Diseño para Six Sigma // Mapa para el desarrollo de producto



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DISEÑO PARA SEIS SIGMA P. Reyes / Enero 2007

CURSO DE

DISEÑO PARA SEIS SIGMA (DFSS)

CONTENIDO


1. Diseño para Seis Sigma – Mapa de desarrollo del producto 2
2. Diseño para Seis Sigma – Metodología 14
3. Diseño para Seis Sigma – Desarrollo de Proyectos 23
4. Funciones de transferencia y tableros 41
5. Despliegue de la función de calidad (QFD) 55
6. Diseño Axiomático 71
7. Teoría de la solución inventiva de problemas (TRIZ) 79
8. Diseño para X 105
9. Análisis del Modo y Efecto de Falla (FMEA) 116
10. Diseño de Experimentos 130
11. Diseño de experimentos de Taguchi
12. Diseño de parámetros con análisis señal a ruido (S/N) 240
13. Validación del diseño 266

1. Diseño para Seis Sigma –

Mapa de desarrollo del producto

1. Diseño para Six Sigma - Mapa de desarrollo del producto
1.1 Introducción

La metodología “Seis Sigma” tradicional denominado DMAIC (definir, medir, analizar, mejorar, controlar) o “Seis Sigma para la mejora” se enfoca a la solución de problemas o a su mejora sin un diseño o rediseño completo del sistema. La metodología de “Diseño para Seis Sigma” (DFSS) se enfoca a hacer las cosas correctas desde la primera vez o sea que el producto o servicio: (1) Haga las cosas correctas; y (2) Hacer las cosas correctas todo el tiempo.


Hacer las cosas correctas significa lograr una excelencia absoluta en diseño, ya sea el diseño del producto, proceso de manufactura, proceso de servicio o proceso de negocio. Hacer las cosas correctas todo el tiempo significa que no solo debe haber un diseño superior, sino que el producto o servicio real construido de acuerdo a ese diseño, siempre haga lo que se supone que debe hacer, con máxima consistencia y mínima variación en desempeño.
Entre las herramientas utilizadas por DFSS se tienen:


  • Funciones de transferencia, incluyen las relaciones matemáticas claras entre “causas” (que pueden ser parámetros de diseño o variables de proceso) y “efectos” (que normalmente son métricas de desempeño de producto/proceso). Conociendo las relaciones de las funciones de transferencia, se puede optimizar el diseño para lograr un desempeño superior.

  • Los tableros de proyecto DFSS son hojas de trabajo donde se registran los datos históricos y se da seguimiento a las métricas en sus métricas.

  • El método de despliegue de la función de calidad (QFD), es una guía y plan para las actividades de diseño para cumplir con los deseos del cliente.

  • El método de diseño axiomático proporciona algunas guías importantes (axiomas) sobre lo “que es un buen diseño del sistema” y “qué es un diseño débil del sistema”. Los diseños débiles normalmente tienen interacciones mutuas complicadas, acoplamiento, no independencia y complejidad excesiva. Los buenos diseños tienen relaciones claras entre parámetros de diseño y funciones de producto, y una simplicidad elegante. Los principios de diseño axiomático pueden ayudad a reducir las vulnerabilidades del diseño por tanto desarrollar diseños optimizados.

  • La teoría de solución creativa de problemas (TRIZ) tiene una base amplia de métodos y conocimientos para crear soluciones inventivas para problemas de diseño difíciles. Permite pensar “fuera de la caja” y concebir soluciones innovadoras de diseño.

  • Los métodos de Diseño para X, incluyen “diseño para manufactura y ensamble”, “diseño para confiabilidad”, y muchos otros. Diseño para X es una colección de métodos para hacer diseños adecuados para todos los propósitos.

  • Los métodos de Análisis del Modo y Efecto de Falla (FMEA), permiten hacer revisiones de diseño y eliminar fallas potenciales en las primeras etapas de diseño.

