FASE III ELABORACION DEL PROYECTO: Proyecto preliminar

Fig.3.1: Elaboración del proyecto: Proyecto preliminar

ELABORACION DEL PROYECTO (PROYECTAR)

En esta fase del diseño se llegara a desarrollar un proyecto definitivo a partir de la estructura de construcción óptima encontrada en la fase anterior. Esta fase consta de dos etapas:

Proyecto preliminar Proyecto definitivo

Aprobar concepto de

solución

Concepto de solución optimo

4. ELABORACION DEL PROYECTO

Determinar el proyecto preliminar

1. Determinar los puntos de orientación para elaborar la forma.

2. Disponer, asumir, elaboración de la forma aproximada, dimensionado en parte.

3. Determinar el tipo de material, clases de proceso de fabricación, tolerancias y

calidad del acabado superficial en cada uno de los casos.

4. Examinar las zonas de configuración débil.

5. Representar el proyecto preliminar.

6. Determinar el proyecto preliminar óptimo (Mejorar, Evaluar, Decidir, Verificar).

Aprobar concepto de solución

Proyecto preliminar optimo

4. ELABORACION DEL PROYECTO

3. CONCEPTO DE LA SOLUCIÓN

Elaboración del concepto: Determinar el concepto

4. DETERMINAR EL PROYECTO PRELIMINAR

Los datos de entrada de esta etapa son:

La lista de exigencias La estructura de funciones El bosquejo de concepto de solución

Lo que se persigue en esta etapa es elaborar una descripción aproximada de la construcción del sistema técnico, es decir, al final de la etapa se debe obtener un documento de diseño en el cual se encuentre plasmado en un bosquejo del proyecto preliminar.

El proyecto preliminar deberá ser representado siguiendo la configuración del sistema técnico desarrollado en la fase anterior (representación ¡cónica *). Es decir, en la elaboración del proyecto se debe aplicar el concepto de solución.

Al elaborar el proyecto se debe lograr todos los datos para fabricar o adquirir los elementos que lo constituyen.

El diseñador en esta etapa debe configurar todas las piezas, así como fijar su

disposición entre ellas. Para esto es necesario:

Determinar las medidas principales

Averiguar las relaciones de espacio

Calcular las medidas de las piezas

Escoger los materiales

Completar los conceptos de solución

Determinar los procesos de fabricación

Configurar todas las piezas y sus uniones

Determinar los grupos constructivos

Determinar las piezas a adquirir

Analizar los puntos débiles

Evaluar y escoger las mejores soluciones

Para poder proyectar adecuadamente se debe seguir las siguientes reglas básicas.

Claridad: Uso adecuado de los conocimientos de la física y la tecnología,

tales como: Dinámica, cinemática, mecánica de fluidos, etc.

Simpleza: Economía en la fabricación y en el uso. Ej. Fabricación simple,

montaje simple, poco peso, bajos costos de mantenimiento y funcionamiento, etc.

Seguridad: seguridad para las personas, maquinas el medio ambiente

* Representación ¡cónica: por ejemplo para representar un cilindro neumático solo

será necesario dibujar el vástago y el cilindro

4.1 Determinación de los puntos de orientación para la elaboración de la

forma del proyecto. En este paso se debe encontrar la forma del proyecto en

forma aproximada.

Como puntos de partida para configuración de los elementos o del sistema mismo se

deben fijar algunos puntos de orientación. (Dimensiones, fuerzas, energía, etc.).

Estos puntos de orientación se pueden encontrar en los sistemas técnicos con los

cuales trabajaría el sistema en diseño, en las limitaciones humanas (ergonomía) y en

las exigencias del sistema a diseñar.

En este punto se deberá tener en cuenta las normas (Ej. Normas ISO, DIN,

INDECOPl, NFPA, etc.), así como también la comparación con sistemas parecidos que

pueden servir de ayuda. Se considera además que la experiencia del diseñador

también juega un papel importante.

Se harán cálculos aproximados de resistencia de materiales para determinar las

dimensiones; la elaboración de la forma del proyecto no debe de ninguna manera

responder a un cálculo detallado de sus elementos. Los cálculos aproximados

permiten determinar si la máquina a diseñar cumplirá con la lista de exigencias en lo

que se refiere a cantidad y si es necesario o no descartar alguno de los conceptos de

solución.

