_______________________ _____________________________________ __________________________ ________________________ _________________________ ____________________ _______ CAPÍTULO SEIS
Generación del concepto
Figura 6. 1 Concepto preliminar para el sistema perforador perforad or máquina Parchecora Parchecora
Capítulo 6
Una vez que el problema de diseño es ampliamente entendido, la meta es utilizar este entendimiento como una base para generar conceptos que conduzcan a un producto de calidad. Un concepto es una descripción sobre cómo va el producto a satisfacer las necesidades del cliente. Un concepto es una idea que puede ser representada como un bosquejo o modelo tridimensional burdo, y con frecuencia está acompañado por una breve descripción textual, en otras palabras es una abstracción, de lo que puede algún día ser un producto; dependiendo de la refinación del concepto, este puede incluir los principios de funcionamiento, descripciones aproximadas de la tecnología requerida y de la forma del producto. Algunas ideas de conceptos podrían surgir naturalmente durante la fase de planeación y clarificación de la tarea cuando se realizan las actividades de desarrollo de las especificaciones y hay una gran tendencia en los diseñadores en tomar su idea favorita y en refinarla hasta el diseño del producto, sin embargo esta es una metodología frágil; si se genera una sola idea esta puede ser probablemente una idea pobre, pero si se generan muchas ideas de éstas se podría obtener una buena idea. De aquí radica la importancia de establecer los mecanismos apropiados para la generación de una gran cantidad de conceptos. En este capítulo se abordará la generación de los conceptos de soluciones de diseño mediante el uso de dos técnicas: a) la descomposición funcional y b) la generación de conceptos a partir de las funciones. La filosofía detrás de este enfoque reside en el hecho de que la mayoría de los problemas de diseño son demasiado grandes para ser resueltos como un único sistema. Una vez descompuesto el problema, aquí se plantean dos opciones para encontrar los conceptos conceptos de solución para las funciones generadas generadas en la descomposición: la búsqueda interna y a la exploración sistemática. Al finalizar esta fase del diseño, el equipo de diseño deberá tener varios conceptos de posibles soluciones al problema de diseño planteado.
6.1.
La actividad de generación del concepto
Como se mencionó en el capítulo anterior, algunas ideas de concepto pueden irse generando naturalmente durante la etapa de desarrollo de las especificaciones; esto sucede porque muchas veces ocurre que para entender el problema, se asocia este con cosas que ya se conocen. Tener esta base inicial es bueno, sin embargo lo que sí es una mala práctica, es tomar de aquí la idea favorita y trabajar en esta para refinarla y llevarla al diseño final. Lo mejor es tener la mayor cantidad de posibles soluciones de diseño y que a partir de estas, mediante unos criterios, se pueda seleccionar la mejor; si se genera una sola idea esta puede ser una pobre idea, si se generan muchas ideas entonces es posible que se tenga entre ellas una buena idea. Tenga en cuenta además que, un buen concepto es en ocasiones mal implementado en las fases de desarrollo posteriores, pero un concepto deficiente, en raras ocasiones se puede manipular para lograr el éxito comercial. La generación del concepto se puede realizar de forma relativamente rápida y es poco costosa en comparación con el resto del proceso de desarrollo, por lo que no hay excusa para que exista una falta de diligencia y cuidado al momento de realizarla; cuando la generación del concepto se realiza de manera apropiada se facilita que el equipo incremente la confianza en que se ha explorado toda la gama de alternativas. Si la generación del concepto es realizada en la etapa temprana del proyecto, se reduce la posibilidad posibilidad de que el equipo encuentre un concepto superior más adelante en el proceso. Como todas las fases de los proyectos de diseño, la generación de conceptos es iterativa y está iteración está relacionada con la evaluación que se haga. En la figura 6.2 se puede apreciar la ubicación de la generación del concepto dentro del proceso de diseño. Imaginar nuevas ideas es una experiencia agradable y gratificante; al generar una idea nueva, los ingenieros pueden llegar a sentirse muy orgullosos de su creatividad. creatividad . Sin embargo, a menudo, puede también suceder que después de haber invertido tiempo y recursos en la construcción de una idea, se descubra que esta no es del todo origina l: “la rueda ya fue inventada!”; es inventada!”; es imposible estar al tanto de todos los conceptos que han surgido antes, sin embargo es importante hacer esfuerzos para encontrar ideas de diseño que han sido desarrolladas previamente y de esta manera evitar o disminuir el riesgo de invertir recursos en la generación de ideas que ya existen. Hoy en día, debido a la existencia de herramientas como la internet y las bases de datos especializadas que pueden ser accedidas en cualquier momento y desde
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cualquier lugar del mundo, haciendo uso de las TICs, es relativamente sencillo realizar la búsqueda de desarrollos que se crean puedan ser aplicables al proyecto que se está ejecutando. El proceso formal de generación del concepto inicia una vez han sido establecidas plenamente o en un muy alto porcentaje las necesidades de los clientes y se han establecido las especificaciones objetivo; el resultado será un conjunto de conceptos que más adelante utilizará el equipo de diseño para evaluar y realizar la selección final; Dym [2] habla de la generación generación de un espacio de diseño. diseño . “Un espacio de diseño es un sistema, una construcción mental que encierra o incorpora todas las soluciones potenciales a un problema de diseño” diseño”;; en el ejercicio del diseño se podrían diferenciar dos categorías de espacio de diseño. Se dice que existe un gran espacio de diseño cuando se tiene un problema de diseño para el cual: Existe un gran número de soluciones potenciales, podrían llegar a ser infinitas. Existen una gran cantidad de variables de diseño y estas, a su vez, pueden adoptar un gran número de valores. Un espacio pequeño de diseño existe cuando se tiene un proyecto de diseño para el cual: El número de soluciones potenciales es muy limitado. Hay un número pequeño de variables y estas pueden adoptar valores solo dentro de intervalos limitados.