  • Los métodos estadísticos de diseño de experimentos (DOE), pueden ser usados para afinar las funciones de transferencia y optimización. Entre los métodos más populares se encuentra el Diseño factorial completo, diseño factorial fraccional y los métodos de Taguchi.

  • Los métodos de Taguchi se basan en arreglos ortogonales y análisis de datos. Incluyen conceptos como la función de pérdida, relación señal a ruido, arreglos iunternos y externos, factores de control y factores de ruido. Estos métodos permiten lograr un diseño robusto.

  • Otros métodos de Taguchi incluyen funciones ideales, relación señal a ruido dinámica, calidad funcional y desarrollo robusto de tecnología.

  • Los métodos de Taguchi de diseño de tolerancias o diseño de especificaciones, permiten hacer análisis de tolerancias de peor caso, diseño estadístico de tolerancias, diseño de tolerancias óptimas basadas en costo y diseño de tolerancias de Taguchi.

  • Los métodos de superficie de respuesta (RSM), pueden ser usados como una herramienta muy útil para desarrollar funciones de transferencia y realizar su optimización.

  • Los métodos de validación del diseño incluyen: validación del diseño (análisis del diseño por simulación o revisión de diseño en prototipos), validación del proceso (validación de la capacidad del proceso), y validación de la producción.


1.2 Aseguramiento de Calidad y Ciclo de Vida del Producto / Servicio
Para darle calidad a un producto o servicio necesitamos un sistema de métodos y actividades, llamado aseguramiento de calidad, el cual se define como todas las actividades planeadas e implementadas de manera sistemática dentro del sistema de calidad que puede ser demostrado para proporcionar la confianza de que un producto o servicio cumplirá con los requerimientos de calidad.
Debido a que la calidad es una vía para hacer negocios, debe estar relacionado a un producto o servicio específico. Para cualquier producto o servicio, su vida incluye, su creación, desarrollo, uso, y arreglo. Llamamos a todo esto, el ciclo de vida del producto. Un buen programa de aseguramiento de calidad debería actuar en todas las etapas del ciclo de vida.
La figura 1.1 muestra un ciclo de vida típico de producto / servicio. Las etapas más tempranas del ciclo son llamadas normalmente anteriores o “upstream”; las últimas etapas son llamadas posteriores o “downstream”.
Etapa 0: Ímpetu / Idea

  • Nueva tecnología, nuevas ideas, orientación de la competencia hacia nuevas posibilidades de producto o servicio

  • Se desarrollan varias opciones de producto / servicio para estas posibilidades

Etapa 1: Análisis de los requerimientos del cliente y del negocio

  • Identificación de las las necesidades y deseos del cliente

  • Traducción de la voz del cliente a requerimientos funcionales y medibles del producto o servicio

  • Estudio de factibilidad del negocio

Etapa 2: Desarrollo del concepto

  • Concepto de alto nivel: propósito general, posición en el mercado, propuesta de valor

  • Definición del producto: requerimientos funcionales de nivel básico

  • Generación del concepto de diseño, evaluación y selección

  • Diseño del sistema / organización

  • Modelado, simulación, diseño inicial en computadora o papel

Etapa 3: Diseño de prototipos de producto / servicio

  • Generar requerimientos funcionales detallados y exactos

  • Desarrollar la implementación real para satisfacer los requerimientos funcionales o parámetros de diseño

