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Capítulo 2procesos específicos de diseño de manera rigurosa para asegurar que los resultados finales del diseñocumplen con...
Diseño en Ingeniería   13los equipos, prestar atención a problemas potenciales. Estas prácticas eran naturales para los in...
Capítulo 2entre fallas), y la maximización de la mantenibilidad (medida como la media del tiempo requerido para lareparaci...
Diseño en Ingeniería   15embargo muchas de las aplicaciones industriales del QFD se enfocan en el primer paso del desplieg...
Capítulo 2concepto (Matriz de Pugh), seleccionar el mejor concepto entre un número de candidatos basado en algúncriterio.E...
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Diseño de productos diseño en ingeniería

  1. 1. Copyright del texto © 2013 Giovanni Torres Charry Todos los derechos reservadosPara más documentos, visita el sitio: http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  2. 2. Capítulo 2_________________________________________________________________________________CAPÍTULO DOS Diseño en ingeniería Figura 2.1 Plano de dibujo y elementos mecánicosGiovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  3. 3. Diseño en Ingeniería 3Antes de iniciar con definiciones y discursos sobre diseño es importante hacer claridad que este es un tipode actividad cognitiva más que un estatus profesional, diseñar tampoco es dominar el uso de software dediseño y análisis de ingeniería, el diseño es una actividad humana dirigida principalmente por elconocimiento; sin embrago tampoco es una actividad realizada por personas superdotadas, como veremosen este libro, todos en algún momento hemos diseñado!El diseño como tarea consiste en pensar (idear) y describir un artefacto o una combinación de elementosque involucran unas características deseadas (específicamente funciones). El diseño como procesoconsiste en tomar información de la situación, necesidades y requisitos y transformarla en la descripciónde un artefacto que las satisfaga. En concordancia con lo anterior, se podría señalar que el individuo quediseña, es un medio de trasformación de información, que proviene inicialmente del cliente, pero que sealimenta también de conocimiento propio del diseñador y conocimiento adquirido durante el proceso, paradar lugar a un artefacto imaginado que cuando es llevado a la realidad, confirma las características con lasque se pensó.Un proceso de diseño involucra conocimiento de diseño, información de diseño y su manejo por parte deldiseñador; esto significa que se necesitan teorías y metodologías para capturar, representar, modelar ycodificar el conocimiento y la información del diseño. Al mismo tiempo estas clases de conocimientodeben ser utilizadas apropiadamente.El hecho de la intervención cognitiva del individuo además de elementos subjetivos que se unen en unsistema a los elementos técnicos, confieren a la ingeniería del diseño una complejidad elevada. Su estudioha cobrado relevancia en las últimas décadas, generando un movimiento de investigación importante. Hoydía se habla del diseño como una ciencia y se reconoce la interacción de un gran conjunto decaracterísticas dentro de su definición, como por ejemplo: solución de problemas, toma de decisiones,creatividad, búsqueda heurística, evolución, aprendizaje, negociación, conocimiento, optimización,organización, satisfacción de necesidades, etc.; todas ellas necesarias, pero no suficientes por si solas(aisladamente).Los estudios sobre el proceso de diseño, entre otras cosas, ha dejado como resultado un sin número depropuestas para representarlo (modelos descriptivos), para realizarlo (modelos prescriptivos), paraentenderlo (modelos cognitivos) y para automatizarlo (modelos computacionales); además de la grancantidad de técnicas y herramientas que sirven para asistirlo.El proceso de diseño se suele subdividir en dos clases de acciones mentales: el análisis y la síntesis. Sepuede decir que los currículos académicos de la ingeniería se sesgan hacia el análisis, dejando a la síntesisun tanto en el aire, bajo el supuesto de que la experiencia y el conocimiento del ingeniero de diseño sonsuficientes para desarrollarla con éxito. Sin embargo, las exigencias del mundo globalizado actual, porproductos cada vez más competitivos, más creativos, más innovadores, han incrementado la necesidad deque la etapa de síntesis, aquella en la que la creatividad juega un papel fundamental, sea tenida en cuentade una mejor manera. Este reconocimiento ha dado lugar a nuevas tendencias de las investigaciones en laingeniería de diseño.2.1. Definiciones de diseñoEn la literatura desarrollada en los últimos años se pueden encontrar diferentes definiciones de diseño,algunos de estos son: 1. Pugh (1990) lo define bajo el término “diseño total” como la actividad sistemática desarrollada para satisfacer una necesidad y que cubre todas las etapas desde la identificación de la necesidad hasta la venta del producto. 2. Pahl y Beitz (1995) lo definen como una actividad que afecta a casi todas las áreas de la vida humana, utiliza leyes de la ciencia, se basa en una experiencia especial y define los requisitos para la realización física de la solución.
