UNIDAD II. CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS.1. A partir del concepto de prototipo, sus características y funciones para

detectar problemas de manufactura:

a. Selecciona las tecnologías idóneas para su creación.

2. Conociendo las características del prototipo, especifica:

a. Su propósito.b. Niveles de Aproximación del prototipo.c. Prepara el plan de elaboración, manufactura y experimentación.

PARA ENTENDER UN PROTOTIPO.

Definición.

Aproximación al producto en una o más dimensiones de interés. Con esta definición, cualquier, cualquier entidad que exhiba al menos un aspecto del producto que es de interés para el equipo de desarrollo pueda considerarse como un prototipo. Esta definición se desvía del uso de estándar en que incluye formas tan diversas de prototipos como por ejemplo bosquejos de conceptos, modelos matemáticos, simulaciones, componentes de prueba y versiones completamente funcionales previas a la producción de un producto. Construir Prototipos es el proceso de desarrollar esa aproximación al producto.

Tipos De Prototipos.

Los prototipos pueden clasificarse de manera útil en dos dimensiones. La primera dimensión es el grado al cual el prototipo es físico en oposición a analítica. Los prototipos físicos son objetos tangibles semejantes al producto. Los aspectos de interés del producto, para el equipo de desarrollo, están construidos en un artefacto para prueba y experimentación. Los prototipos analíticos representan el producto en una forma no tangible, generalmente matemática o visual. Los aspectos interesantes del producto se analizan, más que construirse.

La segunda dimensión es el grado al cual el prototipo es integral en oposición a enfocado. Los prototipos integrales implementan la mayor parte de los atributos de un producto (si no es que todos). Un prototipo integral corresponde cercanamente al uso diario de la palabra prototipo, en que es una versión a plena escala y completamente operacional del producto. En contraste, los prototipos enfocados implementan uno, o unos pocos, de los atributos de un producto. Una práctica común es usar dos o más prototipos enfocados juntos para investigar el funcionamiento general de un producto. Uno de esto prototipo es con frecuencia un prototipo “se ve cómo”, y el otro es un prototipo “funciona como”. Al construir dos prototipos enfocados separados, el equipo puede responder sus preguntas mucho antes que tenga que crear un prototipo integrado.

En la figura 1 muestra una gráfica con ejes correspondiente a estas dos dimensiones. Nótese que lo prototipos enfocados pueden ser físicos o analíticos, pero para productos manufacturados tangibles, los prototipos totalmente integrales generalmente deben ser físicos. Los prototipos a veces contienen una combinación de elementos analíticos y físicos.

FIG 1. Tipos de Prototipos. Los prototipos se pueden clasificar de acuerdo con el grado al que son físicos y al grado en el que implementan todos los atributos del

producto.

ENFOCADOS INTEGRALES

FÍSICOS

ANALÍTICOS

Ejemplo de varios prototipos del producto PackBot

¿PARA QUÉ SE USAN PROTOTIPOS?

En el proyecto de desarrollo de un producto, los propósitos de usar prototipos con cuatro: aprendizaje, comunicación, integración y alcance de hitos.

Aprendizaje. Con frecuencia se usa prototipos para responder dos tipos de preguntas: ¿funcionara? Y ¿Qué tan bien satisface las necesidades del cliente? Cuando se usa para contestar esas preguntas, los prototipos sirven como herramientas de aprendizajes.

Comunicación. Los prototipos mejoran la comunicación entre la alta administración, vendedores, socios, miembros adicionales del equipo, clientes e inversionistas. Esto es particularmente cierto en prototipos físicos: una representación visual, tangible y tridimensional de un producto es mucho más fácil de entender que una descripción verbal o incluso que un bosquejo del producto.

