By Dfma gy marcian031 ACKa5pR 03, 2010 gl pagos DISEÑO PARA FABRICACIÓN Y ENSAMBLAJE Edición: Fundación Prodintec. Centro Tecnológico para el Diseño y la producclón Industrial de Asturlas. Ediflcio Centros Tecnológicos • Parque Científico y ecnológico 33203 Gijón Asturias (España) T +34 984 390 060 E info@prodintec. com W www. prodintec. com Patrocinio: Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Secretaría General de Industria- Dirección General de Poltica de la Pyme.
Instituto de Desarrollo Económico del Principado de Asturias (IDEPA) Equipo de proyecto, redaccion coordinación: Fundación prodintec: Jesús Fern PACE 1 orgi Sánchez Lamas Rosa de Disseny d’Equipsl ustria Bernales Elena Blanc ib z García Rubén sultor: CDEI Centre omeva Huascar paz Diseño: mongrafic design lab c/ Espronceda non 9, bajo 33208 Gijón, Asturias ‘Arw’w. mglab. es ISBN: 978-84-613-6850-1 DL: AS-31 5-10 Imprime: Rigel, Avilés GUÍA METODOLÓGICA DFMA Contenido Prólogo 1. Estado del arte 1 . 1.
Introducción 1. 2. Conceptos dfma 1. 3. Principales implicaciones en el diseño I A. oportunidades de diseno con DFMA 1. 5. conclusión 2. Diseño para fabricación y montaje (DFMA) 2. 1. Dfma e ingeniería concurrente 2. 2. Definición de ingeniería concurrente 2. 3. Principales orientaciones de la ingeniería concurrente 2. 4. Ciclo de vida del producto y recursos asociados 2. 5. Organización y equipo Diseño de materialización 3. 4. El diseño de detalle: documentar la fabricación 3. 5. Resumen 3. 6. Recomendaciones 4.
Arquitectura de producto y modularidad 4. 1 . Arquitectura de producto 4. 2. Modularidad y complejidad de un producto 4. 3. Resumen 4. 4. Recomendaciones 5. Fabricación 5. 1 . Objetivos del DFMA respecto a la fabricación 5. . Vías de obtención de piezas y componentes 6 10 10 12 14 16 16 18 18 19 21 22 26 26 28 30 30 33 4046 51 52 54 5460 67 68 70 70 71 5. 3. Tecnología de grupos 5. 4. Guia de referencia para el diseño orientado a la fabricaclón 5. 5. Resumen 6. Montaje 6. 1 . Objetivos del DFMA respecto al montaje 6. 2.
Operaciones de montaje 6. 3. Defectos más frecuentes en el montaje 6. 4. Montaje y automatización 6. 5. Recomendaciones para el diseño 6. 6. Evaluación del montaje 6. 7. Resumen 6. 8. Recomendaciones 7. Preconformados 7. 1. Objetivos del DFMA respecto a los componentes preconformados. 8. Uniones fijas 8. 1. Objetivos del dfma respecto a las uniones fijas 8. 2. Tipos y características 8. 3. Resumen. Recomendaciones 9. Uniones móviles 9. 1. Objetivos del DFMA respecto a las uniones móviles 9. 2. Contacto deslizante 9. 3.
Contacto de rodadura 9. 4. Enlaces de revolución 9. 5. Enlaces prismáticos 9. 6. Recomendaciones 10. Desarrollo de un proyecto de DFMA X. Casos prácticos 11. Referencias y bibliografía 72 76 82 84 84 85 86 88 90 95 96 97 100 100 110 110 112 114 118 118 119 119 120 121 122 126 130 156 4 2 OF gl PROLOGO el diseño/desarrollo de productos, presentamos aquí el trabajo ruto del proyecto de Diseño para Fabricación y Ensamblaje, ejecutado por Fundación PRODINTEC a lo largo del último año y financlado por el programa Innoempresa.
