Etapas del Ciclo de Vida del Producto (ECV) y Optimización de Recursos

El Ciclo de Vida del Producto (ECV) es un concepto fundamental en el desarrollo y gestión de productos. Abarca todas las fases, desde la concepción inicial hasta su retirada del mercado. Una correcta gestión del ECV permite optimizar los recursos económicos, humanos y de tiempo.

Es importante destacar que la etapa de distribución, aunque no aporta valor añadido al producto, implica un coste extra para la empresa.

Fase de Predesarrollo: Vigilancia Estratégica (VE)

La Vigilancia Estratégica (VE) es crucial en la fase de predesarrollo. Sus objetivos son:

• Anticipar y minimizar riesgos.
• Comparar con la competencia.
• Innovar.

Tipos de Vigilancia Estratégica:

• Competitiva: Análisis global del mercado.
• Comercial: Enfoque en aspectos comerciales.
• Tecnológica: Identificación de tecnologías emergentes.
• De Entorno: Seguimiento de factores legislativos, ambientales, etc.

Propiedad Intelectual (PI)

La Propiedad Intelectual (PI) protege las creaciones de la mente: invenciones, obras literarias y artísticas, símbolos, nombres e imágenes utilizados en el comercio. Organismos relevantes incluyen la OMPI (Organización Mundial de la Propiedad Intelectual) y la OEPM (Oficina Española de Patentes y Marcas).

• Derechos de autor: Protegen obras literarias y artísticas. Generalmente, duran 50 años después de la muerte del autor.
• Propiedad industrial:
  • Marcas: Registro de 8-15 meses, renovable cada 10 años.
  • Patentes: 24-36 meses, duración de 20 años.
  • Diseños industriales: Duración de 25 años.
  • Modelos de utilidad: Duración de 10 años. Protegen mejoras en productos existentes.

Variables de Decisión en el Diseño de Producto

Las variables de decisión son factores clave que influyen en el diseño y desarrollo de un producto. Se clasifican según:

1. Origen

• Encargo: Petición explícita de un cliente con especificaciones detalladas.
• Rediseño: Modificación de un producto existente en el catálogo.
• Nueva oferta: Desarrollo de un producto completamente nuevo.

2. Innovación

• Original: Nueva solución y función desconocida.
• Adaptación: Nueva solución a partir de una función conocida, o nueva función mediante una solución conocida.
• Variante: Modificación de las dimensiones del producto.

3. Fabricación

• Serie única: Fabricación manual por encargo.
• Pequeñas y Medianas Series (PyM): Volumen de 500-5.000 unidades/año, proceso híbrido.
• Grandes Series: Productos de gran consumo con muchas opciones.

4. Mercado

• Nuevo mercado: Necesidad no cubierta, sin competencia.
• De ampliación: Mercado en crecimiento.
• Maduro: Necesidad cubierta, fuerte competencia.

5. Estrategias

• Calidad y prestaciones: Imagen y valor superiores a la media.
• Funcionalidad y coste: Prestaciones básicas al mínimo coste.
• Innovación: Prioridad en especificaciones tecnológicas novedosas.
• Flexibilidad: Alto grado de personalización.
• Fiabilidad: Garantía de funcionamiento sin fallos.
• Postventa: Servicio de calidad después de la venta.

Fase de Definición de la Función

Se identifican las funciones del producto:

• Función principal: La razón de ser del producto.
• Función ocasional: Funciones adicionales que se utilizan en determinadas circunstancias.
• Función accidental: Funciones no previstas que pueden surgir durante el uso.

Parámetros a considerar:

• Medidas: Masa, volumen, número y disposición de elementos.
• Movimiento: Tipos, trayectorias, velocidades y aceleraciones.
• Fuerza: Magnitud, dirección, momentos y deformaciones.
• Energía: Accionamientos, alimentación y conversores.
• Materiales: Preferencias, limitaciones y condiciones del mercado.
• Señal y Control: Señales de entrada-salida, sensores, actuadores y control.
• Distribución: Embalaje, transporte y distribución.
• Vida Útil y Mantenimiento: Puesta en marcha, vida prevista y mantenimiento.
• Seguridad y Ergonomía: Estética, confort y relación con el usuario.
• Impacto Ambiental: Consumos y fin de vida.
• Legal: Protección legal (ejemplo: Modelo de Utilidad ES1112580, titular: EASYKNOWLEDGE, S.L., vigencia: 2014-2024).
• Costes: Costes del ECV y rentabilidad.

