ASPECTOS ECONÓMICOS EN EL DISEÑO 

La consideración del costo tiene una función tan importante en el proceso de la decisión de diseño que fácilmente podría emplearse el mismo tiempo para estudiar el factor del costo que el dedicado para realizar el estudio de todo el tema de diseño. Aquí sólo se presentan algunos de los conceptos generales y reglas simples. Primero, tome en cuenta que no se puede decir nada en un sentido absoluto respecto de los costos. A menudo, los materiales y la mano de obra incrementan su costo de un año a otro. Pero es de esperar que los costos del procesamiento de materiales presenten una tendencia a la baja debido al empleo de máquinas herramientas automatizadas y robots industriales. El costo de fabricar un mismo producto varía de ciudad en ciudad y de una planta a otra, debido a las diferencias entre los gastos generales, mano de obra, impuestos y fletes y a las ligeras variaciones en la manufactura. 

Tamaños estándar 

La utilización de tamaños estándar o comunes es el principio fundamental de la reducción del costo. Un ingeniero que especifica una barra AISI 1020 de acero laminado en caliente de sección cuadrada de 53 mm de lado, denominada cuadrado laminado en caliente, suma un costo agregado al producto, ya que una barra estándar cuadrada de 50 o 60 mm, que tiene un tamaño preferible, funcionaría igualmente bien. La medida de 53 mm se puede obtener por medio de pedido especial, o mediante el laminado o maquinado de una barra cuadrada de 60 mm, pero estas decisiones agregan costo al producto. Para asegurar que se especifiquen tamaños estándar o recomendables, el diseñador debe tener acceso a las listas de existencia de los materiales que se emplean.

Aún es necesario un consejo adicional respecto de la selección de los tamaños recomendables. Aunque la mayor parte de los tamaños suele incluirse en los catálogos, no se dispone de todos con facilidad. Algunos tamaños se emplean rara vez, por lo que no se almacenan. Un pedido urgente de ellos puede significar más gastos y retrasos. También debe tener acceso a una lista similar a la tabla A-17, en la que se proporcionan los tamaños recomendables en pulgadas y milímetros. Hay muchas piezas comerciales, tales como motores, bombas, cojinetes y sujetadores, que son especificadas por los diseñadores. En este caso, también es necesario hacer un esfuerzo especial para especificar partes que se consigan con facilidad. Por lo general, las partes que se hacen y se venden en grandes cantidades cuestan menos que las de dimensiones poco comunes. Por ejemplo, el costo de los cojinetes de bolas, depende más de la cantidad de producción del fabricante de cojinetes, que del tamaño del cojinete.

Tolerancias amplias

Entre los efectos de las especificaciones de diseño sobre los costos, tal vez los más significativos sean los de las tolerancias. Las tolerancias de diseño influyen de muchas maneras en la factibilidad de fabricación del producto final; las tolerancias estrictas quizá necesiten pasos adicionales en el procesamiento o incluso provocan que la producción de una pieza sea económicamente impráctica. Las tolerancias cubren la variación dimensional y el intervalo de rugosidad superficial, así como la variación de propiedades mecánicas que generan el tratamiento térmico y otras operaciones de procesamiento. 

Como las partes que tienen tolerancias amplias a menudo se producen por medio de máquinas con velocidades de producción altas, los costos serán significativamente menores. Asimismo, se rechazarán menos partes en el proceso de inspección y a menudo serán más fáciles de ensamblar. En la figura 1-2 se presenta una gráfica de costo contra tolerancia del proceso de manufactura, e ilustra el drástico incremento de los costos de manufactura a medida que disminuye la tolerancia con procesos de maquinado más finos.

Puntos de equilibrio 

Algunas veces sucede que cuando se compara el costo de dos o más enfoques de diseño, la elección entre ellos depende de un conjunto de condiciones como la cantidad de producción, la velocidad en las líneas de ensamble o alguna otra condición. Así, se llega a un punto que corresponde a costos iguales, el cual se llama punto de equilibrio. 

Como ejemplo, considere una situación en la cual una cierta pieza se manufactura a la velocidad de 25 partes por hora en un torno automático o 10 partes por hora en un torno manual. Suponga también que el tiempo de preparación del torno automático es de 3 h y el costo de la mano de obra para cualquier máquina es de $20 por hora, incluyendo gastos generales. En la figura 1-3 se muestra una gráfica del costo, en función de la producción por medio de los dos métodos. El punto de equilibrio corresponde a 50 piezas. Si la producción que se desea es mayor que 50 piezas se deberá emplear la máquina automática.

Estimaciones de los costos 

Hay muchas formas de obtener las cifras de los costos relativos, de manera que se pueda hacer una comparación aproximada de dos o más diseños. En algunos casos se requiere aplicar cierto criterio. Por ejemplo, se compara el valor relativo de dos automóviles mediante su costo monetario por unidad de peso. Otra manera de comparar el costo de un diseño con otro es mediante el simple conteo del número de partes. El diseño que tenga el número menor de partes podría costar menos. Se pueden utilizar diversos estimadores de costos, según sea la aplicación, como área, volumen, potencia, par de torsión, capacidad, velocidad y diversas relaciones de desempeño.