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Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
Todos los derechos reservados Prohibida su reproduccin
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Introduccin al Diseo para la Manufactura
2013 Ricardo Meja Gu?rrez, PhD David Ros Zapata, M.Sc.
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La Universidad EAFIT, con fines de enseanza, cultura e informacin, autoriza a los estudiantes a utilizar el material que se entrega en los cursos, nica y exclusivamente para su uso privado. Por lo tanto, queda terminantemente prohibido cualquier comunicacin, transformacin, reproduccin, publicacin y/o distribucin de dicho material con fines comerciales o lucrativos, as como su modificacin, alteracin o descompilacin. Para cualquier uso distinto de los expresamente permitidos, ser necesario obtener el consentimiento por escrito del titular de los derechos de que se trate, sin que en ningn caso la falta de respuesta pueda ser considerada una autorizacin tcita. Es responsabilidad exclusiva del usuario el manejo adecuado del material aludido, por lo tanto, en caso de violacin a la presente disposicin, se har acreedor a las sanciones legales correspondientes, establecidas en la legislacin Colombiana.
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Obje?vos
Dar a conocer los conceptos bsicos del Diseo para la Manufactura (DFM) y su relacin dentro de los procesos de diseo y desarrollo de nuevos productos
Aplicacin prc1ca del Mtodo de Lucas en procesos de diseo y desarrollo de nuevos productos. (DFMA)
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Contenidos
1. Pautas del diseo para la manufactura 2. Seleccin de materiales 3. Seleccin de procesos 4. Procesos de manufactura 5. Es1macin de costos 6. Ejercicio DFMA
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Diseo para la Manufactura
El Diseo para la Manufactura (DFM) est orientado a la mejor seleccin, segn el contexto, de la pareja material y proceso.
ste se basa sobre clculos de coste y estableciendo comparaciones entre caracters1cas de componentes y costos especcos.
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Metodologa del DFM
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Pautas del DFM
Minimizar el nmero total de partes Estandarizar componentes Usar partes comunes en diferentes lneas de producto
Estandarizar caracters1cas de diseo (dimetros de agujeros, 1pos de roscas, radios de doblez, etc.)
Mantener diseos funcionales y simples Disear partes para que sean mul1funcionales
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Pautas del DFM
Disear partes que sean fciles de fabricar (sin sacricar funcionalidad)
Evitar tolerancias excesivas Minimizar las operaciones secundarias y terciarias
U1lizar las caracters1cas especiales de algunos procesos
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Reglas especcas de diseo Separar los agujeros en partes maquinadas, fundidas,
moldeadas o estampadas, de modo que se puedan obtener en una sola operacin sin debilitar la pieza
Evitar especicaciones generales en los planos, como pulir esta supercie
Las dimensiones se deben especicar desde supercies o puntos especcos de la parte, y no desde el espacio
Las dimensiones deben u1lizar el menor nmero de supercies o puntos de referencia
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Reglas especcas de diseo El diseo debe procurar el menor peso con el
cumplimiento de los requerimientos de resistencia y rigidez
Disear herramientas de uso general (a excepcin de altos volmenes de produccin)
U1lizar redondeos y chaanes generosos en piezas moldeadas, formadas y maquinadas
Tratar de realizar el mayor nmero de operaciones de fabricacin sin necesidad de reorientar la parte.
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Seleccin Material/Proceso
Antes de comenzar con el diseo, se debe tener presente la siguiente informacin desde la fase conceptual Volumen de produccin Niveles permisibles de gastos en herramientas Niveles de complejidad y categoras de forma de partes posibles
Requerimientos ambientales o de servicio Factores de apariencia o forma Factores de exac1tud o precisin
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Seleccin Material/Proceso
Considerar el uso de un proceso previo como punto de par1da para una combinacin de producto/proceso
Realizar una evaluacin econmica compara1va de procesos compe11vos cuando el producto se encuentra en etapa conceptual
En etapa conceptual, la comparacin con productos existentes de dimensiones y complejidad similar, puede ser suciente para la evaluacin de costos.
