DISEÑO PARA MANUFACTURA Y ENSAMBLAJE

Orellana Torres Rubén Darío rorellanato@est.ups.edu.ec

Universidad Politécnica Salesiana Facultad de Ingeniería Electrónica

DISEÑO PARA MANUFACTURA

Definición:

Al diseño para manufactura se lo puede definir como la colección de técnicas, herramientas,

y métodos para lograr la mejora en la fabricación de partes o para simplificar el ensamblaje

de productos por medio del análisis de valores, tolerancias, movimientos, complejidad y

conveniencia para el ensamblaje, el cual puede ser manual, automático o flexible, para que

este pueda encajar de manera optima en un sistema de manufactura, el cual resulta en

costo y calidad excelente.

Esta técnica trata de facilitar el proceso de fabricación, simplificando el diseño del nuevo

producto por medio de una reducción de los componentes que lo integran.

Esta reducción en el número de componentes facilita la fiabilidad del producto, disminuye

los costos del ciclo de vida del producto, reduce espacio para almacenaje de componentes,

y la reducción de horas de ingeniería de diseño.

Mediante el uso de esta metodología se pretende que el diseñador, las personas de

producción y proveedores participen en el proceso de diseño con el fin de garantizar la

manufacturabilidad.

Sin embargo esta metodología también se la usa como herramienta de benchmarking, la

cual permite estudiar los productos de la competencia y cuantificar las dificultades de la

manufactura y ensamblaje.

El diseño para manufactura puede utilizar información de diferentes tipos tales como:

planos, especificaciones del producto y las alternativas de diseño para lograr su objetivo

último, que es tener un artículo de alta calidad con el mejor aprovechamiento de los

recursos.”Por lo tanto es necesaria la colaboración de miembros del equipo de desarrollo,

así como de expertos externos”. [5]

Para la aplicación de DFM en general, es decir, sin especificaciones para un

proceso, se pueden tener en cuenta los siguientes elementos:

1. Estimar el costo de manufactura.

2. Reducir el costo de componentes.

3. Reducir el costo de los ensambles.

4. Reducir el costo de producción.

5. Considerar el impacto de las decisiones de DFM sobre otros factores.

La Fig. 1 Muestra la metodología general propuesta del diseño para manufactura. [5]

“El objetivo de utilizar diseño para manufactura aplicado a un proceso en particular, es

diseñar productos que sean fáciles de mantener, confiables, en menor tiempo y que sean

más simples” (Vernon, C., 2001).

Es decir, menos costosos para manufacturar, manteniendo la calidad de los mismos.

Principios de diseño para manufactura [6]

Reducir el número total de partes

El desarrollo de un diseño modular

Uso de materiales y componentes estándar

El diseño para una fabricación fácil

Evitar partes separadas

Reducir las operaciones de manipulación

El uso de tolerancias amplias

Evitar operaciones secundarias

Rediseñar componentes para eliminar pasos innecesarios en el proceso

Minimizar las operaciones que no añaden valor al producto

En el diseño de manufactura el diseñador tiene una gran influencia en lo que se refiere a

tiempo de fabricación, costes así como en la calidad que llevara el producto.

Los factores que toma el diseñador como materiales, formas, dimensiones, acabados

superficiales, son esenciales para:

Tipo de proceso de fabricación necesario

Las maquinas y herramientas a utilizar

Requerimientos de manipulación, transporte y almacenaje.

La posibilidad de utilizar productos semi-elaborados.

Procedimientos de control

El diseño para manufactura utiliza información de muchos tipos como: planos,

especificaciones de los productos y las alternativas al diseño, el entendimiento de los

detalles de procesos de producción y ensamble, y una estimación de los costos y

volúmenes de producción, para lograr su objetivo, que es obtener un artículo de alta calidad

con el mejor aprovechamiento de los recursos.

En la figura 1 se puede observar la metodología de DFM, el objetivos de utilizar este diseño

aplicado a un proceso en particular, es diseñar productos que sean fáciles de mantener,

productos confiables, que sean más simples, es decir que estos productos sean menos

costosos para manufacturar, buscando mantener la calidad de estos.

Para lograr todo esto dicho anteriormente hay algunos principios que el diseñador debe

tener en mente, ya que de estos factores afectaran el diseño tales como:

Factores del material: específicamente respecto a las propiedades mecánicas y

físicas.

