EL+PROCESO+DE+DISEÑO+SEGÚN+NORTON

7/26/2019 EL+PROCESO+DE+DISEÑO+SEGÚN+NORTON

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Diseño de Máquinas Proceso de Diseño

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EL PROCESO DE DISEÑO SEGÚN NORTON

El diseño en la Ingeniería MecánicaLos términos diseño, creatividad, invención son términos bien conocidos pero pueden tener distintos significados paradistintas personas – en función del ámbito en el cual desarrolla su actividad profesional – . Estas palabras pueden abarcaruna amplia gama de actividades, desde las concepciones más modernas relacionadas con el perfeccionamiento delvestuario, la creación de impresionantes obras de arquitectura y de arte, hasta la ideación de una máquina para lafabricación de cepillos de dientes. Esos tres términos están muy vinculados entre sí durante el proceso del diseño eningeniería.

La palabra diseño se deriva del latín designare, que significa “señalar o marcar”. Al consultar en dif erentes diccionariosdicho término se presentan generalmente 2 definiciones, por ejemplo:

– El “Diccionario Ilustrado Aristos de la Lengua Española” plantea, diseño: 1. traza o delineación de algúnedifico o de alguna figura, 2. Bosquejo oral de alguna cosa.

– El “Diccionario Actual de la Lengua Española” recogido en la Enciclopedia Encarta 1997 expone, diseño:1. Trabajo de proyección de objetos de uso cotidiano, teniendo básicamente en cuenta los materiales empleados ysu función: ~ de un edificio, de un vestido; ~ gráfico, arte y técnica de traducir ideas en imágenes y formasvisuales; ~ industrial, arte y técnica de crear objetos que luego serán fabricados en serie por la industria; 2.Descripción, bosquejo de alguna cosa hecho por palabras.

–

El “Webster” presenta varias definiciones siendo la más aplicable, diseño: esbozar, trazar o planear comoacción de trabajo ... para concebir, inventar, idear”.

Entonces, ¿cómo definimos el diseño en ingeniería?

Cuando se habla del Diseño en la Ingeniería nos referimos a un proceso de naturaleza iterativa encaminado a la planificación, concepción y desarrollo de sistemas con el fin de satisfacer necesidades predeterminadas, considerando lasrelaciones del mismo con el entorno, y las propias de los elementos que lo conforman. El diseño en ingeniería combina laaplicación de la creatividad, los conocimientos científicos, técnicos y económicos para el planteamiento y desarrollo delas soluciones, teniendo presente muchos factores -de diseño-, dentro de los cuales podemos mencionar: EconomíaFiabilidad, Ergonomía, Productividad, Flexibilidad, Requerimientos energéticos, Modos de operación, EficienciaAspectos ambientales, Ciclo de vida, Restricciones, normas, códigos y aspectos jurídicos, Comercialización y mercado,Facilidad de fabricación y ensamble, Función y mantenibilidad y otros.

¿Y el diseño en la I ngeniería Mecánica?

El diseño puede ser fácil o difícil, simple o muy complejo, matemático o no matemático y puede implicar un problematrivial o uno de gran importancia. El diseño es un componente universal de la práctica de la ingeniería. El diseño enIngeniería Mecánica es sólo un caso muy particular del diseño de ingeniería y hace referencia al tipo de diseño donde serequiere de conocimientos propios de la mecánica, del área de fluidos y térmicas, de materiales, de procesos defabricación, además de la creatividad y de conocimientos económicos.

Modelos en el Proceso de DiseñoLa necesidad de investigar en el ámbito del diseño es evidente. Muchos trabajos se han realizado, enfocados a la

formulación de modelos, metodologías y métodos a emplear en las actividades que conforman el proceso de diseño.

En relación con el proceso de diseño se han formulado modelos para mostrar y caracterizar el proceso general del diseñoEstos modelos se han clasificado en: descriptivos, prescriptivos, mixtos y computacionales – éstos se ven como lasherramientas informáticas derivadas a partir de cada uno de los dos modelos antes mencionados.