  4. 4. Capítulo 2 3. Hubka y Eder, define la actividad de diseñar como la reflexión y descripción de una estructura que potencialmente incorpora unas características deseadas. 4. Dym (2002), propone la siguiente: “es la generación y evaluación sistemática e inteligente de especificaciones para artefactos cuya forma y función alcanzan los objetivos establecidos y satisfacen las restricciones especificadas”. 5. El ICSID (The International Council of Societies of Industrial Design) define el diseño como “una actividad creativa cuyo propósito es establecer las cualidades multifacéticas de objetos, procesos, servicios y sus sistemas, en todo su ciclo de vida. Por lo tanto, es el factor principal de la humanización innovadora de las tecnologías, y el factor crítico del intercambio cultural y económico”Aunque se podrían seguir mencionando muchas otras definiciones de diseño, las aquí expuestas formulanel significado moderno del término y recoge los principales elementos inherentes a él: 1. El diseño busca la satisfacción de una necesidad o necesidades, es decir, aborda la solución a una situación problemática identificada o en ocasiones creada. 2. Para lograr obtener una solución se debe tener en cuenta el entorno en el que se aplicará y las interrelaciones entre sus componentes, es decir, tener un enfoque sistémico, lo cual implica una actuación multidisciplinaria y la consideración de todo el ciclo de vida del producto 3. Considera las limitaciones impuestas por factores externos de orden físico, económico, social y funcional, a lo que comúnmente se le denomina restricciones. 4. Es en su esencia una actividad creativa por excelencia, en la que se tiene la posibilidad de desplegar en toda su magnitud esta característica inherente del ser humano.En resumen, el diseño se entiende como el desarrollo de un artefacto o un sistema que sea portador decaracterísticas deseadas (particularmente, funciones) y que se logra básicamente por la trasformación deinformación sobre condiciones, necesidades, demandas, requisitos y exigencias, en la descripción de unartefacto capaz de satisfacer esas demandas, que pueden incluir no solo los deseos del cliente, sinotambién requisitos de todo el ciclo de vida, esto es, de todos los estados intermedios por los que pasa elproducto.2.2. Metodologías de diseñoLas metodologías de diseño tratan con los procedimientos concretos de diseño al nivel del proceso y desus actividades [algunas veces llamada teoría prescriptiva (Finger 1989)], y no del diseño de una claseespecífica de artefactos (pe. Automóviles, aviones, máquinas herramientas) que deberían ser llamadosmétodos de diseño.La metodología de diseño empieza con un modelo para el proceso de diseño que puede ser utilizado paradesarrollar las especificaciones de un producto. En todos los casos es evidente que el proceso de desarrolloes generalmente contemplado como una secuencia lógica de fases dentro de las cuales son ejecutadas lastareas específicas. Aunque existen diferencias, como por ejemplo en el alcance de los modelos y el uso delas iteraciones, todos los modelos muestran una manera similar de describir el progreso a través de unasecuencia de eventos.Es interesante aquí precisar la diferencia entre los términos método, técnica, modelo y metodología, yaque ellos son utilizados de diferentes maneras en la literatura y puede prestarse a confusión. Método hacereferencia a la manera cómo una persona (un ingeniero de diseño, en este caso), realiza su tarea (diseñar);las técnicas son las herramientas que utiliza tal persona para aplicar su método; el modelo es la forma derepresentar el método, con el fin de estudiarlo y comprenderlo; la metodología es el estudio formal delmétodo. De esta manera, mientras que las técnicas son herramientas para el método, el modelo lo es parala metodología.Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  5. 