Para esta etapa se pueden emplear información comercial de sistemas que se integran

al proyecto (motores, reductores, cilindros neumáticos, piezas normalizadas, etc.).

4.2 Disponer, asumir, elaboración de !a forma aproximada (Dimensiones en

parte)

A partir del bosquejo del concepto de solución uno puede diseñar la disposición de las

piezas Ensamble preliminar).

Las posibilidades de disposición son numerosas, se considera sin embargo la decisión

sobre la disposición como el primer punto importante en el proyecto preliminar. Estas

disposiciones dependerán de las características del producto que tendría que procesar

la máquina a diseñar, de las solicitaciones a las que estaría sometida la máquina y de

las limitaciones humanas.

El segundo punto importante es la configuración básica de cada una de las piezas.

Cuando respondemos las siguientes preguntas:

¿Qué significa configuración o elaboración de formas? y,

¿A través de qué se define la configuración o la forma de un

cuerpo?

Las respuestas nos conducen a reglas o elementos básicos que ayudan a la elaboración

de las formas de un cuerpo, así como también a su disposición.

Estas reglas son:

- Cambio de forma de las superficies: Ej.: cambiar de un eje estriado a usar eje

ranurado.

- Cambio de posición: Posición relativa de una superficie con respecto a las otras.

- Cambio de número: Número de superficies que limitan la pieza, cuerpos, etc., Ej.:

aumentar cantidad de chavetas.

- Cambio de dimensiones: Dimensiones de las superficies. Ej.: Eje con mayor

diámetro.

- Cambio de material: Materiales más resistentes.

Las mismas reglas antes mencionadas se pueden emplear tanto para la configuración

de piezas en forma individual, así como para las piezas en conjunto (ensamble

preliminar).

También se puede recurrir en el momento de configurar a divisiones de las funciones,

división de las cargas y la autoayuda. También hay la posibilidad de integrar (fusionar)

funciones.

Esta etapa es iterativa y se puede realizar muchas veces dando lugar a variantes.

4.3 Determinar el tipo de material, proceso de fabricación, tolerancias y calidad

acabado superficial de cada uno de los componentes.

Por lo general no es necesario para el proyecto preliminar fijar completamente las

características de diseño antes mencionadas.

La excepción a esta regla son las superficies de contacto, donde a menudo los datos

del material se recomiendan cuando se trata de una propiedad fijada.

También, aunque sin mucha fuerza de decisión en el proyecto preliminar, la forma de

los elementos de construcción implícitamente fija los procesos de fabricación así como

su montaje.

La selección del material o algunas propiedades del diseño se van perfilando en forma

iterativa, sin embargo una decisión definitiva (con cálculos aproximados) no es posible,

ni tampoco indispensable en esta etapa.

Las anotaciones sobre los bosquejos pueden ser una ayuda para registrar las

propiedades de las piezas cuando sea necesario.

4.4 Examinar las zonas de deficientes o débil configuración

En cada sistema técnico existen muchas configuraciones y cada configuración tiene

determinadas características. Considerando los diferentes puntos de vista se puede dar

lugar a una variedad de soluciones parciales, las cuales a su vez, juegan un papel

importante en la solución total o tienen una gran influencia en el proceso de

optimización.

En esta etapa del diseño es difícil que se tengan todas las configuraciones adecuadas,

es muy probable que se tengan zonas con configuraciones deficientes (configuraciones

no totalmente satisfactorias) o no confiables. Esto no debe impedir que e! proceso de

diseño continúe. Lo importante es reconocer los problemas y las deficiencias en las

soluciones para iniciar la búsqueda consiente o inconsciente de una mejor solución.

Se le debe dedicar especial interés a las características de cada configuración, pues

estas nos permitirán encontrar el proyecto preliminar. Esto nos brindará la

transparencia suficiente para poder evaluar las soluciones.

4.5 Representar el proyecto preliminar

La representación de una estructura aproximada se hace a través de un bosquejo del

proyecto. Este debe ser limpio y hecho a mano alzada.