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Compa?bilidad entre procesos y materiales
(Boothroyd et Al, 2002) pp 47
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Seleccin de material
sta debe considerar: Anlisis de manufacturabilidad Que sea de acuerdo a:
Condiciones ambientales Prestaciones del producto Factores de apariencia
Se dis1nguen las siguientes metodologas: Seleccin por procesos Seleccin por 1po de material (metal, cermico, polmero, compuesto)
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Seleccin de material
(Boothroyd et Al, 2002) pp 62
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Seleccin del proceso
Factores claves en la seleccin Can1dad del producto Costos del equipo Costos del herramental Tiempos de proceso Intensidad laboral Supervisin de procesos Mantenimiento Consumo de energa Costos de material y disponibilidad
Forma y dimensiones del producto
Tolerancias Acabados superciales Manejo de materia prima Desperdicios Reciclaje
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Seleccin de proceso
Basada en la coordinacin entre atributos de la parte y las capacidades del proceso
Proceso: secuencia de diferentes procesos Generalmente es ms econmico hacer el mejor uso de las capacidades del proceso inicial de manufactura y lograr la mayor can1dad de atributos posibles
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Seleccin de proceso
Se debe considerar Muchas combinaciones de procesos y materiales no son posibles
Muchas combinaciones de procesos no son posibles Algunos procesos afectan slo un atributo de la parte, en par1cular los tratamientos trmicos y superciales
La secuencia de los procesos 1enen un orden natural de generacin de la forma, la adicin o renacin de caracters1cas a travs de la remocin de material y la mejora de las propiedades de material
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Seleccin de material
(Boothroyd et Al, 2002) pp 50-51
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Seleccin de proceso
(Boothroyd et Al, 2002) pp 52-53
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Seleccin del proceso Atributos de forma
(Boothroyd et Al, 2002) pp 54
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Seleccin del proceso Tcnico-Funcional Relacionado con la seleccin del material que a la vez delimita los procesos Debe sa1sfacer
Dimensiones, tolerancias, acabados superciales
Volumen produccin Velocidad de produccin Seguridad para le trabajador
Debe reducir Desperdicio Pasos de produccin
Debe ser exible
Econmico Anlisis de costos divididos en
1. Costos jos: capital inver1do 2. Costos variables Materiales Mano de obra/directa Herramientas especiales Herramientas y suministros de corta
duracin Servicios generales
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Tipos de proceso
Diseo para fundacin Diseo para forjado Diseo para maquinado Diseo para moldeo por inyeccin
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Es?macin de costos
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Factores del modelo de costos
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Costo de propiedad
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Costo total del producto
Desde el punto de vista del fabricante
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Costo total del prodcuto
Desde el punto de vista del propietario
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Costos indirectos Overhead or indirect costs Costos que no pueden asociarse con operaciones,
productos o proyectos par1culares y que se deben distribuir entre las unidades producidas.
Ej: salarios de gerentes y secretarias, hipotecas, seguros de salud, contabilidad, impuestos, vacaciones, etc.
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Costos de diseo y desarrollo Costo no recurrente Ej: desarrollo de PDS; diseo conceptual; adquisicin y proteccin
de propiedad intelectual; dibujos y planos; desarrollo de sonware; creacin de proto1pos; pruebas tcnicas, de usuario y ambientales y cer1cacin del producto.
Depende del desarrollo de un nuevo producto (NPD) o de un rediseo.
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Costos de manufactura Suma de: Costo recurrente de mano de obra, CL, costo recurrente
de materiales, asignacin de recursos no recurrentes, costo de capital, costo de calidad y costo de pruebas.
Costo de mano de obra, CL
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Costos de manufactura
Costo de material
Costo de asignacin de recursos Costo de capital
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Costos de manufactura
Modelacin de costos de manufactura Modelo de ujo de proceso: captura la secuencia de ac1vidades de manufactura
Modelo de costo de pertenencia: costo basado en la porcin de vida 1l del equipo u1lizado para manufacturar el producto
Modelo de costo basado en ac1vidades (ABC): ms exacto para asignar costos indirectos al producto
Modelo de costo paramtrico: u1liza la relacin es1mada de costos (CER) entre los parmetros de diseo y los costos.
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Costos escondidos
Costos que son dipciles de cuan1car y que no estn especicados en los costos de manufactura ni en los costos de propiedad.
Ej: Cambios en los precios de almacenamiento de la compaa, posicionamiento en el mercado de futuros productos, impactos en la competencia, costos asociados al uso de nuevas tecnologas o materiales e impactos ambientales, sanitarios y de seguridad que deban resolverse posteriormente.