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Modelos DescriptivosSon modelos que describen como se realiza el proceso de diseño. Se derivan de estudios de la naturaleza cognoscitiva enlos que se identifican los pasos que siguen los diseñadores al realizar su labor. O sea, este tipo de modelo pretendeexplicar el proceso cognoscitivo que se produce cuando se realiza la labor del diseño.




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En la construcción de este tipo de modelo se utiliza la heurística como herramienta para extraer reglas de dedo de laexperiencia, que permitan al diseñador o en su defecto al ordenador tomar decisiones, no existiendo sin embargo garantíade éxito. En los modelos descriptivos frecuentemente se contempla el problema de diseño desde el punto de vista de lasolución.

Algunos de los modelos descriptivos más importantes son el Modelo de las Cuatro Etapas, el Modelo de French y elModelo de Razonamiento Basado en Casos (CBR).

En estos modelos predominan los procesos intuitivos.

– Modelos PrescriptivosSon modelos en los que se formula o prescribe la manera de cómo debe realizarse el diseño. En ellos se proponen mejoresconjuntos de actividades para llevar a cabo esta tarea. Este tipo de modelo se caracteriza porque no se centran en lasolución, sino que se realiza un mayor esfuerzo en el análisis del problema o tarea más que en la solución, la que seobtiene a partir de un análisis mejorado.

Los modelos prescriptivos tienen un carácter algorítmico o sistemático, en el que se transforma la labor del diseño en unanálisis profundo que contribuye o facilita la síntesis de solución. Para la síntesis de los principios se dispone de una seriede técnicas y herramientas que han propuesto los investigadores, alguna son de naturaleza creativa como la tormenta deideas (brain storming), la sinéctica (pensamiento analógico), ampliación del espacio de búsqueda, etc., mientras que otrasson de naturaleza lógica como el análisis de objetivos, división del problema, el análisis funcional, etc.

En estos modelos predominan los procesos sistemáticos, lógicos y los métodos racionales.

A este tipo de modelo pertenece el que estudiaremos hoy, o sea la metodología de diseño – desde el punto de vista de laTMM – expuesta por Robert Norton, a partir de su experiencia profesional – de más de 30 años -en el campo del diseñomecánico.

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Modelos MixtosSon modelos que presentan un equilibrio entre el enfoque descriptivos y el prescriptivo, combinando sus métodos ytécnicas. En esta categoría existen pocos modelos.

En estos modelos se combinan coherentemente los procesos intuitivo, sistemático, lógico y los métodos racionales.

– Modelos Basados en la ComputadoraMuchos autores plantean que dichos modelos no son una categoría independiente. Sin embargo Maury (2000), plantea queéstos deben considerarse independiente ya que estos modelos son sistemas informáticos que se construyen a partir de losmodelos y métodos presentes en las tres categoría antes citadas.

Ciclo Básico o Canónico del Diseño No obstante las diferencias señaladas en los distintos tipos de modelos antes expuestos, en ellos se identifican implícita oexplícitamente las etapas que se muestran en el Ciclo Básico o Canónico del Diseño.

Maury (2000), presenta un modelo genérico donde se recogen las cinco etapas del ciclo básico o canónico del diseño(Figura 1), éstas son: especificación inicial o clarificación, diseño conceptual, diseño básico, diseño de detalles y prototipaje y ensayos.

Es importante señalar que en cada una de las etapas del proceso canónico del diseño se aplican reiteradamente lasestrategias de análisis, síntesis, evaluación y de optimización.




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Figura 1. Ciclo básico o canónico del diseño

A continuación se explica resumidamente cada etapa:

I denti fi cación de la necesidad. Es el proceso mediante el cual se reconoce la existencia de una condición insatisfactoria oanómala y se toma conciencia de que se deben emprender acciones para subsanarla. El conjunto de acciones que serealizan para satisfacer la necesidad es lo que se denomina proceso de diseño.