Checklist de Especificaciones:

• De requerimiento: (R – Requerido, MR – Muy Requerido, NR – No Requerido)
• De deseo: (D – Deseado, MD – Muy Deseado, ND – No Deseado)

Dimensiones de Gama

• Tipología: Productos que comparten el mismo mercado.
• Escalonamiento: Mismos productos en diferentes tamaños o tallas.
• Opciones: Productos con la misma arquitectura pero con prestaciones adicionales.

Materialización del Producto

La materialización convierte la idea conceptual en un producto tangible. Se desarrolla el plano de conjunto (layout) por el ingeniero de producto.

Caja negra: Representación de la estructura funcional global del producto.

• Inputs: Entradas de material, energía y señales.
• Outputs: Resultados.

Modos de operación: Descripción gráfica de las subfunciones del producto.

Pasos para la materialización:

1. Seleccionar diseños conceptuales (al menos 2 líneas de trabajo).
2. Identificar factores limitantes (dimensión, masa, coste).
3. Completar la solución con funciones y parámetros menos críticos.
4. Obtener diseños preliminares (simulaciones y/o ensayos).
5. Desarrollar el layout definitivo.

Herramientas de simulación:

• Renders: Visualización y simulación de movimientos.
• FEA (Análisis de Elementos Finitos): Simulación del comportamiento y estimación de la vida útil. Especialmente útil en grandes series por su rapidez y bajo coste.

Modularidad y Complejidad

Modularidad: Capacidad de dividirse en unidades independientes (módulos) que se combinan fácilmente. Cada módulo cumple una función específica.

Ventajas de la modularidad:

• Aumenta la flexibilidad y las opciones (personalización).
• Facilita la innovación (sustitución de módulos).
• Permite la partición de la fabricación.
• Agiliza el montaje y los controles de calidad.
• Simplifica el transporte y el almacenamiento.
• Facilita la reparación y el mantenimiento.

Complejidad: Relacionada con el número total de componentes, piezas diferentes y sus relaciones.

Objetivo: Reducir la complejidad para:

• Disminuir el número de piezas.
• Reducir las operaciones de unión y creación.
• Rebajar el número de interfaces.
• Simplificar la estructura funcional.
• Minimizar el coste total.
• Aumentar la fiabilidad.
• Facilitar el mantenimiento.

Factor de complejidad (Cf):

Cf = Nt * Np * Ni

• Nt: Número total de piezas.
• Np: Número de piezas diferentes.
• Ni: Número de interfaces.

Ensayos de Materiales

Ensayo de Tracción

Se aplica un esfuerzo de tracción incremental a una probeta hasta su rotura.

• σ = Esfuerzo unitario (N/mm²) = F/A
• F = Fuerza aplicada (N)
• A = Sección inicial de la muestra (mm²)
• ε = Alargamiento unitario (%) = ((Lf – L0) / L0) * 100
• L0 = Longitud inicial de la muestra (mm)
• Lf = Longitud final de la muestra (mm)
• AL = Incremento de longitud hasta la rotura (mm)

Zonas del ensayo:

• Zona elástica: Deformaciones no permanentes. Relación lineal entre esfuerzo y deformación (Ley de Hooke).
• Zona plástica: Deformaciones permanentes.
• Fluencia: El material se alarga sin aumento significativo del esfuerzo.
• Endurecimiento: Aumento de la carga hasta el esfuerzo de rotura.
• Estricción: Reducción localizada de la sección de la probeta antes de la rotura.

Ensayo de Dureza Brinell

Se aplica una carga a una muestra a través de una esfera de material duro durante un tiempo determinado.

Notación: XX HB D/C/t

• XX: Grado de dureza Brinell (HB).
• D: Diámetro del penetrador (mm).
• C: Carga aplicada (N).
• t: Tiempo de aplicación de la carga (s).

Ensayo de Resistencia al Choque (Charpy)

Se libera una masa en un péndulo y se mide la altura final para calcular la energía absorbida por la muestra al romperse.

• K = Resistencia al choque (J/mm²) = Ec / A
• Ec = Energía consumida por la muestra (J) = m * g * (hf – h0)
• m = masa del péndulo
• g = aceleración de la gravedad
• hf = altura final (cm)
• h0 = altura inicial (cm)
• A = Sección de la muestra (mm²)

Ensayo de Fatiga

Se somete la muestra a ciclos repetidos de carga y descarga hasta la rotura. Se utiliza el diagrama de Wöhler.

• S: Amplitud de la fuerza aplicada (N).
• N: Vida a la fatiga (número de ciclos).
• Límite de fatiga: Esfuerzo por debajo del cual la pieza no se romperá por fatiga, independientemente del número de ciclos.

