Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Proceso de diseño de ingeniería

El proceso de diseño de ingeniería se refiere a cómo los ingenieros crean y validan diseños para productos, procesos y sistemas, incluyendo sus procesos de ciclo de vida, como l...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

El proceso de diseño de ingeniería se refiere a cómo los ingenieros crean y validan diseños para productos, procesos y sistemas, incluyendo sus procesos de ciclo de vida, como la fabricación, el mantenimiento y las consideraciones al final de su vida útil, tales como el reciclaje, la remanufactura o la eliminación. Existen diversas descripciones del proceso; no hay un formato estándar único, aunque muchos aspectos son comunes a las prácticas de los ingenieros y los procesos de las empresas. Independientemente del contexto, el proceso de diseño de ingeniería es iterativo : las actividades y decisiones a menudo deben revisarse varias veces a medida que se dispone de nueva información, aunque qué se itera y cuántas veces puede variar.

Algunas formas de describir el proceso de diseño de ingeniería son como una progresión a través de pasos o etapas, como una actividad social colaborativa que involucra a muchos participantes, y como un proceso de toma de decisiones en el que se aplican las ciencias de la ingeniería, las ciencias básicas y las matemáticas para tomar una serie de decisiones de manera sistemática para cumplir con los objetivos establecidos. Debido a que el proceso de diseño de ingeniería es muy complejo y específico de cada situación, cada perspectiva individual muestra solo una parte del rompecabezas; el pensamiento moderno recomienda un enfoque pluralista que considere múltiples perspectivas para desarrollar una comprensión sólida del proceso de diseño de ingeniería. [ 1 ] Entre los elementos fundamentales del proceso de diseño se encuentran el establecimiento de objetivos y criterios, la síntesis, el análisis, la construcción, las pruebas y la evaluación. [ 2 ]

El concepto de proceso de diseño de ingeniería se distingue de los conceptos de método de ingeniería y mentalidad de ingeniería. El proceso se refiere a cómo se desarrolla o debería desarrollarse el trabajo de ingeniería a lo largo del tiempo, en una serie de etapas o en un conjunto de actividades. Los términos relacionados de método de ingeniería y mentalidad de ingeniería se refieren al enfoque sistemático más general que los ingenieros utilizan para abordar problemas. Así, por ejemplo, el método y la mentalidad de ingeniería pueden utilizarse para abordar problemas complejos tanto en el ámbito empresarial como en la propia ingeniería.

Etapas comunes

El proceso de diseño de ingeniería se articula en una amplia variedad de modelos que utilizan diferentes marcos conceptuales. La terminología empleada puede presentar distintos grados de solapamiento, lo que influye en qué pasos se describen explícitamente o se consideran de "alto nivel" o subordinados en cada modelo. Esto, por supuesto, se aplica también a cualquier ejemplo de pasos o secuencias que se presenten aquí.

Un modelo de ejemplo del proceso de diseño de ingeniería describe las siguientes etapas: investigación, conceptualización, evaluación de viabilidad, establecimiento de requisitos de diseño, diseño preliminar, diseño detallado, planificación de la producción y diseño de herramientas, y producción . [ 3 ] Otros, señalando que "diferentes autores (tanto en la literatura de investigación como en los libros de texto) definen distintas fases del proceso de diseño con diversas actividades dentro de ellas", han sugerido modelos más simplificados/generalizados, como la definición del problema, el diseño conceptual , el diseño preliminar, el diseño detallado y la comunicación del diseño . [ 4 ] Otro resumen del proceso, procedente de la literatura europea sobre diseño de ingeniería, incluye la clarificación de la tarea, el diseño conceptual, el diseño de la materialización y el diseño detallado . [ 5 ] (NOTA: En estos ejemplos, otros aspectos clave, como la evaluación del concepto y la creación de prototipos, son subconjuntos o extensiones de uno o más de los pasos enumerados).

Investigación

Varias etapas del proceso de diseño (e incluso anteriores) pueden implicar una cantidad significativa de tiempo dedicado a la búsqueda de información e investigación . [ 6 ] Se debe prestar atención a la literatura aplicable existente, los problemas y éxitos asociados con las soluciones existentes, los costos y las necesidades del mercado. [ 6 ]

La fuente de información debe ser pertinente. La ingeniería inversa puede ser una técnica eficaz si existen otras soluciones disponibles en el mercado. [ 6 ] Otras fuentes de información incluyen Internet, bibliotecas locales , documentos gubernamentales disponibles, organizaciones personales, revistas especializadas , catálogos de proveedores y expertos individuales . [ 6 ]