5. Diseño en Ingeniería 52.3. Modelos de diseñoEn general se entiende como modelo de diseño la forma de representación del proceso que desarrolla eldiseñador en su labor. Los modelos y métodos de diseño se pueden enmarcar dentro del campo que losexpertos califican como investigación en diseño, cuyo objetivo genérico es establecer nuevas formas orecomendaciones que potencien la eficiencia en el diseño.En un panorama global, de acuerdo a las tendencias de investigación en ingeniería de diseño, los modelosde diseño se podrían clasificar en cuatro categorías: los modelos cognitivos, los modelos computacionales,los modelos descriptivos y los modelos prescriptivos.Los modelos cognitivos abordan la importancia de la participación del individuo diseñador y los modeloscomputacionales, abren el espacio a la integración del ordenador como herramienta de asistencia en elproceso; los modelos descriptivos muestran la secuencia de actividades que ocurren en diseño mientrasque los prescriptivos, como su nombre lo indica, señalan un patrón de actividades de diseño. Debido alenfoque de este libro los modelos cognitivos y computacionales no serán tratados en detalle y por elcontrario su desarrollo se centrará en los modelos descriptivos y prescriptivos y las herramientas utilizadasen su aplicación.2.3.1. Modelos descriptivos del diseñoEl modelo lineal del proceso de diseño, aunque resulta muy básico, permite identificar las fases del diseñoque son comúnmente aceptadas por la mayoría de investigadores. En la Figura 2.2 se muestran las fases dediseño conceptual, preliminar y detallado correspondientes al modelo descriptivo lineal de diseño másbásico que se puede tener; en la literatura se pueden encontrar modelos descriptivos lineales queinvolucran también, al inicio la fase de definición del problema y al final la fase de comunicación deldiseño. La fase de identificación de la necesidad, además de Identif icación de la necesidad estar dedicada a establecer las necesidades de los clientes también debe servir para aclarar estas y para reunir la información necesaria que permita desarrollar un planteamiento de ingeniería de lo que Diseño conceptual el cliente desea. Involucra el establecimiento de las necesidades que requieren ser resueltas, identificar los objetivos que deben ser alcanzados por la Diseño preliminar solución e identificar quienes serán los beneficiarios de la solución. Diseño detallado A partir del planteamiento del cliente, el cual en muchas ocasiones se hace en sus propias palabras, se deben aclarar los objetivos del diseño, establecer los requerimientos del usuario, identificar Diseño f inal restricciones y establecer funciones; el resultado será el planteamiento modificado del problema en el cual se incluyan los objetivos detallados Figura 2.2 Modelo descriptivo lineal del diseño (ponderados), las restricciones y limitaciones, los requerimientos del usuario, las funciones y lasnecesidades de recursos.En la fase de diseño conceptual la meta es la generación de conceptos o esquemas de diseños alternativos;a partir del planteamiento modificado del problema se deben establecer las especificaciones del diseño y
  6. 6. Capítulo 2en función de estas generar alternativas de diseño, las cuales serán presentados mediante diseños oesquemas conceptuales junto a las especificaciones de diseño establecidas. Los conceptos son ideas desolución generalmente representadas mediante bosquejos acompañados de una descripción textual.Algunos la denominan fase de síntesis del diseño; en esta fase se generan principios de solución, pero nose obtienen estructuras de solución lo suficientemente válidas (o acabadas) como para materializar larespuesta al problema. Sin embargo, es la etapa que demanda del diseñador una alta dosis de abstracción yde creatividad; está caracterizada por la incertidumbre del éxito y por la dinámica de la evolución haciaestructuras válidas.En la fase de diseño preliminar el objetivo es la identificación de los atributos principales de los conceptoso esquemas de diseño. Con los diseños o esquemas conceptuales y las especificaciones de diseñoestablecidas se busca modelar y analizar alternativas de diseño conceptual, luego estas alternativas sedeben evaluar para seleccionar un concepto de diseño a desarrollar. En esta fase se avanza en laconcretización de una solución al problema, determinando componentes e interacciones con el suficientegrado como para poderla evaluar objetivamente. Se obtienen formas específicas, materiales propuestos yplanos de conjunto con dimensiones generales, que representan al producto como un conjunto organizadode piezas, componentes, enlaces y acoplamientos.Habiendo ya seleccionado el concepto de diseño a desarrollar, el objetivo en la fase de diseño detallado esprecisamente afinar y definir en forma detallada dicho diseño final. Este refinamiento y optimización debeconducir a establecer las especificaciones de fabricación. Esta fase corresponde a la generación de todaslas especificaciones necesarias para la producción del producto, esto puede involucrar la elaboración deplanos de detalle, la determinación de etapas de fabricación, la identificación de