Tarea: Tarea: Mercado, economía, compañía
a e r a y t r l a a r e a n c a i l i f P r a l C
Planear y clarificar la tarea
Especificaciones l a u t p e c n o c o ñ e s i D
Identificar problemas esenciales Establecer estructuras funcionales Buscar principios de solución Combinar y confirmar variantes variantes de concepto s Evaluar por criterios técnicos y económicos
Concepto
Desarrollar arreglos arreglos preliminares y dis eños de forma Seleccionar Refinar y evaluar evaluar po r criterios criterios técnicos y económicos
Arreglo preliminar preliminar
Optimizar y completar los d iseños preliminares Verificar Preparar lista de partes y do cumentos de producción
r a r o j e m y r a z i l a u t c A
a m r o f r a d a r a p o ñ e s i D
Arreglo definitivo
Finalizar detalles Completar dibujos y documentos de producción Verificar documentación
Documentación
e l l a t e d e d o ñ e s i D
Solución
Figura 6.2 Ubicación de la generación de concepto dentro del proceso de diseño Ejemplos de problemas de diseño que pueden considerarse que comprenden un gran espacio de diseño son los de un submarino, un avión, hasta un automóvil moderno; estos son objetos que contendrán muchas Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2011
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partes funcionales funcionales y cada una de ellas involucrará aspectos que deben ser pensados y valorados entre varias alternativas. Un espacio pequeño de diseño puede ser un problema de diseño circunscrito; el diseño de componentes o subsistemas de grandes sistemas generalmente ocurre dentro de espacios de diseño relativamente pequeños. El tamaño de un espacio espacio de diseño diseño está influenciado influenciado fuertemente fuertemente por las restricciones restricciones impuestas impuestas al diseño; sin restricciones que impongan algunos requerimientos y órdenes en un diseño, el espacio puede ser bastante grande incluso ilimitado. Por ejemplo el sistema de propulsión del automóvil estará limitado por el tipo de combustible, combustible, los materiales materiales disponibles disponibles y el peso máximo establecido; establecido; esto hará que el espacio de diseño sea relativamente pequeño ya que limita la libertad que tienen los diseñadores. Los espacios de diseño grandes son complejos de manejar debido a la gran cantidad de posibles combinaciones que surgen cuando las variables de diseño, que pueden llegar a ser miles, se deben establecer. Puede suceder también que el espacio de diseño de un sistema, inicialmente pequeño, se vuelva más complejo por las interacciones con otros sistemas y componentes del objeto. A manera de ejemplo tomemos el subsistema de alimentación de plátanos para la máquina peladora de plátanos (QPP 69X), algunas de las restricciones que debe cumplir este alimentador están relacionadas con la geometría del plátano (longitud, (longitud, radio equivalente, equivalente, curvatura), curvatura), con la ubicación del sistema dentro dentro de la máquina y otras con la capacidad de la máquina. Además de estas restricciones, se deben cumplir con otras que no están dentro del sistema sino que provienen de otros subsistemas y que además pueden ser conflictivas, a manera de ejemplo algunas que se deben tener en cuenta son: el tipo, la capacidad y la ubicación de sistema de pelado, el tipo y la forma del elemento que va a entregar los plátanos a la máquina, etc.; es claro que estas restricciones aumentan la complejidad y modifican el espacio de diseño del sistema de alimentación. La complejidad surge porque los valores de muchas variables de diseño dependen en gran medida de las elecciones hechas o de las que aún no se hacen. Mas que identificar o reconocer que se tiene un espacio de diseño complejo, lo que nos debe ocupar es el cómo manejar el problema. Una propuesta viable y muy utilizada es la de reducir el espacio, esto se logra dividiendo el problema complejo en subproblemas mas pequeños; al tener espacios de diseño más reducidos son más fáciles de resolver. La metodología presentada en las siguientes secciones del capítulo, está enfocada a ayudar en el proceso de reducción del problema de diseño en subproblemas; una vez encontrada la solución para cada subproblema, se realiza el reensamble para encontrar soluciones globales de diseño que sean factibles y coherentes.
6.2.
Algunas recomendaciones para el proceso de generación del concepto
Para lograr mejores resultados, la generación del concepto debe ser un proceso bien estructurado; cuando este no se realiza de manera apropiada se pueden presentar algunos inconvenientes dentro de los equipos y con las soluciones mismas, para evitar que esto ocurra es recomendable que los equipos de diseño tengan en cuenta lo siguiente:
Considerar más de dos alternativas. En todo equipo de diseño se pueden encontrar miembros más autoritarios que otros, puede ocurrir que estos traten de forzar la consideración de su alternativa preferida únicamen únicamente, te, dejando dejando de lado a las demás, demás, esto debe debe ser evitado. evitado. Lo ideal es que todo el equipo de diseño pueda participar en este proceso, si no es posible deben participar participar más de dos integrantes integrantes del equipo de tal manera que se establezca establezca un buen nivel de confianza y compromiso entre ellos. Como ya se ha mencionado, es posible que algunos conceptos de solución ya hayan sido generados por otras personas y además existan ya implementados en productos existentes. El equipo de diseño debe evaluar adecuadamente la utilidad de los conceptos empleados por otras compañías en los productos que tengan relación y también en algunos que no estén del todo relacionados.
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Como el problema ha sido dividido en problemas más pequeños, y para cada uno de estos se buscarán soluciones, el equipo de diseño debe integrar de manera eficaz las soluciones soluciones parciales parciales que resulten en la generación del concepto. Se deben considerar todas las categorías de soluciones.
El establecimiento de un método estructurado para la generación del concepto además de reducir la probabilidad probabilidad de inconvenientes inconvenientes costosos, puede fomentar también la recopilación recopilación de información información de fuentes distintas, guiar al equipo en la exploración de alternativas y proporcionar un mecanismo para integrar de manera adecuada las soluciones parciales.
6.3.
Método para la generación del concepto
Al igual que para la estructura del proceso de diseño, no existe una forma única propuesta para la estructura o método utilizado en la generación del concepto; aquí se tomará como referencia el método propuesto por Ulrich Ulrich [1]. El corazón corazón de este este método de cinco pasos pasos es la descomposición descomposición del problema problema en subproblemas mas simples; luego para cada uno de los subproblemas se identifican conceptos de solución mediante procedimientos de investigación externos e internos. Establecidas las soluciones particulares se utilizan otras técnicas para la integración de las soluciones de los subproblemas en una solución global. En la figura 6.3 se esquematiza el método, hay que recordar que el proceso de generación de concepto es iterativo, por lo que en el último paso se “vuelve atrás” y se verifica la validez y la aplicabilidad de los resultados. Clarificar el problema
Buscar internamente
Buscar externamente
Nuevos conceptos
Conceptos existentes
Explorar sistemáticamente Soluciones integradas
Refleja en la solución y el proceso
Figura 6.3 Método para la generación del concepto, propuesto por ULRICH Como los métodos propuestos con anterioridad en este libro, este constituye una base a partir de la cual el equipo de diseño puede mejorar o implementar su forma propia, adecuado a su estilo de trabajo.
6.3.1. Clarificar el problema Es indispensable al inicio del proceso desarrollar un entendimiento general del problema y, si es necesario, desarticular el problema en subproblemas; el entendimiento del problema debe haberse logrado a través del establecimiento de los objetivos generales y los específicos, la lista de las necesidades de los clientes y las especificaciones preliminares. De todas maneras vale la pena recordar que es normal que a medida que avanza el proyecto se siga conociendo y entendiendo más el problema. Es importante que exista al interior del equipo de diseño claridad sobre la magnitud y el alcance del proyecto; es ideal ideal que el equipo de diseño se vea involucrado involucrado tanto en la identificación identificación de las necesidades necesidades del cliente como en el establecimiento establecimiento de las especificaciones. Aquellos integrantes del equipo de diseño Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2011
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que no hayan estado involucrados en estos pasos previos, deberán familiarizarse con los procesos utilizados y sus resultados antes de comenzar con las actividades de generación de concepto. Una herramienta útil para administrar y visualizar la información de las necesidades de los clientes, su interrelación y los resultados esperados es la técnica del QFD, esta técnica fue presentada en la sección 5.2 de este libro; este instrumento es utilizado por los equipos de diseño por dos razones fundamentales: Para mejorar la comunicación de las necesidades del cliente a lo largo de la organización.
Para mejorar la integridad de las especificaciones y hacerlas identificables directamente a las necesidades del cliente.
