Diseño para fabricación y montaje (DFMA) unitarios de alto valor añadido tecnológico (VAT)

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Cuando se concibe un sistema para un uso especial, con unas prestaciones de precisión límite, y durabilidad ilimitada (p.e. un satélite), nos encontramos fuertemente constreñidos por los retos tecnológicos particulares que supone, por el plazo disponible, y por un presupuesto (CAIV: cost as an independent variable) (FIG. 1).

Figura 1

Figura 1. Las restricciones interactivas del diseño y fabricación funcionalmente avanzado y fiable de un proyecto unitario. La inexperiencia actúa como una fuerza centrífuga que limita un desarrollo armónico y equilibrado.

El bucle perverso es que restringirse aún más, pensando en fabricabilidad y montabilidad, nos complica el problema endemoniadamente, y muy frecuentemente renunciamos incluso sabiendo que es precisamente esta táctica la que puede ayudarnos a relajar nuestras ataduras.

Ataduras que, tensadas, son fatales para conseguir la generación de ideas de valor que venzan los retos tecnológicos y consigan un resultado innovador con una fiabilidad de explotación 6Sigma que prolongue su vida. Pero, por otra parte, ligaduras excesivamente flojas hacen que la conocida curva de “influencia-incurrencia en coste” (FIG. 2) se pronuncie todavía más, con sus fatales consecuencias en plazos y costes fuera de presupuesto.

Figura 2

Figura 2. Curva de “influencia-Incurrencia en coste”. Al dejar libertad total en diseño se hace más pronunciada (el gráfico no está a escala).

A todo esto se añade el problema de que el cumplimiento de la ley básica “el mejor diseño es el más simple que funcione”, es mucho más difícil de comprobar cuando estamos concibiendo productos complejos de características únicas no experimentadas antes, y con unas especificaciones frecuentemente cambiantes durante su lead-time hasta la entrega.

Entonces, ya se comprende que, dependiendo de con qué enfoque apliquemos el DFMA, podemos conseguir un efecto beneficioso (en valor funcional, fiabilidad, plazo y coste) o catastrófico. Y, naturalmente –todos haríamos lo mismo, y bien pensado–, ante la tesitura, nos quedamos con “cumplir de forma escrupulosa con el producto, y con el proceso hacer lo que se pueda”. Porque hemos aprendido bien del lado “catastrófico” de fiabilidad, costes y plazos descalabrados con dos ejemplos recientes del sector aeroespacial; el F-35 “ligthing” de Lockheed, y el B-787 de Boeing. Todo ha salido mal, y eso que no eran “proyectos unitarios”!!!.

¿Con qué rasgos debemos aplicar el DFMA en estos casos?

Figura 3

Figura 3. LP’s, LA’s e interfaces de diseño de valor

Para contestar a esto debemos remitirnos a dos artículos anteriores titulados “Breve nota sobre ¿cómo generar ideas de valor para su flujo generalizado en diseño e industrialización?” y “Agilidad y calidad extremas en el diseño e industrialización de productos complejos con alto contenido en innovación tecnológica” , que definen, respectivamente, dónde y cómo se generan la ideas de valor (funcionalidad-fiabilidad), y cómo se organizar su flujo. La FIG. 3 representa un resumen de ambos y expresa la conveniencia de organizar el diseño y la industrialización en una
serie de líneas principales (LPs) y auxiliares (LAs) que garanticen la generación y flujo de ideas. Pues bien, es precisamente en los cruces-interfaces entre ambos tipos de líneas el lugar donde se organiza el “diseño de valor” y, por lo tanto, los únicos puntos posibles para aplicar el DFMA. Y hacerlo como una parte más del proceso creativo, pero dejando bien claro que la consecución “directa” de sus objetivos no es prioritaria, y que viendo la FIG. 1, el orden de cosas a garantizar es:

  1. Durabilidad y fiabilidad con las especificaciones básicas y los retos tecnológicos que suponen.
  2. Especificaciones “aumentadas” por propia iniciativa para sorprender al cliente.
  3. Flexibilidad ante el cambio de especificaciones “sobre la marcha”, sin meternos en “trampas” por utillajes o tooling especial, específico o rígido.
  4. Plazos ajustados, objeto típico del Lean tradicional de sincronización.
  5. CAIV, costes como “variable objetivo de partida”, también objeto de Lean tradicional, método cuya aplicación estricta sería una miopía y un desastre con toda seguridad.

(Como se ve que sólo están en cuarta y quinta prioridad, el Lean, VSM, PDVSM, etc. tradicionales no son la clave del diseño moderno, por cierto, muy mal llamado “Lean Design”).