  • Construcción de prototipos

  • Realizar el diseño del sistema de manufactura

  • Realizar la validación de diseño

Etapa 4: Proceso de manufactura Preparación del lanzamiento del producto

  • Finalizar el proceso de diseño

  • Realizar pruebas de proceso, ajustes y validación

  • Instalación del proceso

Etapa 5: Producción

  • Operación del proceso, control y ajuste

  • Administración de proveedores, partes

Etapa 6: Consumo del producto / servicio

  • Servicio postventa

Etapa 7. Disposición

Fig. 1.1 Ciclo de vida del producto o servicio


1.2.1 Etapa 0: Ímpetu / Ideación
El ciclo de vida del producto o servicio inicia con el ímpetu/ideación. El ímpetu de un nuevo producto o servicio puede ser el descubrimiento de una nueva tecnología, tal como la invención de semiconductores, con o sin una claridad de avance de cómo podría ser comercializado – una mejor oportunidad de mercado identificada a través de alguna investigación de mercado, o una necesidad obvia de retirar un producto existente que ha eclipsado por la competencia, tal como el rediseño anual de los modelos de automóviles; o la idea nueva de utilizar tecnología existente, tal como la “venta de libros vía internet”. Una vez que el ímpetu es identificado y es determinado que un producto o servicio es viable puede subsecuentemente ser desarrollado, la ideación de la fase continuará. La fase de ideación enfocada en el establecimiento del producto o servicio y la dirección general incluyendo la identificación de opciones convincentes pero poco probables para nuevos productos o servicios.
Existen varias claves para el éxito en esta fase, incluyendo el tiempo de entrega para descubrir la posible idea de un nuevo producto o servicio y determinar su viabilidad, el tiempo de entrega para formular la opción viable de un nuevo producto o servicio, y la formulación de calidad.
Para el desarrollo de un nuevo producto basado en nueva tecnología, existen muchos casos en los cuales la tecnología trabaja bien en el laboratorio pero puede encontrarse con grandes dificultades para su comercialización. Un nuevo método de calidad llamado “desarrollo de tecnología robusta” puede aplicarse para reducir esas dificultades.
1.2.2 Etapa 1: Estudio de requerimientos del cliente y negocio
El estudio de requerimientos del cliente y negocio es la primera etapa. Para ambos, el desarrollo del concepto inicial y las etapas de definición del producto, investigación del cliente, estudios de factibilidad, e investigación del costo/valor pueden realizarse. El propósito de la investigación del cliente es desarrollar elementos funcionales clave que crearán satisfacción a clientes potenciales y eventualmente de manera sucesiva tendrá éxito en el mercado. El propósito del estudio de factibilidad y el estudio de costo/valor es asegurarse que el nuevo producto o servicio es competitivo en el mercado futuro. En esta etapa, la modelación, simulación, y optimización pueden ser empleadas para evaluar y refinar el concepto del producto en orden a lograr la mejor funcionalidad posible y el más bajo costo posible.

De acuerdo con la definición de calidad de la ASQ anteriormente mencionada, las características del nuevo producto o servicio deberían tener la “habilidad de satisfacer las necesidades implícitas o establecidas”, así, una tarea clave de la actividad del aseguramiento de calidad en esta etapa es asegurarse de que las recientemente funciones formuladas (rasgos distintivos) de un producto o servicio tengan la capacidad de satisfacer a los clientes. El despliegue de la función de Calidad (QFD por sus siglas en inglés) es un método excelente de calidad para este propósito.


