Filosofia Del Diseño De Ingenieria

Conceptualización del diseño

Definición y propósito

Diseño: es la formulación de un plan, esquema o método para trasladar una necesidad o un dispositivo que funcionando satisfactoriamente cubra una necesidad original.

Diseñar: es formular un plan para satisfacer una necesidad

Propósito: es el de satisfacer una necesidad particular que la civilización moderna requiere. Aprovechando los recursos naturales necesarios para el hombre.

Filosofía y disciplina

Todo problema de diseño siempre está sujeto a determinadas restricciones para su resolución.

Un problema de diseño no es un problema hipotético en absoluto. Todo diseño tiene un propósito concreto: la obtención de un resultado final al que se llega mediante una acción determinada o por la creación de algo que tiene realidad física. En ingeniería, el termino diseño puede tener diferentes significados para distintas personas. Algunos consideran al diseñador como el técnico que dibuja en todos sus detalles un engrane, un embrague u otros elementos de una máquina. Otros creen que el diseño es la creación de un sistema complejo, como una red de comunicaciones. En algunas ramas de la ingeniería el término diseño ha sido sustituido por denominaciones como ingeniería de sistemas o aplicación de la teoría de las decisiones. Pero no importa que palabras se usen para describir la función de diseñar; en ingeniería es también el proceso en el que se utilizan principios científicos y métodos técnicos (matemáticos, computación, electrónica, métodos gráficos y lenguaje común) para llevar a cabo un plan que satisfaga cierta necesidad o demanda.

El diseño mecánico es el diseño de objetos y sistemas de naturaleza mecánica: máquinas, aparatos, estructuras, dispositivos e instrumentos. En su mayor parte, el diseño mecánico hace uso de las matemáticas, las ciencias de los materiales y la ciencia mecánica aplicada.

El diseño de ingeniería mecánica incluye el diseño mecánico, pero es un estudio de mayor amplitud que abarca todas las disciplinas de la ingeniería mecánica incluso las ciencias térmicas y de los fluidos. Aparte de las ciencias fundamentales que se requiere, las bases del diseño en ingeniería mecánica son las mismas que las del diseño mecánico.

Características que debe desarrollar el diseñador

Los diseñadores utilizan gran variedad de conocimientos y destrezas en su trabajo cotidiano. El diseñador debe tener conocimientos sobre diversas tecnologías que les servirán como apoyo, entre las que se incluyen las siguientes:

Dibujo técnico y diseño asistido por computadora

Propiedades de los materiales

Procesos de fabricación o manufactura

Estática, dinámica y resistencia de materiales

Cinética y mecanismos

Los diseñadores también se basan en el conocimiento de mecánica de fluidos, termodinámica, controles eléctricos y procesos químicos. A veces la resistencia de un elemento en un sistema es muy importante para determinar la configuración geométrica y las dimensiones que tendrá dicho elemento. En tal caso se dice que la resistencia es un factor importante de diseño. Cuando se usa la expresión “consideración de diseño” se está refiriendo a una característica que influye en el diseño de un elemento o, quizá, en todo el sistema. Generalmente se tiene que tomar en cuenta estos factores en un caso de diseño determinado. Algunos de los más importantes son:

Resistencia, confiabilidad, propiedades térmicas, corrosión y desgaste.

Algunos de estos factores se refieren directamente a las dimensiones, al material, al procesamiento o procesos de fabricación, o bien a la unión o ensamble de los elementos del sistema. Otros se relacionan con la configuración total del sistema.

Fases del diseño

Reconocimiento de la necesidad. El diseño comienza cuando un ingeniero se da cuenta de una necesidad y decide hacer algo al respecto. Identificar la necesidad y expresarla con determinado número de palabras es una actividad bastante creativa, pues la necesidad puede manifestarse simplemente como un vago descontento o bien por la intuición de una dificultad o en la sensación de algo no es correcto, Con frecuencia, la necesidad no es de todo evidente; por lo general, se identifica de repente a partir de una circunstancia adversa o de una serie de circunstancias fortuitas que surgen casi al mismo tiempo.

Definición del problema. Debe abarcar todas las condiciones para el objeto que ha de ser diseñado. Las condiciones o especificaciones son las cantidades de entrada y salida, las características y dimensiones del espacio que deberá ocupar el objeto, todas las limitaciones a estas cantidades. Se puede considerar el objeto a diseñar como algo colocado en una “caja negra”. En este caso se debe especificar lo que entra y lo que sale de dicha caja, junto con sus características y sus limitaciones, las especificaciones definen el costo, la cantidad de piezas a fabricar, la duración esperada, el intervalo o variedad de capacidades, la temperatura de trabajo y la confiabilidad.