Familias de Materiales

• Metales: Férricos (acero, fundición) y no férricos (aluminio, cobre, etc.).
• Polímeros:
  • Termoplásticos (PVC, polietileno, polipropileno, nylon).
  • Elastómeros (látex, neopreno, caucho).
  • Termoestables (resina epoxi).
• Cerámicos:
  • Arcillas (porcelana, yeso).
  • Refractarios (resistentes a altas temperaturas).
  • Cristales (alta dureza y resistencia al desgaste).
  • Abrasivos.
• Maderas:
  • Contrachapado.
  • Aglomerado.
  • Enlistonado.
• Fibras textiles:
  • Naturales (algodón, lana, seda).
  • Artificiales (mezcla de fibras naturales y sintéticas).
  • Sintéticas (poliamidas, poliésteres, elastano).
• Materiales Compuestos: Combinación de dos o más materiales para obtener propiedades mejoradas (fibra de vidrio, fibra de carbono).

Propiedades de los Materiales en la Etapa de Fabricación

Propiedades de Aplicación

• Estructurales: Funciones de protección o soporte.
• De guiado: Permiten el movimiento (rodamientos, deslizamientos). Importante la resistencia al desgaste.
• Funciones específicas: Rol específico (estético, ergonómico, electrónico, almacenamiento de líquidos).

Propiedades Tecnológicas

• Coste: Impacto en los costes y la rentabilidad.
• Suministro: Condiciones de entrega de la materia prima.
• Conformado: Aptitud para ser modelado.
• Relación con el usuario: Estética, confort.
• Entorno: Impacto ambiental y efectos del paso del tiempo.

Transformación de Materiales: Metales

Ensayos de aptitud al conformado:

• Doblado: Flexión constante hasta la aparición de grietas. Indica maleabilidad y ductilidad.
• Embutición: Deformación de una lámina con un punzón hasta la rotura. La distancia de punzonado indica la aptitud al conformado.
• Punzonado: Corte de chapa con un punzón. Se mide la fuerza máxima.

Pruebas normalizadas no destructivas:

• Ensayos magnéticos: Análisis de la uniformidad del campo magnético en metales férricos.
• Rayos X: Análisis de «manchas» en una placa fotográfica.
• Ultrasonidos: Estudio de la velocidad de propagación de ondas de alta frecuencia.

Técnicas de conformado de metales:

• Deformación por temperatura: Moldeo (material fundido) y forja (material pastoso).
• Deformación plástica: Embutición y laminación (altas presiones).
• Mecanizado (con arranque de viruta): Taladrado, torneado, fresado, rectificado.

Transformación de Materiales: Polímeros

Deformación por temperatura:

• Extrusión: El polímero granulado se calienta y se hace pasar por una boquilla.
• Moldeo por extrusión y soplado: La masa caliente se introduce en un molde y se infla con aire a presión.
• Moldeo por inyección: La masa fundida se inyecta a presión en un molde.

Deformación plástica:

• Moldeo al vacío: Una lámina de polímero se adapta a un molde al extraer el aire.
• Moldeo por compresión: El polímero se adapta a un molde por presión.
• Calandrado: El polímero granulado pasa entre rodillos para obtener láminas.

Uniones Mecánicas

• Fijas: Unión permanente (remaches, soldadura, adhesivos).
• Desmontables: Permiten unir y separar piezas (encaje, presión, roscas).
• Elásticas: Utilizan elementos que absorben energía (muelles).
• Rodamientos: Elemento intermedio para minimizar la fricción en mecanismos giratorios.

Transmisión de Movimiento

Ley de la palanca:

F * d1 = R * d2

• F: Fuerza aplicada.
• d1: Brazo de la fuerza.
• R: Resistencia.
• d2: Brazo de la resistencia.

Ley del torno:

Para una sola polea: F = (R * r2) / r1

Para poleas acopladas: F = R * (r1 – r2) / 2d

• r1: Radio de la polea motriz.
• r2: Radio de la polea conducida.
• d: Distancia entre centros de las poleas.

Transmisión por engranajes o poleas:

• v1 = v2 (velocidad lineal)
• v = w * D (velocidad lineal = velocidad angular * diámetro)
• w1 * D1 = w2 * D2
• i = w2 / w1 (relación de transmisión)
• P1 = P2 (potencia)
• F1 * v1 = F2 * v2
• F * D1 * w1 = F * D2 * w2
• M = F * D (momento o par)
• M1 * w1 = M2 * w2

Etiquetas: ciclo de vida del producto, desarrollo de producto, Diseño industrial, ingeniería de producto