Fabricación por diseño

En muchas grandes empresas, el diseño se ha convertido en una maraña burocrática, un proceso confuso por la fragmentación, la sobreespecialización, las luchas de poder y los retrasos. Un director de ingeniería responsable del diseño de una sola pieza en una empresa de automóviles me dijo hace poco que el proceso de diseño exige 350 pasos, no 350 cálculos o experimentos de ingeniería, sino 350 trabajos que requieren 350 firmas. No es de extrañar, dijo, que se tarden cinco años en diseñar un coche; es decir, una firma cada 3 días y medio. No es que las empresas no lo sepan mejor. Según los ejecutivos de General Motors, 70 % del coste de fabricación de transmisiones para camiones se determina en la fase de diseño. Un estudio en Rolls-Royce revela que el diseño determina 80 % de los costes de producción finales de 2000 componentes.1 Obviamente, establecer el diseño de un producto exige decisiones cruciales: sobre los materiales fabricados o comprados, sobre la forma en que se ensamblarán las piezas. Cuando los altos directivos dedican la mayor parte de sus esfuerzos a analizar la producción actual en lugar del diseño del producto, supervisan lo que representa solo alrededor de un tercio de los costes totales de fabricación: el escaparate, no el escaparate. Además, un mejor diseño de los productos ha hecho añicos las antiguas expectativas de mejorar los costes mediante el diseño o el rediseño. Si los gerentes pensaran en un 5 % la mejora fue buena, ahora se enfrentan a una competencia que está reduciendo drásticamente el número de componentes y subconjuntos de los productos y logrando un 50 % o más reducción en el coste directo de fabricación. Y están llegando reducciones aún mayores, debido a los nuevos materiales y técnicas de procesamiento de materiales. La mano de obra directa, la mano de obra con un coste aún más bajo, representa tan poco del panorama total que las empresas que siguen centrándose en este factor se engañan a sí mismas no solo con respecto a la mejora de los productos, sino también sobre la forma en que los competidores extranjeros han obtenido tantas ventajas. En resumen, el diseño es una actividad estratégica, ya sea por intención o por defecto. Influye en la flexibilidad de las estrategias de venta, en la velocidad de las reparaciones in situ y en la eficiencia de la fabricación. Es muy posible que sea responsable de la viabilidad futura de la empresa. Quiero centrarme no en la calidad de los productos sino en el desarrollo de los procesos para su fabricación. Convertir un concepto en un producto complejo y de alta tecnología es un procedimiento complicado que consta de muchos pasos de perfeccionamiento. La idea inicial nunca funciona según lo previsto ni funciona tan bien como se desea. Así que los diseñadores hacen muchas modificaciones, incluida una elección cada vez más sutil de materiales, elementos de fijación, revestimientos, adhesivos y ajustes electrónicos. Puede que sean necesarios análisis y experimentos costosos para verificar las elecciones de diseño. En muchos casos, los diseñadores descubren que las opciones se hacen cada vez más difíciles; las negociaciones sobre cuestiones técnicas, presupuestos y calendarios se vuelven intensas. A medida que el diseño evoluciona, las elecciones se vuelven interdependientes y adquieren el carácter de una cadena histórica entrelazada en la que las decisiones posteriores están condicionadas por las que se toman anteriormente. Imagine, entonces, que un ingeniero de producción o fabricación entabla negociaciones tan detalladas al final del juego y pida cambios. Si los diseñadores del producto acceden a las solicitudes, es posible que gran parte del diseño simplemente se deshaga. Se habrán tomado muchas decisiones difíciles y fundamentales en vano. Donde los acuerdos estrechos iban en un sentido, ahora puede que vayan en otro; puede que sean necesarios nuevos análisis de materiales y experimentos de producción. Abundan los ejemplos de fracaso. Un científico investigador que conozco, de una gran empresa química, pasó un año perfeccionando un nuevo proceso —que incluía, entre otras cosas, gases— a escala de laboratorio. En el laboratorio, el proceso funcionaba a presión atmosférica. Pero cuando por fin llamaron a un ingeniero de producción para ampliar el proceso, inmediatamente pidió presiones más altas. La presión atmosférica nunca se utiliza en la producción cuando hay gases en juego, ya que su mantenimiento requiere tuberías, bombas y tanques enormes. Una presión más alta reduce el volumen de gases y permite el uso de equipos más pequeños. Lamentablemente, el proceso del investigador falló debido a presiones elevadas y tuvo que empezar de nuevo. O piense en el fabricante cuyo electrodoméstico dependía de tolerancias estrechas para su correcto funcionamiento. Los edictos del departamento de estilismo impedían que los diseños alcanzaran las tolerancias requeridas; los diseñadores querían una forma y un aspecto determinados y no cedían cuando se enteraban de los