Requisitos de diseño

Establecer los requisitos de diseño y realizar el análisis de requisitos , a veces denominado definición del problema (o considerado una actividad relacionada), es uno de los elementos más importantes del proceso de diseño [ 7 ] en ciertas industrias, y esta tarea a menudo se realiza al mismo tiempo que un análisis de viabilidad. Los requisitos de diseño controlan el diseño del producto o proceso que se está desarrollando, a lo largo de todo el proceso de diseño de ingeniería. Estos incluyen aspectos básicos como las funciones, los atributos y las especificaciones , determinados después de evaluar las necesidades del usuario. Algunos requisitos de diseño incluyen parámetros de hardware y software, mantenibilidad , disponibilidad y capacidad de prueba . [ 3 ]

Factibilidad

En algunos casos, se realiza un estudio de factibilidad, tras el cual se elaboran cronogramas, planes de recursos y estimaciones para la siguiente fase. El estudio de factibilidad evalúa y analiza el potencial de un proyecto propuesto para respaldar el proceso de toma de decisiones . Describe y analiza alternativas o métodos para lograr el resultado deseado. El estudio de factibilidad ayuda a delimitar el alcance del proyecto para identificar el mejor escenario. Posteriormente, se genera un informe de factibilidad y se realiza una revisión posterior al estudio.

El objetivo de un estudio de viabilidad es determinar si el proyecto del ingeniero puede pasar a la fase de diseño . Esto se basa en dos criterios: el proyecto debe basarse en una idea viable y debe ajustarse a las limitaciones de costos . Es importante contar con ingenieros con experiencia y buen criterio para participar en esta parte del estudio de viabilidad. [ 3 ]

Generación de conceptos

Un estudio de concepto ( conceptualización , diseño conceptual ) suele ser una fase de la planificación de un proyecto que incluye la generación de ideas y la consideración de las ventajas y desventajas de su implementación. Esta etapa se realiza para minimizar la probabilidad de errores, gestionar los costes, evaluar los riesgos y valorar el éxito potencial del proyecto. En cualquier caso, una vez definido un problema de ingeniería, deben identificarse posibles soluciones. Estas soluciones pueden encontrarse mediante la ideación , el proceso mental por el cual se generan ideas. De hecho, este paso se denomina a menudo Ideación o «Generación de Conceptos». A continuación se presentan algunas técnicas ampliamente utilizadas: [ 3 ]

  • Palabra clave: se menciona una palabra o frase relacionada con el tema en cuestión, y se evocan palabras y frases posteriores.
  • Análisis morfológico : las características de diseño independientes se enumeran en una tabla, y se proponen diferentes soluciones de ingeniería para cada una. Normalmente, la tabla morfológica va acompañada de un boceto preliminar y un breve informe.
  • Sinéctica : el ingeniero se imagina a sí mismo como el objeto y se pregunta: "¿Qué haría yo si fuera el sistema?". Este método de pensamiento poco convencional puede encontrar una solución al problema en cuestión. El aspecto vital de la etapa de conceptualización es la síntesis. La síntesis es el proceso de tomar los elementos del concepto y organizarlos de la manera adecuada. El proceso creativo de síntesis está presente en todo diseño.
  • Lluvia de ideas : este método popular consiste en pensar en diferentes ideas, normalmente como parte de un pequeño grupo, y adoptar estas ideas de alguna forma como solución al problema.

Posteriormente, las diversas ideas generadas deben someterse a una etapa de evaluación conceptual , que utiliza diversas herramientas para comparar y contrastar las fortalezas y debilidades relativas de las posibles alternativas.

Diseño preliminar

El diseño preliminar, o diseño de alto nivel (también llamado FEED o diseño básico), suele cerrar la brecha entre la concepción del diseño y el diseño detallado, especialmente en casos donde el nivel de conceptualización alcanzado durante la ideación no es suficiente para una evaluación completa. En esta tarea, se define la configuración general del sistema, y ​​los esquemas , diagramas y diseños del proyecto pueden proporcionar una configuración inicial del mismo. (Esto varía notablemente según el campo, la industria y el producto). Durante el diseño detallado y la optimización, los parámetros de la pieza que se está creando cambiarán, pero el diseño preliminar se centra en crear el marco general sobre el cual construir el proyecto. [ 3 ]

S. Blanchard y J. Fabrycky lo describen así: “Los ‘qués’ que dan origen al diseño conceptual generan ‘cómos’ a partir del esfuerzo de evaluación del diseño conceptual aplicado a conceptos de diseño conceptual factibles. A continuación, los ‘cómos’ se incorporan al diseño preliminar mediante los requisitos asignados. Allí se convierten en ‘qués’ e impulsan el diseño preliminar para abordar los ‘cómos’ en este nivel inferior”.