Especif icación I nicial . Se realiza luego de identificar la necesidad. En esta etapa se cualifica, se cuantifica o caracteriza edesempeño que se requiere para una solución o producto.

Definida la especificación inicial se pasa a la etapa de Diseño Conceptual , aquí se toma la especificación inicial y seejecutan una serie de pasos para formular un conjunto de alternativas de solución, que normalmente se comunican pormedios de esquemas preliminares.

El nivel de definición obtenido de las soluciones en la fase conceptual es global, permitiendo comprender los principios ytecnologías involucradas en ellas. Se ofrece además una visión preliminar de la geometría de las alternativas de solucioneque permiten montar modelos para realizar la primera evaluación de las alternativas propuestas.

El paso final del diseño conceptual lo constituye la selección de las alternativas. Una vez realizado esto se pasa el Diseño

Básico o de Materi alización . Aquí se pasa del nivel de definición global al nivel de definición de conjuntos osubensambles, o sea, se determinan todos los módulos y conjuntos que integran la solución desde los puntos de vistafuncional y estructural.

Del diseño básico se pasa al Diseño de Detal le , donde se definen los componentes que constituyen los conjuntos, así es enesta etapa donde se obtienen los planos de piezas con todas las especificaciones técnicas de fabricación y ensamble.

Por último se llega a la etapa de Prototipaje y Ensayos , en la que se detectan los errores o detalles finales que deben de serdetectados antes de la etapa de producción o construcción.




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El diagrama del ciclo canónico de diseño se señala el flujo ascendente de información que muestra la naturaleza iterativadel proceso de diseño.

El proceso de diseño según Norton

Los problemas de diseño en la ingeniería casi nunca son problemas estructurados (los que tienen la forma “dadas A, B, Cy D hallar E”), con mayor frecuencia toman la forma “Lo que se necesita es un artefacto para introducir esta piecesitadentro ese hueco”. Ese enunciado de problema no estructurado generalmente conduce a lo que Norton denominaSíndrome de la hoja en blanco. Con frecuencia los ingenieros se encuentran absorto ante una hoja de papel en blanco,intentando pensar cómo resolver un problema de diseño tan mal definido como el antes expuesto.

Durante el estudio de la carrera de ingeniería se trata mucho el tema de análisis, lo que significa descomponer, separaralgo en sus partes componentes. El análisis es muy importante y requiere del conocimiento y dominio de las técnicasmatemáticas apropiadas y de la física de la función del sistema (mecánico, eléctrico, hidráulico, etc.) que se estudia. Sinembargo, para poder analizar algún sistema primero tiene que existir. Por lo tanto el primer paso en cualquier ejercicio dediseño de ingeniería es el de la síntesis, que significa integrar o componer un todo por la unión de sus partes.

El ingeniero de diseño, independientemente de su disciplina profesional, se enfrenta casi siempre al desafío de estructurarun problema no estructurado. Por lo general cuando se le presenta un problema al ingeniero está mal definido eincompleto. Esto se define como la confrontación, o sea el encuentro del ingeniero con una necesidad de actuar. El problema presentado al ingeniero usualmente contiene poca información y demanda mucho más conocimientos yexperiencia que las que tiene el ingeniero en ese momento. La necesidad real puede no ser obvia en el primer encuentrocon una situación indeseable.

Por lo tanto, antes de intentar analizar el problema dado, se debe definir con mucho cuidado el problema (¿qué es lo querealmente se quiere o necesita?) mediante un planteamiento de ingeniería, con el fin de asegurarse de que cualquiersolución propuesta resolverá planteado con corrección.

Varios son los autores que tratan el Diseño de Maquinaría, partiendo del análisis y la síntesis de los mecanismos, queexponen un proceso de diseño (por ejemplo: Erdman y Sandor, Norton, Shigley). Todos los enfoques expuestos por ellosson importantes y útiles en este ámbito.