Integración. Se usan prototipos para asegurar que componentes y subsistemas del producto funcionen juntos como se espera. Los prototipos

Generalmente no factible

ENFOCADOS INTEGRALES

FÍSICOS

ANALÍTICOS

físicos integrales son más eficaces como herramientas de integración en proyectos de desarrollo de un producto, porque requieren el ensamble e interconexión física de todas las piezas y subconjuntos que conforman el producto. Al hacerlo así, el prototipo obliga a la coordinación entre diferentes miembros del equipo de desarrollo del producto. Si la combinación de cualquiera de os componentes del producto infiere con la función general del producto, el problema puede detectarse a través dela integración física en un prototipo integral. Los nombres más comunes para estos prototipos físicos integrales son prototipo. De banco de prueba, alfa, beta o prototipo de producción. Los prototipos también ayudan a integrar las perspectivas de las diferentes funciones de un producto representadas por el equipo de desarrollo. Un modelo físico sencillo de la forma de un producto se puede usar como medio para poner de acuerdo sobre las funciones de mercadotecnia, diseño y manufactura en una decisión de diseño básico.

Hitos. Particularmente en las últimas etapas del desarrollo de un producto, se utilizan prototipos para demostrar que el producto ha alcanzado un nivel deseado de funcionalidad. Los prototipos que son un hito proporcionan metas tangibles, demuestran progreso y sirven para cumplir el calendario. La alta administración de la empresa (y en ocasiones el cliente) requiere a veces un prototipo que demuestre ciertas funciones antes de permitir que el proyecto siga adelante.

Si bien todos os tipos de prototipos se usan para estos cuatros propósitos, algunos son más apropiados que otros. En la figura 2 se presenta un resumen de la aplicabilidad de diferentes tipos de prototipos para diferentes fines.

APRENDIZAJE COMUNICACIÓN INTEGRACIÓN HITOS

ANALITICO ENFOCADO X O O O

FÍSICO ENFOCADO X X O O

FÍSICO INTEGRAL X X X X

FIGURA 2. Aplicabilidad de tipos diferentes de prototipos para diferentes propósitos (x = más apropiado, o = menos apropiado) Nótese que los prototipos analíticos totalmente integrados

raras veces son posibles para productos físico.

PRINCIPIOS DE CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS.

Varios principios son útiles para guiar decisiones acerca de prototipos durante el desarrollo del producto. Estos principios informan sobre decisiones acerca de qué tipo de prototipo construir y cómo incorporar prototipo en el plan del proyecto de desarrollo.

Los Prototipos Analíticos Son Generalmente Más Flexibles Que Los Prototipos Físicos.

Debido a que un prototipo analítico es una aproximación matemática del producto, generalmente contienen parámetros que pueden variar para representar un intervalo de alternativas de diseño. En la mayor parte de los cosos, cambiar un parámetro por un prototipo analítico es más fácil que cambiar un atributo por un prototipo físico. En casi todos los casos, el prototipo analítico no solo es más fácil de cambiar que un prototipo físico, pero también permite cambios más grandes que los que podrían hacerse un prototipo físico. Por esta razón un prototipo analítico precede con frecuencia a un prototipo físico. El prototipo analítico se usa para reducir el intervalo de parámetros factibles y luego el prototipo físico se emplea para afinar o confirmar el diseño.

Los Prototipos Físicos Son Necesarios Para Detectar Fenómenos No Anticipados.

Los prototipos físicos a veces exhiben fenómenos no anticipados que no están relacionados por completos con el objetivo original del prototipo. Una razón para estas, es que todas las leyes de la física están operando cuando el equipo experimenta con prototipos físicos. Los prototipos físicos destinados a investigar problemas puramente geométricos también tendrán propiedades térmicas y ópticas. Algunas de las propiedades imprevistas del prototipo físico son irrelevantes para el producto final, y molesta durante la prueba. No obstante, algunos de estas propiedades imprevistas del prototipo físico también se presentarán en el producto final. En estos casos, un prototipo físico puede servir como herramienta para detectar fenómenos perjudiciales no anticipados que pueden aparecer en el producto final. Lo prototipos analíticos, en contraste, nunca pueden dejar ver fenómenos que no son parte del modelo analítico fundamental en el que se basa el prototipo. Por esta razón, casi siempre se construye al menos un prototipo físico en un trabajo de desarrollo de un producto.

Un Prototipo Puede Reducir El Riesgo De Costosa Iteraciones.