Las proyecciones pueden ser diferentes, se pueden utilizar vistas así como también

proyecciones isométricas. Para representar un proyecto preliminar se deben seguir las

reglas que a continuación se mencionan:

REGLAS BÁSICAS PARA HACER BOSQUEJOS

Y DIBUJOS A MANO ALZADA

1. No usar papel cuadriculado

Todo diseñador que hace sus dibujos en papel milimetrado o cuadriculado cae

en la tentación de contar los cuadritos y más o menos dibujar a escala. Cuando

uno hace un bosquejo no se necesita hacer nada exacto, en todo caso es más

fácil hacer un dibujo a escala en el tablero o en computadora. Para dibujos a

mano alzada los cuadritos no son útiles.

2. No usar lápiz ni gomas de borrar

Se utiliza el lápiz normalmente para hacer líneas suaves sobre las que después

se dibujarán líneas visibles borrándose finalmente las líneas sobrantes. Por esto

último, se producen manchas indeseables lo que ocasiona que al final

obtengamos un dibujo poco claro.

Por esta razón se debe dibujar desde el principio con líneas fuertes y si algo

sale mal empezar todo de nueve. Con la práctica se logran dibujos rápidos al

primer intento.

3. No usar plantillas de círculos (compás) ni regla graduada

Por lo general hacer círculos y/o elipses a mano alzada es muy difícil, es sólo

cuestión de práctica para obtener buenos resultados.

Las longitudes de las piezas no necesitan ser exactas cuando se trata de un

bosquejo

Según estas 3 primeras reglas se deduce que los implementos del diseñador son:

Papel blanco A4

Lapicero 0,5mm (0,35)

Tinta blanca de corrección

Se pueden utilizar también otros formatos de papel, transparente o de colores

Las partes bien logradas de dibujos complicados se pueden fotocopiar, pegar y

seguir adelante con el bosquejo por lo que está permitido utilizar tijeras y

pegamento.

Otras reglas para bosquejar:

Las reglas que siguen a continuación sirven para la ejecución de bosquejos.

4. Procurar mantener una densidad uniforme de información.

Pensar que en las reducciones se pueden perder los detalles pequeños.

Se puede recomendar seguir las siguientes pautas:

Ampliar pequeños rebajes

Acortar grandes longitudes

Escoger un tamaño de letra uniforme

Distribuir las medidas uniformemente

Llenar la hoja

Dejar un marco (sobre todo en el lado de donde se encuaderna)

5. Escoger las secciones y/o detalles apropiados.

Los detalles pueden ser importantes, pues con su ayuda no es necesario hacer

dibujos grandes. Las secciones y/o detalles se pueden apreciar mejor si uno usa

adecuadamente el espacio disponible.

No se debe abusar de los detalles, pues en todo caso es preferible usar una

representación más grande en la misma pieza. Tener en cuenta que el número de

vistas y/o cortes debe ser el apropiado para representar un conjunto de piezas o

una sola pieza. Así también el número de cotas debe ser menor que el que se usa

en un dibujo normal, se deberán colocar sólo las medidas necesarias.

Es aconsejable hacerse las siguientes preguntas:

¿Qué lugar está disponible?

¿Qué es lo que quiero representar?

¿Cómo puedo mantener la densidad de información uniforme?

6. Reducir el número de líneas

Un objeto se debe representar con las líneas necesarias y es más claro mientras

menos líneas contengan.

Se pueden colocar líneas ocultas siempre y cuando estas aclaren un detalle

importante.

7. Ordenar la información

La información que corresponde a los dibujos, como tolerancias, medidas, material,

procesos de fabricación, medidas principales, indicaciones de montaje deben ir en

el dibujo; pero fecha de entrega o precio no deber ir.

Entonces en el dibujo se debe colocar sólo la información que se desea transmitir,

la cual debe estar claramente representada de tal manera que cualquiera la pueda

entender. “El dibujo debe ser un idioma universal”.

8. Empezar muchas veces

Cuando 2 ingenieros discuten un problema de diseño, aparecen una serie de

bosquejos que representan las ideas.

Es recomendable que las ideas nó se borren, cualquier nueva idea o mejora debe

hacerse en un nuevo papel.

