El diseño de productos y su efecto en los costes

3. Simplificación de diseño
4. Las etapas de un proyecto de diseño y su importancia
5. Los errores más comunes
6. El diseño y la calidad
7. Prácticas fundamentales de diseño
8. Lineamientos de diseño para mejorar la calidad
9. El efecto palanca
10. Ingeniería de Métodos versus Ingeniería de Producto
11. Ingeniería Concurrente
12. Conclusiones
13. Bibliografía

1. Introducción

El diseño de nuevos productos es crucial para la supervivencia de la mayoría de las empresas. Aunque existan algunas firmas que experimentan muy pocos cambios en sus productos, la mayoría de las compañías deben revisarlos en manera continua. En las industrias que cambian con rapidez, la introducción de nuevos productos es una forma de vida y se han desarrollado enfoques muy sofisticados para presentar nuevos productos.

Los costos de manufactura, como así también los correspondientes a garantías y reparaciones se ven afectados en gran medida por el diseño del producto. Así pues, se encontró que en General Electric el 75% de sus costos de manufactura los determinaba el diseño, detectándose en otras empresas proporciones similares. Por ejemplo en Rolls Royce el diseño determina el 80% de los costos finales de producción y en General Motors el diseño incide en el 70% de sus costos de producción para las transmisiones de camiones.

Ahora bien, ¿qué implicancia tiene lo antes expuesto? Dichas estadísticas muestran con total claridad que es factible importantes reducciones en los costos de manufactura si se presta una mayor atención al diseño. Las decisiones tomadas durante el diseño constituyen la influencia dominante sobre los costes del producto, la habilidad de cumplir con las especificaciones y el tiempo requerido para llevar un nuevo producto al mercado. Una vez tomadas estas decisiones, el coste de los cambios en el diseño puede ser enorme.

Importantes mejoras se registran en materia de costes y calidad, como resultado de la simplificación del diseño, pues la misma hace más sencillas las labores de manufactura y ensamble. Al reducirse el número de partes, se reduce los costes de materiales, disminuyendo al mismo tiempo las existencias, el número de proveedores, y acortando el tiempo de producción. Otro efecto directo es la reducción en los costes de gestión de compras, proveedores y almacenes.

Diversas investigaciones y estudios realizados muestran que el tiempo y el coste de ensamble son proporcionales al número de partes que se arman.

IBM obtuvo muchos e importantes beneficios diseñando una nueva impresa de matriz de puntos denominada Proprinter. Hasta ese momento IBM estaba aprovisionándose de impresoras fabricadas por Seiko Epson Corporation, considerada como un proveedor mundial de bajo costo. ¿Qué hizo IBM? Diseño una impresora con 65% menos de partes. Las mismas fueron diseñadas de manera tal que las partes y subensambles pudieran armarse a presión sin emplear tornillos. Ello generó una reducción en el tiempo de armado del orden del 90%, y una notable disminución en materia de costes.

El diseño se debe coordinar con la manufactura para producir artículos de calidad consistente, con desperdicio mínimo. Por ejemplo, es normal que una empresa remplace las partes que se dañan durante la prueba de un producto, con equivalentes más complicadas. Esta acción sólo aumenta los costos de manufactura. La opción es rediseñar el producto con base en las partes menos costosas. Así un fabricante de relojes del Japón encontró que con un capacitor barato se compensaban las variaciones en los cristales menos costosos, y se seguía teniendo gran exactitud.

Muchos son los aspectos que en materia de diseño del producto pueden afectar negativamente la facilidad de fabricación,. además de la correspondiente calidad. Desentenderse de las consecuencias que generan las decisiones en materia de diseño es algo bastante común en las empresas tradicionales, considerándose por tales a aquellas apegadas a paradigmas ya no consecuentes con las nuevas realidades en materia científica, tecnológica, social y económica.