En el caso del proyecto del pelador de plátanos que se ha mencionado y se ha venido desarrollando en los capítulos anteriores, ya fueron identificados los requerimientos de los clientes, por mencionar algunos de ellos son: quita completamente la cáscara sin dejar pedazos se puede utilizar para diferentes tipos de plátano erosiona muy poco el plátano separara la cáscara del plátano pelado no contamina los plátanos
Con base a los requerimientos de los clientes, el equipo de diseño desarrolló un conjunto de especificaciones de diseño objetivo, entre las que se tienen: Longitudes del plátano menores a 22 cm Espesores de la cáscara del plátano entre 3 y 7 mm 3 modos de operación Masa total máxima de la máquina, 110 kg Valoración en la prueba Cutting Peeler Machines, A350
6.3.1.1. Descomponer un problema complicado en subproblemas subp roblemas más sencillos. En este punto hay que reconocer que la complejidad de un proyecto puede ser mayor para un equipo de diseño que para otro, esta relatividad está directamente asociada al diferente grado de experticia y conocimiento de los equipos; de esta manera habrán muchos proyectos de diseño que pueden ser catalogados como muy complejos para ser resueltos por el equipo como un solo problema, en estos casos es tácticamente conveniente dividirlos en varios subproblemas mas simples; por otro lado, hay ocasiones en que el problema de diseño no es fácilmente descompuesto en subproblemas. Sea cual sea el caso, el equipo de diseño siempre debería intentar descomponer el problema de diseño, pero sin perder de vista de que si el problema es muy simple seguramente esta descomposición no aportaría mucho a la solución del problema ya que este este perfectamente perfectamente podría haber haber sido afrontado afrontado como como un todo. En una situación ideal, durante esta fase de diseño es posible descomponer el problema general en subproblemas, cada uno de los cuales representa un subsistema que es funcionalmente independiente de los otros subsistemas. Si el problema de diseño corresponde a un artefacto “ya maduro”, el problema puede algunas algunas veces veces ser identificado identificado como el desarrollo desarrollo de de muchas formas específicas específicas.. La división de un problema en subproblemas más simples se denomina desarticulación del problema. De nuevo, no existe un esquema único por medio del cual se pueda descomponer un problema, existen muchos. Una manera de dividir los problemas es identificando y especificando las funciones que deben ejecutar el artefacto que será diseñado; el objetivo al determinar las funciones es garantizar que el diseño final hago todo los que se supone que debe hacer. Existen varios métodos para determinar funciones, entre ellas se pueden mencionar: la enumeración, análisis de cajas negras y de cristal y la construcción de árboles de funciones; aquí se trabajará una desarticulación funcional utilizando el método de las cajas “negras” y cajas de “cristal”. “cristal” .
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El proceso seguido para realizar la descomposición funcional utilizando cajas “negras” y cajas de “cristal” se compone de dos pasos, con el primero se pretende identificar plenamente todos los flujos de material y señales externos que interactúan (ingresan o salen) con el artefacto que se está diseñando; en el segundo paso se desea establecer establecer con el mayor detalle posible o el necesario, todas las operaciones operaciones o transformaciones que se suceden sobre los flujos y señales que ingresan al artefacto. El primer paso propuesto para realizar la descomposición funcional de un problema es representarlo como una caja negra que negra que opera en material, flujos de señal y energía; la idea de una caja negra es que no se sabe ni se tiene interés, por ahora, en conocer lo que hay o pasa dentro de ella. En la figura 6.4 se presenta la caja negra para el problema de diseño del pelador de plátanos.
Ruido, Calor,
Energía (?)
vibración Plátanos pelados
Agua, Plátanos QPP 69X
Señales de activación
Cáscara, agua-mancha
Señal en funcionamiento
encendido, ajuste velocidad
Figura 6.4 Caja negra para el pelador de plátanos (QPP 69X)
En esta representación inicial es común utilizar por conveniencia líneas continuas delgadas para la transferencia y conversión de energía, líneas continuas gruesas para el flujo de material dentro del sistema y líneas punteadas para representar flujos de señales de control y alimentación dentro del sistema. La caja negra representa la función global del diseño (expresado gráficamente), es decir lo que tiene que hacer este para que lo que entra se transforme en lo que sale. Es importante que se especifiquen todos los datos de entrada y salida conocidos, incluso los subproductos indeseables originados por las funciones secundarias imprevistas; en muchos casos la realización de un análisis funcional puede ayudar a identificar datos de entrada y salida adicionales que pudieron ser omitidos. El siguiente paso en la descomposición funcional es dividir la caja negra en subfunciones, en otras palabras destapar la caja o hacerla transparente, transparente, para crear una descripción descripción más específica específica de lo que deberían hacer los elementos del producto e implementar su función global. Esto debe responder a las preguntas “¿Qué le sucede a este dato de entrada?” entrada?” o “¿de dónde dónde proviene este dato dato de salida?”. salida?”. En el proyecto de de pelador de plátano se pueden identificar claramente seis datos de entrada: Una energía eléctrica, agua limpia, plátanos sin pelar, una señal de activación, una señal de encendido y una señal de ajuste de velocidad. Existen siete datos de salida, deseables e indeseables: Plátanos pelados, cáscaras, agua “sucia”, ruido, ruid o, calor, vibración y una señal que indica que está encendida. Como se ha presentado presentado en la figura 6.4, el artefacto (pelador de plátanos) se ha representado representado como una caja que transforma los plátanos con cáscara en plátanos pelados, separados de la cáscara, seguramente ruido y otros efectos no deseables; la pregunta a resolver es ¿Cómo sucede esto? ¿Qué funciones se ejecutan para que se obtengan esos resultados? Si se quita la tapa a la caja, se podrían ver varias cajas negras en su interior, estas nuevas cajas negras representan las funciones que toman también flujos de entrada y las convierten en otros flujos de salida; lo que se obtiene haciendo la caja transparente o quitando la tapa es revelar funciones, de esta manera se podrían seguir destapando cajas hasta el punto en que se identifiquen y entiendan adecuadamente las funciones que transforman los datos de entrada en los datos de salida correspondientes y se identifiquen además datos de entrada adicionales o efectos no deseados que se produzcan por efecto de las funciones aplicadas. aplicadas. La idea de hacer la caja transparente es transparente es ver lo que está Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2011
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entrando en ella y exponer las transformaciones de los datos de entrada en datos de salida. Por lo general, cada caja negra (función) puede ser destapada (dividida) descubriendo nuevas cajas negras (subfunciones); este proceso de división se debería repetir hasta que los miembros del equipo establezcan que cada subfunción es lo suficientemente simple para trabajar con ella. El objetivo central en esta etapa es describir los elementos funcionales del diseño sin implicar un principio de trabajo tecnológico específico para el concepto del diseño. Por ejemplo, en la figura 6.5 se tiene la subfunción “Convertir “Convertir energía en energía de traslación ”, esta subfunción ha sido expr esada expr esada en forma tal que no implica ningún concepto físico de solución particular. El equipo de diseño deberá considerar cada subfunción a la vez y preguntarse si se expresa de una forma que no implica un principio de solución física particular. En la figura 6.5 se presenta la caja de cristal o caja transparente (descomposición funcional) para el proyecto del pelador de plátanos. Como no existe una forma única de crear un diagrama de funciones, tampoco existirá una desarticulación única correcta de un diseño; una forma sugerida es elaborar varios bosquejos, y después trabajar para refinarlos en un solo diagrama con el que el equipo se sienta a gusto.