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Diseo para la manufactura
Reduccin de costo del ensamble Seguimiento de una puntuacin
(Boothroyd & Dewhursteciencia de ensamble + 3 preguntas)
Integrar piezas Maximizar la facilidad de ensamble
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Es?macin de costos de componentes
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Cmt, Costo del material
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Coeciente de desperdicio Se u1liza cuando no se conoce el volumen del material
necesario para fabricar el componente, incluyendo el material de desperdicio.
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Pc, Costo bsico del proceso Depende de:
Costos del equipo, incluyendo la instalacin Costos de operacin (mano de obra, jornadas de trabajo, supervisin,
suministros y costos jos, etc.) Tiempos de procesamiento Costos de herramientas (compra o fabricacin) Demanda de componentes
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PC vs Produccin anual (N)
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PC vs Produccin anual (N)
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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PC vs Produccin anual (N)
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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PC vs Produccin anual (N)
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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PC vs Produccin anual (N)
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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PC, Costo bsico de proceso
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cmp, Conveniencia Material / Proceso
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cc, Complejidad geomtrica
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cc, Complejidad geomtrica
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cc, Complejidad geomtrica
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 50
Cc, Complejidad geomtrica
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cc, Complejidad geomtrica
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 52
Cc, Complejidad geomtrica
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 56
Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Cs, Seccin mnima
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Ct, Tolerancia El proceso de anlisis consiste en: Determinar los valores de tolerancia ms importantes Iden1car la banda de tolerancias en el grco Ct (de acuerdo
con el nmero de ejes o planos ortogonales, 1, 2, 3 ms, en los cuales se encuentran las tolerancias cr1cas y que no pueden obtenerse desde una sola direccin usando el proceso de manufactura)
Contar el nmero de tolerancias en la misma banda y escoger la banda ms cr1ca
Seleccionar el valor del ndice Ct apropiado de la tabla y u1lizar aquel que corresponda a la tolerancia ms cerrada
Este mismo procedimiento aplica para iden1car el ndice de acabado supercial, Cf Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 66
Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
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Todos los derechos reservados Prohibida su reproduccin
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 69
Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 70
Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
36
Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
Todos los derechos reservados Prohibida su reproduccin
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 71
Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 72
Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
37
Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
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Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 73
Ct, Tolerancia
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 74
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
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Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 75
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 76
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
39
Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
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Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 77
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 78
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
40
Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
Todos los derechos reservados Prohibida su reproduccin
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 79
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 80
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
41
Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
Todos los derechos reservados Prohibida su reproduccin
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 81
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 82
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
42
Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
Todos los derechos reservados Prohibida su reproduccin
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 83
Cf, Acabado supercial
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 84
Ejemplo 1
Anlisis de costo para tornillo de faro delantero
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
-
07/05/2013
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Meja-Gu1rrez, R., Ros-Zapata, D. Memorias del curso: Ingeniera Concurrente Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto, Universidad EAFIT. Medelln, Colombia. 2013
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Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 85
Ejemplo 2
Anlisis de costos para perno pivotante
Adaptado (Osorio-Gmez, 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 86
Ejercicio DFMA
DFA Paradero de buses. Ingeniera Concurrente 2012-2. Referencias
Profesor: San1ago Ruiz Juliana Arango Nicols Meja Simn Guerra Susana Molina Daniela Pelez
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07/05/2013
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Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 87
Ejercicio DFMA
(Arango et Al., 2012)
1. Qu hay que hacer? Realizar anlisis de ensamble (Lucas) y manufactura al producto nal. Incluir diagramas de ensamble.
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 88
Ejercicio DFMA
2. Incluir lista de partes preliminar (proceso de manufactura y acabados)
Elemento Material Observacin
Columna Acero inoxidable Cepillado
Soporte Acero inoxidable Cepillado
Soporte columna Aluminio Cepillado
Barra horizontal Acero inoxidable Cepillado
Lmina derecha Acrlico Translucido
Lmina izquierda Acrlico Translucido
Soporte techo Acero inoxidable Cepillado
Asiento Acero inoxidable Cepillado
Tablero Acrlico Translucido
Soporte tablero Acero inosidable Cepillado
(Arango et Al., 2012)
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07/05/2013
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Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 89
Ejercicio DFMA
3. rbol de ensamble
(Arango et Al., 2012)
Meja-Gu1rrez, Ros-Zapata 2013 90
Ejercicio DFMA
(Arango et Al., 2012)
Resultado. Realizar rediseo a propuesta nal segn recomendaciones del DFMA y comparar 1empos de ensamble y costos de manufactura entre ambas
propuestas