(Cajas Negras, Lectura)

Lo Funcional

Anlisis de Objetos o Artefactos

Cajas Negras, Estructuras

Funcionales

SAR

o Un artefacto puede verse como una caja negra capaz de transformar unas entradas determinadas en unas salidas deseadas (y tambin indeseadas).

o Esto significa que nos interesa, en trminos globales, QU es lo que hace el producto y NO el CMO lo hace.

o Las entradas y salidas de la caja negra reciben el nombre de flujos.

La caja negra:

FuncinPrincipal

E

M

S

E

M

S

Flujos

Artefacto

FuncinPrincipal

E

M

S

E

M

S

FuncinPrincipal

E

M

S

E

M

S

Flujos

Artefacto

Caja Negra:

Modelo o Representacin de un Objeto o artefacto en el cual es posible

distinguir:

Salidas: Flujos de materia, energa o Seales que salen del objeto y que constituyen los producidos

objeto de l.

Entradas: Flujos de materia, energa o seal que entran al objeto y que constituyen los recursos

necesarios para el funcionamiento de l.

Funcin principal: Relacin general de accin, descrita en abstracto, entre las magnitudes de entrada, de

salida y de estado de un objeto, necesaria para realizar una tarea. Se enuncia, por lo

general, empleando un verbo de accin (n infinitivo) + un sustantivo que identifica el flujo

afectado o puede ser una frase con un solo verbo

Representacin Funcional de

Objetos y/o Artefactos:

Debe hacerse sobre un producto especfico (ej.

sacacorchos Imusa referencia SC-22)

Debe hacerse sobre un punto especifico en el

Ciclo de Vida* del producto (normalmente en el

uso del producto)

Se hace desde el punto de vista del producto,

no del posible uso que se le puede dar.

Condiciones para realizar un

Anlisis y Caja Negra:

*Ciclo de vida del producto:

Son todas las etapas por la cuales pasa el

producto, desde su diseo hasta su disposicin

final.

Diseo Fabricacin Distribucin Venta

Preparacin para el uso

Uso o utilizacin

Mantenimiento Reciclaje u

otro

Condiciones para realizar un

Anlisis y Caja Negra:


Objetos y/o Artefactos: Caja Negra:

Recomendacin para su elaboracin:

1. Identificar el Flujo principal de Salida, (es aquel que no se puede cambiar pues cambiara el "sistema"),

2. Identificar los flujos de Entrada, (Lo que se requiere, lo que se toma o se le suministra al sistema),

3. Definir la Funcin Principal, (lo que se espera que haga o lo que debe hacer el objeto o artefacto; que

tiene que hacer, en trminos generales, para convertir

las entradas en salidas),

4. Completar los flujos de salida y entrada, (aquellos que no son tan obvios).


Objetos y/o Artefactos: Caja Negra:

Recomendacin para su

elaboracin:

Dibujar un esquema del objeto dentro de la

Caja Negra o como

Caja Negra, esto

facilita la identificacin

de los flujos

Generalidades

Representacin de caja negra:

Funcin

Principal Materia 1 Materia 2

Energa 1 Energa 2

Seal 1 Seal 2

Representacin general de los objetos o

artefactos:

Caja Negra:

Un ejemplo tpico es el del Telfono Publico:

Imagen tal como aparece en: macedanos.blogspot.com/2007/06/desaparicin-de...

Anlisis Funcional:

Caja Negra:

Voz,

Seales

Informacin, Monedas,

Peso,

.

Energa Elctrica,

Seales,

informacin, Fuerzas de sujecin,

Monedas,

Voz,

.

http://officeimg.vo.msecnd.net/en-

us/images/MH900232794.jpg

Anlisis Funcional:

Caja Negra:

Funcin Principal:

TRANSFORMAR

SEALES

Voz,

Seales


Peso,

.

Energa Elctrica,

Seales,


Monedas,

Voz,

.