En la presente conferencia se expone el proceso mostrado por Norton por considerarlo uno de los más adecuados y claro(Figura 2).

Es importante señalar que el proceso de diseño es iterativo, en el que se avanza de manera errática, dando dos pasosadelante y luego uno atrás. El término iterar significa repetir, volver a un estado anterior. Por ejemplo, si su última granidea infringe una condición dada (por ejemplo: espacio disponible) puede regresar al paso de generación de ideas – oideación – y buscar una mejor idea, o quizás debe regresar a una etapa anterior a la ideación, por ejemplo a la investigaciónde fondo y aprender más acerca del problema presentado.




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Figura 2. Proceso de diseño según Norton

El proceso de diseño que propone Norton consta de diez pasos, los que han sido colocados en el diagrama que se presentaen la Figura 2, en él se añade y señala con línea discontinua el usuario (para quien se realiza el diseño). Dichos pasos seexplican a continuación.

1.

Identificación de la NecesidadGeneralmente este primer paso lo realiza otra persona – el jefe o un cliente –, no el ingeniero en diseño, diciendo “Lo que

se necesita es...”. Típicamente el enunciado será breve y carente de detalles. Por ejemplo podría ser “Diseñar una mejorsegadora de césped”.

2.

Investigación de FondoSe plantea como la etapa más importante del proceso de diseño y generalmente se le presta muy poca atención. Este pasose realiza lo que nosotros denominamos Estado del Actual del problema que se investiga. Es importante y deseable sabersi éste o un problema similar, ha sido resuelto antes. “No es necesario reinvertar la rueda”. Norton plantea queevidentemente si existe en el mercado una solución a este problema, será más económico comprarla que elaborar una propia. En nuestra situación económica particular esto es discutible.

No obstante, toda la información (informes de trabajos científicos-técnicos, patentes, tesis, etc.) que se pueda obtener en larama específica – o la materia- que se investiga es de gran utilidad.

Puede suceder que se halle la solución y esté amparada por una patente, en este caso quedan pocas opciones éticascomprar la solución patentada existente, diseñar algo que no entre en conflicto con la patente o abandonar el proyecto.

Es importante dedicar tiempo y esfuerzos a esta etapa, no saltar a la de ideación, con el fin de evitar el caso de elaboraruna solución excelente para un problema equivocado. Se debe evitar intentar resolver el problema sin estar bien preparado.

3.

Planteamiento de la Meta.Una vez se comprende el fundamento del área del problema planteado, se estará listo para expresar de nuevo ese problemaen un planteamiento de meta más coherente. Esta nueva especificación – o definición – del problema debe de ser: concisa




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general y no estar matizada por términos que pronostiquen una solución. Debe de ser esbozada desde un punto de vistafuncional, o sea debe, concretar su función, más que señalar cualquier aspecto particular.Por ejemplo, si el planteamiento inicial es “Diseñar una mejor segadora de césped”. Luego de haber investigado losdispositivos que han sido creados para cortar césped en el transcurso de los años, el diseñador bien capacitado podríavolver a enunciar la meta como: “Diseñar un dispositivo para acortar el pasto”. El planteamiento inicial tiene una trampa

bajo las palabras matizantes “segadora de césped”. Para la mayoría de las personas esa frase inducirá la visión de unaparato con aspas giratorias chirriantes y un motor ruidoso. Para que la fase ideación e invención sea más exitosa esnecesario evitar imágenes de ese tipo y enunciar de manera genérica, clara y concisa el problema.

Un ejercicio, que demuestra lo antes dicho, es hacer una lista de diez formas para cortar el pasto. La mayor parte de dichasformas no las piensa el diseñador si se le hubiese dicho “menciones los diez mejores diseños de cegadoras de césped”. Sedebe utilizar la visualización funcional con el fin de evitar la limitación innecesaria de su creatividad.

4.