En éstas organizaciones hay una falta de sensatez a la hora de diseñar los productos, lo cual trae aparejado como consecuencia una serie de problemas al área de producción. Se dan a los componentes unas tolerancias sin referencia alguna a la capacidad de los procesos de que se dispone. Siendo demasiados los componentes destinados a un solo montaje, y estos carecen de un diseño acorde para aprovechar las fuerzas que genera el proceso; dando lugar ello a fallas en los esfuerzos de mecanización, montaje y distintos tipos de sujeción.

Simples detalles de diseño pueden alterar superlativamente los niveles de inversión necesarios para su fabricación. Los efectos del diseño sobre los costes de producción son los que a continuación se muestran, siendo los mismos los resultantes de diversos estudios efectuados en empresas de Estados Unidos y Europa.

Un diseño de categoría mundial se consigue mediante el desarrollo del producto integrado, que combina las necesidades y la experiencia de todos los implicados.

El costo del producto final es un asunto que debe aceptar el departamento, o responsables del diseño, como un factor tan importante como cualquier otro.

El desarrollo de nuevos productos tiene un gran impacto en la función de operaciones, debido a que cualquier producto nuevo que se diseñe debe producirlo operaciones. Pudiendo las operaciones existentes llegar a limitar el desarrollo de nuevos productos.

Las decisiones sobre productos son un prerrequisito para la producción. Debiendo dársele a operaciones las especificaciones del producto antes de poder iniciar la producción y antes de que operaciones pueda tomar algunas decisiones importantes. Decisiones operativas tales como el diseño del proceso, no deben esperar hasta que se terminen las especificaciones del producto, pues las mismas deben hacerse al mismo tiempo en que se diseña el producto.

2. Simplificación de diseño

Sistemas tales como tecnología de grupo, análisis de valor, análisis de causa – efecto, métodos de Taguchi, ingeniería simultanea, diseño para la producción, diseños para el ensamble y la automatización, convergen todos en un solo gran objetivo que es el diseño para la simplicidad.

Dicho diseño simplificado del producto tiene dos características que le son propias:

1. La reducción en el número de partes integrantes de un producto; y
2. el uso de partes estándares.

Cuando se alcanzan estas dos características se logra:

• Reducir los costes de producción.
• Reducir los tiempos de entrega.
• Reducir los niveles de incertidumbre.
• Un mayor equilibrio en las operaciones.
• Reducir los inventarios.
• Reducción del espacio físico destinado a inventarios de insumos y componentes.
• Mejorar ostensiblemente los niveles de calidad.
• Aumentar la confiabilidad.
• Simplificar el mantenimiento.
• Aumentar la adaptabilidad.
• Automatizar las actividades y procesos.
• Simplificar el flujo de insumos y componentes.
• Un mejor seguimiento y control de los materiales.

La técnica denominada "diseño para la manufacturabilidad", está centrada en la simplificación del diseño para hacerlo fabricable. El énfasis está puesto en la reducción del número total de partes, el número de partes diferentes y el número total de operaciones de manufactura.

Para ello se hace uso de un software destinado a analizar un diseño e identificar las oportunidades para simplificar el ensamble de productos. Este tipo de software separa el ensamble paso a paso, hace preguntas respecto a las partes y subensambles y proporciona en resumen del número de partes, el tiempo de ensamble y el número teórico mínimo de partes y subensambles. El uso del software permite a los diseñadores aprender los principios de manufactura sencilla en forma análoga a los análisis de confiabilidad, mantenibilidad y seguridad.

En un ejemplo, el diseño propuesto de una nueva caja registradora electrónica se analizó con un software de diseño para manufacturabilidad (DPM). El resultado fue que el número de partes se redujo en un 65%. Una persona sin usar tornillos o tuercas, puede ensamblar la registradora en aproximadamente de un minuto y treinta segundos. Esta terminal simplificada se puso en el mercado en sólo 24 meses. Esta simplificación del diseño reduce los errores de ensamble y otras fuentes de problemas de calidad durante la manufactura.

Así, una simplificación en el diseño del producto permite llegar a una empresa a ser mas competitiva. La reducción del número de partes y su estandarización son características fundamentales para poder competir en los mercados globalizados.

