricación, medios de fabricación, calidad y tolerancias posibles, cuotas de desperdicio.
Control de calidad
Posibles pruebas y mediciones, prescripciones especiales (TUV, ASME, DIN, ISO, AD-hojas de cálculo, INDECOPI)que se deben cumplir
Montaje
Prescripciones especiales de montaje, ensamble, instalación, montaje en obra, fundamentos
Transporte
Limitación por las grúas, perfil de las líneas, condiciones de transporte según el tipo de vía, por tamaño, peso y tipo de envío 8 8
Uso
Sin ruidos, coeficiente de desgaste uso en lugares apartados, lugar de empleo (p. e. Atmósfera sulfurosa, trópico.).
Mantenimiento
Sin mantenimiento o bien tiempos y frecuencia de mantenimiento, inspección, cambio y reparación de piezas, pintura, limpieza. Diagnostico y autodiagnóstico
Costos
Costos máximos de fabricación admisibles, costos de herramientas y dispositivos, inversión, amortización
Plazos
Fin del desarrollo, plan de redes para los pasos intermedios, diagramas de barra, tiempo de entrega
BIBLIOGRAFIA 1. Eggert, J., “Engineering Design”, Prentice Hall, New Jersey, 2005. 2. Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., Grote, K.H., “Engineering Design”, 3rd Edition, Springer, Berlin, 2007. 3. Kötler, P., Keller, K.L., “Dirección de Marketing” 12th Ed. Prentice Hall, México, 2006. 4. Recomendación VDI 2221 Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte ( Métodos para el desarrollo y diseño de sistemas técnicos y productos)
5. Recomendación VDI 2222 hoja 1 Konstruktionsmethodik; Konzipieren technicher Produkte (Métodos de Diseño; Concepción de productos t écnicos) 6. Recomendación VDI 2206 Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme (design methodology for mechatronic systeme), Juni 2004 7. Roddeck, Werner. Einführung in die Mechatronik (Introducción a la Mecatrónica). Taubner 3. Edición, Wiesbaden Agosto del 2006 8. Hubka, V., “Theorie Technischer Systeme”, Springer, Berlín, 2004 9. Koller, R., “Konstruktionslehre für den Maschinenbau” (Enseñanza del Diseño en la construcción de máquinas), Springer, Berlín 1994.
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