Toda nueva idea es bienvenida, pero no toda nueva idea trae consigo una mejora.

4.6 Determinar es proyecto preliminar óptimo (Mejorar, Evaluar, Decidir y

Verificar)

En esta etapa ya se pueden evaluar las alternativas del proyecto, porque las

características del diseño están ya fijadas. En estos bosquejos se pueden observar

claramente los criterios escogidos.

Es posible obtener o estimar los datos de factores que influyen en los costos de

fabricación (Ej. peso, tamaño, proceso de manufactura, etc.); entonces ya es posible de

encontrar un estimado aproximado del costo.

La evaluación de los puntos más débiles según los puntos de vista del diseñador

permite efectuar algunas mejoras.

A este nivel ya es posible practicar un primer análisis técnico económico de las

alternativas (VDI 2225 parte 1).

En los formatos adjuntos se explica en forma simplificada la manera de hacer las

evaluaciones aplicando la recomendación VDI 2225.

Para aplicar la calificación se establecen criterios de evaluación tanto técnicos como

económicos y se le da puntaje del 1 al 4 para cada alternativa.

Como se puede observar al momento de escoger ios criterios de evaluación, sean

estos técnicos o económicos, no se les puede dar el mismo peso ya que estos tienen

diferentes niveles de importancia en el proyecto. Por eso se debe hacer una primera

evaluación sin pesos ponderados (igual peso para todos los criterios) y luego evaluar

nuevamente lo mismo pero con pesos ponderados y nos daremos cuenta que los

resultados difieren. Esta última evaluación puede confirmar o desvirtuar la calificación

inicia! total que recibe cada alternativa.

Para poder apreciar la calificación de las alternativas se someten estas a una tabla

donde se representan los valores relativos alcanzados por cada una con respecto a la

solución ideal. Sólo se tendrán en cuenta las alternativas que hayan alcanzado valores

mayores a 0,6. Las alternativas que se acerquen más al valor ideal son ¡as mejores.

También se debe preferir las alternativas que se encuentren más cerca de la línea

diagonal, ya que ello representa que cuenta con un mejor balance técnico-económico.

Las alternativas y se pueden calificar de la siguiente manera:

Valor Técnico x¡ Valor Económico Y¡ Calificación

0,8 0,8 muy buena solución0,7 0,7 buena solución

0,6 o menos 0,6 o menos solución deficiente

A continuación se indicará como encontrar los valores x¡ e y¡

DISEÑO MECÁNICO - EVALUACIÓN DE PROYECTOS

Valor Técnico ( x¡)

Área de Diseño

Proyecto:

p : puntaje de 0 a 4 ( Escala de valores según VDI 2225)0 0 = No satisface, 1 = Aceptable a las justas, 2 = Suficiente, 3 = Bien, 4 = Muy bien (ideal)

g : es el peso ponderado y se da en función de la importancia de los criterios de evaluación

Criterios de evaluación para diseños en fase de conceptos ó proyectos

Variantes de Concepto / ProyectosSolución 1

SiSolución 2

s2

Solución i

...s¡Solución

ideal S¡deal

Nr. Criterios de evaluación g P gP P gP p gP P gP

1

2

3

4

5

6

7

8

Puntaje máximo ∑p ó ∑gP

Valor técnico x¡

Orden

xi=P1+P2+P3….Pn

nPmax=

P1+P2+P3…. Pnn

Pmax=

pPmax

≤1

xi= g1P1+g2P2+…+gnPn(g1+g2+…+gn ) Pmax

≤1

DISEÑO MECÁNICO - EVALUACIÓN DE PROYECTOS

Valor Técnico ( y¡)

Área de Diseño

Proyecto:

p : puntaje de 0 a 4 ( Escala de valores según VDI 2225)0 0 = No satisface, 1 = Aceptable a las justas, 2 = Suficiente, 3 = Bien, 4 = Muy bien (ideal)

g : es el peso ponderado y se da en función de la importancia de los criterios de evaluación