En muchas situaciones, el resultado de una prueba puede determinar si un trabajo de desarrollo tendrá que repetirse. Por ejemplo, si una pieza moldeada ajusta mal con sus piezas de acoplamiento, habrá que reconstruir el herramental del molde. La fig. 3 ilustra el riesgo e iteración en el desarrollo de un producto. Las ventajas anticipadas de un prototipo al reducir el riesgo deben ponderarse contra el tiempo y dinero necesarios para construir y evaluar el prototipo. Esto es particularmente importante para prototipos integrales. Los productos de alto riesgo o con incertidumbre por los altos costos de falla, nueva tecnología o la naturaleza revolucionaria del producto, se beneficiarán de estos prototipos. Por el contrario, los productos en que los costos de falla sean bajos y la tecnología sea bien conocida no tienen grandes ventajas por reducción de riesgos si se construyen prototipos. Casi todos los productos caen en alguno de estos extremos. La figura 4 representa el intervalo de situaciones que pueden hallarse en tipos diferentes de proyectos de desarrollo.

A veces la adición de una fase corta de construcción de prototipos puede permitir completar una actividad subsiguiente con más rapidez que si no se construyera el prototipo. Si el tiempo adicional necesario para la fase del prototipo es menor que los ahorros en duración de la actividad subsiguiente, entonces esta estrategia es apropiada. Uno de los casos más comunes de estas situaciones es el diseño de moldes, como se ilustra en la fig. 5. La existencia de un modelo físico de una pieza geométricamente compleja permite al diseñador del molde visualizar y diseñar con más rapidez el herramental del molde.

Proceso Convencional

Probabilidad de éxito 0.70

Probabilidad de iteración 0.30

Construir molde de inyección

Probar ajuste de pieza

Proceso con construcción de prototipo

La fig. 3 ilustra el riesgo e iteración en el desarrollo de un producto. Un riesgo 30 por ciento de regresar a la actividad de construir el molde, después de probar el ajuste de la pieza, se representa con una flecha marcada con una probabilidad de0.30. Si construir y probar un prototipo aumenta de manera considerable la probabilidad de que las actividades subsiguientes continúe sin iteración, por ejemplo, de 70 por ciento a 95 por ciento, la fase del prototipo puede justificarse

Construir molde de inyección

Probar ajuste de pieza

Probabilidad de éxito 0.70

Construir molde de inyección

Probar ajuste de pieza

Probabilidad de iteración 0.30

Probabilidad de iteración 0.50

Fig. 3 Un prototipo puede reducir el riesgo de una costosa iteración. Construir y probar un prototipo permite al equipo de desarrollo detectar un problema que de

otro modo no hubiera sido detectado sino después de una costosa actividad de desarrollo, por ejemplo construir un molde de inyección

Fig. 4. El uso de Prototipos Integrales dependen del nivel relativo del Riesgo Técnico o de mercado y del costo de construir un prototipo integral.

Proceso Convencional

Proceso con Construcción de Prototipo

Fig. 5 Un prototipo al facilitar otro paso. Construir un prototipo puede hacer posible terminar mas rápido un paso subsiguiente.

Muchos Prototipos integrales construidos

Ejemplos Software, productos de consumo

Prototipos Analíticos empleados extensamente

Prototipo Integrales Cuidadosamente º

A veces la primera unidad construida se vende.

Ejemplo: Aviones, satélites, automóviles.

Puedo construir un prototipo para verificación

Ejemplos: artículos impresos.

Se construyen pocos procesos o ningún prototipo integral

Ejemplos: edificios comerciales, barcos

BAJO

ALTO

Ries

go Té

cnic

o o

de

Mer

cado

BAJO ALTO

Costo de Prototipo Integral (Tiempo o Dinero)

Diseño de Pieza

Diseño de Pieza

Fabricación del Molde

Diseño de Pieza

PrototipoDiseño de Molde

Fabricación del Molde

TIEMPO

Un Prototipo Puede Reducir Restructurar Dependencias de Tareas.

Puede ser posible completar algunas de las tareas de manera concurrente si se construye un prototipo. En la Fig. 6 ilustra un conjunto de tareas que se completan de manera secuencial. Una prueba de Software puede depender de la existencia de un circuito físico. En lugar de esperar la versión de producción de la tarjeta de circuito impreso para usar en la prueba, el equipo puede fabricar rápidamente un prototipo (es decir, una tarjeta hecha a mano) y usarla para la prueba mientras continua la producción de la tarjeta de circuito impreso.