Especificaciones de TareaUna vez que se comprende bien el fundamento del problema y se ha establecido de forma clara el planteamiento de lameta, se está listo para formular un conjunto de especificaciones de tarea. Esto debe de referirse a especificaciones defuncionamiento y no ha especificaciones de diseño.

Las especificaciones de funcionamiento definen lo que el sistema debe hacer, mientras que las especificaciones de diseñodefinen cómo debe de hacerse.

En esta etapa del proceso de diseño no es prudente intentar la determinación de cómo se ha de realizar el objetivo, eso pertenece a la etapa de ideación e invención.

El propósito de las especificaciones de tarea es definir y restringir cuidadosamente el problema de modo que puedaresolverse y mostrarse que ha sido resuelto, después de haber hecho lo primero planteado.

En la Tabla 1 se muestra un conjunto de especificaciones de tarea para el ejemplo de la “cortadora de pasto”.

Tabla 1. Especificaciones de tareaNo. Especificaciones de Tarea1 Dispositivo para tener suministro de potencia autocontenido2 Dispositivo para que sea resistente a la corrosión3 Dispositivo para que cueste menos de 100 dólares4 Dispositivo que emita menos de 80 dB de intensidad de sonido durante su funcionamiento a máxima capacidad5 Dispositivo para que corte un área de10 m2 de pasto/h6 Otras

Es evidente que tales especificaciones (las del ejemplo) limitan el diseño sin demasiada restricción en la libertad dediseñar del ingeniero mecánico.

En resumen, las especificaciones de tareas sirven para definir el problema en la forma más completa y general posible, y ala vez sirven como definición general de lo que debe lograrse.

El diseño terminado puede evaluarse según el cumplimiento de estas especificaciones de tarea.

5.

Ideación e InvenciónEn esta etapa del diseño están presentes tanto la diversión como la frustración. Esta fase es, potencialmente, la mássatisfactoria para la mayoría de los diseñadores, pero es a la vez la más difícil.

Es importante saber que a partir de investigaciones realizadas sobre la creatividad, se plantea – con la mayor coincidencia –que es un rasgo humano común y que se manifiesta en un alto grado en los niños. Hay personas que afirman que lacreatividad puede ser enseñada y otros que sólo se hereda (Norton, 2001), lo cual aún no está claramente demostradoTambién se plantea que la mayoría de las personas subemplean sus aptitudes potenciales creativas. Sin embargo, las




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personas pueden mejorar e incrementar su creatividad mediante el empleo de diversas técnicas (el brainstorming, laanalogía, la inversión, etc.).

El Proceso Creativo se puede considerar como un subconjunto del proceso de diseño, el cual consta de cuatro pasos:1.

Generación de Ideas2.

Frustración3.

Incubación4.

¡Eureka!

Así los pasos de la etapa Ideación e Invención, pueden descomponerse en los cuatro subpasos antes expuestos.

Generación de I deas . Es la etapa más difícil. Se plantea que aún personas con mucha creatividad presentan dificultad enla invención sobre pedido. Dentro de las técnicas sugeridas para mejorar la producción de ideas, la más importante según Norton es la del Juicio Diferido, que significa que el espíritu crítico de la persona debe de ser suspendido temporalmente No se debe de juzgar la calidad de las ideas en esta etapa, pues eso pertenece a la etapa posterior de análisis.. El objetivoaquí es obtener la mayor cantidad posible de diseños.

Aún sugerencias que parezcan ridículas deben de aceptarse sin objeción, ya que pueden hacer surgir nuevas perspectivas y proponer otras soluciones más prácticas y realistas.

La Lluvia de Ideas (brainstorming) es una técnica a la cual algunos autores le confieren gran éxito en la generación desoluciones creativas. Para aplicar esta técnica se necesita un grupo de personas de 6 a 15 y se intenta evitar la mayor barrera a la creatividad, que es hacer el ridículo. Dentro de las reglas del brainstorming está el no permitir reírse odespreciar las sugerencias de cada una de las personas del grupo, sin importar si las sugerencias parecen ridículas.