1.2.3 Etapa 2: Desarrollo del concepto
El desarrollo del producto / servicio es la segunda etapa. Esta etapa inicia con la fase del desarrollo del concepto inicial. Involucra la conversión de una o más opciones desarrolladas en la etapa previa dentro de un mayor nivel en el concepto del producto, describiendo el propósito del producto, uso general, y propuesta de valor. Lo siguientes es la fase de definición del producto. Clarifica los requerimientos del producto, los cuales son el nivel base de los elementos funcionales necesarios para el producto y así entregar los resultados planeados.
Varios métodos de calidad, tales como el diseño de experimento (DOE por sus siglas en inglés), método de superficie de respuesta (RSM), diseño axiomático, y TRIZ (teoría inventiva de solución del problema) son de mucha ayuda en la etapa para el desarrollo del concepto del producto para realzar la funcionalidad y reducir el costo esperado. Esos métodos son también de ayuda en el desarrollo del concepto de un producto robusto para asegurar un producto final que es libre de deficiencias.
1.2.4 Etapa 3: Diseño / Prototipo del Producto / Servicio
La tercera etapa es el diseño/prototipo del producto. En esta etapa, los escenarios del producto/servicio son modelados y los principios de diseño son aplicados para generar los requerimientos funcionales exactos detallados, y su implementación actual y diseño de parámetros. Para el diseño de un producto, el diseño de los parámetros pueden ser dimensiones, propiedades de material, y especificaciones de partes. Para un diseño de servicio, el diseño de parámetros podrían ser las especificaciones y composición de la Organización. El diseño de parámetros deberá proporcionar todo el detalle necesario para iniciar la construcción o producción. Para el desarrollo de un producto, después del diseño de producto, se construyen los prototipos para probar y validar el diseño. Si la prueba resulta no satisfactoria, los diseños son normalmente revisados. Algunas veces, este ciclo de construcción-prueba-arreglo es repetido hasta que se alcanzan los resultados satisfactorios.
Además del prototipo físico, la modelación y simulación por computadora también son utilizados y algunas veces preferidos debido a que son menos costosos y más eficientes en cuanto a tiempo. Durante esta etapa, el diseño del sistema de manufactura para el producto también es conducido para asegurar que el producto puede ser fabricado económicamente.
Para el aseguramiento de calidad, esta claro que la tarea clave de esta etapa de diseño/prototipo es formular la serie de diseños de parámetros en orden a dar las funciones planeadas del producto. Utilizando la terminología del diseño axiomático, el diseño del producto es un mapeo que va desde el espacio de función hasta el espacio del diseño del parámetro. Por lo tanto, la tarea clave para la calidad en el diseño es asegurarse de que el producto diseñado es capaz de dar las funciones del producto deseadas en su vida de uso. Los métodos de calidad utilizados en esta etapa incluye el diseño robusto (Método Taguchi), diseño de experimento (DOE), método de superficie de respuesta (RSM’s), diseño para X, diseño axiomático, TRIZ, y algunos aspectos de fiabilidad de ingeniería.
1.2.5 Etapa 4: Preparación del Proceso de Manufactura / Lanzamiento de producto
La cuarta etapa es la preparación del proceso de manufactura/lanzamiento del producto. Durante esta etapa, el diseño del proceso de manufactura será terminado. El proceso experimentará prueba y ajuste, por lo que hay otra serie de ciclos de construcción-prueba-arreglo para el proceso de manufactura. Después de la repetición de ciclos, el proceso de manufactura deberá ser validado y aceptado, para su instalación en producción. Utilizando la terminología del diseño axiomático, esta etapa es un mapeo entre el diseño de parámetros hasta las variables del proceso.
Para el aseguramiento de calidad, la tarea clave de esta etapa es asegurar que el producto fabricado deberá ser consistente con el diseño el producto, esto es, el producto diseñado en papel o computadora puede fabricarse en el proceso de manufactura. El proceso tiene la capacidad de producir un producto real de manera consistente, económica y libre de defectos. Los métodos de calidad utilizados en esta etapa incluye el diseño robusto, DOE, localización de averías de manufactura y diagnósticos, y el método Shainin.