problemas que causaban a la fabricación. La máquina tampoco se diseñó en módulos que pudieran probarse antes del ensamblaje final. Todo el producto se fabricó a partir de piezas individuales en una línea larga. Así que había que ajustar cada producto acabado para que funcionara o desmontarlo después del montaje para averiguar por qué no funcionaba. Nadie que entendiera el problema tenía la autoridad suficiente para resolverlo y nadie con la suficiente autoridad entendió el problema hasta que ya era demasiado tarde. Esta empresa ya no opera. Por último, estaba el arma que dependía para su función de un detector de infrarrojos, la primera de muchas piezas (lentes, espejos, motores, fuentes de alimentación, etc.) que se pegaron y soldaron entre sí en una unidad compacta. Para ahorrar dinero, el departamento de compras se cambió a un detector más barato, lo que provocó un aumento del número de fallos en las pruebas finales. Como la construcción consistía en pegamento y soldadura, hubo que desechar las unidades defectuosas. Entonces, alguien sugirió rediseñar la unidad con cierres reversibles para permitir su desmontaje. Pero esta vez prevalecieron voces más razonables. De hecho, los cierres reversibles habrían aumentado el coste del arma y no habrían tenido otro propósito que facilitar la reelaboración en fábrica. No habría sido recomendable desmontarla porque la unidad era demasiado compleja para repararla en el campo. Era un arma de un solo uso, con una vida útil de cinco años y una vida útil de diez segundos. Simplemente tuvo que funcionar la primera vez. Los fabricantes pueden evitar problemas como este. Veamos una historia de éxito. Una empresa que conozco quería poder responder en 24 horas a los pedidos mundiales de su línea de productos electrónicos, una gran variedad de funciones en lotes de pedidos pequeños. Los ingenieros decidieron rediseñar los productos en módulos, con diferentes funciones en cada módulo. Todos los módulos son compatibles con enchufes, eléctrica y mecánicamente. Todas las versiones de cada módulo son idénticas por fuera, donde las manipulan las máquinas de ensamblaje. La empresa ahora puede hacer un pedido de cualquier conjunto de elementos seleccionando los módulos correctos y ensamblándolos, todo ello sin intervención humana, desde la recepción electrónica del pedido hasta el embalaje de los conjuntos finales. En otra empresa, una máquina de alta presión para suministrar aceite de corte a máquinas herramienta requiere limpieza una vez al día. Los diseñadores reconfiguraron recientemente la máquina para que la limpieza normal y las reparaciones normales se pudieran realizar sin necesidad de herramientas, lo que resolvió algunos molestos problemas con las normas de trabajo del sindicato. No hay garantías, por supuesto, pero las experiencias de estas empresas ilustran cómo las decisiones de diseño deben estar integradas, informadas y equilibradas, y lo importante que es implicar a los ingenieros de fabricación, los ingenieros de reparación, los agentes de compras y otras personas con conocimientos en las primeras etapas del proceso. El diseñador del producto pregunta: «¿De qué sirve si no funciona?» El vendedor pregunta: «¿De qué sirve si no se vende?» El financiero pregunta: «¿De qué sirve si no es rentable?» El ingeniero de fabricación pregunta: «¿De qué sirve si no puedo ir?» El éxito del equipo se mide por la forma en que se respondan a estas preguntas. El equipo de diseño y su tarea Los equipos multifuncionales son actualmente la forma más eficaz conocida de superar las barreras que impiden un buen diseño. Los equipos pueden ser sorprendentemente pequeños (tan pequeños como 4 miembros, aunque 20 miembros es normal en los proyectos grandes) y, por lo general, incluyen todas las especialidades de la empresa. Los altos ejecutivos deben dejar claro su apoyo e interés. Se han dado varios nombres a este enfoque de equipo, como «ingeniería simultánea» y «diseño simultáneo». Las diferentes empresas hacen hincapié en los diferentes puntos fuertes del equipo. En muchas empresas japonesas, equipos como este llevan tanto tiempo funcionando que la mayoría de los empleados no pueden recordar otra forma de diseñar un producto. Establecer el equipo es solo el principio, por supuesto. Los equipos necesitan un procedimiento gradual que discipline el debate y ayude a los miembros a tomar las decisiones que se toman en prácticamente todos los diseños. En los procedimientos de diseño tradicionales, el ensamblaje es una de las últimas cosas que se tienen en cuenta. Mi experiencia sugiere que la asamblea debería considerarse mucho antes. El ensamblaje es intrínsecamente integrador. Incluirlo en el proceso de diseño es una forma eficaz de aumentar el nivel de integración en todos los aspectos del diseño del producto. Los estatutos de un equipo de diseño deben ser amplios. Sus funciones principales incluyen: 1. Determinar el carácter del producto para ver de qué se trata y, por lo tanto, qué métodos de diseño y producción son adecuados. 