Figura 6.5 Caja de cristal ( parcial ) para el pelador de plátanos
Para aquellos que están iniciando y no tienen mucha experiencia en el desarrollo de cajas negras y transparentes, es de ayuda utilizar algunas técnicas que podrían generar confianza y práctica antes de enfrentarse al problema en cuestión:
Crear un diagrama funcional de un dispositivo conocid o; la idea es “ensayar” con algo de poca o mediana mediana complejidad complejidad antes antes de enfrentarse al problema problema de diseño en cuestión. cuestión. Crear un diagrama funcional de un concepto arbitrario ya generado por el grupo o con base en una tecnología de subfunción conocida. Al realizar el diagrama diagrama asegurarse de llevarlo al nivel apropiado de abstracción. Seguir uno de los flujos (por ejemplo, Material) y determinar qué operaciones requiere. Los detalles de los otros flujos se pueden derivar pensando en sus conexiones con el flujo inicial.
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El diagrama de caja negra, como muchas otras cosas en el ámbito del diseño, no es único; las funciones pueden ordenarse de diferente manera para producir diagramas diagramas de caja negra disímiles. disímiles. La descomposición funcional es de aplicación amplia a productos técnicos, pero también puede ser aplicada a productos sencillos sencillos y con apariencia apariencia no técnica, sin embrago en algunas aplicaciones, aplicaciones, el material, la energía y los flujos de señal son difíciles de identificar; en estos casos, con frecuencia es suficiente una lista de las subfunciones del diseño (árbol), sin conexiones entre ellas. La descomposición funcional es solo una de las varias formas posibles para dividir un problema en subproblemas más simples. La descomposición funcional será ampliada en la sección 6.4 de este libro.
6.3.1.2. Invertir los recursos iniciales a los subproblemas principales Sea cual sea la técnica que se utilice para realizar la descomposición funcional, al finalizar dicha actividad se debe haber podido dividir el problema complejo en problemas más simples posibilitando que estos puedan afrontarse afrontarse de una manera manera focalizada. focalizada. En este momento, el equipo de diseño identifica y selecciona los subproblemas esenciales para el éxito del diseño y que tienen a su juicio mayor probabilidad de beneficiarse de las soluciones novedosas y creativas que se deberán desarrollar más adelante. Esto implica que de manera consiente el equipo de diseño postergue la solución solución de algunos de los subproblemas; es decir que se dejarán algunos algunos subproblemas subproblemas para ser solucionados después de que se resuelvan aquellos considerados más críticos. Esta no es una tarea fácil y su efectividad estará relacionada a la experiencia en el trabajo de proyectos de diseño, los equipos con experiencia por lo general llegarán a un acuerdo después de unos cuantos minutos de análisis sobre que subproblemas se deben atacar primero y cuales se deben aplazar. Esta decisión es crítica en cuanto al uso eficiente de los generalmente escasos recursos de tiempo y dinero; se dará prioridad a los subproblemas que influyen en mayor grado en el éxito del artefacto.
6.3.2. Búsqueda externa El objetivo de la búsqueda externa es encontrar soluciones existentes tanto para el problema general, como para los subproblemas subproblemas identificados identificados en la etapa de aclaración del problema. Porque hacer una búsqueda externa? La razón es que la implementación de una solución existente es por lo general más rápida y económica que el desarrollo de una nueva solución y además ¡no hay que inventar nuevamente la rueda! Aunque podría pensarse como algo puntual y aplicado solo en este instante en la exploración de conceptos de solución en el proyecto, la búsqueda externa ocurre de manera continua durante todo el proceso de desarrollo. El uso de soluciones existentes permite al equipo direccionar sus esfuerzos creativos a los subproblemas fundamentales, para los que no existen soluciones previas satisfactorias o de aplicación efectiva al diseño en curso. Por otro lado, una solución existente para un subproblema, con frecuencia se puede combinar con una solución novedosa para otro, y así producir un diseño global superior. Es por eso que la búsqueda externa incluye la evaluación detallada no sólo de productos competitivos, sino también de las tecnologías usadas en productos con subproblemas relacionados. En esencia la búsqueda externa es un proceso de recopilación de información. Para lograr mejores resultados a la vez que se optimiza el uso del tiempo y los recursos disponibles, se recomienda una estrategia en la que primero se expanda el alcance de la búsqueda, recopilando toda la información que podría estar relacionada relacionada con el problema, problema, y después se enfoque el el alcance de la búsqueda, búsqueda, explorando explorando con mayor detalle las direcciones más prometedoras. La búsqueda y recopilación de información de fuentes externas se puede hacer de varias maneras, aquí se mencionarán las siguientes: Consultas a expertos, conversaciones con usuarios líderes, búsqueda de patentes, patentes, búsqueda de literatura y benchmarking. benchmarking. El equipo de diseño en función de su configuración configuración y conocimiento técnico decide que estrategias de búsqueda de información aplicar para el proyecto. Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2011
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6.3.2.1. Consulta a expertos Si el diseño se realiza en un nuevo campo, uno en el cual el diseñador o equipo de diseño no tienen experiencia, hay dos opciones para ganar suficiente conocimiento que le permita regenerar conceptos: o bien se encuentra encuentra a alguien alguien experto en el campo campo o se invierte tiempo tiempo ganando ganando experiencia experiencia por por sí mismos. mismos. Aunque serían muy apreciados dentro del equipo de diseño, los expertos pueden ser muy onerosos por lo que muchas veces se prefiere contactarlos como asesores a los cuales se les consulta por aspectos muy puntuales y en tiempos claves del proyecto. La experticia, experticia, mas allá de los conocimientos conocimientos técnicos especializados, generalmente está relacionada con la experiencia de las personas, sin embargo esta tampoco es una regla general; para un proyecto los expertos podrían encontrarse en las compañías que fabrican productos relacionados, ser asesores profesionales, en las universidades, ser representantes técnicos de productos; muchos expertos también pueden ser ubicados como autores en revistas especializadas. Dependiendo del tipo de experto, este exigirá o no una remuneración por el tiempo invertido en el problema; en este sentido es habitual que los asesores cobren por sus servicios, los proveedores proveedores o representantes representantes técnicos técnicos por otro otro lado pueden pueden ofrecer varios varios días de esfuerzo sin recibir recibir pago pago alguno siempre y cuando exista cierta seguridad de que sus productos serán utilizados en el diseño. Probablemente no será difícil encontrar expertos con conocimientos de uno o más de los subproblemas, estos podrían proporcionar conceptos de solución de manera directa o sugerir el re direccionamiento de la búsqueda hacia un área más conveniente; aunque en algunas ocasiones el encontrar estos expertos puede ser una tarea ardua, de seguro esto toma menos tiempo que volver a crear el conocimiento que ya existe.
6.3.2.2. Conversaciones con usuarios líderes Los usuarios líderes son aquellos que experimentan necesidades meses, o años antes que la mayoría de los usuarios, y llegan a beneficiarse de manera sustancial de la innovación del producto (von Hippel, 1998). Muchas veces, estos usuarios líderes ya han desarrollado soluciones para satisfacer las necesidades experimentadas. Este tipo de usuarios es común encontrarlos en comunidades de usuarios altamente técnicos o especializados. Los usuarios líderes pueden haber sido reconocidos con anterioridad en la fase de identificación de las necesidades o buscarlos y encontrarlos en este momento; estos se pueden encontrar en el mercado para el que se está diseñando el producto, o encontrarse en mercados para otros productos que implementan algunas de las funciones del producto en desarrollo. Identificados estos usuarios líderes, se debe realizar con ellos reuniones focalizadas a la búsqueda de soluciones para los subproblemas o el problema global de interés. Como se mencionó estos usuarios líderes pueden ya haber encontrado sus propias soluciones a sus necesidades no resueltas por los productos existentes; el solo hecho de identificar debilidades de los productos existentes existentes en la competencia competencia que no habían sido considerados considerados por los usuarios comunes y corrientes, ya es en sí una contribución importante al proyecto.