1.2.6 Etapa 5: Producción
La quinta etapa es la producción a escala completa. En esta etapa, el producto deberá fabricarse y enviarse al mercado. Algunas partes o sub-ensambles pudieran producirse por proveedores. Durante la producción, es muy importante que el proceso de manufactura pueda funcionar de manera consistente y libre de defectos, y que todas las partes y sub-ensambles surtidos por proveedores cumplan constantemente con los requerimientos de calidad.
Para el aseguramiento de la calidad en esta etapa, la tarea clave es asegurar que el producto finan se encuentra acorde a los requerimientos de producción; que es, todos los productos, sus partes, sub-ensambles deberán estar conforme a los requerimientos diseñados; deberán ser intercambiables y consistentes. Los métodos de calidad utilizados en esta etapa incluyen el Control Estadístico del Proceso (SPC por sus siglas en inglés), estándar de calidad e inspección de aceptación para proveedores, y una localización de averías de producción (production troubleshooting) y métodos de diagnóstico.
La combinación de actividades desde la etapa 1 hasta la 5 son conocidas también como Ciclo de Desarrollo del Producto
1.2.7 Etapa 6: Consumación del Producto/Servicio
Esta sexta etapa es la consumación del producto/servicio. Durante esta etapa, los productos son consumidos por los clientes. Esta etapa es realmente la más importante para el cliente, cuya opinión eventualmente determinará el éxito o fracaso del producto y nombre de la marca. Cuando los clientes encuentran problemas en la utilización del producto durante el consumo, tales como, defectos, la garantía y el servicio son importantes para mantener el producto en uso y el cliente satisfecho.
Para el aseguramiento de la calidad en esta etapa, es imposible mejorar el nivel de calidad para los productos, actualmente en uso, debido a que se encuentran fuera de las manos del fabricante. Así, una buena garantía y un programa de servicio ayudarán a mantener el producto en uso mediante su reparación de las unidades defectuosas y proporcionando información valiosa para mejorar la calidad de futura producción y diseño de producto.
1.2.8 Etapa 7: Disposición
La séptima etapa es la disposición del producto. Con la creciente preocupación sobre el medio ambiente, esta etapa recibe una creciente atención. Una vez que un producto se encuentra en el mercado por un tiempo, la variedad de técnicas pueden ser utilizadas para determinar donde está midiendo para obtener expectativas, o si existen oportunidades de tomar el producto hacia nuevas direcciones. Ejecutivos y gerentes de producto pueden determinar donde colocarlo, realizar pequeños refinamientos al diseño, comercialización de una innovación mayor, o moverse hacia la imaginación, iniciando el ciclo para un nuevo producto. La habilidad para determinar el tiempo correcto para hacer el salto de un producto tradicional a uno nuevo es una habilidad importante.
En términos de aseguramiento de calidad, y de acuerdo a la definición de calidad, está claro que la palabra calidad tiene muchos significados, y las actividades y métodos del aseguramiento de calidad son diferentes a diferentes etapas del ciclo de vida del producto.

1.3 Diseño axiomático
EL diseño axiomático es un método basado en el principio que proporciona el diseñador con un enfoque estructurado para el diseño de tareas. En el enfoque del diseño axiomático, el diseño es modelado como un mapeo entre los diferentes dominios. Por ejemplo, en la etapa del diseño de concepto, esto sería un mapeo del dominio de atributo del cliente al dominio de función del producto; en la etapa del diseño del producto, es un mapeo desde el dominio de la función hasta el dominio del diseño de parámetro. Existen muchas posibles soluciones de diseño para el mismo diseño de tarea. De cualquier manera, basado en estos dos fundamentales axiomas, el método del diseño axiomático desarrollo muchos principios para evaluar y analizar diseños de solución y dio a diseñadores direcciones para mejorar diseños. El enfoque del diseño axiomático puede ser aplicado no solo en ingeniería de diseño sino también en otras tareas del diseño tales como el sistema de organización. N.P. Suh es el creador de los métodos de diseño axiomático.

En resumen, los métodos de calidad modernos y el sistema de aseguramiento de calidad han sido desarrollados gradualmente desde la revolución industrial. Existen varias tendencias en el desarrollo de métodos de calidad.




  1. Los primeros pocos métodos, CEP y muestreo de aceptación, fueron aplicados en la etapa de producción, la cual es la última etapa, o downstream en el ciclo de desarrollo del producto.

  2. Más métodos fueron desarrollados y aplicados en etapas iniciales, o upstream del ciclo de desarrollo del producto, tal como QFD y el método Taguchi.

