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Tecnologías de manufactura avanzada
Conceptos y buenas prácticas de DFM
Conceptos y buenas prácticas de DFM
El diseño para la manufactura es la integración del diseño de productos y la planeación de
procesos en una actividad en común. El objetivo es un diseñar un producto que sea económico y
fácilmente fabricado. Se subraya la importancia del diseño para la manufactura por el hecho de
que aproximadamente el 70% de los costos de fabricación de un producto están determinados por
las decisiones del diseño, mientras que los costos por decisiones de producción representan
únicamente el 20%.
En orden para diseñar para la fabricación, cada persona del equipo de desarrollo de producto
necesita:
a) En general, entender cómo se fabrican los productos a través de la experiencia en
fabricación, capacitación, reglas/directrices, y/o equipos de diseño multifuncionales con
participación en la fabricación.
b) Específicamente, diseñar para los procesos que serán utilizados en la fabricación del
producto diseñado. Si el producto será construido por procesos estándares, el equipo de
diseño debe entenderlos y diseñar para ellos. Si los procesos son nuevos, entonces el
equipo de diseño debe diseñar de manera concurrente los nuevos procesos al mismo
tiempo que diseña el producto.
El corazón para cualquier sistema de diseño para manufactura es un grupo de principios de diseño
o directrices que están diseñados para ayudar al diseñador a reducir los costos y la dificultad de
fabricar un artículo. A continuación se presenta una lista de estos principios.
1. Reducir el número total de partes: Reducir el número de partes de un producto es
probablemente la mejor oportunidad para reducir los costos de fabricación. Menos partes
implican menos compras, almacenamiento, manipulación, tiempo de procesamiento, tiempo de
desarrollo, equipo, tiempo de ingeniería, dificultad de ensamblaje, servicio de inspección, pruebas,
etc. En general reduce el nivel de intensidad de todas las actividades relacionadas al producto
durante su vida entera. Una parte que no necesita tener movimiento relativo con respecto a otras
partes, no necesita ser fabricado de un material diferente, o esto haría que el ensamblaje o el
servicio de otras partes fuera muy difícil o imposible, es un excelente objetivo para ser eliminado.
Algunos enfoques de reducción de parte- demanda están basados en el uso de estructuras de una
pieza y en la selección de procesos de manufactura tales como el moldeo por inyección, extrusión,
fundición por precisión, pulvi metalurgia, entre otras.
2. Desarrollo de diseño modular: El uso de módulos en el diseño de producto facilita las
actividades de fabricación tales como la inspección, las pruebas, el ensamblaje, adquisición,
Alumno: Arturo Tadeo Calderón Salazar
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rediseño, mantenimiento, servicio, y algunas otras. Una de las razones es que los módulos añaden
versatilidad a la actualización del producto en el proceso de rediseño, ayudan a realizar pruebas
antes de que se realice el ensamblaje final, y permiten el uso de componentes estándar para
minimizar las variaciones del producto. Sin embargo, la conexión puede ser un factor limitante a la
hora de aplicar eta regla.
3. Uso de componentes estándar: Los componentes estándar son más baratos que los artículos
hechos a la medida. La alta disponibilidad de estos componentes reduce los tiempos de entrega
del producto. Además, sus factores confiabilidad están bien comprobados. Además, el uso de
componentes estándar en referencia a la presión de producción para el proveedor, reduce en
parte la preocupación de fabricación para satisfacer los programas de producción.
4. Diseñar las partes para que sean multifuncionales: Las partes multifuncionales reducen el
número total de partes en un diseño, así, se obtienen los beneficios dados en la regla 1. Algunos
ejemplos son un parte que actúe tanto como conductor eléctrico tanto como un miembro
estructural, o como un miembro disipador de calor tanto como miembro estructural. También
puede haber elementos que además de su función principal sirvan de guía, alineamiento, o como
dispositivos de auto fijación para facilitar el ensamblaje, y/o superficies reflectantes para facilitar
la inspección, etc.