Esta guía metodológca se une a la ya nutrida lista de guías realizadas en los últimos años, que buscan sobre todo el acercamiento a metodologías y tecnologías avanzadas que ayuden a las empresas, y especialmente a aquellas con menos recursos humanos especializados, a mejorar de manera sustancial sus actuales procesos de diseño y desarrollo de producto. En este caso hacemos hincapié especialmente en el aspecto más «ingenieril» e estos procesos, algo que entendemos puede resultar más fácil de entender e Incluso más cercano para muchas de nuestras empresas.
Cómo en otras ocasiones no pretendemos con esta guía descubrir nada nuevo, sino realizar un trabajo tutelado por expertos en la materia que resuma de la manera más fácil e intuitiva posible el estado de la tecnología a día de hoy. De esta manera queremos facilitar a esas empresas su acercamiento a estos conocimientos y la integración de estas prácticas en sus actuales procesos del día a día, evitándoles la lectura y estudio e libros y tratados, por medio de la simple consulta a una única publicaclón que hemos intentado sea lo más usable y práctica posible.
Esperamos sinceramente que el trabajo que aquí se presenta les resulte útil. Ese y sólo ese es nuestro objetivo y el lograrlo representaría un éxito para todo el equipo que tanto se ha esforzado durante estos meses. 6 7 8 GUÍA METODOLÓGICA DF DFMA 2009 ESTADO DEL ARTE l. ESTADO DEL ARTE 1 . 1. INTRODUCCIÓN Hoy en día, para mejorar la rentabilidad de nuevos diseños de productos se puede contar con dos estrategias básicas: > la innovación en producto (funciones prestaciones), o > el DFMA (Design for Manufacturing and Assembly).
La innovación se caracteriza por proporcionar rentabilidades muy grandes bajo riesgos importantes, al contrario de lo que ocurre con el DFMA, que proporciona rentabilidades inferiores con un bajo riesgo, retornándose rápidamente el dinero invertido en el proyecto. Aplicando las técnicas y las metodologías DFMA al diseño de un producto, es posible recortar sus costes de fabricación hasta incluso un 30 ó un 40%.
El DFMA cuyo significado es «Design for Manufacturing and Assemblf’ – «Diseño para la Fabncación y el Montaje», consiste en un conjunto e técnicas y metodologías para la mejora del diseño, o rediseño, de un producto y tienen como objetivo principal mejorar los aspectos de fabricabilidad, montabilidad y costes, respetando las funciones esenciales del producto. El DFMA se engloba dentro de la Ingeniería Concurrente (también denominada en la literatura especializada ingeniería simultánea, diseño total o diseño integrado) como un enfoque concreto orientado a la fabricación y el montaje.
Por medio del DFMA se concibe la ingeniería de diseño y desarrollo de productos y servicios de forma global e integrada donde concurren los siguientes puntos de vista: > Producto: tiene en cuenta tanto la gama que se fabrica como los requerimientos de las distintas etapas del ciclo de vida, los costes o recursos asociados (func n, montaje, > 40F Recursos humanos: se tra os plur asociados (función, fabricación, montaje, calidad,… ). Recursos humanos: se trabaja en equipos pluridiscnares donde colaboran profesionales que actúan de forma colectiva en tareas de asesoramiento y de declsión o de forma individual en tareas de impulsión y gestión, tanto pertenecientes a la empresa como externas a ella (otras empresas, universidades, centros tecnológicos). Recursos materiales: Concurren nuevas herramientas basadas en tecnologías de la información y la comunicación, cada vez más integradas (modelización 30, herramientas de simulación y cálculo, prototipos y útiles rápidos, comunicación interior, Internet).
El grupo de investigación del Centro de Diseño de Equipos Industriales de la Universidad politécnica de Cataluña ha realizado proyectos de rediseño basado en técnicas DFMA en varios productos y ha comprobado la capacidad para reducir los costes con esta metodología. En las últimas aplicaciones, se ha combinado el rediseño de los roductos empleando técnicas DFMA con la reconsideración de la arquitectura de una familia de productos fabricados por la misma empresa.