Proceso Convencional

Proceso con construcción de Prototipo

Fig. 6 Uso de un Prototipo Para eliminar un Trabajo de la Trayectoria Crítica

TECNOLOGÍA DE CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS.

Se emplea cientos de tecnología de producción diferentes para crear prototipos en particular prototipos físicos. Han aparecido dos tecnologías particularmente importantes en los últimos 20 años: modelado por computadora en tercera dimensión CAD 3D y fabricación de forma libre.

DISEÑO DE SISTEMA FRABRICACIÓN DE TARJETA IMPRESA

PRUEBA DE SOFTWARE

ENSAMBLE Y PRUEBA DE SISTEMA

DISEÑO DE SISTEMA FRABRICACIÓN DE TARJETA IMPRESA

PRUEBA DE SOFTWARE

ENSAMBLE Y PRUEBA DE SISTEMA

Construcción de Prototipo de Tarjeta

Modelo y análisis en CAD 3D

El modelo de diseño asistido por computadora en tres dimensiones, conocidos como modelos CAD 3D que representan diseños como conjuntos de entidades sólidas en tres dimensiones, cada una por lo general construida por figuras geométricas como cilindros, bloques y orificios. Las ventajas del modelo CAD 3D incluyen la capacidad de visualizar fácilmente la forma de diseño en tres dimensiones, la capacidad de crear imágenes foto-realistas para evaluación del aspecto del producto; la capacidad de calcular de forma automática propiedades físicas como son masa y volumen, y la eficiencia que resulta la creación de una y sólo una descripción justa del diseño, de la cual puedan crearse otras descripciones más enfocadas como son las vistas en sección transversal y dibujos para fabricación. Por medio de herramienta de ingeniería asistida por computadora (CAE), los modelos CAD ·D han servido como prototipo analíticos. En algunas situaciones esto puede eliminar uno o más prototipos físicos. Cuando se usan modelos CAD 3D para planear con todo cuidado el ensamble final e integrado del producto y para detectar interferencia geométrica entre piezas, se puede eliminar la necesidad de un prototipo a plena escala.

Fabricación en forma Libre.

Tecnología llamada estéreolitrografia, crea objetos físicos directamente de modelos CAD 3D y puede considerarse como impresiones tridimensionales. A veces se denomina construcciones rápidas de prototipos. Casi todas las tecnologías trabajan, al construir un objeto, una capa en sección transversal a la vez, depositando un material o usando un láser para solidificar en forma selectiva un líquido o polvo. Las piezas resultantes casi siempre se hacen de plástico, pero existen otros materiales como cera, papel cerámica y metales. En algunos casos las piezas se usan directamente para visualización o en prototipos funcionales, pero con frecuencia se usan como modelos para hacer modelos de los que se pueden fundir piezas con propiedades materiales particulares. Las tecnologías de fabricación de forma libre hacen posible crear prototipos en tres dimensiones en las primeras etapas de construcción y a menor costo de lo que antes era posible. Cuando se usa en forma adecuada, estos prototipos pueden reducir el tiempo de desarrollo del producto y/o mejorar su calidad resultante. Además de facilitar la rápida construcción de prototipos funcionales, estás tecnologías se pueden usar para materializar conceptos del productos en forma rápida y a bajo costo, aumentando la facilidad con la cual los conceptos se pueden comunicar a otro miembros del equipo.

PLANEACIÓN DE PROTOTIPOS.

Una dificultad potencial en el desarrollo de un producto es llamado “pantano de hardware”. El pantano lo causan los trabajos mal guiados en la construcción de prototipos; es decir, la construcción y depuración de prototipos (físicos o analíticos) que no ayudan de manera importante a alcanzar las metas del proyecto general de desarrollo de un producto. Una forma de evitar el pantano es definir con todo cuidado cada prototipo antes de embarcarse en el trabajo de construirlo y probarlo. Esta sección presenta un método de cuatro pasos para planear cada prototipo durante el proyecto de desarrollo de un producto.

Paso 1: Definir el Propósito del prototipo.