proveedores, etc.2.3.2. Modelos prescriptivos del diseñoComo se mencionó, los modelos prescriptivos además de describir, dan pautas para desarrollar cada unade las fases y etapas del proceso de diseño. En esta categoría existen gran cantidad de propuestas, aquí sepresentarán de manera general tres de las más importantes: la de Dym, la de Roth y la Pahl y Beitz.2.3.2.1. Modelo prescriptivo de DymEl modelo del proceso de diseño de Dym está configurado por cinco etapas que empiezan con elplanteamiento por parte del cliente y termina cuando el diseño final se documenta al cliente. Cada una delas etapas involucra a su vez la realización de tareas específicas de diseño, como se muestra en la figura2.3; a continuación se describen brevemente cada una de las fases.La fase de definición del problema está dedicada a aclarar los objetivos establecidos por el cliente y areunir la información necesaria para desarrollar un planteamiento de ingeniería de lo que el cliente desea.Involucra el establecimiento de las necesidades que necesitan ser resueltas, identificar los objetivos quedeben ser alcanzados por la solución e identificar quienes serán los beneficiarios de la solución.A partir del planteamiento del cliente, el cual en muchas ocasiones se hace en sus propias palabras, sedeben aclarar los objetivos del diseño, establecer los requerimientos del usuario, identificar restricciones yestablecer funciones; el resultado será el planteamiento modificado del problema en el cual se incluyan losobjetivos detallados (ponderados), las restricciones y limitaciones, los requerimientos del usuario, lasfunciones y las necesidades de recursos.El planteamiento modificado del cliente será el problema “real” que deberá ser resuelto y se define en laforma de objetivos de diseño que deberán ser alcanzadas.En la fase de diseño conceptual la meta es la generación de conceptos o esquemas de diseños alternativos.A partir del planteamiento modificado del cliente se establecen las especificaciones del diseño y enGiovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  7. 7. Diseño en Ingeniería 7función de estas se generan alternativas de diseño, las cuales serán presentadas mediante diseños oesquemas conceptuales junto a las especificaciones de diseño establecidas. Los conceptos son ideas desolución generalmente representadas mediante bosquejos acompañados de una descripción textual. Def inición del problema Planteamiento 1. Aclarar objetivos 2. Establecer requerimientos del usuario Del cliente 3. Identificar restricciones 4. Establecer funciones verif icación 5. Establecer especificaciones de diseño 6. Generar alternativas Diseño conceptual 7. Modelar o analizar el diseño 8. Probar y evaluar el diseño Diseño preliminar 9. Afinar y optimizar el diseño Diseño detallado Especif icaciones Comunicación del diseño 10. Documentar el diseño Producto validación Figura 2.3 Modelo prescriptivo del diseño de DymEl objetivo en la fase del diseño preliminar es la identificación de los atributos principales de losconceptos o esquemas de diseño. Con los diseños o esquemas conceptuales y las especificaciones dediseño ya establecidas se busca modelar y analizar alternativas de diseño conceptual, en seguida estasalternativas son evaluadas para seleccionar un concepto de diseño a desarrollar.Habiendo ya seleccionado el concepto de diseño a desarrollar, el objetivo en la fase de diseño detallado esprecisamente afinar y definir en forma detallada dicho diseño final. Este refinamiento y optimización debeconducir a establecer las especificaciones de fabricación.La fase de comunicación del diseño está dedicada a documentar las especificaciones de fabricación y sujustificación, esto se puede lograr mediante un informe final al cliente que entre otras cosas deberíacontener las especificaciones de fabricación y la justificación de las especificaciones de fabricación.Además de ampliar el modelo de diseño descriptivo, Dym en su modelo involucra componentes deretroalimentación. En la figura 2.3 se puede ver que la retroalimentación en el proceso ocurre en dosformas principalmente, la primera es un ciclo interno de retroalimentación en donde los resultados de latareas de las fases de diseño conceptual y diseño preliminar son retroalimentadas a la etapas previas paraverificar que el diseño funciona como se esperaba, el segundo ciclo de retroalimentación es externo yocurre después de que el producto que resulta del diseño ha sido utilizado bajo las condiciones deoperación y en el mercado para el cual fue pensado.