Los resultados obtenidos apuntan a beneficios mucho mayores que con la aplicación de cada una de estas tecnologías por separado. 10 I . 2. CONCEPTOS DFMA En la actualidad, las empresas mundiales más grandes y rentables hacen uso de técnicas y herramientas propias del DFMA para: > Analizar la cadena de costes de gestión. > Simplificar los productos y mejorar la calidad > Mejorar la comunicaclón entre los departamentos de diseño, fabricación, ompras y gestión. Recortar los costes de fabricación y montaje Estas metodologías y herramientas fueron introducidas en la industria por el Dr s OF gl montaje Estas metodologías y herramientas fueron introducidas en la industria por el Dr. Boothroyd y el Dr. Dewhurst in 1983. De hecho, ellos son los propietarios de la marca registrada»DFMA». Desde entonces, empresas de mundos tan dispares como el de la automoción, maquinaria agrícola, ordenadores, instrumentación, mobiliario, etc. han recortado millones de euros de sus costes de fabricación y montaje de productos aplicando estas técnicas.
Además estos productos acostumbran a tener una estructura modular que facilitan el mantenimiento y la reparación. 12 GUIA METODOLOGICA DFMA 13 I . 3. PRINCIPALES IMPLICACIONES EN EL DISEÑO Las decisiones tomadas en la fase de diseño comprometen el 70% del coste del producto. Si se desea reducir los costes de un producto, una posible línea de actuación sería a través del DFMA mediante una optimización del diseño del producto. Las empresa, tradicionalmente, diseñan un producto asumiendo que los costes de fabricación y montaje son los mismos que los de productos similares.
En ocasiones, los propios diseñadores carecen de la información necesaria que les permita cuantificar los costes de cada conjunto o soluciones alternativas > Ciclo de vida Diseñar teniendo en cuenta todo el ciclo de vida del producto ayuda a tener una percepción de los costes asociados de fabricación y montaje, determinado un escandallo de costes asoclados de los diferentes módulos (desde su compra o subcontratación) a lo largo de las diferentes etapas del ciclo de vida.
A pesar de que las tecnologías de fabricación han mejorado enormemente, hay operaciones de montaje que se han de encomendar al mo Por eso, facilitar estas operaciones redunda en ocaciones, ma encomendar al montaje manual. Por eso, facilitar estas operaciones redunda en menores equivocaciones, mayor simplicidad, menor especialización de los operarios, mayor rapidez y finalmente en menores costes de montaje. Organización de los equipos Los equipos de diseño se organizan en torno a una figura de un responsable o gestor de proyecto que impulsa el proyecto en todos sus ámbitos, apoyándose en comités de expertos o responsables de todas las etapas de ciclo de vida del producto para no pasar por alto aspectos que udieran tomar importancia en etapas cercanas al lanzamiento del producto al mercado, con el poco margen de maniobra y costes asociados que ello conllevaría.
Así, también se facillta la creatividad de los equipos de trabajo y la innovación. > Arquitectura de productos Partiendo de unas buenas especificaciones, se comienza el diseño abordando la arquitectura del producto, teniendo en cuenta sus funciones y las posibilidades de estructurarlo en distintos módulos que pueden ser comunes en otros productos de la misma familia o gama. Miller & Edgard proponen modelos de modularización agrupados n cuatro categorías. ?? Reutilización de conocimiento en el dlseño • Personalización en la fabricación • Configuración de variantes en el montaje • Adaptación después de la fabricación (uso) Modularizar lleva implícito una simplificación de los productos, en subagrupaciones que permiten repartir el proyecto en subproyectos o subcontratar partes. Esto facilita no sólo el montaje de los módulos, sino que también las diagnosis de fallos de funcionamiento y por ende, el mantenimiento y la reparación. Diseño y desarrollo Avanzando en el diseño conceptual, de materialización y detalle d gl Diseño y desarrollo Avanzando en el diseño conceptual, de materialización y detalle del producto, se ha de conocer las nuevas tecnologías de fabricación con soporte informático asi como las de rapid prototyping o rapid manufacturing, Sln despreciar las tradicionales. Confiar en la subcontratación de componentes de mercado con o sin modificar es una estrategia a tener en cuenta. De este modo, se facilita la elección de la opción más adecuada.