3. Las etapas de un proyecto de diseño y su importancia

Todo proyecto de diseño debe constar de cinco etapas, siendo éstas las siguientes:

1. Concepción. Consistente en preparar el anteproyecto de especificaciones.
2. Aceptación. En ella se demuestran que las especificaciones son alcanzadas por medio de cálculos matemáticos, bocetos, modelos experimentales, maquetas o pruebas de laboratorio.
3. Ejecución. Consistente en la preparación de varios modelos a partir del trabajo de la etapa anterior, construyéndose plantas pilotos como continuación de los experimentos de laboratorio.
4. Adecuación. Etapa en la cual el proyecto adquiere una forma que permite integrarlo a la organización y ajustarlo a las especificaciones definitivas.
5. Preproducción. Cuando se producen las cantidades suficientes para comprobar el diseño, las herramientas y las especificaciones.

En cuanto a la relación de cada etapa antes enumerada con los costes, cabe consignar los siguientes aspectos a ser tenidos muy especialmente en cuenta:

• El costo estimado del diseño debe ser una de las cifras que se sometan a consideración en la etapa de aceptación del diseño.

• En cuanto a la concepción, entre los componentes mínimos y fundamentales a tener en consideración se tienen: los requerimientos técnicos o de rendimiento, incluyendo enunciados explícitos sobre calidad y confiabilidad; el precio de venta pretendido o el precio de producción; la cantidad probable que se necesitará, afectando la misma sustancialmente al diseño, y en consecuencia, al costo inicial; y el máximo coste aceptable de diseño.
• En cuanto a la etapa de adecuación, deben plantearse en todo momento los siguientes cuestionamientos: "Esta pieza no debe costar más de…..¿Podrá fabricarse con esa cantidad? Si no, ¿cómo podrá ser rediseñada?"

Debe tenerse muy en cuenta la "ley de rendimiento en disminución en el esfuerzo de diseño", según la cual cuanto mayor sea el tiempo que se dedique a un diseño, menor será el incremento en el valor del diseño, a menos que se presente un avance tecnológico significativo.

El trabajo de diseño es costoso: un ingeniero o científico calificado no sólo tiene un salario básico elevado, sino que atrae un personal auxiliar considerable y a veces gran cantidad de equipo industrial. Con frecuencia es posible evitar los fuertes costos fijos de un equipo técnico permanente comprando el esfuerzo de diseño.

4. Los errores más comunes

Muchos son los aspectos del diseño del producto que pueden afectar de manera adversa la facilidad en el proceso de fabricación, y consecuentemente su nivel de calidad. Algunas partes son diseñadas con características difíciles de fabricar en forma repetitiva, o con tolerancias que son innecesariamente estrechas. Algunas partes pueden carecer de detalles para autoalinearse, o de características que eviten la inserción en posición equivocada.

En otros casos, las partes pueden ser tan frágiles o susceptibles a la corrosión o a la contaminación, que se puede dañar una parte de ellas en el embarque o por el manejo interno. A veces, debido a la falta de cuidado, un diseño tiene simplemente más partes que las necesarias para llevar a cabo las funciones deseadas, y entonces habrá mayor probabilidad de errores en su ensamble y posterior funcionamiento. Por lo tanto, los problemas de mal diseño pueden surgir en la forma de errores, bajos rendimientos, daños o fallas en el funcionamiento durante la fabricación, ensamble, prueba, transporte y uso final.

5. El diseño y la calidad

El diseño de un producto afecta la calidad en dos aspectos principales: en la planta del proveedor y en la propia del fabricante. Una frecuente causa de inconvenientes con el proveedor son las incompletas e inexactas especificaciones relativas al artículo que estos deben proporcionar.