5. Diseñar partes para múltiples usos: En las empresas de manufactura, diferentes productos
pueden compartir partes que han sido diseñadas para múltiples usos. Estas partes pueden tener la
misma o diferentes funciones cuando son utilizadas en diferentes productos. Para hacer esto es
necesario identificar las partes que son adecuadas para ser de múltiples usos. Por ejemplo, todas
las partes utilizadas en una empresa pueden ser ordenadas en dos grupos: el primero contiene
todas las partes que son usadas por lo general en todos los productos. Entonces, se crean familias
de partes definidas por categorías de partes similares en cada grupo. El objetivo es disminuir el
número de categorías, las variaciones sin las categorías y el número de características de diseño
dentro de cada variación. El resultado es un conjunto de familias de partes estándar desde las
cuales las partes de múltiples usos son creadas. Después de organizar todas las partes en familias
de partes, los procesos de fabricación son estandarizados para cada familia de parte. La
producción de una parte especifica perteneciente a una familia de partes dada debería seguir la
ruta de fabricación establecida para su familia, saltando las operaciones que no son requeridas
para ella. Además, en los cambios de diseño a los productos existentes y, especialmente, en
nuevos diseños de productos, los estándares de componentes de múltiples usos deben ser usados.
6. Diseñar para fabricar fácilmente: Seleccionar la combinación óptima entre el material y el
proceso de fabricación para minimizar el costo total de fabricación. En general, las operaciones
finales como: pintado, pulido, acabado final y algunas otras deberían ser evitadas. Tolerancias
excesivas, requerimientos de acabado final, y otras, se encuentran comúnmente dentro de los
problemas que resultan en costos de producción más altos que los necesarios.
Alumno: Arturo Tadeo Calderón Salazar
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7. Minimizar las direcciones de ensamble: Todas las partes deben ser ensambladas en una
dirección. Si es posible, la mejor forma de agregar partes es por encima, en dirección vertical,
paralela a la dirección gravitacional. De esta forma, el efecto de la gravedad ayuda al proceso de
ensamblaje, contrario a tener que compensar este efecto cuando se escogen otras direcciones.
8. Maximizar las especificaciones: Pueden ocurrir errores durante las operaciones de ensamble
debidos a variaciones en las dimensiones de las partes o en la exactitud del dispositivo de
posicionamiento utilizado. Este comportamiento defectuoso puede causar daños a las partes o al
equipo completo. Por esta razón, es necesario incluir especificaciones en el diseño de partes y en
el proceso de ensamble. Por ejemplo se deben incluir remates, chaflanes y radios moderados para
facilitar el ensamble, seleccionar partes de base rígida, capacidades de sensores táctiles o sistemas
de visión.
9. Minimizar la manipulación: La manipulación consiste en posicionar, orientar, y arreglar una
parte o un componente. Para facilitar la orientación, las partes simétricas deben ser utilizadas
siempre que sea posible. Si no es posible, entonces la asimetría debe ser exagerada para evitar
fallas. Utilizar guías externas para ayudar a la orientación de una parte. Las operaciones
subsecuentes deben ser diseñadas de tal modo que se mantenga la orientación de la parte. Evitar
el uso de partes flexibles.
10. Entender los problemas de fabricación: Se debe aprender de pasado para no repetir viejos
errores. Es importante entender todos los problemas y cuestiones con los productos actuales y
pasados con respecto a la fabricación, introducirse a la producción, calidad, reparabilidad, servicio,
resultados de las pruebas reglamentarias. Esto es especialmente cierto si la ingeniería previa esta
siendo “apalancada” en nuevos diseños.
11. Evitar partes de mano derecha/izquierda: Evitar el diseño de partes de imagen espejo. Se
debe diseñar el producto de tal modo que la misma parte pueda funcionar tanto en la mano
derecha como en la izquierda. Si partes idénticas no pueden realizar ambas funciones, se deben
agregar características a ambas partes para hacerlas iguales.
12. Minimizar las configuraciones: Para las piezas mecanizadas, se debe asegurar la precisión
mediante el diseño de piezas fijándose que todas las dimensiones clave se cortan con la misma
configuración.
13. La regla del diez: La regla del diez especifica que cuesta 10 veces más reparar y encontrar un
defecto en el siguiente nivel de ensamble. Además, cuesta 10 veces mas encontrar una parte
defectuosa en el proceso de sub ensamble; 10 veces más encontrar un defecto de sub ensamble
en el ensamblaje final; 10 veces más en el canal de distribución
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A continuación se muestra una tabla que describe el aumento de los costos según la regla del 10:
Tabla 1: Regla del diez
Nivel de acabado
Costo por encontrar o reparar defectos
Parte sola
X
Sub ensamble
10 X
Ensamble final
100 X
Negociante/distribuidor
1,000 X
cliente
10,000 X
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Referencias
[1] Design for manufacturing – Guidelines
[2] Dr. David M. Anderson. Design for manufacturability and concurrent engineering.
[3] http://www.unm.edu
[4] http://www.npd-solutions.com/dfm.html
Alumno: Arturo Tadeo Calderón Salazar