Diseño de Productos Lección 4.4

 

Arquitectura del producto

¿Qué es arquitectura del producto?

Un producto puede considerarse en términos funcionales y físicos. Los elementos funcionales de un producto son las operaciones y transformaciones individuales que contribuyen a su rendimiento general. Para una impresora, algunos de los elementos funcionales son “almacenar papel” y “comunicarse con computadora central”. Los elementos funcionales por lo general se describen en forma esquemática antes de ser reducidos a tecnologías específicas, componentes o principios físicos de trabajo.

Los elementos físicos de un producto son las partes, componentes y subconjuntos que en última instancia ponen en práctica las funciones del producto. Los elementos físicos se definen más a medida que avanza el desarrollo. Algunos elementos físicos son dictados por el concepto del producto y otros se definen durante la fase del diseño de detalles.

Los elementos físicos de un producto están organizados de una manera específica en varios elementos físicos de construcción más grandes, que se llaman trozos. Cada trozo está conformado entonces por un conjunto de componentes que ponen en práctica las funciones del producto. La arquitectura de un producto es el esquema por el cual los elementos funcionales del producto se acomodan en trozos físicos y por medio del cual éstos interactúan.

Una arquitectura modular tiene las siguientes dos propiedades:

• Los trozos activan uno o pocos elementos funcionales en su totalidad.

• Las interacciones entre trozos están bien definidas y son generalmente fundamentales para las funciones primarias del producto.

La arquitectura más modular que puede haber es aquella en la que cada elemento funcional del producto se activa por exactamente un trozo físico y en el que hay pocas interacciones bien definidas entre los trozos. Esta arquitectura modular permite que un cambio de diseño se haga a un trozo sin requerir cambios a otros trozos para que el producto funcione correctamente. Los trozos también se pueden diseñar de manera independiente unos de otros.

Lo opuesto de una arquitectura modular es una arquitectura integral. Una arquitectura integral muestra una o más de las siguientes propiedades:

• Los elementos funcionales del producto se activan usando más de un trozo.

• Un solo trozo acciona numerosos elementos funcionales.

• Las interacciones entre trozos están mal definidas y pueden ser incidentales respecto de las funciones primarias de los productos.

Es frecuente que un producto que incluya una arquitectura integral esté diseñado con el más alto rendimiento posible en mente. Es posible distribuir la activación de elementos funcionales entre muchos trozos. Los límites entre trozos pueden ser difíciles de identificar o quizá no existan. Muchos elementos funcionales pueden combinarse en algunos componentes físicos para optimizar ciertas dimensiones de rendimiento; no obstante, las modificaciones a cualquier componente o característica particulares pueden requerir de extenso rediseño del producto.

La modularidad es una propiedad relativa de la arquitectura de un producto. Es raro que los productos sean estrictamente modulares o integrales. Más bien, podemos decir que exhiben más o menos modularidad que un producto comparativo, como en el ejemplo de los controles de freno y cambios de la figura 10-2.

 

 

 Tipos de modularidad

Las arquitecturas modulares comprenden tres tipos: de ranura, bus y seccional (Ulrich, 1995). Cada tipo incluye un mapa biunívoco de elementos funcionales a trozos e interfases bien definidas. Las diferencias entre estos tipos se encuentran en la forma en que están organizadas las interacciones entre trozos. La figura 10-3 ilustra las diferencias conceptuales entre estos tipos de arquitecturas.

•         Arquitectura modular de ranura: Cada una de las interfases entre trozos en una arquitectura modular de ranura es de un tipo diferente con respecto de las otras, de modo que los diversos trozos del producto no se pueden intercambiar. El radio de un automóvil es un ejemplo de un trozo en una arquitectura modular de ranura. El radio ejecuta exactamente una función, pero su interfase es diferente de cualquiera de los otros componentes del vehículo (por ejemplo, radios y velocímetros tienen diferentes tipos de interfases para el tablero de instrumentos).

•         Arquitectura modular de bus: En una arquitectura modular de bus, hay un bus común al que otros trozos se conectan por medio del mismo tipo de interfase. Un ejemplo de un trozo en una arquitectura modular de bus sería una tarjeta de expansión para una computadora personal. Productos no eléctricos también se pueden construir alrededor de una arquitectura modular de bus. La iluminación de vías, los sistemas de estantería con rieles y bastidores metálicos ajustables de techo para automóviles incluyen una arquitectura modular de bus.

•         Arquitectura modular seccional: En una arquitectura modular seccional, todas las interfases son del mismo tipo, pero no hay un solo elemento al cual se unan todos los otros trozos. El conjunto se construye al conectar los trozos uno con otro por medio de interfases idénticas. Muchos sistemas de tuberías se adhieren a una arquitectura modular seccional, al igual que sofás seccionales, mamparas de oficina y algunos sistemas de computadoras.

 

 

Las arquitecturas modulares de ranura son las más comunes porque, para la mayor parte de productos, cada trozo requiere una interfase diferente para acomodar interacciones únicas entre ese trozo y el resto del producto. Las arquitecturas modulares de bus y modulares seccionales son particularmente útiles para situaciones en las que el producto general debe variar mucho en configuración, pero cuyos trozos puedan interactuar en formas estándar con el resto del producto. Estas situaciones pueden aparecer cuando todos los trozos puedan usar el mismo tipo de energía, conexión de fluido, aditamento estructural o intercambios de señales.