Esto con frecuencia sucede con los componentes a medida, y tiene lugar tanto a puntos débiles en el proceso de diseño por parte de los ingenieros, o bien a falencias en la gestión de compras y pedidos. Así pues, cuanto mayor sea el número de partes distintas, y mayor sea la cantidad de proveedores, más probabilidad existe de que un proveedor recepcione una especificación incompleta e inexacta. Estos inconvenientes pueden reducirse diseñando productos con un menor número de partes, un elevado nivel de estandarización y selección de pocos proveedores confiables.

En los procesos de manufactura y ensamble, se presentan numerosos problemas e inconvenientes. Por ejemplo, en los diseños con muchas partes podría haber mezcla de partes, falta de componentes y mayor número de fallas o errores en las pruebas realizadas. Si algunas partes son semejantes, pero no idénticas, aumentan las probabilidades de que un armador use la parte equivocada.

Las partes o componentes que carezcan de detalles que eviten la inserción en el lugar o con la orientación incorrecta, darán lugar a una mala colocación o armado. Los pasos complicados de armado, o los procesos de unión donde se usen trucos pueden causar ensambles incorrectos, incompletos, no confiables, o con algún otro tipo de fallas. Por último al no tener debidamente en cuenta en el diseño, las condiciones a las que se han de sujetar las partes durante su ensamble, tales como humedad, temperatura, niveles de vibración, electricidad estática y polvo, pueden generar fallas durante su posteriores pruebas y utilización.

El diseño para facilitar la manufactura es el proceso de diseñar un producto de tal modo que se pueda producir con el mínimo de trabajo, dinero y desechos, y con el nivel más alto de calidad.

Las metas principales son mejorar la calidad del producto, aumentar la productividad, reducir el tiempo en que esté listo el producto, y mantener la flexibilidad para adaptarse a las condiciones futuras del mercado. Este proceso tiene el propósito de evitar diseños de producto que tan sólo simplifiquen las operaciones de ensamble, pero que necesiten componentes más complicados y costosos, o que simplifiquen la fabricación de componentes, pero compliquen el proceso de armado, así como diseños sencillos y baratos de producto que sea difícil o costoso de respaldar y dar servicio.

6. Prácticas fundamentales de diseño

Hacer lugar a las siguientes prácticas da lugar a diseños más efectivos y eficientes, los cuales son conducentes a las nuevas prácticas de gestión.

• Análisis de los requisitos del diseño, con especial énfasis en los estudios estadísticos.
• Determinación de las posibilidades reales del proceso para fabricar los componentes diseñados, dentro de las especificaciones y tolerancias establecidas.
• Identificación y evaluación de potenciales problemas en materia de calidad.
• Selección de procesos productivos que reduzcan los riesgos técnicos al mínimo.
• Evaluación sistemática de los procesos seleccionados bajo condiciones reales de fabricación.

7. Lineamientos de diseño para mejora en la calidad

1. Reducir al mínimo el número de partes o componentes.
2. Reducir al mínimo la cantidad de números de partes.
3. Diseño para logro de eficacia. Método Taguchi.
4. Eliminación de ajustes.
5. Facilitar el armado y prueba de fallos y errores.
6. Utilización de procedimientos repetibles y claramente bien comprendidos.
7. Selección de componentes que puedan sobrevivir a las operaciones del proceso.
8. Diseño de pruebas eficaces y adecuadas.
9. Distribución de partes para terminar el proceso de manera confiable.
10. Evitar cambios de ingeniería en productos en el mercado.

8. El efecto palanca

Duplicar la cantidad de tiempo, recursos y esfuerzos en la labor de diseño, haciéndola claro está, de manera consistente y sistemática, permitirá reducir notablemente los costes totales de fabricación. Estamos pues, ante un coste estratégico fundamental. Este es un tipo de coste cuyo incremento permite vía: capacitación, planificación, trabajo en equipo, benchmarking, análisis de valor, retroingeniería, reingeniería de productos, e ingeniería simultanea; reducir el tiempo entre el inicio del proceso de diseño y el momento de salida de los productos al mercado, reducir consistentemente los costes haciendo factible el coste objetivo, y mejorar la rentabilidad de los activos, al tiempo que se logra un mayor nivel de satisfacción en los clientes, consumidores y usuarios.