Diseño detallado

Tras la fase FEED, se inicia la fase de Diseño Detallado (Ingeniería Detallada), que puede incluir la adquisición de materiales. Esta fase profundiza en cada aspecto del proyecto/producto mediante una descripción completa a través de modelado sólido , planos y especificaciones .

Los programas de diseño asistido por computadora (CAD) han hecho más eficiente la fase de diseño detallado. Por ejemplo, un programa CAD puede optimizar el proceso para reducir el volumen sin comprometer la calidad de la pieza. También puede calcular la tensión y el desplazamiento mediante el método de elementos finitos para determinar las tensiones en toda la pieza. [ 8 ]

Planificación de la producción

La planificación de la producción y el diseño de herramientas consisten en planificar cómo producir en masa el producto y qué herramientas se deben utilizar en el proceso de fabricación . Las tareas a completar en esta etapa incluyen la selección de materiales, la selección de los procesos de producción, la determinación de la secuencia de operaciones y la selección de herramientas como plantillas, dispositivos de fijación, herramientas de corte de metal y herramientas de conformado de metal o plástico. Esta tarea también implica iteraciones adicionales de prueba de prototipos para garantizar que la versión producida en masa cumpla con los estándares de pruebas de calificación . [ 3 ]

Comparación con el método científico

El proceso de diseño de ingeniería guarda cierta similitud con el método científico . [ 9 ] Ambos procesos parten del conocimiento existente y se vuelven gradualmente más específicos en la búsqueda de conocimiento (en el caso de la ciencia "pura" o básica) o de una solución (en el caso de la ciencia "aplicada", como la ingeniería). La diferencia clave entre el proceso de ingeniería y el proceso científico radica en que el proceso de ingeniería se centra en la aplicación del pensamiento sistemático para aprovechar la tecnología al servicio de las necesidades humanas. El proceso científico, en cambio, enfatiza la explicación, la predicción y el descubrimiento . Los descubrimientos científicos pueden utilizarse posteriormente en soluciones de ingeniería.

programas de grado

El proceso de diseño de ingeniería y los métodos asociados se enseñan en universidades de todo el mundo, incluidas (pero no limitadas a) aquellas con programas de ingeniería acreditados por ABET o el Acuerdo de Washington.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Wynn, DC y Clarkson, PJ (2023). El proceso de diseño y desarrollo: perspectivas, enfoques y modelos. Cham, Suiza: Springer. DOI 10.1007/978-3-031-38168-3
  2. ↑ "Criterios para la acreditación de programas de ingeniería, 2019-2020" . ABET . Archivado del original el 16 de octubre de 2019. Consultado el 15 de septiembre de 2019 .
  3. 1 2 3 4 5 6 Ertas, A. y Jones, J. (1996). El proceso de diseño de ingeniería. 2.ª ed. Nueva York, NY, John Wiley & Sons, Inc.
  4. ↑ Dym, CL y Little, P. (2009). Diseño de ingeniería. Nueva York, NY, John Wiley & Sons, Inc.
  5. ↑ Pahl, G. y Beitz, W. (1988). Diseño de ingeniería: un enfoque sistemático. Londres, Reino Unido, The Design Council.
  6. 1 2 3 4 A. Eide, R. Jenison, L. Mashaw, L. Northup. Ingeniería: Fundamentos y resolución de problemas. Ciudad de Nueva York: McGraw-Hill Companies Inc., 2002
  7. ↑ Ralph, P., y Wand, Y. Una propuesta para una definición formal del concepto de diseño. En Lyytinen, K., Loucopoulos, P., Mylopoulos, J. y Robinson, W. (eds.), Ingeniería de requisitos de diseño: una perspectiva de diez años: Springer-Verlag, 2009, pp. 103–136.
  8. ↑ Widas, P. (1997, 9 de abril). Introducción al análisis de elementos finitos. Recuperado de "Introducción al análisis de elementos finitos" . Archivado del original el 14 de mayo de 2011. Recuperado el 23 de noviembre de 2010 .
  9. ↑ Dieter, George; Schmidt, Linda (2007). Diseño de ingeniería . McGraw-Hill. pág. 9. ISBN  978-0-07-283703-2.
  • "Criterios para la acreditación de programas de ingeniería, Comisión de Acreditación de Ingeniería" (PDF) . ABET.
  • Ullman, David G. (2009) El proceso de diseño mecánico, McGraw Hill, 4.ª edición, ISBN 978-0072975741
  • Eggert, Rudolph J. (2010) Diseño de ingeniería, Segunda edición, High Peak Press, Meridian, Idaho, ISBN 978-0131433588