2. Someter el producto a un análisis de las funciones del producto, de modo que todas las decisiones de diseño se puedan tomar con pleno conocimiento de cómo debe funcionar el artículo y todos los miembros del equipo lo entiendan lo suficientemente bien como para contribuir de manera óptima. 3. Llevar a cabo un estudio de diseño orientado a la productividad y la usabilidad para determinar si estos factores se pueden mejorar sin perjudicar el funcionamiento. 4. Diseñar un proceso de ensamblaje adecuado a las características particulares del producto. Esto implica crear una secuencia de ensamblaje adecuada, identificar los subconjuntos, integrar el control de calidad y diseñar cada pieza de modo que su calidad sea compatible con el método de ensamblaje. 5. Diseñar un sistema de fábrica que implique plenamente a los trabajadores en la estrategia de producción, funcione con un inventario mínimo y se integre con los métodos y las capacidades de los vendedores. El personaje del producto Está claro que va más allá del ámbito de este artículo establecer con qué criterios se juzgan, desarrollan o renuevan las características de los productos. Recientemente, en estas páginas, David A. Garvin ha analizado ocho dimensiones fundamentales de la calidad del producto; y John R. Hauser y Don Clausing han explorado formas de comunicar a los ingenieros de diseño las dimensiones que los consumidores desean, en el propio idioma de los ingenieros.2 El personaje define los criterios según los cuales los diseñadores juzgan, desarrollan o modernizan las características del producto. Solo quiero reiterar que los ingenieros de fabricación y otras personas deberían tener algo que decir sobre cómo garantizar que el producto se pueda reparar in situ, qué tan expertos deben ser los usuarios para emplearlo con éxito y si la comerciabilidad se basará en la variedad de modelos o en la disponibilidad de los complementos futuros. Además, un subproducto esencial de la participación de la fabricación, el marketing, las compras y otros grupos en la concepción del producto es que los diversos miembros del equipo se familiaricen lo suficiente con el producto desde el principio como para poder incorporar los objetivos y limitaciones de los diseñadores en sus propios enfoques. Cuando los diseñadores hablen con los representantes de fabricación o del servicio de campo, por ejemplo, pueden hacer correcciones bien informadas. («¿Por qué no hace esa pieza de plástico? Conozco una fuente de bajo coste». «Porque la temperatura allí es de 1000º, el plástico se vaporiza». «Oh.») Análisis de funciones del producto Antes era la provincia exclusiva de los diseñadores de productos. Pero ahora se entiende que mejorar la robustez de un producto, «diseñar calidad en», según la buena frase de Genichi Taguchi, significa entender a fondo la función del producto en relación con los métodos de producción. Los diseñadores de productos y los ingenieros de fabricación solían tratar de entender estas relaciones mediante la experiencia y la intuición. Ahora tienen paquetes de software para modelar y diseñar componentes que los guíen en la elección del proceso, un software que se habría considerado fantástico hace una generación. (Consulte el prospecto «Diseñar para la previsibilidad: nuevas herramientas de MCAE».) Diseñar para lograr la previsibilidad: nuevas herramientas de MCAE de: Philippe Villers Un producto bien diseñado es un producto predecible. Los gerentes necesitan especialmente predecir la fiabilidad, los costes de fabricación y la capacidad de fabricación. En el pasado, los ingenieros abordaban estas tres cuestiones solo después de que los ingenieros hubieran completado los dibujos, la fase casi final del ciclo de desarrollo. Pero para entonces puede que sea demasiado tarde. Además, cuando un producto tiene cientos, o incluso miles de componentes, simplemente no es posible diseñar, crear prototipos y rediseñar versiones ligeramente diferentes de cada uno de ellos. Dos nuevos sistemas de ingeniería mecánica asistida por ordenador (MCAE) integrados permiten a los equipos de ingeniería realizar pruebas antes de construir, de modo que pueden diseñar con una calidad total teniendo en cuenta la fiabilidad, el rendimiento y los costes de fabricación desde el principio. El primero de estos nuevos sistemas modela productos no solo física sino también analíticamente: un diseñador no solo puede dibujar un componente en la pantalla, sino que también puede hacer que el ordenador modele y pruebe la viabilidad de sus funciones, a la manera de un planificador de negocios que utiliza una hoja de cálculo electrónica para jugar a juegos de «qué pasaría si». Los ingenieros pueden variar las suposiciones sobre los materiales, las velocidades, las cargas, el tamaño y otras condiciones de funcionamiento. De esta forma, los desarrolladores pueden ver los efectos de las tensiones hipotéticas y estimar los costes del producto al tomar decisiones de diseño. Una empresa que fabrica motores de combustión interna, por ejemplo, puede utilizar