Criterios de evaluación para diseños en fase de conceptos ó proyectos

Variantes de Concepto / ProyectosSolución 1

SiSolución 2

s2

Solución i

...s¡Solución

ideal S¡deal

Nr. Criterios de evaluación g P gP P gP p gP P gP

1

2

3

4

5

6

7

8

Puntaje máximo ∑p ó ∑gP

Valor técnico x¡

Orden

yi=P1+P2+P3….Pn

nPmax=

P1+P2+P3….Pnn

Pmax=

pPmax

≤1

yi= g1P1+g2P2+…+gnPn(g1+g2+…+gn ) Pmax

≤1

Diagrama de Evaluación según VDI 2225

La evaluación se puede hacer también con los criterios (de evaluación) obtenidos de la

lista de exigencias y las propiedades logradas hasta esta etapa en el sistema técnico.

Ver la hoja de indicaciones con las características principales para la evaluación de

diseños en la fase de proyecto preliminar y definitivo.

INDICACIONES CON LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES PARA LA

EVALUACIÓN DE DISEÑOS EN LA FASE DE PROYECTO PRELIMINAR Y

DEFINITIVO

CARACTERISTICA PRINCIPAL EJEMPLO

FunciónSatisfacción de la Función con los principios- efectos escogidos; uniformidad, densidad, grado de eficiencia, sensibilidad (a malograrse), pérdidas.

Forma Tamaño, necesidad de espacio, peso, disposición, situación, adaptación.

DiseñoAprovechamiento, solidez, deformación, capacidad de variación de forma, duración, desgaste, resistencia a choques, estabilidad, resonancia

Seguridad Técnicas de Seguridad inmediata, seguridad de trabajo, protección del medio ambiente

Ergonomia Relación hombre máquina, molestias de trabajo servicio, puntos de vista estéticos, configuración de las formas

Fabricación

Procesamiento sin riesgos, tiempo de fraguado (costo), tratamiento térmico, tratamiento superficial (evitar), tolerancias (en tanto no sean comprendidas en los costos).

Control de Calidad Mantenimiento de las propiedades de calidad. Comprobabilidad.

Montaje Claro, fácil, agradable, ajustable, Reequipabilidad

Transporte Dentro y fuera de la empresa, tipo de envío, embalaje.

UsoManipulación, comportamiento del funcionamiento, características de corrosión, necesidad de materiales auxiliares.

Mantenimiento Mantenimiento, Inspección. Reparación, Cambio.

Costos Especialmente en la evaluación económica.

Plazos Características que determinan los plazos de entrega.

ESTRATEGIA PARA PROYECTAR

Métodos para configurar (según Ehrienspiel) “Desarrollo integral de productos”

Primer Paso: conformidad de elementos envolventes

Abstracción de soluciones parciales a cuerpos envolventes

Segundo Paso: disposición de los elementos envolventes

Disposición de los elementos envolventes y líneas de referencias con alternativas de

posición A hasta C.

Tercer paso: A partir de las soluciones parciales bosquejar la configuración de

concepto.

Unión de los elementos parciales pensando en la fabricación y montaje. Aun no se a

trabajado completamente las variantes.

Proyecto preliminar de una válvula de esquina

Estrategia de trabajo

De adentro hacia fueraDe afuera hacia adentro De lo basto (burdo) al detalle De lo esencial a lo no esencial(Primero las funciones principales luego las adicionales)

El inicio puede ser una simple línea de eje.

BIBLIOGRAFÍA

1. Conrad, Klaus-Jörg, Grundlagen der Kosntruktionslehre: Methoden und Beispiele für

den Maschinenbau (Fundamentos del diseño de máquinas: Métodos y ejemplos de

construcción de máquinas) Cari Hanser, Munich 2008.

2. Ehrlenspiel, Klaus, Integrierte Produktentwicklung: Methoden für

Prozessorganisation, Produktersteilung und Konstruktion (Desarrollo integral de

productos: Métodos para la organización de! proceso, elaboración del producto y

diseño). Cari Hanser, Munich 1995.

3. Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., Grote, K.H., “Engineering Design”, 3rd Edition,

Springer, Berlin, 2007.

4. Recomendación VDI 2225 Technisch-wirtschaftliches Konstruieren (Diseño técnico-

económico) VDI 1981.