6.3.2.3. Búsqueda de patentes Las patentes son una fuente rica y disponible de información técnica, estas incluyen dibujos detallados y explicaciones sobre cómo funcionan muchos diseños; pero cuidado!, aunque las patentes son una buena fuente de ideas, se puede correr el riesgo que durante la búsqueda encontrar otras cosas interesantes, pero que no están relacionadas a el problema y se convierten en distracciones; por otro lado hay que saber hacer la búsqueda para encontrar solo la información que esté relacionada con nuestro interés. Existen millones de patentes, cada una puede contener varias declaraciones y diagramas, si no se tiene cuidado esto se puede convertir en una labor muy demandante de recursos (tiempo). En cuanto a la utilidad de las patentes, es importante recordar que si los conceptos son encontrados en patentes recientes recientes están protegidos (20 años a partir de la fecha de solicitud de la patente), por lo que su uso involucraría el pago de regalías. Sin embargo esta búsqueda puede ser útil precisamente para saber que conceptos están protegidos y que, por lo tanto, se deben evitar o si se desean utilizar obtener el
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permiso. Los conceptos conceptos contenidos contenidos en patentes extranjeras extranjeras sin cobertura global y en patentes que ya expiraron, se pueden utilizar sin pago alguno.
Figura 6.6 Concepto de pelador de plátano según patente de Estados Unidos No 4 446 782
Existen varias bases de datos que contienen el texto real de todas las patentes, algunas de ellas son gratis (por ejemplo: http://www.freepatentsonline.com/ , http://www.google.com/patents, http://worldwide.espacenet.com/ ), pero en otras hay que pagar una cuota por cada patente o por una subscripción. Estas bases de datos se pueden consultar electrónicamente mediante el uso de palabras clave, es conveniente que estas palabras claves sean establecidas en por lo menos los idiomas ingles y español; la experiencia hará que esta búsqueda sea cada vez más eficiente. En la figura 6.6 se muestra uno de los diagramas para el pelador de plátanos descrito en la patente de Estados Unidos No 4 446 782.
6.3.2.4. Búsqueda en literatura La literatura que se puede consultar como fuente de ideas o conceptos para el diseño no está limitada a libros técnicos, por el contrario esta incluye memorias de conferencias, revistas industriales, reportes gubernamentales, anuncios de nuevos productos, revistas de índole académica, revistas comerciales, etc. (ejemplos de sitios de proveedores de elementos y equipos son: http://www.mcmaster.com , http://www.thomasnet.com/ ). La abundancia de medios posibilita que las búsquedas de literatura conduzcan a una gran cantidad de información de soluciones existentes o de ideas para la posterior generación de conceptos. En la actualidad la búsqueda electrónica es la forma más eficiente para recopilar información de literatura publicada. publicada. La búsqueda en internet internet es el primer paso, aunque hay que ser cuidadosos cuidadosos porque la calidad calidad de los resultados puede ser difícil de valorar. Las bases de datos más estructuradas están disponibles en fuentes en línea (por ejemplo: http://www.sciencedirect.com/science ) o en dispositivos de almacenamiento
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(por ejemplo CD-ROM); muchas universidades ofrecen amplias bases de datos, estas podrían accederse mediante convenios o mediante la suscripción a los servicios de biblioteca..
Al igual que con la búsqueda de patentes, las dos dificultades principales para realizar buenas búsquedas en bases de datos son: determinar las palabras clave, y limitar el alcance de la búsqueda. Debe existir un equilibrio entre la necesidad de utilizar más palabras clave para completar la cobertura y la necesidad de restringir el número de correspondencias a un número manejable.
6.3.2.5. Análisis (Benchmarking) de productos relacionados La definición de Benchmarking apropiada aquí es la de David Kearns (Chief Executive Officer, Xerox Corp.): “El “El benchmarking es un proceso continuo de evaluación de los productos, servicios y métodos, con respecto a los de los competidores más eficientes o a las empresas reconocidas como líderes ”. Operativamente el benchmarking guarda cierto parecido con la ingeniería inversa, sin embargo este está más enfocado hacia la evaluación competitiva del artefacto. En la etapa de la generación de conceptos, se utiliza el benchmarking para evaluar aquellos productos que poseen una funcionalidad funcionalidad similar a la del artefacto en desarrollo, o a los subproblemas subproblemas en los que está trabajando el equipo de diseño. Además de revelar conceptos existentes que han sido implementados para resolver un problema particular, el benchmarking también puede visibilizar fortalezas y debilidades de los productos de de la competencia; competencia; incluso incluso podría podría aplicarse aplicarse benchmarking benchmarking a los los productos propios.
Hasta aquí se han presentado solo algunos de los métodos que pueden ser utilizados para recopilar conceptos de solución por fuera del equipo de diseño; la aplicación de estas llevará a que los miembros del equipo desarrollen destrezas para realizar estas búsquedas, sirve a demás para desarrollar una base de datos mental de tecnologías, y posiblemente se construya o amplíe la red de contactos profesionales.
6.3.3. Búsqueda interna Habiendo La búsqueda interna es el uso de conocimiento y creatividad personal y de equipo para generar conceptos de solución. La búsqueda es interna porque todas las ideas que emergen en esta etapa son creadas a partir del conocimiento que ya está en posesión del equipo. Esta actividad puede ser la de mayor duración, indefinida y creativa que cualquier otra en el desarrollo de un nuevo producto; este proceso puede ser ejecutado ejecutado por individuos que trabajan de manera aislada, o por un grupo de personas que trabajan juntas. Esta búsqueda interna está íntimamente relacionada con la capacidad creativa del individuo o del equipo; en el anexo: anexo : “La creatividad como actor principal en la búsqueda de soluciones de diseño” , se describen algunos métodos que se pueden utilizar efectivamente en la generación de conceptos. Además de los métodos mencionados en el anexo, estas son algunas sugerencias que merecen ser tenidas en cuenta tanto en la búsqueda interna en grupo:
Pospone Posponerr el ju ici o . A diferencia a como estamos acostumbrados a tomar decisiones en nuestra vida diaria, la generación del concepto para el diseño de productos es fundamentalmente diferente. En este caso se debe postergar la evaluación por el tiempo que sea necesario (días, semanas) para generar un conjunto grande de alternativas; la clave es suspender el juicio durante las sesiones de grupo, es decir, no se permite la crítica de los conceptos. Concebir muchas Concebir much as i deas deas . Es un hecho que entre más ideas genere un equipo, mayor probabilidad tendrá de explorar por completo el espacio de solución. Además, como cada idea actúa como un
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estímulo para otras ideas, un número grande de ideas tiene el potencial de estimular incluso más ideas.
Em plear pl ear medios medi os gr grá áf i cos y f ísicos . Una imagen vale más que mil palabras. Los lenguajes en texto y verbales son vehículos propios e ineficientes para describir las entidades físicas. Ya sea que se trabaje en grupo o de manera individual, debería tenerse disponible suficiente material para realizar bosquejos o modelos con materiales que faciliten la representación de las ideas.