un sistema MCAE integrado para diseñar la fiabilidad y la suavidad de funcionamiento en el contrapeso del cigüeñal. El contrapeso óptimo mantiene bajas y constantes las fuerzas del movimiento del pistón hacia arriba y hacia abajo y las fuerzas centrífugas del cigüeñal desequilibrado, para reducir las vibraciones. El sistema funciona de la siguiente manera: una estación de trabajo de escritorio pinta la imagen de un cilindro con todas sus partes operativas en la pantalla. A continuación, el ingeniero selecciona los valores para las funciones de contrapeso, como el ángulo, el grosor, el diámetro, etc., de los menús. A medida que se toman las decisiones, el sistema calcula automáticamente las ventajas del diseño, basándose en unas 100 ecuaciones de ingeniería, incluidas la relación de compresión y la carrera. Así que las variaciones de diseño se prueban, evalúan y descartan con una respuesta casi instantánea. Esto optimiza la robustez y el rendimiento en los primeros diseños de contrapeso. El segundo sistema nuevo es un sistema experto que proyecta los costes de producción probables de varias configuraciones de piezas o conjuntos y proporciona orientación sobre su capacidad de fabricación. Otro fabricante de piezas podría utilizar este sistema para proyectar la capacidad de fabricación y los costes de, por ejemplo, sus piezas de carburador estampadas. Por lo general, la pantalla del ordenador tiene varios menús que muestran los aspectos del diseño de una pieza, como los materiales utilizados y el proceso de fabricación implicado. Cada menú contiene capas progresivas de posibles opciones. Si el ingeniero selecciona un metal de la lista de materiales, el sistema ofrece la posibilidad de elegir entre ferrosos o no ferrosos. En cuanto a los metales ferrosos, se puede elegir entre acero al carbono, acero inoxidable, hierro fundido, etc. Hay valores predeterminados automáticos que el ingeniero no suele especificar, como el acabado de la superficie y el contenido de carbono. El sistema también se basa en su propia base de datos para obtener información de fabricación, como la densidad del material y el coste unitario base. Una vez que el diseñador complete la secuencia de menús, el sistema generará un coste aproximado de la pieza que incluye los gastos de materiales, procesamiento y herramientas. Los sistemas MCAE no eliminan por completo la creación de prototipos, pero pueden reducir drásticamente el número de pruebas y ayudar a los ingenieros a abordar los problemas de fiabilidad, rendimiento y costes desde el principio y, por lo tanto, a diseñar para lograr una calidad total desde el principio. Hace poco trabajé en un producto que contenía piezas giratorias delicadas que tenían que equilibrarse dinámicamente para lograr tolerancias altas. En el diseño original, era necesario desmontar parcialmente los elementos giratorios después del balanceo antes de poder terminar el ensamblaje, por lo que el producto final rara vez estaba bien equilibrado y requería un procedimiento de ajuste prolongado. Como el rediseño total no era factible, el equipo analizó el procedimiento de reensamblaje únicamente en lo que respecta al equilibrio y llegó a la conclusión de que los diseñadores solo necesitaban ajustar varias tolerancias y cambiar la forma de las superficies de contacto. Bastaron entonces unos simples ajustes para restablecer el equilibrio en el producto acabado. Otro objetivo importante del análisis del funcionamiento del producto es reducir el número de piezas de un producto. Las ventajas se extienden a las compras (menos vendedores y transacciones), la fabricación (menos operaciones, manipulación de materiales y manipuladores) y el servicio de campo (menos piezas de reparación). Cuando una empresa imprime disciplina a su proceso de diseño, normalmente es fácil reducir el número de piezas porque los diseños antiguos son muy ineficientes. Sin embargo, después de ponerse al día, es necesario un trabajo duro y creativo para reducir aún más el número de piezas. Una empresa que conozco ahorraba varios millones de dólares al año al eliminar solo una pieza del subensamblaje. El producto tenía tres estados de funcionamiento: bajo, medio y alto. Los análisis mostraron que las acciones de una parte del diseño original siempre seguían o imitaban las acciones de otras dos. Los diseñadores eliminaron la parte redundante alterando ligeramente las formas de las otras dos partes. Este cambio nunca se podría haber concebido, y mucho menos ejecutado, si los diseñadores no hubieran tenido un conocimiento profundo del producto y no hubieran prestado atención a las acciones subyacentes a su ingeniería. Diseño orientado a la capacidad de producción Hace poco, una empresa presumió en un semanario de noticias de negocios de haber ahorrado un mero $ 250 000 diseñando sus botellas para una nueva línea de cosméticos que se adapten a las máquinas existentes de llenado, etiquetado y taponado. Este plan parece tan obvio, y los ahorros eran tan pequeños en comparación con lo posible, que la