Además, a la hora de diseñar es conveniente tener en cuenta las simetrías, efecto de los espesores y dimensiones de las piezas, de las tolerancias y chaflanes o las ificultades de acceso y visión a fin de evaluar con precisión su influencia y utilizarlas con eficacia. > Técnicas Para las operaciones de montaje conviene diseñar haciendo uso de las siguientes técnicas: • Estructurar en módulos • Disminuir la complejidad • Establecer un elemento de base • Limitar las direcciones de montaje • Facilitar la composición • Simplificar las uniones 14 15 1. . OPORTUNIDADES DE DISEÑO CON DFMA Conocer y aplicar el Diseño DFMA aporta la ventaja disminuir el coste de los productos y al mismo tiempo, mejorarlos. En la actual coyuntura conómica, disponer de una ventaja competiva sin detrimento de la funcionalidad de los productos, ya contratada por medio de su acoglda en el mercado, puede diferenciar a una empresa de la competencia. El proceso de adaptación no es un proceso rápido, ya que acarrea en primer lugar conocer las técnicas y metodologías DFMA, e implantarlas en toda la organización.
Realizar este esfuerzo sign n conocer los entresijos de la vida de los productos, denar la documentación, los entresijos de la vida de los productos, generar y ordenar la documentación, establecer unas directrices de diseño que han e ser asumidas y no quebrantadas y aplicarse en los detalles que ahorran tiempos de soldaduras o de realización de uniones atornilladas u otras. 1. 5.
CONCLUSIÓN La aplicación de las técnicas DFMA en la etapa de diseño permite: • Facilitar las operaciones de fabricación y montaje • Disminuir los costes de fabricación y montaje • Disminuir las inversiones y los costes de utillajes • Optimizar el uso de las herramientas y equipos de fabricación y montaje • Disminuir los costes de gestión • Aumentar la flexibilidad de la fabricación • Aumentar la configurabilidad de los productos •
Disminuir el tiempo de introducción en el mercado • Disminuir los almacenajes intermedios, de expedición y la ocupación de espacios en general • Unificar componentes con la consiguiente disminución de costes de compra y menores referencias a gestionar. Por la experiencia que el grupo dCDEl- UPC ha adquirido en el DFMA en el diseño de diferentes equipamientos en diferentes sectores, se hace la observación de que la ventaja competitiva de los fabricantes radica en la solución del elemento base (carcasa, bancada, bastidor) más que en la incorporación de diferentes componentes o módulos de mercado l alcance por medio de catálogos. 6 2 DISEÑO PARA FABRICACIÓN Y MONTAJE (DFMA) 17 2. DISENO PARA FABRICA AJE (DFMA) la fabricación y montaje. Consiste en un conjunto de técnicas y metodologías para la mejora del diseño (o rediseño) de un producto que, respetando sus funciones esenciales, tiene por objetivo mejorar los aspectos de fabricabilidad, montabilidad y costes.
Algunos de sus objetivos específicos más significativos son: > Facilitar las operaciones de fabricación y montaje > Disminuir los costes de fabricación y montaje > Disminuir las inversiones y los costes de utillajes > Optimizar el uso e las herramientas y equipos de fabricación y montaje > Diminuir los costes de gestión > Aumentar la flexibilidad de la fabricación > Aumentar la configurabilidad de los productos > Disminuir el tiempo de introducción en el mercado > Disminuir los almacenajes intermedios, de expedición y la ocupación de espacios en general 2. . DEFINICIÓN DE INGENIERÍA CONCURRENTE La Ingeniería Concurrente es una nueva forma de concebir la ingeniería de diseño y desarrollo de productos y servicios de forma global e integrada en donde concurren las siguientes perspectivas: 1. Desde el punto de vista del producto. Se toman en consideración tanto la gama que se fabrica y ofrece a la empresa como los requerimientos de las distintas etapas del ciclo de vida y los costes o recursos asociados. 2.
Desde el punto de vista de los recursos humanos y las metodologías. Colaboran profesionales que actúan de forma colectiva en tareas de asesoramiento y de decisión (con presencia de las voces significativas) o de forma individual en tareas de impulsión y gestión (gestor de proyecto), tanto si pertenecen a la empresa como si son externos a ella (otras empresas, universidades o centros tecnológicos). 3. Desde el punto de vista de los recursos materiales