Algunos expertos sugieren combinar las sesiones individuales como de grupo para potenciar la generación de ideas. Los miembros del equipo de diseño deberían emplear al menos parte de su tiempo de generación del concepto trabajando solos; mientras que las sesiones de grupo además de servir para generar conceptos son fundamentales para elaborar un consenso, comunicar información y depurar conceptos. En un escenario ideal, cada miembro del equipo emplearía varias horas trabajando solo, y después se reuniría el equipo para analizar y mejorar los conceptos generados por los individuos.
6.3.4. Exploración sistemática Con las actividades realizadas en la búsqueda externa e interna, el equipo de diseño podrá haber recopilado decenas o cientos de fragmentos de concepto, recordemos que estos fragmentos serán soluciones para los subproblemas. La exploración sistemática persigue que el equipo “navegue” el espacio de posibilidades, organice y sintetice los fragmentos de solución. Un enfoque para organizar y sintetizar los fragmentos podría ser considerar todas las combinaciones posibles de los fragmentos fragmentos asociados con cada subproblema; subproblema; sin embargo, aplicando un poco de matemática se revelaría la imposibilidad de este enfoque. Por ejemplo, si se tienen solo tres subproblemas y para cada uno se tienen 15 fragmentos, se tendrían que considerar 3375 combinaciones de fragmentos (15x15x15). Algo complicado de hacer aún para un equipo muy entusiasta. Además, con toda seguridad el equipo podría descubrir que muchas de esas combinaciones no tienen sentido. Una herramienta utilizada para manejar manejar esa complejidad complejidad y organizar el pensamiento pensamiento del equipo es la tabla de combinación combinación de conceptos o tabla morfológica (ver anexo: anexo : “La “La creatividad como actor principal en la búsqueda de soluciones soluciones de diseño diseño”). Como se mencionó al inicio de este capítulo, un concepto es una idea que puede ser representada como un bosquejo o modelo tridimensional burdo, y con frecuencia está acompañado acompañado por una breve descripción textual. Como resultado de la aplicación de las metodologías de generación de conceptos, técnicas creativas y la exploración sistemática deben sobrevenir varios conceptos de solución para el problema de diseño; entre más viables soluciones se tengan para su posterior evaluación, será mejor. En este libro se recomienda que los conceptos que se generen, en lo posible estén configurados por: un bosquejo al menos medianamente refinado, una descripción de su funcionamiento y si es posible también incluir los principios de funcionamiento, funcionamiento, descripciones descripciones aproximadas aproximadas de la tecnología requerida y de la forma del producto.
6.4.
Descomposición funcional
En la sección 6.3.1.1 ya se hizo la presentación del método de la descomposición funcional, sin embargo debido a la importancia de este método a continuación se presenta nuevamente con mayor detalle. La importancia de la descomposición funcional radica en el hecho de que la mayoría de los proyectos de diseño (problemas de diseño) son demasiado complejos para que puedan ser desarrollados como un solo problema - A manera de ejemplo, un automóvil automóvil moderno puede tener tener entre 10000 y 50000 componentes, agrupados por función en subsistemas o agrupados por forma en subensambles; cada subsistema o subensamble es en sí mismo un problema de diseño- , e s práctico entonces dividir estos “macro” Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2011
Capítulo 6
problemas problemas en varios subproblemas subproblemas más simples; generalmente generalmente el problema de diseño puede ser descompuesto durante la primera fase de diseño. Teóricamente todos los problemas de diseño se pueden descomponer en problemas más pequeños, sin embargo en algunos casos no es una labor fácil; a pesar de esto, como regla general, los equipos de diseño deberían intentar descomponer los problemas de diseño, pero deben tener conciencia de que dicha descomposición en algunos casos puede no ser de mucha utilidad para productos con funciones muy simples.
Figura 6.7 Partes de un automovil pequeño La descomposición genera muchos nuevos problemas que necesitan ser resueltos, y a veces cada uno de ellos puede requerir: su propio entendimiento, su propio equipo de diseño y las respectivas fases de planeación. planeación. Frecuentemente Frecuentemente es obvio visualizar visualizar como se puede descomponer descomponer el problema; esto es cierto cuando los problemas de diseño son rediseños o modificaciones a productos previos. Sin embargo, si el problema de de diseño es es para un producto producto nuevo, la descomposición descomposición no es usualme usualmente nte evidente evidente en las etapas etapas tempranas del proceso de diseño; por otro lado, siempre hay un riesgo al descomponer el diseño muy pronto. La división de un problema en subproblemas más simples se denomina desarticulación del problema; existen muchas maneras de realizar esta descomposición. Aquí se manejará la descomposición funcional de manera muy similar pero no idéntica al concepto de función utilizado en matemáticas, en diseño las funciones son simplemente cosas que el objeto diseñado (o evaluado) debe realizar para ser exitoso. En otras palabras la función nos dice que es lo que debe hacer el producto, mientras que su forma o estructura nos lleva a cómo debe el producto hacerlo. La función puede ser descrita en términos de los flujos lógicos de energía, material o información. Las funciones asociadas con el flujo de energía pueden ser clasificadas mediante el tipo de energía y su acción en el sistema. Los tipos de energía normalmente asociados con sistemas mecánicos son mecánica, eléctrica, fluídica y térmica. A medida que estas energías fluyen a través del sistema son transformadas, almacenadas, transferidas (conducidas), suministradas y disipadas. Estas son las “acciones” del sistema o la energía. En este sentido el planteamiento de una función por lo general se compone de un verbo habitualmente de acción y un sustantivo. Ejemplos de verbo son transformar, mover, disipar, alumbrar. El sustantivo en el planteamiento de la función en general comienza como un elemento o una cosa muy específicos a los que se hace referencia, sin embrago con la experiencia el diseñador aprenderá a buscar el caso más general; al describir las funciones, se debe utilizar una combinación de verbo y sustantivo que describa mejor el caso más general. Las funciones asociadas al flujo de materiales pueden ser divididas en tres tipos principales:
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1. De flujo de transporte, o procesos que conservan el material: El material es manipulado para cambiar su posición o forma; algunos términos asociados normalmente con through flow son posicionar, levantar, mantener, mantener, almacena almacenar, r, mover, trasladar, rotar y guiar. guiar. 2. De flujo divergente: dividir el material en dos o más cuerpos; términos que describen las funciones de flujo divergente son desensamblar y separar. 3. De flujo convergente: ensamblando o uniendo materiales. Las funciones asociadas con flujo de información pueden estar en forma de señales mecánicas, señales eléctricas o software. Generalmente la información es utilizada como parte de un sistema automático de control o para interactuar con un operador humano. La meta de la técnica de la descomposición funcional es la de descomponer el problema en términos del flujo de energía, material e información. Esto obliga un entendimiento detallado al inicio del proyecto de diseño de las funciones que debe tener el producto. Aunque en esta parte se va a utilizar la descomposición funcional para el desarrollo de conceptos, esta técnica también es útil para entender diseños existentes y puede ser utilizado en benchmarking y rediseño. Un error frecuente en los ingenieros que inician la práctica del diseño es ligar funciones a soluciones particulares. particulares. Por ejemplo si se estuviera diseñando diseñando un procesador procesador de residuos caseros, tal vez se correría el riesgo de considerar “triturar los residuos” como una función. Esto presupone que la única manera de reducir de tamaño los residuos es utilizando compresión. Una mejor manera de caracterizar esta función podría ser “disminuir el tamaño tamaño de los residuos”. Las funciones pueden ser categorizadas en funciones básicas y complementarias o secundarias. Una función básica se define como el trabajo específico que un proyecto, proceso o procedimiento debe realizar. Las funciones secundarias serán 1) Cualquiera de las otras funciones necesarias para realizar la función básica o 2) las que resultan de realizar la función básica. Las funciones secundarias pueden ser funciones requeridas o no deseadas. Las funciones secundarias requeridas son a las claras las que se necesitan para realizar la función básica. Por ejemplo en el proyecto AMTM100 proyecto AMTM100 (máquina (máquina para medir la compresibilidad de las pencas de aloe vera) una de las funciones básicas es controlar la profundidad de la herramienta, las funciones secundarias (requeridas para la función básica) son censar la profundidad, comparar con profundidad establecida, enviar señal de avance o retroceso. Las funciones secundarias no deseadas son productos indeseables derivados de otras funciones (básicas o secundarias). Ejemplo, para el proyecto QPP (pelador de plátanos), se tiene las funciones básicas de avanzar los plátanos y quitar la cáscara a los plátanos; cada una de estas funciones requerirán de un accionamiento movido por medios mecánicos por lo que se generará ruido, vibraciones y muy seguramente calor, estos subproductos indeseables demandarán funciones que disminuyan la percepción de estos efectos por parte de los usuarios. Por lo general la aparición de productos no deseados requiere con frecuencia de funciones nuevas, como disipar el ruido y el calor. La meta al determinar las funciones es garantizar que el diseño final haga todo lo que se supone que hace. Existen varios métodos para determinar funciones, en este libro se describen tres de ellos: enumeración, análisis de cajas negras y de cristal y construcción de árboles de funciones. Cualquiera sea el método que se utilice, hay dos pasos básicos para aplicar la técnica:
1. Encontrar la función global que debe ser ejecutada. La meta aquí es generar un único enunciado de la función general basada en los requerimientos de los clientes. Todos los problemas de diseño tienen una o dos funciones “más importantes”. Estas deben ser enunciadas en una frase única y concisa. Como ejemplo para el proyecto QPP , el enunciado de la
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función general podría ser: Diseñar una máquina de uso doméstico para pelar plátanos verdes de cualquier tamaño, con mínimo desperdicio y mínima intervención humana.
2. Descomponer la función en subfunciones La meta aquí es refinar el enunciado de la función general tanto como sea posible. Hay tres razones para hacer hacer esto:
La descomposición resultante dirige la búsqueda de soluciones para el problema de diseño. Debido a que los conceptos obedecen a las funciones y que los productos obedecen a los conceptos, se debe entender completamente la función antes de invertir recursos (tiempo) generando productos para resolver el problema incorrecto. La división en más finos detalles funcionales conduce a un mejor entendimiento del problema de diseño. Aunque todo este trabajo de detallamiento suena contrario a la creatividad, la mayor parte de las buenas ideas vienen del completo entendimiento de las necesidades funcionales del problema de diseño. Descomponiendo las funciones del diseño puede llevar a la comprensión de que existen actualmente algunos componentes (hardware) que pueden proporcionar alguna de la funcionalidad funcionalidad requerida.
Unas sugerencias generales para la realización de esta descomposición son las siguientes:
1. Documente el que y no el cómo. Es indispensable que únicamente se consideren las necesidades de lo que tiene que suceder. Deben evitarse las consideraciones orientadas o estructuradas al cómo. Aunque en ocasiones es difícil pensar en alguna función sin apartarse de su personificación personificación física, es importante tratar de suprimir esta tendencia natural. Si en la solución específica de un problema, no es posible proseguir sin alguna suposición básica acerca de la forma o estructura del dispositivo, entonces esta suposición se debe documentar.
2. Use notación estándar cuando sea posible. Para algunos tipos de sistemas existen métodos bien establecidos para construir diagramas de bloques funcionales. funcionales.
3. Considere flujos lógicos Es necesaria considerar la relación lógica entre las funciones para determinar su secuencia. También es importante identificar la ocurrencia de “ Ys” Ys” y “Os “Os” ” en el flujo funcional.
4. Aparee entradas y salidas en la descomposición funcional Las entradas a cada función deben coincidir con las salidas de la función previa. Las entradas y salidas representan energía, material o información. De esta manera el flujo entre las funciones puede ser visto visto como como transporte de energía, energía, material material o información información sin cambio o transformación. transformación.
5. Descomponga la función tan finamente como sea posible. Esto se realiza de la mejor manera empezando con la función general del diseño y descomponiéndola en funciones separadas utilizando un estilo de diagrama de bloques. Debe entenderse que la descomposición funcional no puede ser generada en una sola pasada y que es una tarea a veces complicada; sin embargo, es un hecho que el diseño será tan bueno como el entendimiento que se tenga de las funciones que se requieren. Esta actividad es tanto el primer paso en el desarrollo de ideas de solución como un paso más en el entendimiento del problema. Por otro lado, los diagramas de descomposición funcional son susceptibles de ser actualizados y refinados con el progreso del diseño.
Generación del concepto
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6.4.1. Enumeración Este puede ser el método más básico y obvio para determinar las funciones de un objeto diseñado, simplemente es enumerar o poner en una lista las funciones fáciles de identificar. Para muchos objetos esta es una práctica y excelente forma de empezar el análisis funcional. Permite considerar cual es la función básica del objeto, y también puede ser útil para determinar funciones secundarias. En muchos casos, sin embargo podría haber dificultades para ir más allá de una lista inicial obvia, por fortuna hay algunas “ayudas metodológicas” que pued en ser útiles y a las que se puede recurrir para ampliar ampliar la lista lista que se está enumerando enumerando.. Una de estas ayudas consiste en imaginar que un objeto existe y luego preguntar qué pasaría si una parte de él o todo desapareciera de improviso. Por ejemplo para un computador, que pasaría si no existiera el monitor? Que funcionalidad se perdería?; seguramente no se podría ver la información ingresada mediante el teclado, tampoco la información generada por el procesamiento de la información, no se podrían ver los ítems a seleccionar con el mouse, etc Otra ayuda útil para determinar funciones es considerar como se podría utilizar un objeto y proporcionarle mantenimiento durante su vida útil. La parte central de los métodos de enumeración radica en la necesidad de que el diseñador piense en un objeto de diseño y haga una lista par verbo-sustantivo que corresponda a cada una de las funciones. La enumeración sola con frecuencia es difícil. Algunos verbos típicos que se tienen en diseño mecánico (funciones) son mostrados en la tabla 6.1; varios son mostrados como parejas de opuestos. Desde luego hay muchos más verbos que pueden ser utilizados en el desarrollo de la descomposición funcional, la tabla solo contiene los más utilizados. Orientar Enganchar/Desacoplar Enganchar/Des acoplar Unir/Separar Mover Rectificar Trasladar Almacenar Levantar Posicionar Sostener
Cambiar Incrementar/Decrecer Incrementar/ Decrecer Asegurar Canalizar o guiar Transformar Transfor mar Absorber/Remover Absorber/Remover Iniciar/Parar Iniciar/Par ar (Detener) Impulsar Aclarar Disipar
Localizar Colectar Ensamblar/desensamblar Ensamblar/d esensamblar convertir Conducir Rotar Verificar Sujetar Liberar Suministrar
Tabla 6.1 Funciones típicas utilizadas en diseño mecánico mecánico
6.4.2. Modelo de caja negra/Caja de cristal Esta es una herramienta que permite pensar en sistemas de ingeniería y sus funciones asociadas. Es una herramienta que sirve para relacionar datos de entrada y de salida, así como las transformaciones que ocurren entre ellas. Una caja negra negra es esencialmente una representación gráfica del sistema u objeto en proceso de diseño o en análisis (ingeniería (ingeniería inversa), inversa), en la que los datos de entrada se muestran entrando entrando a la caja por el lado izquierdo, y los datos de salida saliendo por el lado derecho; los datos de entrada y salida pueden ser materiales, energías y flujos de señal. Es extremadamente extremadamente importante que se especifiquen todos los datos de entrada y salida conocidos, incluso los subproductos indeseables originados por las sub funciones secundarias secundarias imprevistas. imprevistas. En muchos casos un análisis de este tipo puede ayudar a identificar datos de entrada y salida adicionales que pudieran ser omitidos de no realizarse este. Una convención útil para ser utilizada al establecer el modelo de caja negra es utilizar líneas continuas delgadas para denotar transferencia y conversión de energía, líneas continuas gruesas representan Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2011
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movimiento de material dentro del sistema y líneas punteadas para representar flujos de señales de alimentación y control dentro del sistema. En la figura 6.8 se muestra el modelo de caja negra para el proyecto AMTM proyecto AMTM100 100..