celebración pareció fuera de lugar. Pero es un resultado mejor del que recuerdo de mi primer trabajo en una empresa farmacéutica. Se gastó una fortuna para que un famoso diseñador industrial creara nuevas botellas y tapones para su línea. Tenían una sección transversal triangular y forma de lágrima, y no cabían ni en las máquinas existentes ni en las nuevas que intentáramos diseñar. Finalmente, la empresa abandonó las botellas, junto con la campaña de marketing asociada. Obviamente, nada es más importante para la estrategia de fabricación que diseñar para el proceso de producción. En el pasado, esto significaba diseñar para la fabricación y el ensamblaje, y valorar la ingeniería, que se esforzaba por reducir los costes. Pero ahora tenemos que ir más allá de estos objetivos. Para empezar con el último punto, la ingeniería de valores tiene como objetivo principal reducir los costes de fabricación mediante una elección astuta de los materiales y métodos de fabricación de las piezas. ¿El diseño requiere metal cuando una pieza de cerámica sirve? Si es de metal, ¿debemos perforarlo o perforarlo? La ingeniería de valores normalmente entra en juego una vez terminado el diseño, pero la minuciosidad que buscamos en el diseño solo se logra si las decisiones se toman pronto. Además, el diseño para la capacidad de producción difiere del diseño para el ensamblaje, que normalmente considera las piezas una por una, las simplifica, combina algunas para reducir el número de piezas o añade características como biseles alrededor de los bordes de los orificios para facilitar el montaje. Por valioso que sea, este proceso no puede lograr las mejoras más fundamentales porque considera el producto como un conjunto de piezas en lugar de algo para cumplir objetivos más amplios, como reducir los costes a lo largo de todo el ciclo de vida del producto. El enfoque de Nippondenso ilustra vívidamente cómo una estrategia primordial puede determinar las piezas de un producto y el proceso de producción. El Delco de Japón, Nippondenso, fabrica productos para automóviles como generadores, alternadores, reguladores de tensión, radiadores y sistemas de frenos antideslizantes. Toyota es su principal cliente. Nippondenso ha aprendido a vivir con los pedidos diarios de miles de artículos en mezclas y cantidades arbitrarias de modelos. La respuesta de la empresa a este desafío consta de varios componentes: El método combinatorio para cumplir con los requisitos de producción de mezclas de modelos. Desarrollo interno de tecnología de fabricación. Siempre que sea posible, métodos de fabricación que no necesiten plantillas ni accesorios. El método combinatorio, llevado a cabo por miembros del equipo de marketing e ingeniería, divide un producto en piezas o subconjuntos genéricos e identifica las variaciones necesarias de cada uno de ellos. El producto se diseña entonces para permitir que cualquier combinación de variaciones de estas partes básicas se unan física y funcionalmente. (Si hay 6 piezas básicas y 3 variedades de cada una, por ejemplo, la empresa puede construir 36=729 modelos diferentes.) El equipo de fabricación interno coopera en el diseño de las piezas, de modo que el sistema de fabricación puede manipular y fabricar fácilmente cada variedad de piezas y productos. La producción sin plantillas es un objetivo importante en este momento, por razones obvias. Los procesos de manipulación, fabricación y ensamblaje de materiales suelen emplear plantillas, accesorios y herramientas para sujetar las piezas durante el procesamiento y el transporte; las plantillas y los accesorios suelen diseñarse específicamente para adaptarse a cada tipo de pieza y sujetarlos de forma segura. Cuando la producción pasa a un lote o modelo diferente, se quitan las plantillas y herramientas antiguas y se instalan otras nuevas. En los entornos de producción masiva, este cambio se produce aproximadamente una vez al año. Sin embargo, en los mercados dinámicos, o justo a tiempo, los lotes son pequeños y los cambios en la producción pueden producirse cada hora, incluso de forma continua. Puede que sea imposible lograr un proceso de producción puntual y económico del tamaño de un lote si se necesitan plantillas distintas para cada modelo. El equipo de fabricación interno de Nippondenso responde a este problema mostrándole cómo diseñar las piezas con las características de jigging comunes, de modo que una plantilla pueda contener todos los tipos, o trabajando con los diseñadores para hacer que el producto se ajuste o se mantenga unido de otro modo, sin necesidad de plantillas de sujeción. Al fomentar un equipo interno, Nippondenso también resuelve tres problemas institucionales difíciles. En primer lugar, la empresa elimina los problemas de secreto de propiedad. Su propia gente es la única que trabaja en el diseño o con componentes cruciales desde el punto de vista estratégico. En segundo lugar, el equipo se puede entregar sin pagar el margen de beneficio del proveedor, lo que reduce los costes y facilita la justificación