Recuerden los cuatros prototipos de construir prototipos: aprendizajes: aprendizaje, comunicación, integración y alcance de hitos. Al definir el propósito de un prototipo, el equipo hace una lista de las necesidades de aprendizajes y comunicación. Los miembros del equipo también hacen una lista de las necesidades de integración y resuelven si el prototipo está o no destinado a ser uno de los hitos principales del proyecto general de desarrollo del producto.

Paso 2: Establecer el Nivel de Aproximación del Prototipo.

La planeación de un prototipo requiere la definición del grado al cual ha de aproximarse al producto final. El equipo debe decidir si es necesario un prototipo físico o si un prototipo analítico satisface mejor sus necesidades. Casi siempre, el prototipo que mejor servirá para los fines establecidos en el paso 1 es el más sencillo. En algunos casos, un modelo anterior sirve como banco de pruebas y puede modificarse para los fines del prototipo. En otros casos, pueden utilizarse prototipos existentes o que se encuentren en proceso de construcción para otro propósito.

Paso 3: Bosquejar un plan experimental.

En la mayor parte de los casos, el uso de un prototipo en el desarrollo de un producto puede ser visto como un experimento. Una buena práctica experimental ayuda asegurar la extracción del máximo valor del trabajo de

construir prototipos. El plan experimental incluye la identificación de las variables de experimento, el protocolo de prueba, una indicación de qué medidas se tomaran y un plan para analizar los datos resultantes. Cuando es necesario explorar muchas variables, un diseño eficiente del experimento facilita en gran medida el proceso.

Paso 4: Crear un Calendario para Adquisición, construcción y prueba.

Debido a la construcción y prueba de un prototipo se considera como subproyecto dentro del proyecto general de desarrollo, el equipo obtendrá beneficios de un calendario para la actividad de construir un prototipo. Tres fechas son particularmente importantes en la definición de un trabajo de construcción de prototipos. Primero, el equipo define cuando estarán listas las partes para su ensamble. Segundo, el equipo define la fecha en que el prototipo se probará primero. Tercero, el equipo define la fecha en que espera haber completado las pruebas y obtenido los resultados finales.

Ejemplo de para la Planeación de prototipos de prueba de geometría de impacto de la rueda de un producto (PackBot)

PLANEACIÓN DE PROTOTIPOS DE HITOS.

El método para planear un prototipo que se vio antes, se aplica a todos los prototipos, incluyendo los que sean tan sencillos como la geometría de una rueda y otros tan complejos como el prototipo beta de todo producto. No obstante m, los prototipos integrales que un equipo utilice como objetivo de desarrollo se benefician de más planeación. Esta actividad de planeación, por lo general, ocurre en coordinación con la actividad general de planeación del desarrollo de un producto al final de la fase de desarrollo del concepto. De hecho, planear las fechas importantes es una parte integral de establecer un plan de proyecto general de desarrollo de un producto. Si todo lo demás es igual, el equipo prefería construir tan pocos prototipos de hito como sea posible porque el diseño, construcción y prueba de prototipos integrales consume gran cantidad de tiempo y dinero. No obstante, en realidad, pocos productos con alto nivel de diseño se desarrollan con menos de dos prototipos de hito y muchos otros requieren cuatro o más. Como un caso práctico, el equipo debe considerar como hitos el uso de prototipo alfa, beta y de pre-producción. El equipo debe considerarse entonces si cualquiera de estos hitos puede eliminarse o si hecho los prototipos adicionales son necesarios.

Los prototipos alfa se emplean por lo general para evaluar si el producto funciona como se pretende. Las partes de prototipos alfa a menudo son semejantes en material y geometría a las piezas que se usaran en la versión de producción del producto, pero en general se hacen con procesos de producción de prototipo. Por ejemplo, las piezas de plástico en un prototipo alfa pueden maquinarse o moldearse en hule en lugar de moldearse por inyección como en producción.

Los prototipos beta se emplean por lo general para evaluar la confiabilidad y para identificar defectos en el producto. Estos prototipos se dan con frecuencia a clientes para probarlos en el ambiente pretendido de uso. Las piezas de prototipos beta suelen hacerse con procesos reales de producción o las suministran los proveedores pretendidos de componentes, pero el producto por lo general se ensambla con las herramientas de ensamble final. Por ejemplo, las piezas de plástico de un prototipo beta se puede moldear con los moldes de inyección de producción, pero probablemente serían ensambladas por un técnico en un taller de prototipos y no por trabajadores de producción o un equipo automatizado.