Cada persona del grupo registrará y evaluará todas las sugerencias, no importa cuan impropias o tontas puedan parecerCuando se utiliza esta técnica puede resultar fructífera y divertida, y algunas veces terminar en un torrente frenético deideas que se aglomeran y apoyan entre sí. Con esta técnica pueden obtenerse consideraciones numerosas en corto tiempoEl criterio de la calidad de dichas consideraciones se realiza más adelante.

Cuando se trabaja solo, son necesarias otras técnicas, dentro de ellas, las analogías y la inversión son con frecuencia útiles

En la analogía el diseñador debe de intentar establecer analogías entre el problema que analiza y otros contextos físicos. Sse trata de un problema mecánico, puede intentar convertirlo – por analogía – en un problema eléctrico o hidráulico. Lainversión pone al revés el problema. Por ejemplo, considere que lo que se desea que sea móvil es estacionario y viceversaLas perspectivas surgen con frecuencia.

Otra ayuda útil para ayudar la creatividad es el uso de sinónimos. Aquí, se debe definir el verbo de acción en el enunciadodel problema y luego enunciar tantos sinónimos de ese verbo como sea posible.

Por ejemplo, si el planteamiento del problema es: “Diseñar un dispositivo para acortar el pasto”, el verbo de acción es“acortar”. Algunos sinónimos son: disminuir, reducir, aminorar, achicar, rebajar, encoger, restar, etc.

En fin, el objetivo de este paso de ideación e invención es generar un gran número de ideas sin consideración particular de

la calidad de las mismas. Pero, llegará el momento en que el “manantial de idea” – o pozo mental – se agotará, así se habrállegado al paso dos de esta etapa denominado Frustración. Este es el momento de dejar el problema y hacer otra cosa.Mientras su mente consciente está ocupada con otros intereses, su mente subconsciente trabajará arduamente en el problema de diseño. Éste es el tercer paso denominado Incubación. Sucede entonces, que de pronto, en un lugar y horainesperados, una idea surgirá en el subconsciente del diseñador la cual parecerá la solución obvia y correcta para el problema en cuestión, llegándose a sí a la cuarta y última etapa llamada ¡Eureka!. Lo más probable es que un análisis posterior descubrirá algún defecto en esa solución. Si esto ocurre se debe iterar o repetir, ya que puede hacer falta mayorideación, tal vez más investigación sobre el tema, y puede que hasta una redefinición del problema.




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6.

AnálisisCuando se llega a esta etapa, el problema se ha estructurado, por lo menos temporalmente, y es ahora cuando puedenaplicarse técnicas de análisis más refinadas para examinar la realización del diseño en la fase de análisis del procesorespectivo.

Se requerirá mayor iteración a medida que se detecten problemas del diseño propuesto a partir del proceso de análisis delmismo. La repetición de mucho de los pasos anteriores en el proceso de diseño debe realizarse -según sea necesario- paraasegurar el éxito del diseño.

7.

SelecciónCuando el análisis técnico indica que existen algunos diseños potencialmente viables, el óptimo o mejor disponible debede ser seleccionado para el diseño de detalle, la prototificación y las pruebas.

En el proceso de selección generalmente se hace un análisis comparativo de las soluciones de diseños con que se cuenta.Una matriz de selección puede ayudar a identificar la mejor solución y obliga a considerar una serie de factores en formasistemática.

En la Tabla 2 se muestra un ejemplo de una matriz de decisión para la selección de un diseño entre varios disponibles(esta podría ser utilizada en el ejemplo de la cortadora de césped).