  3. Sistemas y Métodos de calidad son integrados entonces dentro de la amplia gama de actividades con participación de la alta Dirección hasta empleados ordinarios, tal como TQM.

  4. El servicio post venta ha ganado atención en el mundo de los negocios.

No obstante, la implementación de los métodos modernos de calidad en el mundo de los negocios no siempre ha sido fácil. Es un proceso más complicado. Una de las razones principales es que muchos líderes de negocios piensan que la calidad no es el único factor para el éxito. Otros factores, tales como ganancias, costo y tiempo al mercado, son más importantes a sus ojos, y piensan que en orden de mejorar la calidad, otros factores importantes se ven comprometidos.


El movimiento más reciente de calidad es la introducción y expansión de la implementación de Seis Sigma, que es el sistema administrativo de mayor crecimiento en la industria de los negocios hoy en día. Seis Sigma es la continuación del movimiento de aseguramiento de la calidad. Heredo muchos rasgos de los métodos de calidad, pero el Seis Sigma pretende mejorar no solo la calidad del producto en sí mismo sino todos los aspectos de la operación del negocio, este es un método para la excelencia del negocio.

2. Diseño para Seis Sigma –

Metodología
2. Diseño para Seis Sigma - Metodología
2.1 Introducción
La teoría del diseño de Seis Sigma (DFSS por sus siglas en inglés) es definido como la teoría científica abarcando áreas fundamentales de conocimiento en la forma de percepciones y entendimientos de diferentes campos, y la relación entre estas áreas fundamentales. Estas percepciones y relaciones están combinadas para producir consecuencias en el ente del diseño., la cuales pueden ser, pero no necesariamente, predicciones de observaciones.
Las áreas fundamentales de conocimiento del DFFS incluyen una mezcla de proposiciones e hipótesis, categorización de fenómenos u objetos, ideación y concepción de métodos tales como el diseño axiomático y el TRIZ así como el espectro de estadística empírica y modelos matemáticos. Ese conocimiento y sus relaciones constituyen nuestra teoría de DFSS. En términos de concepción, esta teoría construye sobre el sistema teórico de otros métodos y pueden ser uno de los dos tipos: axiomas o hipótesis, dependiendo de cómo sean tratadas las áreas fundamentales de conocimiento.
El fundamento del conocimiento que no puede ser probado, generalmente es todavía aceptado como verdadero, serán tratados como axiomas. Si las áreas fundamentales de conocimiento están siendo probadas, son tratadas como hipótesis. El diseño de axiomas (Suh 1990) y TRIZ (Altshuller 1988) son ejemplos de conocimiento fundamental en la teoría DFSS.
El principal objetivo del DFSS es el “diseñarlo correctamente la primera vez” para evitar experiencias dolorosas posteriores o “downstream”. El término “Seis Sigma” en el contexto del DFSS puede ser definido como el nivel al cual las vulnerabilidades del diseño no son efectivas o mínimas. Generalmente, dos principales vulnerabilidades de diseño pueden afectar la calidad de la entidad de un diseño.


  1. Vulnerabilidades conceptuales que están establecidas debido a la violación de los axiomas y principios del diseño.

  2. Vulnerabilidades operacionales debido a la falta de robustez en uso al medioambiente. La eliminación o reducción de vulnerabilidades operacionales es el objetivo de las iniciativas de calidad incluyendo Seis Sigma.

El objetivo del DFSS cuando se ha adoptado al principio “upfront” es el “diseñarlo correctamente la primera vez” anticipando el efecto de ambas fuente de vulnerabilidad del diseño. Debido a una indisponibilidad de datos en la fase inicial del diseño, la mayoría de las herramientas actuales de Seis Sigma podrían ser no utilizables. El DFSS debería basarse en nuevas herramientas que deberían tomar en consideración la naturaleza única del proceso de diseño en sí.



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