Entendiendo los sistemas Tcnicos

PRODUCTO:

Secador de pelo Oster

modelo 80377-04 con las

siguientes

caractersticas:

Potencia: 1600 W

Tres velocidades

Botn de aire fro

instantneo

Filtro removible

Concentrado removible

Sistema de seguridad anti-

shock

La Caja Negra * (Relacin General entre las Entradas y las Salidas)

Secador de Pelo

Caja Negra

*Permite Identificar el Flujo y la Funcin Principales

Representacin

Esquemtica

Impulsar aire

caliente o frio en

determinada

direccin

La Caja Negra Consideraciones para su presentacin.

NOTA: Cuando los artefactos u objetos han sido desarrollados para el procesamiento de un flujo en

particular y sus posibilidades de uso requieren de

dicho flujo, lo mas conveniente es desarrollar una

caja negra inicial considerando dicho flujo particular.

Si despus se establece que dicho flujo puede ser

remplazado por otro o que al objeto se le puede dar

un uso diferente funcionando como se espera, se

puede generalizar la Funcin Principal y

probablemente excluir dicho flujo

Direccionar

Fuerza

Amplificada

Materia

Fuerza

Humana Movimiento

Empuje

Materia

Fraccionada

Representacin de caja negra

(Cortador de papas)

Representacin de caja negra (Exprimidor de Naranjas)

Jugo del resto

de componentes

de la naranja

Otros ejemplos

de lo mismo

Generalidades

Representacin de caja negra (destornillador elctrico)

Disponer Torque

y RPM.

Generalidades

Representacin de caja negra (proyector de acetatos)

Proyectar

Sistemas Tecnolgicos:

Representacin como Sistema:

Representacin grfica igual a la caja negra ms la Retroalimentacin.

Se identifica el Control y Tipo de Control, las Variables de Retroalimentacin y las principales

Decisiones que debe tomar dicho control.

Representacin como sistema:

En el ejemplo del Telfono Publico:

Sistemas Tecnolgicos:

(http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/Colecciones/Colibri/arte1/imgs/42b.jpgp:/)

Funcin Principal:

TRANSFORMAR

SEALES

Voz,

Seales


Peso,

.

Energa Elctrica,

Seales,


Monedas,

Voz,

.

Variables de Retroalimentacin: Seales

sonoras, posicin de algunos elementos,

devolucin de la (s) moneda (s),

Decisiones: Colgar, Hablar, Esperar, Re-

marcar, echar mas monedas, golpear... Control

Manual

o Para el caso del secador de pelo, la representacin de dicho sistema podra ser:

(Pahl & Beitz, 2005) / Sar http://officeimg.vo.msecnd.net/en-us/images/MH900352736.jpg ;

http://officeimg.vo.msecnd.net/en-us/images/MH900351632.jpg

El Sistema

Tecnolgico

SEPARAR

aire Aire caliente

Ruido

On / off

Intensidad

F.H.

E.E.

Humedad

Pelo seco

Calor

Pelo hmedo

SEPARAR

aire Aire caliente

Ruido

On / off

Intensidad

F.H.

E.E.

Humedad

Pelo seco

Calor

Pelo hmedo

Control

Manual

Clasificacin de los Sistemas Tecnolgicos:

o De acuerdo con el flujo principal que transforman o manejan, los Sistemas Tecnolgicos se pueden clasificarse como:

o Mquinas (Energa), mecnica, trmica, elctrica, qumica, tambin: Fuerzas, corriente, calor

o Aparatos (Materia) gas, lquido, slidotambin polvo, materia prima, componentes, piezas de trabajo, personas, etc..

o Instrumentos o Equipos (Seales e/o informacin) magnitud, color, datos, ruido, ordenes, luces, olores, etc..

========= 0 ========

o Ejercicio: Ejercico CNs y Clasific ST.pptx

(Pahl & Beitz, 2005) / Sar

Sistemas

Tecnolgicos:

DESCOMPOSICIN

FUNCIONAL

Generalidades

Palh & Beitz, 2005

Dividir cada problema en tantas pequeas partes como fuese posible y necesario para resolverlo mejor.

Descartes 1637

Descomposicin funcional:

Modelo de

relaciones

(Pahl& Beitz)

Relaciones

funcionales:

Concepto de

Sistema Subsistema

La estructura funcional

Definicin

Modelo o representacin de un sistema tcnico en el cual:

Se describe el orden interno (estructura o relaciones Lgicas) de

un artefacto.