Factores geométricos, estos pueden ser: la forma, tamaño, y el peso de la pieza, y

las tolerancias y acabados superficiales de la misma.

Factores de producción.

Se puede decir que el DFM es una de las prácticas que requieren mayor integración

durante los procesos. Para que la aplicación de DFM sea exitoso es necesario tener acceso

a los siguientes tipos de información:

1. Bocetos, dibujos, especificaciones del producto y alternativas de diseños.

2. Conocimiento detallado de los procesos de fabricación y ensamble.

3. Costos estimados de manufactura, volúmenes de producción y tiempo al

mercado.

Para lograr recoger la información anteriormente mencionada es necesario que le equipo de

desarrollo este conformado por individuos provenientes de las siguientes aéreas

funcionales:

1. Ingeniería.

2. Finanzas.

3. Producción

4. Diseño

5. Mercadeo.

Clasificación de los procesos de manufactura

Los procesos de manufactura pueden ser clasificados en 2 grandes grupos:

Procesos de operación y operación de ensamblaje.

En procesos de operación el material trabajado es transformado de un estado a otro estado

avanzado, a través de esta operación se añade valor al material de trabajo por el cambio de

geometría, forma, apariencia,de la materia prima .

Normalmente las operaciones de procesos son desarrolladas en componentes

individuales, pero en algunos casos como el de la industria aeroespacial, las

operaciones de tratamiento se realizan también en elementos de ensamblaje.

Operación de ensamblaje donde dos o más componentes son unidos para crear un

nuevo elemento. En algunos términos también se llama procesos de unión. El

ensamblaje es creado por medio de la operación de la soldadura.

El la figura 1.1 se pueden observar los subprocesos de los procesos de manufactura

Figura 1.1 Clasificación de los procesos de manufactura

DISEÑO PARA ENSAMBLAJE

Ya que le ensamblaje representa una gran parte en la mano de obra de una industrial el

diseño para ensamblaje es muy importante. Ya que al reducir el número de piezas y hacer

un conjunto más fácil y rápido puede simplificar la producción de un producto.

Las ventajas que provee el diseño para ensamblaje pueden ser las siguientes:

La simplificación del producto hace un montaje más fácil en la industria y es posible

el desmontaje al momento del mantenimiento o reparación.

Al tener un número de piezas menor, existe mejor control de producción, menor

inspección y control de calidad, por lo tanto menor carga de trabajo.

Proceso de ensamblaje

Este proceso consiste en la colocación y fijación de una o más partes entre o sobre estas.

Normalmente la operación puede se manual, aunque ha evolucionado a un cambio por

equipo de automatización cuando se tiene grandes volúmenes de producción.

Los trabajos de ensamblaje pueden ser en bancos de trabajo individuales o en conjuntos,

unión de estaciones de trabajo

Consideraciones de diseño

Los diseñadores de productos, en el diseño para ensamblaje deben poder visualizar como

las partes o piezas se juntaran, esto ayudara a hacer un diseño para facilitar el montaje.

El diseñador debe tener en cuota el método de ensamblaje a utilizar, las herramientas,

accesorios y medidas a utilizar durante el ensamblaje.

Se debe tener en cuenta que el conjunto diseñado debe reducir el costo de producción.

En el diseño cada componente de montaje debe ser diseñado para reducir el número de

operaciones de fabricación y de ensamblaje al mínimo.

El mejor montaje es en general en que al final tiene menor nuero de partes y es menos

costoso

Minimizar el número de piezas

En el diseño de ensamblaje en enfoque primordial es la reducción del número de piezas.

Para la reducción de componentes de puede tomar los siguientes principios:

1. Combinar partes. Por ejemplo: incorporar bisagras, resortes integrales,

incorporación de guías, cojines, etc.

2. Realizar reducciones en el número de piezas: A veces el diseñador pone más

piezas de las que necesita, se puede reducir estas piezas aumentando el tamaño de

los elementos, eliminado por ejemplo muchos sujetadores pequeños por pocos

sujetadores grandes.