No vamos a repetir ahora aquí los súper-conocidos principios de aplicación del DFMA, genéricos  como todas las técnicas de ayuda a la ingeniería, y demasiado enfocados al mundo, mucho más fácil, del producto repetitivo y/o serie media-larga. Sólo haré hincapié en aquellos rasgos que veo más aplicables a este contexto con las mencionadas prioridades, 1 a 5. Así:Figura 4

Son poco factibles por riesgo elevado contra las prioridades 1, 2 y 3:

­          -La eliminación de “partes y componentes no esenciales” (que sólo sujetan, son estáticos,
etc.), porque más vale asegurarse ante la incertidumbre de un diseño innovador y complejo.

­          -Estandarizar materiales y eliminar diversidad, por igual razón.

­          -Evitar componentes difíciles, en el sentido de su manipulación, fragilidad, etc.

Son medianamente factibles:

­          -Utilizar algunos (no serán muchos) componentes multifuncionales en diferentes lugares del proyecto. Incluso tornillería, remaches, etc. porque en estos casos, de “material comercial de ferretería”, no tienen nada, son especiales y caros.

­          -Intentar un montaje lo más “telescópico posible” en el eje Z, aprovechando las fuerzas a emplear sólo para “frenar” la gravedad (lo que es mucho más preciso y seguro), y para realizar el ajuste final.Figura 5

­          -La reducción de tooling y fixturing específico para posicionamiento, montaje y tests.

­          -La aplicación de criterios de fabricabilidad económica (aplicación ortodoxa del DFMA)  a los propios componentes en sí. Típicamente esto se da en “fiber placement” de composites de fibra de carbono, en torneado vertical, y en mecanizado de alta velocidad por máquinas prismáticas o por hexápodos, etc.

Son, en general, los más factibles:

­          -Evitar “fasteners” y puntos de sujeción, que son foco de desfiabilidad  y de coste de montaje y fabricación.

­          -Organizar el montaje para evitar el “stack” (acumulación indebida con sesgo) de tolerancias, que conduciría a ajustes fuertes, tensiones residuales y de nuevo alejarse de la fiabilidad operativa >6Sigma. También medirlo en tiempo real, y actuar desde un SW inteligente (como Promind, en el caso de Sisteplant), dando instrucciones para la alteración de requisitos de tolerancias o cambios de secuencias en las fases posteriores del montaje.

­          -Evitar montajes “ciegos” en los que haya que actuar sin ver directamente el objeto, y no sean accesibles a un robot tipo hexápodo –ideal por sus muchos grados de libertad–.

­          -Dar accesibilidad clara al mantenimiento o tests con los mínimos desmontajes posibles de cualquier tipo, incluidos los parciales.

­          -Localizar “fasteners” en los propios componentes del montaje, así como puntos de “centrado y posicionamiento seguro”.

­          -Diseñar subconjuntos modulares que se puedan testear a su propio nivel, evitando la incertidumbre de las pruebas finales, y ahorrando tooling específico además de un montón de tiempo. Un caso de particular interés son los centros de gravedad.

­          -Puntos de lifting en los componentes para su manipulación en el montaje. En el caso del Espacio, por motivos obvios de peso, no pueden utilizarse orejetas y similares, y deben aprovecharse “puntos seguros” de las estructuras sin probabilidad de que arrastren a deformaciones y concentraciones de tensiones.

Figura 6En la mayoría de los casos no necesitamos aventurarnos con las  prácticas  medianamente factibles, y las poco factibles, sólo deben explorarse por excepción ante determinadas circunstancias.

En los casos más delicados (aeroespaciales), es desaconsejable incluso actuar sobre lo medianamente factible, para tener la seguridad de no vulnerar lo más mínimo la fiabilidad.

 

Como conclusión diría que la aplicación del DFMA en la industrialización de productos de alto valor añadido tecnológico (innovadores, que vencen retos técnicos complejos y funcionalidad no habitual, y que deben ser de fiabilidad >6Sigma) debe quedar restringida justamente con los criterios que he explicado en este artículo. Lo contrario tiene el riesgo inadmisible de arruinar el proyecto, muy temprano o solo algo más tarde por falta de fiabilidad.

 


Javier Borda Elejabarrieta, Dr. I.I., Msc. y MBA; Presidente y C.E.O. de Sisteplant. Profesor de la ETSII de Bilbao (Aula Aeronáutica) y de la Universidad Juan Carlos I, (logística para Defensa).


 

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