I: Definición de la información de diseño
Dominio funcional
Etapa I: Definir y formalizar los requerimientos funcionales (FRs)
Para iniciar la metodología se requiere que la información de partida, concretamente los requerimientos de producto, estén estructurados de modo que se pueda diferenciar claramente: las funciones, las restricciones asociadas a las funciones y las restricciones de diseño. En el caso que la información no esté estructurada se propone utilizar la metodología propuesta por Otto (Otto y Wood, 2001) para diferenciar esta información partiendo de los requerimientos de producto.
Para definir los requerimientos funcionales (FRs) se ha planteado la estructura que tiene que tener un requerimiento funcional (FR). Esta estructura refleja toda la información que tiene que contener un FR, y que por ello se tiene que definir. Para formalizar y representar los requerimientos
Capítulo 3: Desarrollo de la propuesta 83
funcionales se ha propuesto una matriz que permite explicitar y documentar toda la información asociada a cada uno de ellos.
a. Estructura de los requerimientos funcionales (FRs)
La estructura de los requerimientos funcionales se obtiene de adaptar la estructura de los requerimientos funcionales para el diseño de utillajes, propuesta por Hunter (Hunter et al., 2006)(apartado 2.2.2.1), al diseño de componentes. La estructura resultante se expone en la Figura 3-3.
Figura 3-3: Estructura de un requerimiento funcional (FR) para el diseño de componentes
- La función representa qué tiene que hacer el producto (Ullman, 1992; Pahl et al., 1996; Otto y Wood, 2001; Suh, 2001). La función se compone de la acción y el objeto (Hunter et al., 2006).
- Los calificadores representan las restricciones que acompañan a las funciones, y limitan las posibles soluciones de diseño (Hunter et al., 2006).
El cambio más relevante respecto a la estructura propuesta por Hunter (Hunter et al., 2006) consiste en considerar el “recurso” donde se llevan a cabo la función como un calificador, concretamente como una restricción de entorno. El motivo radica en asumir que el entorno puede actuar como una restricción del requerimiento, porque puede limitar las soluciones de diseño que satisfacen dicho requerimiento funcional. Otro de los cambios es consecuencia de un puro formalismo. Este cambio consiste en estructurar la función tal y como es ampliamente definida en la literatura de diseño, mediante la acción y el objeto (Ullman, 1992; Pahl et al., 1996; Otto y Wood, 2001). De este modo se evita confusiones y se hace explícita la definición de la función.
El lenguaje que se va utilizar para definir los requerimientos funcionales será el lenguaje natural. De este modo los requerimientos funcionales pueden ser definidos e interpretados por cualquier diseñador.
A continuación se define más detalladamente cada una de las partes que componen la estructura de un requerimiento funcional (FR) mostrado en la Figura 3-3.
Capítulo 3: Desarrollo de la propuesta 85
Acción
La acción se refiere a la función que el producto debe satisfacer. La acción se expresa mediante un verbo en activo (Ullman, 1992; Otto y Wood, 2001; Hunter et al., 2006). Por ejemplo: transportar o conectar.
Objeto
El objeto representa la “entidad” sobre la cual se efectúa o lleva a cabo la acción. Por ejemplo: transportar “cajas”. Pero asumiendo que el diseño de componentes es un sistema técnico (Pahl et al., 1996), estas “entidades” incluyen cualquiera de los flujos (energía, material y señales) que son convertidos o canalizados en cualquier sistema técnico, Figura 3-4. El objeto se expresa mediante un nombre que permite representar dichos flujos.
Figura 3-4: Representación de la función en un sistema técnico (Pahl et al., 1996).