financiera. En tercer lugar, a lo largo de los años, el equipo ha aprendido a adaptarse de forma intuitiva a la filosofía de diseño de la empresa y los miembros individuales del equipo han aprendido a contribuir a ella. Los diseñadores también se conocen y crean muchas redes de comunicación informales que acortan considerablemente el proceso de diseño. Los períodos de diseño más cortos significan menos plazos de entrega, una clara ventaja competitiva. (Vale la pena señalar que muchas empresas japonesas siguen esta práctica de diseñar gran parte de su automatización internamente y, al mismo tiempo, compran muchos componentes de productos a proveedores externos. Las empresas estadounidenses suelen tomar el camino opuesto: fabrican muchos componentes y compran la automatización a los vendedores.) Nippondenso utiliza un diseño combinatorio y una fabricación sin plantillas para fabricar radiadores (consulte el diagrama). Los tubos, las aletas, los cabezales y las placas laterales forman el núcleo del radiador. Estos cuatro se unen, lo que evita la necesidad de plantillas, y todo el núcleo está soldado en horno. Los tanques de plástico están doblados. La matriz de crimpado se puede ajustar para adaptarse a cualquier tamaño de tanque mientras se coloca el siguiente radiador en la engarzadora, de modo que los radiadores se pueden procesar en cualquier pedido de modelo y en cualquier cantidad. Cuando se le preguntó cuánto costó la fábrica, el ingeniero jefe del proyecto respondió: «Estrictamente hablando, tiene que incluir el coste de diseño del producto». Una fábrica no es solo una fábrica, dio a entender. Es una fusión cuidadosamente elaborada de un producto diseñado estratégicamente y los métodos de fabricación. Cómo se fabrica un radiador: método combinatorio y sin plantilla Salvo las pruebas finales, este radiador se fabrica totalmente sin mano de obra. Los radiadores se diferencian según la longitud, el ancho y la profundidad del núcleo. Están disponibles en varios tamaños y ofrecen muchas capacidades de transferencia de calor. Sin cambiar el tamaño de las piezas, un diseñador puede programar diferentes formas para las aletas y diámetros para los tubos, lo que permite que el mismo sistema de producción alcance nuevas capacidades de transferencia de calor. Sin una estrategia orientadora, no hay manera de saber qué sugerencias de mejora respaldan realmente los objetivos a largo plazo. Algunas técnicas de diseño de productos dependen demasiado de las reglas, incluidos los sistemas basados en reglas que provienen de sistemas expertos. No sustituyen a las personas con experiencia. Volkswagen, por ejemplo, infringió recientemente las normas convencionales de facilidad de montaje para aprovechar ventajas que la empresa no habría tenido de otro modo. En las extraordinarias instalaciones de la empresa en el pabellón 54 en Wolfsburg (Alemania), donde los campos de golf y los aviones pasan por el ensamblaje final, los robots o máquinas especiales rinden unos 25 % de los escalones de la etapa final. (Antes de que el pabellón 54 empezara a funcionar, a Volkswagen nunca le fue mejor que el 5 % )3 Para conseguir este nivel de automatización, la dirección de producción de VW pidió examinar todas las piezas. La junta directiva se llevó un retraso de un año en la introducción de los nuevos modelos. Se produjeron varias desviaciones importantes con respecto a las prácticas de diseño de automóviles convencionales, la primera de las cuales implicó la configuración frontal. Por lo general, los diseñadores intentan reducir el número de piezas. Pero los ingenieros de VW lo determinaron con un precio de uno extra parte del chasis, la parte delantera del coche podría dejarse temporalmente abierta para la instalación del motor mediante los brazos hidráulicos de un solo golpe en línea recta y hacia arriba. La instalación del motor solía tardar un minuto o más e implicaba la participación de varios trabajadores. VW ahora lo hace sin tripulación en 26 segundos. Otra decisión importante se refería al humilde tornillo. Los agentes de compras suelen aceptar la regla de que los sujetadores de bajo coste son una ventaja competitiva. Los ingenieros de VW convencieron al departamento de compras de pagar 18 dólares adicionales % para tornillos con puntas en forma de cono que se introducen más fácilmente en los orificios, incluso si las piezas de chapa o plástico están desalineadas. Así, la inserción de tornillos en máquinas y robots se hizo práctica. Solo dos años después, tantas empresas alemanas habían adoptado tornillos con punta cónica que su precio había bajado al de los tornillos de punta plana normales. Por una vez, todos, desde la fabricación hasta las compras, estaban contentos. Procesos de ensamblaje Por lo general, la secuencia de ensamblaje se analiza al final del proceso de diseño, cuando los ingenieros industriales intentan equilibrar la línea de ensamblaje. Sin embargo, la elección de la secuencia de ensamblaje y la identificación de los posibles subconjuntos pueden afectar