Dicho orden se expresa trminos de las funciones y sus

relaciones a travs de los flujos de Materia, Energa y Seal.

El arreglo resultante permite que se cumpla la funcin principal

del artefacto.

Descomposicin funcional:

Descomposicin Funcional

Anlisis de Objetos,

Artefactos o Sistemas

Tecnolgicos Existentes:

Tiene como fin entender el

funcionamiento del objeto en

si y determinar el porque de

la presencia de los

diferentes componentes para

la realizacin de la funcin

principal de dicho objeto, (descubrir la funcin que

desempea cada parte dentro del

sistema u objeto).

Diseo de Sistemas

Tecnolgicos Nuevos:

Tiene como finalidad

identificar las relaciones

lgicas entre flujos y

funciones de modo que se

puedan ilustrar los

procesos que ocurren

dentro del sistema y que

garantizan el cumplimiento

de la Funcin Principal.

Nuevos Sistemas Tecnolgicos

Ejercicio, Anlisis de Funciones

Conseguir un objeto o artefacto que se pueda

desensamblar, preferiblemente de accionamiento

y control manual, que tenga al menos 7

componentes o partes. (conseguir 2 o 3 para seleccionar uno).

Traer para la prxima clase, dicho objeto con las

herramientas requeridas para su desensamble y

re-ensamble.

NO PUEDE SER:

Portaminas, Linterna de pilas, Navaja, Juguete, cafetera, secador de pelo, destornillador elctrico,

sacacorchos...

Ejemplo tipo 1:

Cafetera de Pistn:

1-Caja Negra?

(Tablero)

Cafetera

de Pistn:

2- Identificacin de

Componentes:

Cafetera

de Pistn:

3- Identificacin de

varias Funciones por

componente, mnimo,

tres para cada uno:

(ver cuadro de funciones siguiente:)

Clases de funcin, Funciones

bsicas y sinnimos (Otto & Kristin, Product Design, 2001)

Clase Funcin bsica

Clase de flujo restringido

Sinnimos

Canal, cause o conductos

Importar Entrar,

recibir, permitir,captar

Exportar Descargar, Expulsar,

Disponer, Eliminar

Transferir

Transportar materia

Levantar, mover

Transmitir energa

Conducir, transmitir

Guiar

Trasladar Dirigir, enderezar, conducir

Rotar Girar, voltear

Permitir grados de libertad

Restringir, desbloquear



Clase Funcin bsica


Sinnimos

Soportar

Parar Aislar, proteger, evitar,

escudar, inhibir, tapar

Estabilizar afirmar

Asegurar Bloquear, fijar, sujetar,

mantener, sostener

Posicionar Orientar, alinear,

localizar

Conectar

Acoplar Ensamblar, unir,

adjuntar

Mezclar Combinar, adicionar,

empacar, juntar

Bifurcar

Separar

Cambiar, dividir, liberar, despegar, desconectar, desensamblar, sustraer

Remover materia

Cortar, pulir, lijar, perforar, tornear

Refinar Purificar, colar, filtrar,

limpiar

Distribuir Divergir, dispersar,

difuminar, vaciar

Disipar Absorber, humedecer,

resistir, difuminar



Clase Funcin bsica


Sinnimos

Proveer

Almacenar Contener, colectar,

reservar, capturar

Distribuir Llenar, reponer,

exponer, proveer

extraer

Controlar Magnitud

Accionar Empezar, iniciar

Regular

Controlar, permitir, evitar, habilitar/deshabilitar, limitar, interrumpir

Cambiar

Incrementar, disminuir, amplificar, reducir, aumentar, normalizar, multiplicar, nivelar, rectificar, ajustar

Formar Compactar, aplastar,

formar, comprimir, agujerear



Clase Funcin bsica


Sinnimos

Convertir Convertir

Transformar, licuar, solidificar, evaporar, condensar, integrar, procesar, diferenciar

Sealizar

Censar Percibir, reconocer,

discernir, chequear, localizar

Indicar Marcar

Mostrar

Medir Calcular

Cafetera

de Pistn:

4- Identificacin de las

funciones especificas de

cada componente en

funcin del objeto:

5- Trazado de un

esquema de flujo, Lnea

de flujo o Estructura

Funcional Simple para el

flujo principal (leer los

flujos a travs de los

componentes):

Cafetera

de Pistn:

6- Estructura Funcional

con flujos secundarios o

complementarios:

Cafetera

de Pistn:

En resumen:

Se construye la

Estructura Funcional a

partir de la identificacin

de las Funciones

Particulares de cada

componente que aportan

al desarrollo de la

funcin principal del

objeto, artefacto o

sistema tecnolgico y los

flujos afectados por

ellos.