Mediante la acción y el objeto se representa la función del producto, que es la base fundamental de los requerimientos funcionales. Algunos ejemplos de funciones formalizadas se exponen en la Tabla 3-1:
FUNCION
Acción (verbo activo) Objeto (flujo: nombre)
Soportar Fuerzas
Conectar Dos elementos
Transmitir Señal de alarma
Tabla 3-1: Ejemplos de funciones formalizadas
No obstante para obtener el requerimiento funcional completamente definido no es suficiente con definir la función, puesto que el requerimiento no queda limitado. Para limitar los requerimientos funcionales, que posteriormente limitaran las soluciones de diseño, se tienen que definir los calificadores (Hunter et al., 2006; Rios et al., 2006)
Calificadores
Los calificadores representan las restricciones (Cs) que acompañan a las funciones, y limitan las posibles soluciones de diseño. El calificador se expresa con un nombre o mediante grupos adverbiales (Hunter et al., 2006). Los calificadores pueden ser cualitativos
ACCION
Energía
Material
Señales
Energía
Material
Señales
Capítulo 3: Desarrollo de la propuesta 86
o cuantitativos (Perez et al., 2005). Los calificadores cuantitativos representan las restricciones mediante un valor o rango de valores numéricos, mientras que los cualitativos son descriptivos y a menudo es complejo expresarlos mediante valores numéricos o relaciones matemáticas (Perez et al., 2005). Un ejemplo de calificador cualitativo podría ser: “la trayectoria tiene que ser lineal respecto al eje Y”. Mientras que un ejemplo de calificador cuantitativo seria:“la fuerza tiene un valor comprendido entre [20-25] N”. Los requerimientos funcionales (FRs) pueden llevar asociados ambos tipos de calificadores (Perez et al., 2005), aunque según Hunter (Hunter et al., 2006) cada requerimiento funcional (FR) tiene que llevar asociado como mínimo un calificador cuantitativo.
Desde el punto de vista de la formalización, los calificadores cuantitativos se deben definir, con al menos, un valor numérico, la unidad de media y la tolerancia (Hunter et al., 2006). Mientras que los cualitativos se pueden definir mediante nombres, adjetivos o grupos adverbiales.
Dentro de los calificadores se distinguen dos tipos de restricciones: las restricciones de la función y las restricciones de diseño. La diferencia principal entre ellas es que las restricciones de la función provienen directamente del análisis de la función del requerimiento funcional en el dominio funcional, mientras que las restricciones de diseño provienen del análisis de los requerimientos de producto que afectan a los parámetros de diseño del dominio físico.
- Las restricciones de la función son calificadores que van asociados a la ejecución de la función. Por ello limitan las soluciones físicas que se tienen que definir para satisfacerla. Las restricciones de función pueden ser de tres tipos: restricciones de entrada, de salida o de entorno.
� Las restricciones de entradas son las limitaciones que actúan antes de ejecutar la acción. Un ejemplo sería el valor de la fuerza que tiene que transmitir una biela de un MCIA (Afzal y Fatemi, 2003), Tabla 3-2.
� Las restricciones de salida son las limitaciones asociadas al resultado obtenido después de aplicar la acción. Un ejemplo sería el esfuerzo máximo de dicha biela después de aplicarle dicha carga (Afzal y Fatemi, 2003), Tabla 3-2.
Flujo Valor
nominal
Unidades Tolerancia
Restricciones
de entrada
Fuerza compresión 20-25 KN +/- 5
Restricciones
de salida
Tensión máxima 800 MPa +/- 10
Tabla 3-2: Ejemplos de formalización de restricciones de entrada y de salida.
Para identificar las restricciones de entrada y de salida se puede aplicar el análisis de los flujos de entrada y salida asociados a la función; siguiendo el esquema de la función que se ha mostrado anteriormente en la Figura 3-4.
� Las restricciones de entorno son las limitaciones que provienen del escenario o del ambiente donde se desarrolla la acción. Porque las condiciones del entorno también pueden limitar las soluciones físicas de diseño que satisfacen la función. En términos generales, se puede decir que las condiciones atmosféricas (temperatura o presión) o las condiciones de entorno físico (contacto entre elementos o elementos colindantes) pueden ser causantes de este tipo de restricciones. Un ejemplo sería el entorno de elevada temperatura en la que se desarrollan las funciones de la biela de un MCIA, Tabla 3-3.
Restricción de entorno Valor
nominal
Unidades Tolerancia
La biela debe resistir una temperatura de [80-90] ºC +/- 10
Tabla 3-3: Ejemplos de formalización de una restricción de entorno
Para identificar estas restricciones se pueden plantear todas aquellas preguntas que puedan proporcionar información sobre el entorno donde se desarrolla la acción. Preguntas como: dónde, cuándo y cómo se desarrolla la acción, pueden ayudar a identificar este tipo de restricciones.
- Las restricciones de diseño son las limitaciones que