  8. 8. Capítulo 22.3.2.2. Modelo prescriptivo de RothEl modelo del proceso de diseño de Roth (fig. 2.4) se refiere explícitamente a las tareas de diseño yexcluye aquellos pasos que ocurren después que se ha completado el diseño, aunque la estructura delmodelo es adecuado para toda la fase de desarrollo. Tarea Fase de Formulación de la tarea Especif icación Requerimientos Técnicos & Especif icaciones f uncionales Especif icaciones costo Determinar la estructura Fase f uncional f uncional general Determinar la estructura f uncional especial Función real Función especif icada Vs. Función real Fase de diseño Diseño de f orma & de la f orma Selección de materiales Diseño para producción Funciones reales & Costos reales Función Actual Vs. especif icaciones & costo resultado Dibujos para producción Producto Figura 2.4 Modelo prescriptivo del diseño de RothEl modelo muestra las fases o estados en la evolución del diseño de un producto y descompone estas fasesen actividades para ser ejecutadas durante dichas fases. Este modelo considera iteraciones al final de lafase conceptual (funcional) y de la fase de detalle (diseño de la forma) con posibilidad de regresar acualquiera de las actividades previas, una vez que la actividad de evaluación haya sido ejecutada.Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  9. 9. Diseño en Ingeniería 9En este modelo se definen cuatro fases diferentes y empieza con una tarea dada. Durante la fase de laformulación de la tarea, la tarea será especificada mediante la definición de especificaciones funcionales.En la fase funcional el producto será desarrollado en algunos conceptos mediante la determinación dediferentes funciones del producto, la fase finaliza comparando las funciones del concepto con lasfunciones especificadas en la primera fase. Si es necesaria, es posible en este punto realizar algunaiteración hacia cualquier paso previo. Durante este estado y el siguiente se deberían consultar catálogos dediseño.En la fase de diseño de forma el concepto funcional del producto será detallado definiendo su forma,materiales, métodos de producción y costos. Después de este detallamiento las propiedades del productodesarrollado deben ser comparadas con los requerimientos funcionales definidos en la primera fase.En la fase de resultados el producto diseñado será preparado para su manufactura creando planos de taller,de detalle y ensamble de tal manera que este pueda ser manufacturado y ensamblado adecuadamente.2.3.2.3. Modelo prescriptivo de Pahl y BeitzEs tal vez el modelo más conocido y utilizado tanto en la industria como en la educación. El método dePahl y Beitz utiliza la teoría de sistemas para sustentar la propuesta de trabajo a través de funciones ysubfunciones, que combinan los efectos físicos con las características geométricas y los materiales, paraque surja el principio de solución.El método centra su atención en el denominado «embodiement design» (diseño para dar forma), pero paraello, propone un desarrollo de proyecto por módulos funcionales separados, lo cual tiene como ventaja lasimplificación del análisis, pero la desventaja de que puede llegarse a una propuesta de conjunto muycompleja. En este modelo el proceso de diseño (o desarrollo de productos) es descompuesto en cuatrofases principales (fig. 2.5).En la fase de planeación y clarificación de la tarea se especifica la información que es requerida. La fasede planeación se refiere a la planeación del producto; en la clarificación de la tarea se recaba informaciónacerca de los requerimientos que deben ser cumplidos, sobre las restricciones que los acompañan y suimportancia.La meta en la fase conceptual es determinar el principio de solución, alcanzado este abstrayendo losproblemas esenciales, estableciendo estructuras funcionales, buscando principios de trabajo apropiados yentonces combinando estos principios en una estructura que funcione adecuadamente. A menudo en estepunto se requiere una representación más concreta para la evaluación de la estructura.El diseño para dar forma empieza con el concepto y a partir de esta construye la estructura (bosquejoglobal). Frecuentemente son desarrollados algunos bosquejos preliminares para realizar comparación dealternativas; el bosquejo definitivo provee verificación de la función, resistencia, compatibilidad espacialy viabilidad económica.En el diseño de detalle son delineadas la disposición, formas, dimensiones y propiedades de las superficiesde todos los elementos; son especificados los materiales, son calculadas las posibilidades de producción yestimados los costos, y son elaborados todos los documentos y planos para producción. El resultado de lafase de diseño de detalle es la especificación para producción.