Síntesis. Una vez que se ha definido el problema y obtenido el conjunto de especificaciones implícitas formuladas por escrito, el siguiente paso es el diseño, es la síntesis de una solución óptima. Ahora bien, esta síntesis no podrá efectuarse antes de hacer el análisis y la optimización debido a que debe analizar el sistema a diseñar, con el fin de determinar si su funcionamiento cumplirá las especificaciones. El análisis podría revelar que el sistema no es óptimo. Si el diseño no resultase satisfactorio en una de dichas pruebas o en ambas, el procedimiento de síntesis deberá iniciarse otra vez. Se han indicado y se reiterara sucesivamente, que el diseño es un proceso iterativo en el que se pasa por varias etapas, se evalúan los resultados y luego se vuelven a una fase anterior del proceso.

Análisis y optimización. Para el análisis y optimización se requiere que se ideen o imaginen modelos abstractos del sistema que admitan alguna forma de análisis matemático. Tales consideraciones reciben el nombre de modelos matemáticos. Al crearlos se espera encontrar alguno que reproduzca lo mejor posible el sistema físico real.

Evaluación. La evaluación es una fase significativa del proceso total del diseño. Es la demostración definitiva de que un diseño es acertado y, por lo general, incluye pruebas de un prototipo en el laboratorio

Presentación. La presentación es una tarea de venta. La comunicación del diseño a otras personas es el paso final y vital en el proceso del diseño, es indudable que muchos importantes diseños, inventos y obras creativas se perdieron para la humanidad sencillamente porque sus autores no quisieron o no fueron capaces de explicar sus creaciones a otras personas. No importa si se está planeando una presentación ante el profesor o el dirigente de una empresa, la exposición debe es lo más completa y clara posible.

El ciclo producción-consumo y su influencia en el proceso de diseño

La consideración del costo en el consumo es tan importante en el proceso de la decisión para el diseño, que tardaría uno tanto en examinarlo como en estudiar el diseño mismo. En primer lugar debe observarse que no se puede decir nada en absoluto en lo respecto a costos de materiales de consumo, el costo de los materiales y de la mano de obra aumenta por lo general de un año a otro. Sin embargo, es de esperar que los costos de procedimientos de materiales manifiesten una tendencia a la baja, debido al uso de máquinas, herramientas automatizadas y robots industriales, el costo de fabricar un mismo producto varia de una ciudad a otra y de una fábrica a otra. Debido a las diferencias que hay en gastos generales, mano de obra, impuestos, ajustes por fletes y ligeras variaciones por manufactura.

A veces sucede que, cuando se comparan los costos de consumo de dos o más diseños; el criterio para elegir uno de estos de consumo de dos o más diseños. El criterio para elegir uno de estos dependerá líneas de ensamblamiento o alguna otra condición. De esta manera se llega a un punto donde se igualan o equilibran los costos, el cual recibe el nombre de punto de equilibrio.

A manera de ejemplo considérese un caso en el que se fabricara una cierta pieza a razón de 25 unidades por hora en un torno automático, o bien 10 piezas por hora en un torno manual. Supóngase también que el tiempo requerido para preparar la maquina automática es de 3 horas y el costo de mano de obra es de 20 unidades monetarias por hora, usando una u otra máquina e incluyendo costos de materiales en función a la producción, en la que representa los dos procedimientos, el punto de equilibrio corresponde a 50 piezas. Si la producción deseada es mayor de 50 piezas, debe usarse el torno automático.

Hay muchas maneras de obtener valores relativos de costos, de modo que se pueda hacer una comparación aproximada entre dos o más diseños. En algunos casos se requiere cierto grado de criterio. Por ejemplo, para comparar el valor relativo de dos automóviles se pueden confrontar sus costos en unidades monetarias por unidad de peso del vehículo. Otra forma de comparar el costo de un diseño con otra es simplemente contar el número de piezas integrantes, pues es probable que cueste menos el diseño, que tenga menor cantidad de elementos. Se pueden utilizar muchos otros estimadores de consumo, dependiendo de la aplicación, como extensión superficial, volumen, potencia, par de rotación, capacidad, velocidad y diversas relaciones de funcionamiento

Fundamentos

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