¿Cuándo se define la arquitectura del producto?

La arquitectura de un producto surge durante el desarrollo del concepto. Esto ocurre de manera informal, en los bosquejos, diagramas funcionales y primeros prototipos de la fase de desarrollo del concepto. De ordinario, la madurez de la tecnología básica del producto determina si la arquitectura del producto se define por completo durante el desarrollo del concepto o durante el diseño a nivel del sistema. Cuando el nuevo producto es una mejora incremental del concepto de producto ya existente, entonces la arquitectura del producto se define dentro del concepto del producto. Esto es por dos razones. Primero, las tecnologías básicas y principios de trabajo del producto se definen de antemano, y por lo tanto los trabajos de diseño conceptual se enfocan generalmente en mejores formas para incluir el concepto dado. Segundo, a medida que madura la categoría de un producto, las consideraciones de la cadena de suministro (es decir, producción y distribución) y los problemas de la variedad del producto empiezan a hacerse más notorios. La arquitectura del producto es una de las decisiones de desarrollo que más repercute en la capacidad de una empresa para entregar con eficiencia una alta variedad de productos. La arquitectura, por lo tanto, se convierte en un elemento central del concepto del producto. No obstante, cuando el nuevo producto es el primero de su clase, el desarrollo del concepto está interesado generalmente en los principios básicos de trabajo y tecnología en los que estará basado el producto. En este caso, la arquitectura del producto es con frecuencia el foco inicial de la fase del diseño de desarrollo a nivel del sistema.

Implicaciones de la arquitectura

Las decisiones acerca de cómo dividir el producto en trozos y cuánta modularidad imponer en la arquitectura están estrechamente relacionadas con varios problemas de importancia para toda la empresa: cambio de producto, variedad de producto, estandarización de componentes, rendimiento del producto, facilidad de manufactura y administración del desarrollo del producto.

Cambio de producto

Los trozos son los elementos físicos de construcción del producto, pero la arquitectura del producto define la forma en que estos bloques se relacionan con la función del producto. La arquitectura, por lo tanto, define la forma en que el producto puede cambiarse. Los trozos modulares permiten hacer cambios a pocos elementos funcionales aislados del producto sin afectar necesariamente el diseño de los otros trozos.

Variedad de productos

La variedad se refiere al rango de los modelos del producto que la empresa puede producir dentro de un periodo particular en respuesta a la demanda del mercado. Los productos construidos alrededor de arquitecturas modulares del producto pueden variar más fácilmente sin agregar mucha complejidad al sistema de manufactura.

Estandarización de componentes

La estandarización de componentes es el uso del mismo componente o trozo en múltiples productos. Si un trozo activa sólo uno o pocos elementos funcionales de amplio uso, entonces se puede estandarizar y usar en productos diferentes. Esa estandarización permite a la empresa manufacturar el trozo en volúmenes más altos, lo cual no sería posible de otra manera. Esto a su vez puede llevar a menores costos y mayor calidad.

Rendimiento del producto

Definimos el rendimiento del producto por lo bien que se realizan sus funciones proyectadas. Las características típicas del rendimiento de un producto son velocidad, eficiencia, vida útil, precisión y ruido. Una arquitectura integral facilita la optimización de las características holísticas de rendimiento y de las que se activan por el tamaño, forma y masa de un producto. Esas características incluyen aceleración, consumo de energía, resistencia aerodinámica al avance, ruido y estética. Considere, por ejemplo, una motocicleta. La arquitectura de una motocicleta convencional asigna el elemento funcional estructural y de soporte a un trozo de bastidor y el elemento funcional de conversión de potencia a un trozo de transmisión.

Capacidad de manufactura

Además de las implicaciones de costo de variedad de productos y estandarización de componentes descritas líneas antes, la arquitectura del producto también afecta directamente la capacidad del grupo para diseñar los trozos que se producirán a bajo costo. Una estrategia importante de diseño para manufactura (DFM) comprende la minimización del número de piezas en un producto a través de la integración de componentes. No obstante, para mantener una determinada arquitectura, la integración de componentes físicos sólo puede ser considerada fácilmente dentro de cada uno de los trozos. La integración de componentes en varios trozos es difícil, si no imposible, y alteraría la arquitectura en una forma impresionante. Puesto que la arquitectura del producto encierra en esta forma las subsiguientes decisiones del diseño de detalles, el equipo debe considerar las implicaciones de manufactura de la arquitectura. Por esta razón, el diseño para manufactura se inicia durante la fase de diseño a nivel del sistema, cuando la disposición de los trozos se está planeando.

Gestión del desarrollo del producto

La responsabilidad para el diseño de detalles de cada trozo suele asignarse a un grupo relativamente pequeño dentro de la empresa o a un proveedor externo. Los trozos se asignan a una sola persona o grupo porque su diseño requiere de cuidadosa resolución de interacciones, geometría y otros aspectos, entre componentes dentro del trozo. Con una arquitectura modular, el grupo asignado a diseñar un trozo trabaja con interacciones funcionales conocidas y relativamente limitadas con otros trozos. Si un elemento funcional se activa por dos o más trozos, como ocurre en algunas arquitecturas integrales, el diseño de detalles requerirá de una estrecha coordinación entre grupos diferentes. Es probable que esta coordinación esté considerablemente más involucrada y sea más difícil que la coordinación limitada necesaria entre grupos que diseñen trozos diferentes en un diseño modular.