Costo Seguridad Funcionamiento Confiabilidad RangoFactor de Peso 0.35 0.30 0.15 0.20 1.0Diseño 1 3

1.056

1.804

0.609

1.805.3

Diseño 2 41.40

20.60

71.05

20.40

3.5

Diseño 3 10.35

92.70

40.60

51.0

4.7

Diseño 4 93.15

10.30

60.90

71.40

5.8

Diseño 5 72.45

41.20

20.30

61.20

5.2

a)

Cada diseño ocupa una fila en la matriz. b)

En las columnas se colocan las categorías según las cuales diseños son evaluados: costo, facilidad de uso,eficiencia, funcionamiento, confiabilidad y otras que se consideren apropiadas para el problema planteado.

c)

A cada categoría se le asigna un factor de ponderación que mide su importancia relativa.d)

Es el propio ingeniero quien debe decidir que categorías colocar y el valor del factor de la mismas.e)

Luego la matriz se llena con números que jerarquizan cada diseño según una escala conveniente, como porejemplo de 1 a 10, en cada una de las categorías colocadas. Realmente esto es una jerarquización subjetiva por parte del ingeniero.

f)

Se examinan los diseños y se decide una calificación para cada uno.g)

Las calificaciones se multiplican por cada uno de los factores de peso (que generalmente se eligen de un modoque su suma sea un número conveniente como lo es el 1), y los productos se suman para cada diseño.

h)

Debe tenerse precaución al aplicar estos resultados, debido a la subjetividad de las calificaciones y los factores de peso.

El valor real de la matriz de decisión es que descompone el problema en elementos más tratables y lo obliga a uno aconsiderar el valor relativo de cada diseño en muchas categorías. Así, se puede tomar una decisión más informada en loreferente al “mejor” diseño.

8.

Diseño DetalladoEn este paso incluye la creación de un conjunto completo de planos de ensamble y de piezas, en papel o archivos – con euso de las herramientas CAD (Diseño Asistido por Computadora) – , para todas y cada una de los conjuntos y piezas




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empleadas en el diseño seleccionado. Cada dibujo de detalle debe especificar todas las dimensiones y especificaciones dematerial necesario para elaborar la pieza o parte correspondiente. A partir de dichos planos debe de construirse uno ovarios modelos prototipo para someterlo a pruebas físicas. Es muy probable que las pruebas hagan ver ciertos defectos yello conduce a la iteración.

En este aspecto se debe destacar que hoy día las poderosas herramientas profesionales de CAD/CAM/CAE – para ediseño y la simulación – como el AutoCAD, el Autodesk Inventor, el ProEngeneer, el SolidEdge, SolidWork, Catia, etc. permiten obtener un producto virtual el cual se realizan una serie de comprobaciones y simulaciones que garantizan que e producto real sea muy bueno.

9.

Elaboración de prototipos y pruebas No se puede estar seguro de la corrección y viabilidad de un diseño hasta que se ha construido y probado el mismo. Por loque generalmente se necesita de la fabricación de un modelo físico prototipo.

Un modelo matemático, aunque es muy útil no puede ser una representación tan completa y segura de un sistema físicoreal, como un modelo físico, debido a la necesidad de efectuar hipótesis simplificativas en el proceso de diseño.

Los prototipos con frecuencia son muy costosos, pero pueden resultar la forma más económica de probar un diseño, y notener que construir un dispositivo real a escala natural.

ModelosLos prototipos pueden tomar muchas formas, desde modelos a escala de trabajo, hasta representaciones del concepto, detamaño natural pero simplificado.

Los modelos a escala introducen sus propias complicaciones respecto a la escalización apropiada de los parámetrosfísicos.

Por ejemplo, el volumen de material varía según el cubo de dimensiones lineales, pero el área superficial varía según elcuadrado. De este modo la escalización lineal de un sistema – ya sea para aumentar o reducir el tamaño – puede conducir aun comportamiento diferente al del sistema a escala natural. Por lo tanto se debe de tener precaución al escalar modelosfísicos.

En el caso de diseño de mecanismos articulados – o de barras – resulta muy útil construir un modelo del mismo concartulina con las longitudes reales de los eslabones, pues éste modelo indicará muchas cosas sobre la calidad y el carácterde los movimientos del mecanismo.