o verse afectadas, entre otros factores, por las opciones de prueba del producto, la capacidad de respuesta al mercado y la distribución de la fábrica. De hecho, las actividades relacionadas con el ensamblaje con implicaciones estratégicas incluyen: los subensamblajes, la secuencia de ensamblaje, el método de ensamblaje de cada paso y la integración del control de calidad. Imagine un producto con seis piezas. Lo podemos construir de muchas maneras, como de abajo hacia arriba, de arriba hacia abajo o a partir de tres subconjuntos de dos partes cada uno. ¿Qué determina la mejor manera? Un equilibrio de muchas consideraciones: las necesidades de construcción, como el acceso a los sujetadores o los puntos de lubricación; la facilidad de montaje (algunas secuencias pueden incluir acoplamientos de piezas difíciles que corren el riesgo de dañar las piezas); el control de calidad es importante, como la capacidad del operador para realizar pruebas cruciales o reemplazar fácilmente una pieza defectuosa; los motivos del proceso, como la capacidad de sujetar las piezas con precisión para el ensamblaje de la máquina; y, por último, las ventajas de la estrategia de producción, como hacer subconjuntos en stock que serán comunes a muchos modelos, o que permitir el montaje a partir de las piezas disponibles más comúnmente. Una vez más, ahora existe un software que ayuda al diseñador con el formidable problema de enumerar todas las secuencias de montaje posibles, y puede haber mucho, hasta 500 para un artículo tan simple como el eje trasero de un automóvil. Sería imposible que un equipo abordara una serie de decisiones tan complejas sin una ayuda de diseño informático que lo ayudara, de acuerdo con una jerarquía preestablecida de objetivos como la que se acaba de comentar (acceso a los puntos de lubricación, etc.). Otra virtud de este software es que obliga al equipo a especificar las opciones de forma sistemática y reproducible, para la propia edificación de los miembros del equipo, pero también de una manera que ayude a justificar las elecciones de diseño y fabricación ante la alta dirección. Pensemos entonces en las transmisiones automáticas, los dispositivos complejos compuestos por engranajes, pistones, embragues, válvulas hidráulicas y controles electrónicos. Las piezas grandes de la transmisión pueden raspar el metal de las piezas más pequeñas durante el montaje y pueden entrar virutas en las válvulas de control, lo que hace que la transmisión no pase la prueba final o, lo que es peor, que falle en el coche del cliente. Cualquiera de los dos fracasos es inaceptable y muy caro. Es esencial diseñar métodos de ensamblaje y secuencias de prueba para evitarlos. Con respecto a las máquinas y herramientas de ensamblaje, los fabricantes deben tener en cuenta las siguientes preguntas: ¿Se puede fabricar el producto añadiendo piezas desde una dirección o hay que darle la vuelta una o más veces? Las pérdidas de balón son una pérdida de movimiento y son costosas en los partidos. A medida que se añadan piezas en una pila, ¿la ubicación de cada pieza subsiguiente se desplazará de forma impredecible? Si es así, las máquinas de ensamblaje automáticas necesitarán sensores caros para encontrar las piezas, o el ensamblaje fallará al azar o las piezas se rayarán entre sí con demasiada fuerza. ¿Hay espacio para herramientas y pinzas? Si no, el montaje o las pruebas automáticos no son opciones. Si parece justificada una estrategia de fabricación basada en los subconjuntos, ¿se diseñan los subconjuntos para que no se deshagan durante la reorientación, la manipulación o el transporte? Combinar la consideración de estos procedimientos de ensamblaje o estrategia de control de calidad con el diseño tiene claras ventajas. Los diseñadores que anticipan el método de ensamblaje pueden evitar dificultades que, de otro modo, requerirían un rediseño o crearían problemas en la fábrica. También pueden diseñar mejores subconjuntos para cumplir con las especificaciones funcionales, especificaciones que serán inestimables a la hora de decidir si aceptar ofertas de proveedores externos o fabricar la pieza en las propias líneas de la empresa, especificaciones que determinarán cómo probar el subconjunto antes de añadirlo al producto final. Los diseñadores preocupados por el montaje deben preguntar: ¿Cuál es la mejor combinación económica de máquinas y personas para ensamblar un modelo determinado de piezas para una línea de productos (teniendo en cuenta el coste y el tiempo de cada máquina o persona para realizar cada operación, además de los objetivos de tasa de producción y rentabilidad económica)? ¿Cuánto tiempo, dinero, maquinaria de producción o inventario en proceso se puede ahorrar si se dedica un esfuerzo adicional al diseño del producto, sus procesos de fabricación y ensamblaje, de modo que se produzcan menos fallos de control de calidad y reparaciones del producto? Un proceso que solo produce 80 % los ensamblajes exitosos en el primer intento pueden necesitar 20 % capacidad e inventario