Ejemplo Tipo 2:

Secador de Pelo

Caja Negra:

Representacin

Esquemtica

Impulsar aire caliente

o frio en determinada

direccin

Desensambles e

Identificacin de Partes

No Descripcin 1 Carcaza inferior

2 Rejilla Trasera

3 Filtro del Aire

4 Ensamble Ventilador

5 Soporte

6 Ensamble Resistencias

7 Aislante

8 Rejilla delantera

9 Concentrador

10 Switch aire fro

11 Selector

12 Empaque cable

13 Cable

14 Botn selector

15 Botn aire fro

16 Carcaza superior

1

2 3 4

11

12

5 6 7 8 9

10

13

14

15

16

Sub-Ensambles 4 y 6:

4.1

4.2

4.3

5

6.1 6.2

6.3 6.4

6.6

6.5

No Descripcin

4.1 Hlice

4.2 Motor D.C.

4.3 Deflectores

No Descripcin

6.1 Resistencia 1

6.2 Bimetlico

6.3 Resistencia 2

No Descripcin

6.4 Resistencia 3

6.5 Soporte resistencias

6.6 Puente de diodos

Ejemplo:

Secador

Hacer la descripcin funcional a travs de los

componentes en el secador.

Vincular los flujos con los componentes y su funcin

principal.

Leer la transformacin de los flujos a travs de los

componentes del Objeto

Comp. 1

Fn. 1

Comp. 2

Fn. 2

Comp. 3

Fn. 3

Comp. n

Fn. n

Partes

No Descripcin 1 Carcaza inferior

2 Rejilla Trasera

3 Filtro del Aire

4 Ensamble Ventilador

5 Soporte

6 Ensamble Resistencias

7 Aislante

8 Rejilla delantera

9 Concentrador

10 Switch aire fro

11 Selector

12 Empaque cable

13 Cable

14 Botn selector

15 Botn aire fro

16 Carcaza superior

Desarrollar las lneas de flujo en el tablero

1

2 3 4

11

12

5 6 7 8 9

10

13

14

15

16

La estructura funcional (1)

Mtodo de descomposicin funcional (ver Pahl & Beitz, Hubka & Eder, Cross, Ulrich & Eppinger, Roozenburg, Stone).

Pueden hacerse estructuras funcionales de Anlisis o de Sntesis.

Procedimiento:

1. Desarrollar cadenas funcionales para cada uno de los flujos identificados en la caja negra.

2. Identificar funciones comunes entre cadenas.

3. Ensamblar las cadenas desarrolladas en una nica estructura funcional

4. Validar la estructura revisando (i) el cumplimiento de los principios de conservacin, (ii) la correspondencia con la C.N. y (iii) las funciones se enuncian a partir de lo que el artefacto le hace al flujo.

Funcin Principal

E

M

S

E

M

S

Proceso de elaboracin (Sugerencia)

1) Identificar los flujos y relacionarlos con los

requerimientos de los usuarios

2) Generar el modelo de caja negra del producto

3) Generar las cadenas funcionales de cada flujo que

entra al sistema

4) Integrar las cadenas funcionales derivadas en una

nica estructura funcional

5) Validar la estructura funcional

La estructura funcional (2)

Estructura Funcional

Caso Secador de Pelo:

Finalizar Transmisin

Fpg a BC

Importar BC

Fuerza Penetracin/Giro (Fpg)

Botella + Corcho

Botella Corchada (BC)

Fpg

Posicionar BC vs

Sacacorcho

Penetrar Corcho

Integrar F a BC

Extraer Corcho

Finalizar Transmisin

Fe a BC

Botella Descorchada

Fuerza Extraccin (Fe)

Fe

Botella Corcho

Fuerza RXN (Fpg)