La capacitación y el entrenamiento, dentro de lo que se da en llamar la gestión del conocimiento y de los activos intelectuales, es crítico y fundamental, a la hora de mejorar creativamente los diseños de los productos.

El diseño para la confiabilidad, mantenibilidad, seguridad y otros parámetros debe hacerse con el objetivo simultáneo de minimizar el coste. Las técnicas formales para lograr un balance óptimo entre el desempeño y el coste incluyen tanto enfoques cuantitativos como cualitativos.

El enfoque cuantitativo utiliza una razón que relaciona el desempeño y el costo. Esta razón dice lo que se obtiene por cada unidad monetaria gastada. Dicha razón es de gran utilidad especialmente para comparar enfoques alternativos de diseño para lograr la función deseada.

Se han desarrollado varios enfoques para lograr un balance entre el desempeño y el coste. La ingeniería del valor es una técnica para evaluar el diseño de un producto para asegurar que proporciona las funciones esenciales a un coste mínimo global para el fabricante o el usuario. Una técnica complementaria es el enfoque del "diseño para el coste". Esto comienza con una definición del coste meta para el producto y la función deseada, prosiguiéndose con el desarrollo y evaluación de diseños alternativos.

La ingeniería define los estándares de ejecución necesarios para los productos y las piezas, los procesos, los materiales, las herramientas y el acabado, en función de las características verificables y los grados económicos de uniformidad. Hay que diseñar el producto y el procedimiento de fabricación. Se desea que todos los factores conocibles funcionen exactamente como se proyectó, excluyendo todos los demás factores posibles. Pero los proyectos técnicos, las operaciones y las medidas no son infalibles. Los diseños y las especificaciones de los factores de la producción son complejos y rara vez completos. Los mismos factores son a menudo inestable, los diseños son a veces de un carácter evolutivo, y es frecuente que las exigencias avancen a los resultados corrientes.

Con el impulso de las operaciones en masa y la completa insensibilidad de los controles operatorios demasiado prevaleciente, las desviaciones poco claras con respecto a los estándares dan lugar a montones de chatarras y a costes encubiertos que se afirman solapadamente, por la gestión defectuosa, hasta considerarse como cargas normales e inevitables.

En una compañía con producción neta anual de $ 10.000.000, la merma generalmente aceptada del 20% en un producto de precisión representa una pérdida de tal magnitud en el coste directo de fabricación que se implantó el control analítico. Así, cada unidad monetaria gastado por este concepto permitió disminuir en $ 15 las pérdidas en forma de desecho durante el primer año. Vemos aquí nuevamente el efecto de concentrar debidamente la atención en las actividades y costes estratégicos.

9. Ingeniería de Métodos versus Ingeniería de Producto

En tanto que la ingeniería de métodos tiene como objetivo crear el mejor diseño de estación de trabajo para un diseño dado de producto y con el equipo y las herramientas disponibles, el objetivo de la ingeniería de producto es generar el diseño de producto más fabricable; empleando para ello equipos y herramientas existentes o compradas o fabricar nuevos si se necesitan, y luego proporcionar el mejor diseño de estación de trabajo. En función de ello podemos enumerar los enfoques propios de ambos sistemas de la siguiente manera:

• Enfoque de ingeniería de métodos
• • El diseño del producto está dado (es decir, relativamente congelado).
  • La manufactura y la ingeniería de métodos siguen al diseño del producto.
  • El equipo y las herramientas se seleccionan y disponen para acoplarse mejor al proceso de manufactura para el diseño del producto dado.
  • El equipo se selecciona generalmente de lo que está disponible en el momento.
  • Las herramientas se compran o se diseñan para adecuarse al equipo seleccionado.
• Enfoque de ingeniería de producto
• • El diseño del producto puede cambiarse para que se ajuste a la función final deseada del producto al costo más bajo.
  • El ingeniero de producibilidad es un miembro del equipo de diseño del producto, y asesora al diseñador del producto sobre las alternativas de fabricación disponibles y sus efectos y costos relativos.
  • El diseño del producto y el diseño del proceso son actividades simultáneas y dependientes.
  • El producto puede ser modificado para que se ajuste a los requerimientos de maquinado a fin de reducir los costes de manufactura.
  • El ingeniero de producibilidad optimiza el coste más bajo el diseño del producto en relación con la función deseada, tocante a la determinación de características de diseño que afectan capacidades / limitaciones de equipo, tolerancias, selección de materiales y controles de proceso.
  • El equipo de diseño puede especificar modificaciones al equipo o herramientas existentes o comprados, o brindar criterios de diseño para la adquisición o desarrollo de equipo o herramientas nuevas.

10. Ingeniería Concurrente

Denominada también ingeniería simultánea, es el proceso de diseñar un producto usando todos los insumos y evaluaciones simultáneamente y al principio durante el diseño, para asegurar que se cumplan las necesidades de los clientes internos y externos.

El objetivo es reducir el tiempo entre la concepción del producto y su puesta en el mercado, prevenir problemas de calidad y confiabilidad y reducir costes.

Las empresas tradicionales durante el desarrollo del producto se manejan en forma secuencial, no concurrente. Así el departamento de mercadotecnia identifica una idea de producto; después, el ingeniero de diseño crea el mismo y construye algunos prototipos; el departamento de compras pide presupuestos a los proveedores; después, el departamento de manufactura produce las unidades, etc.

En cada paso, la salida de un departamento "pasa al otro lado del muro" al siguiente departamento, es decir, se tiene muy poca información, durante el diseño del impacto o efecto que se genera o produce en las restantes etapas del proceso. Generalmente ocasiona continuas revisiones hasta lograr un diseño plausible.

La ingeniería concurrente proporciona importantes beneficios, como lo son un 75% menos de cambios de ingeniería y una reducción del orden del 55% en el tiempo que va desde la concepción del producto hasta su colocación en el mercado.

11. Conclusiones

La gestión óptima del diseño de productos permite reducir notablemente los costes debido a:

1. Facilitar los procesos de fabricabilidad.
2. Reduciendo el nivel de inventarios y el espacio físico a el destinado.
3. Reduciendo los costes relativos a la gestión de almacenes.
4. Reducción de costes financieros correspondientes a los excesos de inventarios.
5. Disminuyendo notablemente el nivel de fallas o desperfectos.
6. Evitando gracias al punto anterior, la necesidad de labores de reprocesamientos y ajustes.
7. Facilitando el control de inventarios y la solicitud de pedidos.
8. Lograr un mayor y mejor control de los componentes, como resultados de una menor cantidad de estos.
9. Efectos de la estandarización en la curva de experiencia del productor y de sus proveedores.
10. Disminución de la cantidad y tiempos correspondientes a los procesos y actividades de preparación y cambios de herramientas.
11. Aumento de escala en la producción de componentes o partes mediante uso de las mismas por parte de otros competidores, alianzas estratégicas de por medio.

Entre los aspectos finales a considerar es de fundamental importancia subrayar la importancia de la producción modular. La misma consiste en un enfoque utilizado para generar una mayor variedad de productos a partir un de número limitado de componentes para los mismos. Se utiliza tal enfoque para controlar la proliferación de productos al limitar el número de componentes o módulos disponibles.

12. Bibliografía

Calitividad – John York – Editorial Marcombo – 1994

La producción exitosa – James Tompkins – Editorial McGraw Hill – 1992

Manual de la Producción – Alford , Bangs y Hagemann – Noriega Editores – 1997

Ingeniería Industrial y Administración – Philip Hicks – CECSA – 1999

Desarrollo de productos y servicios – Mauricio Lefcovich – www.monografias.com – 2004

Autor

Mauricio Lefcovich

Consultor en Administración de Operaciones

Trabajo terminado el 6 de Abril de 2006