adicionales (sin mencionar el elevado coste del personal de reparación) para cumplir los objetivos de producción originales. ¿En qué parte del proceso de ensamblaje deberían realizarse las pruebas? Las consideraciones incluyen qué tan costosa y definitiva es la prueba, si las etapas posteriores ocultarían los defectos detectables antes y cuánto costarían los conjuntos reparados o desechados. Son problemas genéricos; son difíciles de responder y también estimulan el desarrollo de nuevos paquetes de software. Este nuevo software mejora la capacidad de los fabricantes para insistir en sus puntos de vista en los (a menudo acalorados) debates sobre el diseño. Hasta ahora, los diseñadores de productos, más acostumbrados a utilizar el modelado por ordenador, han tenido una especie de ventaja. Diseño de sistemas de fábrica Muchas características de un buen diseño de producto presuponen que las máquinas se encargarán del montaje. Pero la automatización no es necesaria para aprovechar los beneficios del diseño estratégico. De hecho, a veces un buen diseño hace que el montaje automático sea innecesario o antieconómico, ya que hace que el montaje manual sea tan fácil y fiable. Independientemente del nivel de automatización, algunas personas seguirán participando en los procesos de producción y su función es importante para el éxito de la fabricación. Kosuke Ikebuchi, director general de la empresa conjunta General Motors-Toyota, New United Motors Manufacturing Inc. (NUMMI), cree que el éxito llegó a su planta solo después de un análisis cuidadoso de los fracasos de la operación de GM que la precedió: piezas de baja calidad de los proveedores, una actitud de reparación y reelaboración como era de esperar, alto absentismo que se tradujo en una mala mano de obra y daños en las piezas y los vehículos causados por los mecanismos de transporte..4 La línea de montaje tenía una baja eficiencia porque los métodos de trabajo no estaban estandarizados, las personas no podían reparar sus propios equipos y el equipo estaba infrautilizado. El exceso de inventario, provocado por controles ineficaces, era otro problema. Las áreas de trabajo estaban abarrotadas. Los empleados tardaron demasiado en responder a los problemas. Las soluciones de NUMMI se centran en el principio de Jidoka: la calidad es lo primero. Según el sistema fabril actual del NUMMI, los trabajadores pueden detener la línea si detectan algún problema; la propia maquinaria puede detectar los problemas y advertirlos. Dos métodos bien conocidos justo a tiempo para eliminar el desperdicio (el sistema kanban de control de la producción y la reducción de los tiempos de cambio de plantillas y accesorios) son importantes para las operaciones de fabricación de NUMMI. Pero muchas otras cosas también contribuyen a la eficacia de esta planta: clasificaciones de puestos simplificadas, pantallas y letreros que muestran cómo hacer cada trabajo y qué evitar, máquinas de autocontrol. NUMMI ha conseguido la participación entusiasta de los empleados, primero eligiendo a los nuevos empleados por su voluntad de cooperar, luego formándolos exhaustivamente e implicándolos en las decisiones sobre cómo mejorar las operaciones. Diseñar significa negocio Las cinco tareas del diseño nos devuelven al punto original. El diseño estratégico de productos es un enfoque total para hacer negocios. Puede implicar cambios en el ritmo del diseño, la identidad de los participantes y la secuencia de decisiones. Obliga a los directores, diseñadores e ingenieros a cruzar los antiguos límites organizacionales y revierte algunas antiguas relaciones de poder. Crea dificultades porque provoca conflictos incipientes, pero es gratificante precisamente porque los desacuerdos surgen pronto, cuando se pueden resolver de manera constructiva y con un entendimiento mutuo de la razón de ser del resultado. El diseño estratégico es un proceso continuo, por lo que tiene sentido mantener los equipos de diseño en sus puestos hasta mucho después del lanzamiento del producto, cuando el mismo equipo puede abordar un nuevo proyecto. El diseño —ya debe ser obvio— es una actividad que abarca a toda la empresa. La participación y el compromiso de la alta dirección son esenciales. El esfuerzo tiene sus costes, pero los costes de no hacerlo son mayores. 1. J. Corbett, «Diseño para una fabricación económica», Anales de C.I.R.P., vol. 35, n.º 1, 1986, pág. 93. 2. David A. Garvin, «Competir en las ocho dimensiones de la calidad», HBR noviembre-diciembre de 1987, pág. 101; y John R. Hauser y Don Clausing, «The House of Quality», HBR mayo-junio de 1988, pág. 63. 3. E.H. Hartwich, «Posibilidades y tendencias para la aplicación de sistemas automatizados de manipulación y ensamblaje en la industria automotriz», Congreso internacional de metalurgia y automatización, Hannover (Alemania Occidental), 1985, pág. 126. 4. Kosuke Ikebuchi, discurso inédito en la conferencia sobre el papel futuro de la fabricación automatizada, Universidad de Nueva York, 1986.

Fabricación por diseño

Partner Center