Estructura Funcional Sacacorchos

Aplicar Fe Importar Amplificar Conducir

Fuerza RXN (Fe)

Sujetar Corcho

Finalizar Transmisin Fpg a BC

Importar BC

Fuerza Penetracin/Giro (Fpg)

Botella + Corcho

Botella Corchada (BC)

Fpg

Posicionar BC vs

Sacacorcho

Penetrar Corcho

Integrar F a BC

Extraer Corcho

Finalizar Transmisin Fe a BC

Botella descorchada

Fuerza Extraccin (Fe)

Fe

Botella Corcho Fuerza RXN Fpg

Estructura Funcional Sacacorchos

Entrar Fe Importar Amplificar Conducir

Fuerza RXN Fe

Presentacin del producto

PRODUCTO:

Cafetera Windmere modelo C250 de 10

tazas con las siguientes caractersticas:

o Filtro permanente de malla de nylon

o Depsito de agua con tapa que se abre

hacia arriba

o Interruptor iluminado de encendido y

apagado

o Plato para calentar

o Depsito con indicadores de nivel de agua

o Jarra de cristal templado

o Base antideslizante

Caso de estudio: La Cafetera*

* NOTA: Objeto Diseado, fabricado y ofrecido para preparar bebida caliente de caf.

Modelo de Caja Negra

CalorEnerga Elctrica

Caf molido

Agua fra

ON-OFF

Caf caliente almacenado

Ripio de caf almacenado

Vapor de agua

Fuerza Humana Aroma

Ruido

Seal luminosa ON-OFF

SEPARAR

Caso de estudio: Cafetera

Generar Infusin

Caso de estudio: La Cafetera

Cadena (Lnea) Funcional del caf

Calor

Caf molido

AromaImportar Almacenar Integrar Separar

Almacenar

Agua caliente + vapor

Ripio de caf


Conducir Almacenar Integrar


Vapor de agua


Cadena funcional del agua

Ruido


Importar Conducir

Almacenar

Agua FraAlmacenar Separar

Nivel de agua

Conducir

Integrar

Calor


Cadena funcional de la energa elctrica

Seal luminosa ON-OFFIntegrar Transformar

Importar SepararEnerga Elctrica

Conducir Permitir Permitir

Conducir

Transformar Separar Separar

Nivel de Temperatura

Disminuir Calor (prdidas)

Seal de ON-OFF para activar el flujo de E.E.

Calor (para el agua)

Calor (para el caf)

Seal de ON-OFF para activar la seal luminosa


Cadena funcional de la fuerza humana y de las

Seales de ON-OFF

Seal de ON-OFF para permitir el flujo de E.E

Importar Integrar SepararFuerza Humana

Importar ConducirON-OFF

Seal de ON-OFF para activar la seal luminosa


Calor

Caf molido

Aroma

Ruido

Seal luminosa ON-OFF

Importar Almacenar Integrar Separar

Almacenar


Ripio de caf


Conducir Almacenar Integrar

Importar Conducir

Almacenar

Integrar


Agua FraAlmacenar Separar

Nivel de agua

Conducir

Integrar

Transformar

Importar SepararEnerga Elctrica

Conducir Permitir Permitir

Conducir

Transformar Separar Separar

Nivel de Temperatura

Disminuir Calor

Importar Integrar SepararFuerza Humana

Importar ConducirON-OFF


Vapor de agua

Estructura Funcional:

Caso Destornillador elctrico

TDC Aplicacin de la base funcional

Taxonoma de funciones de Pahl & Beitz

Engineering Design and Product Development

Department of Management Engineering

Departamento de Ingeniera de Diseo de Producto

Escuela de Ingeniera Dr. John Restrepo, Ph.D. [email protected]

Ing. Jos F. Martnez, M.Sc. [email protected]


Caso de estudio: la cafetera

Funciones abstractas:

Importar

Almacenar

Integrar

Separar

Conducir

Permitir

Disminuir



Estructura Funcional (cortador de papas)








Representacin de caja negra (cortador de papas)








Estructura Funcional (cortador de papas)







Ejercicio de Anlisis Funcional

..\Re Ingia de Fns\EJERCICIO SOBRE

FUNCIONES.doc

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