3. Hacer un rediseño completo del subproducto

4. Utilizar tecnologías diferentes: a veces grandes beneficios se pueden lograr con

un cambio del diseño radical, al sustituir una parte mecánica por un microcircuito

electrónico

Fig2. Ejemplo de diseño para montaje Le Belge System por Reinhard Dienes [3]

Operaciones de Montaje

Las operaciones de montaje que pueden realizarse se describen a continuación.

1. Manipulación de piezas y componentes.

Estos pueden ser: el reconocimiento de una pieza, la determinación de la zona de

prensión, realización de operación de prensión, realización de posicionamiento y

orientación.

Composición de piezas y componentes.

Colocación de cables y conductores, llenado de recipientes y depósitos.

2. Unión de piezas y componentes.

Estos pueden ser: uniones desmontables, ajustes por fuerza, Uniones por

deformación, uniones permanentes.

3. Operaciones de ajuste

Retoque de piezas, operaciones en ajuste mecánico, operación de ajuste eléctrico.

4. Operaciones de verificación

Puesta a punto y verificación de la funcionalidad del producto.

Ensamblaje automático

El humano es capaz de muchas manipulaciones sutiles, y ciertas tipos de ajustes, por otro

lado hay procesos que son extremadamente difíciles incorporar en equipos mecánicos, por

este problema es necesario la incorporación de maquinas que automáticamente coloquen

ciertos componentes mecánicos juntos.

Ya que durante las últimas décadas, a través de la incorporación progresiva del control

numérico y la mejora de sistemas automáticos para manipulación, se han realizados

grandes progresos en la automatización de procesos de fabricación de piezas y

componentes.

Pero sin embargo a pesar del gran avance una gran parte de estos procesos de ensamblaje

sigue siendo manual y requiere mano de obra que va desde 25% hasta 75% en lo que es la

producción final.

Entonces se concluye que los procesos de montaje, ajuste y verificación, constituyen un

área importante para disminuir costos de producción.

Un ejemplo de automatización para ensamblaje pueden ser: los robots controlados por una

computadora.

Fig.3 Proceso específico / ensamblaje, brazo robotico KUKA [4]

Un factor para el ensamblaje automático puede ser la mejora de nivel de conocimientos de

diseño para facilitar el montaje de estos, por otra parte el ensamblaje automático tiene

requerimientos de diseño más exigentes, por eso son controlados por ordenador.

Diseño para el montaje Automático

Este diseño consiste en reconsiderar el diseño global del producto, tomando el cuenta la

calidad del montaje y la reducción de coste.

El diseño para el montaje conviene independientemente del tipo de montaje que se

considere, este puede ser manual asistido y automatizado.

“El diseño para el montaje empuja hacia el rediseño global:

Automatización flexible > ahorro del 50%

Automatización rígida > ahorro del 75%

Rediseño > ahorro del 80% mejor flexibilidad e inversión muy inferior” [2]

“Recomendaciones para el diseño”

Las principales recomendaciones para el diseño de un nuevo producto o rediseño de un

producto existente en relación al ensamblaje, son:

1. Estructurar en módulos

2. Disminuir la complejidad

3. Establecer un elemento de base

4. Limitar las direcciones de montaje

5. Facilitar la composición

6. Simplificar las uniones [2]

Referencias:

1. J. G. Bralla “Design for Manufacturability Handbook”, Second Edition, McGraw-Hill

companies, New York, USA,1998, pp. 1020-1049

2. Fundación PRODINTEC, “Diseño para Fabricación y ensamblaje ”,[Online].Available:

http://www.prodintec.es/catalogo/ficheros/aplicaciones/fichero_15_4333.pdf

3. “Diseño para el ensamblaje”,18 enero 2012”,[Online].Available: http://xn--

diseoysostenibilidad-66b.com/2012/01/diseno-para-el-desamblaje-ddw4/

4. “Proceso especifico/ensamble”,[Online].Available:

http://troquelado.gergonne.es/es/tecnologya/proceso-especyfico-ensamblaje-69.html

5. K.Ulrich, S. Eppoinger ,”Product Desing and

Development”,Ed.McGraw.Hill,1995,USA,cap.13

6. C.Tien-Chien; R.A. Wysk, y W. Hsu-Pin, Computer- Aided Manufacturing, second

edition, Prentice- Hall, 1998. pp. 596-598,