PruebasLos ensayos del modelo o prototipo pueden variar desde su funcionamiento simple y la observación de su operación, hastaconectar un conjunto de instrumentos para medir con precisión los desplazamientos, las velocidades, aceleracionesfuerzas, temperaturas y otros parámetros. Incluso puede ser necesario realizar pruebas en condiciones ambientalescontroladas (por ejemplo: alta humedad, alta temperatura, etc.). El desarrollo actual de los medios de cómputo hafacilitado mucho estas tareas.

10.

Producción

Al final, luego de haber invertido bastante tiempo, dinero y perseverancia se tendrá el diseño listo para la producción. El peligro, los costos y los conflictos provenientes de hallar errores en el diseño después de fabricar grandes cantidades(dependiendo del tipo de producción) de artículos defectuosos debe estimular a observar con mayor cuidado los primeros pasos del proceso de diseño, con el fin de garantizar que ha sido desarrollado de un modo apropiado y con ingenio.

En resumen, para realizar un trabajo eficaz en el diseño de algo, debe definirse completamente el problema, si se dejaafuera algún detalle de la definición del mismo se terminará resolviendo el problema equivocado. Además se debe deinvestigar a fondo la información existente sobre la materia específica en que se enmarca el problema. Deben perseguirseexhaustivamente las soluciones potenciales conceptuales del problema. Luego hay que analizar los conceptos respecto a




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su validez. Y por último se debe detallar bien el diseño elegido – hasta la última tuerca y tornillo – para tener la confianzade que sí funcionará bien.

Así, para lograr el éxito del diseño en ingeniería se debe combinar los atributos de creatividad y atención al detalle.

Por último se debe señalar que debido a la naturaleza del proceso de diseño (o sea, el ser iterativo, creativo, de detalle) noexiste una única solución o respuesta correcta al problema planteado. Hay tantas soluciones potenciales como diseñadorescon deseos de aplicarlas. El modo de determinar los méritos relativos de las distintas soluciones de diseño, es a través deun análisis cabal, el cual generalmente incluirá las pruebas físicas de los prototipos creados.

Debido a que el proceso de diseño es muy costoso, se debe de realizar tanto análisis sobre el papel o con la computadoracomo sea posible, antes de fabricar el dispositivo diseñado.

Donde sea posible deben de crearse modelos matemáticos del diseño, o de partes de él, éstos pueden tomar muchas formasde acuerdo con el sistema físico que se analiza. En el diseño de mecanismos y máquinas generalmente es posible formularlas ecuaciones para la dinámica del cuerpo rígido del sistema y resolverlas. La consideración de las deformacioneselásticas de los elementos del mecanismo o máquina en diseño, en general necesita más planteamientos complicados, porejemplo mediante el método de los elementos finitos.

ConclusionesEn la revisión se ha abordado el proceso de diseño, exponiéndose varias definiciones que ayudan a entenderlo y adefinirlo dentro del campo de la ingeniería mecánica.

Se ha presentado el ciclo básico o canónico del diseño, este expone las etapas que de manera implícita o explícita serecogen en los diferentes modelos que han sido formulados para mostrar y caracterizar el proceso general del diseño.

Por último se ha expuesto el proceso de diseño que propone Norton, explicándose cada etapa del mismo. Del análisis deeste proceso se concluye que:

-

El diseño involucra la iteración y la creatividad como elementos potenciales, también la perseverancia yel ir al detalle para lograr diseños correctos.

-

La aplicación de técnicas como el brainstorming, la analogía, la inversión y el uso de sinónimos puedenayudar a obtener soluciones creativas.

-

Debido a la naturaleza del proceso (iterativo, creativo y de detalle) no existe solución mejor o única del problema de diseño planteado, siempre habrá otras posiblemente mejores.

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Antes de fabricar un diseño seleccionado, este debe de haber sido analizado lo mejor posible, ello reducirálos costos.

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