Los prototipos de pre-producción son los primeros productos realizados con todo el proceso de producción. En este punto el proceso de producción todavía no opera a plena capacidad pero fabrica cantidades limitadas del producto. Estos prototipos se usan para verificar la capacidad del proceso de producción, se someten a pruebas y con frecuencia se dan a clientes

preferidos. Los prototipos pre-producción a veces reciben el nombre de prototipos de producción piloto.

Las desviaciones más comunes respecto al palan de construcción de prototipos estándar, son para eliminar uno de los prototipos estándar o para agregar más de los primeros prototipos. Eliminar un prototipo ( por lo general el alfa) puede ser posible si el producto es muy semejante a otros productos que la empresa ya haya desarrollado y producido, o si el producto es extremadamente sencillo. Es común que existan más de los primeros prototipos en situaciones donde el producto integra un nuevo concepto o tecnología. Estos primeros prototipos a veces se llaman prototipos experimentales o de ingeniería. Por lo general no se ve como el producto final y muchas piezas del prototipo no se diseñan con la intención de finalmente producirlas.

Una vez tomadas las decisiones preliminares del número de prototipos, sus características y el tiempo requerido para ensamblarlos y probarlos, el equipo puede poner estos objetivos en la línea general del tiempo del proyecto. Cuando el equipo trata de hacer un calendario de estos objetivos, la factibilidad del calendario general de desarrollo del producto se puede evaluar. Es frecuente que un equipo descubra, cuando trabaje hacia atrás desde la fecha objetivo para el lanzamiento del producto, que el ensamble y prueba de un prototipo hito se traslape o se encuentre peligrosamente cerca del diseño y fabricación del siguiente prototipo importante. Si ocurre este traslape en la práctica, es la peor manifestación del “pantano de hardware”. Cuando se traslape fases en la construcción de los prototipos, hay poca transferencia de aprendizaje de un prototipo al siguiente y el equipo debe considerar omitir uno o más de los prototipos, para permitir que los prototipos restantes se extiendan más en el tiempo. Durante la planeación de un proyecto, las fases que traslapen en la construcción del prototipos se pueden evitar si se inicia un proyecto con más prontitud, posponiendo el lanzamiento del producto, eliminado un prototipo importante, o diseñando una forma para acelerar las actividades de desarrollo que precedan a cada prototipo.

DESIGNACIÓN

1. Una Fábrica de muebles está considerando producir una línea de productos para sentarse, será fabricado por corte y doblez de un material plástico reciclado el cual se puede adquirir en láminas grandes. Diseñe cuando menos un prototipo de una silla cortada y doblando una hoja de papel o Cartón ( puede diseñar la silla con un bosquejo primero , o si quiere puede empezar a trabajar con la hoja directamente) ¿Qué puede aprender acerca del diseño de la silla a

partir de su prototipo? ¿Qué no puede aprender acerca del diseño de la silla a partir de un prototipo?

2. Posicione el prototipo de silla descrito en el ejercicio en la gráfica de la figura 1¿Para cuál de los cuatros propósitos principales es que un equipo de diseño de productos usaría ese prototipo?

3. Diseñe un plan de construcción de prototipos para investigar la comodidad de diferentes tipos de mangos para cuchillo de cocina.

4. Numerosos equipos de desarrollo de productos separan el prototipo de “se ve como” del prototipo “funciona como”. Hacen esto porque integrar función y forma es difícil en las primeras fases de desarrollo. ¿Cuáles son los puntos fuertes y los débiles de este método? ¿Para qué tipos de productos podría ser peligroso este método?

5. ¿Un Dibujo es un prototipo físico o analítico?

6. Se dice que algunas empresas han abandonado la práctica de hacer una prueba a clientes con los primeros con los prototipos de sus productos, prefiriendo en cambio ir directamente y rápidamente al mercado para observar la verdadera respuesta de clientes. ¿Para qué tipos de productos y mercados podría tener sentido esta práctica?