Figura 6.8 Caja negra para el proyecto AMTM100 Una vez que se ha dibujado la caja negra, el diseñador o el equipo de diseño podrían hacerse preguntas como: qué le sucede a este dato de entrada? De donde proviene este dato de salida? Como se transforma la energía dentro del sistema? Las respuestas a estas preguntas podrían encontrarse si se “destapa” la caja negra o si se convierte en una caja transparente, de modo que se pueda ver todo lo que sucede en su interior.
Modelo de caja de cristal La idea de hacer una caja transparente es exponer las transformaciones de los datos de entrada en datos de salida. Al hacer esto es posible que 1) Se devele todo lo que sucede al interior de la caja, se vea todo lo que está entrando y saliendo así como sus transformaciones o 2) Puede ser posible que aparezcas nuevas cajas negras al interior (nuevas funciones internas) que deban a su vez ser destapadas. La idea es destapar o volver transparentes todas las cajas que sean posibles hasta entender de manera adecuada cómo se transforman todos los datos de entrada en los datos de salida correspondientes y qué datos de entrada adicionales o efectos colaterales se producen por causa de estas transformaciones. Pese a que el método parece aplicable solo a dispositivos que tienen un alojamiento físico o caja, esto no es cierto; el método es aplicable a cualquier dispositivo para el cual el diseñador desee y sea capaz de identificar todos los datos de entrada y de salida. Una de las cosas que se consigue al convertir la caja negra en caja de cristal es identificar las funciones que se ejecutan al interior, es decir una desarticulación funcional; esto dará una descripción más específica de lo que deben hacer los elementos del producto para implementar su función global. Como se mencionó previamente previamente se pueden identificar identificar nuevas cajas negras al interior de la caja de cristal, estas serán subfunciones adicionales, generalmente más simples. El proceso de “destapar” cajas se repite hasta que los miembros del equipo coincidan en que cada subfunción es lo suficientemente simple para trabajar con ella. En la figura 6.9 se presenta la caja de cristal para el proyecto AMTM100. AMTM100.
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Figura 6.9 Caja de cristal para el proyecto AMTM100
El objetivo de esta herramienta es describir los elementos funcionales del producto sin implicar un principio de trabajo tecnológico tecnológico específico para el concepto concepto del producto. Este es uno de los errores más frecuente que cometen los equipos de diseño novatos, confundir la descomposición funcional con la descripción de soluciones que cumplirían o ejecutarían la función real identificada. No existe una forma forma única para crear crear la caja de cristal, cristal, por lo tanto tampoco tampoco lo es la caja de cristal cristal misma. Las funciones y subfunciones se pueden ordenar de diferente manera para producir diferentes diagramas de funciones. En otros casos, el material, la energía y los flujos de señal son difíciles de identificar; en estos casos, con frecuencia es suficiente una lista de las funciones y subfunciones del producto, sin conexiones entre ellas. Para un equipo de diseño que está iniciando su trabajo con esta herramienta, un ejercicio que podría ayudar a desarrollar cierta destreza es crear un modelo de caja negra y de cristal de un producto existente; de tal manera que es posible comprobar el resultado obtenido con el actual del producto. La aplicación de ejercicios de disección (ingeniería inversa) puede también ayudar en este aspecto. Como sugerencia para la creación de la caja de cristal, siga los siguientes pasos: 1. Inicie creando cadenas de funciones para cada flujo de entrada. La idea es que el diseñador en este punto “se convierta en el flujo” y piense piense en cada operación que se efectúa efectúa en el flujo desde la entrada hasta la salida del producto (o hasta que se transforme en otro flujo) y la exprese como una función en la forma de un verbo de acción. Si un flujo es transformado en otro tipo, entonces siga las operaciones del flujo transformado hasta que este salga del producto. 2. Una vez establecidas las cadenas funcionales ordénelas respecto al tiempo, es decir que establezca la dependencia de las sub funciones estableciendo un orden específico, las subfunciones pueden ser paralelas, secuenciales secuenciales o acopladas acopladas respecto al al tiempo.
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En las cadenas de funciones secuenciales, las subfunciones deben ser ejecutadas en un orden específico para generar el resultado deseado. Las cadenas funcionales paralelas consisten de conjuntos de cadenas funcionales secuenciales que comparten uno o más flujos. Gráficamente, estos son representados gráficamente como una bifurcación en un modelo funcional. funcional. Colectivame Colectivamente, nte, las cadenas son llamadas llamadas paralelas paralelas debido a que todas ellas dependen de un flujo y sub función común, pero son independientes entre sí. Esta independencia significa que ninguna de las cadenas del conjunto de cadenas funcionales paralelas requiere entradas desde otra cadena dentro del conjunto. Físicamente, las cadenas funcionales paralelas representan componentes componentes de un dispositivo que pueden operar todos al mismo tiempo o individualmente. 3. El último paso es agregar todas las cadenas funcionales a un único modelo (modelo funcional). Para lograr esto puede ser necesario conectar las distintas cadenas, esta acción puede requerir la adición de nuevas subfunciones; de igual manera, si diferentes flujos son operados por la misma subfunción, entonces las cadenas pueden ser combinadas para mostrar dos flujos atravesando la cadena de subfunciones. El resultado de aplicar esta metodología es un modelo funcional de un producto. Con este modelo funcional: las funciones pueden ser relacionadas directamente con las necesidades de los clientes. los productos y su representación funcional puede ser comparada directamente pueden ser ser identificadas identificadas familias familias de productos productos las funciones del producto pueden ser priorizadas se pueden generar analogías de componentes dentro y fuera de la clase de producto también es de utilidad para establecer la arquitectura del producto.
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