  10. 10. Capítulo 2 Tarea: Mercado, economía, compañía Clarif icar la tarea Planear y Planear y clarif icar la tarea Especif icaciones Diseño conceptual Identif icar problemas esenciales Establecer estructuras f uncionales Buscar principios de solución Combinar y conf irmar variantes de conceptos Evaluar por criterios técnicos y económicos Concepto Actualizar y mejorar Desarrollar arreglos preliminares y diseños de f orma Seleccionar Ref inar y evaluar por criterios técnicos y económicos Diseño para dar f orma Arreglo preliminar Optimizar y completar los diseños preliminares Verif icar Preparar lista de partes y documentos de producción Arreglo def initivo Diseño de detalle Finalizar detalles Completar dibujos y documentos de producción Verif icar documentación Documentación Solución Figura 2.5 Modelo prescriptivo del diseño de Pahl y BeitzPahl y Beitz recomiendan utilizar herramientas que ayuden a visualizar efectos físicos que permitanencontrar elementos funcionales que desempeñen subfunciones que pueden ser combinadassistemáticamente utilizando la llamada tabla morfológica y generar un gran número de alternativas desolución.2.3.2.4. Desarrollo integrado de productos de AndreasenEn el modelo de desarrollo integrado de productos, el proceso es relacionado a tres diferentes aspectos;mercado, producto y producción. El ciclo de desarrollo consiste de las siguientes fases (ver figura 2.6):  Reconocimiento de la necesidadGiovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  11. 11. Diseño en Ingeniería 11  Investigación de la necesidad: la salida de esta fase es la necesidad percibida, establecida para un tipo de producto y un tipo de proceso.  Principio del producto: Esta fase clarifica el uso del producto y sus principios generales. A partir de aquí son determinados los posibles tipos de producción y la relación con los productos de la competencia. Determinación de la Investigación Investigación Preparación para Investigación Necesidad básica del usuario del mercado las ventas del usuario necesidad Determinación del Principio de diseño Diseño preliminar Modif icación para Principio de diseño La tipo de producto del producto del producto manuf actura del producto Consideración del Determinación del Determinación de los Determinación del Determinación del tipo de proceso tipo de producción principios de producción tipo de producción tipo de producción Reconocimiento de la necesidad Investigación Principio Diseño del Preparación del Ejecución de la necesidad del producto producto producto Figura 2.6 Proceso de desarrollo integrado de productos de AndreaseanAl analizar cada uno de los métodos de diseño aquí expuestos se puede concluir que a pesar de lasdiferencias que pueden existir entre ellos, muestran algunas coincidencias que llevan a afirmar elreconocimiento de etapas comunes, como es el caso concreto de la etapa de generación de conceptos dediseño, esto es, de alternativas de solución al problema que se aborda en un momento determinado y en elcual la creatividad es la protagonista principal.Hay que, sin embargo, tener claridad en que el modelo no es otra cosa que una herramienta que puedeorientar un proceso, pero que no lo debe limitar ni subyugar. El método que se utilice estará sometido alproceso y no al contrario, por otro lado el solo modelo no es suficiente para garantizar un correcto diseño,principalmente debido a la incapacidad de representar el contexto del proyecto como un sistema y unsistema con interacciones complejas.En los siguientes capítulos se describirán con mayor detalle cada una de las fases y actividades del modelode Pahl y Beitz, el cual el autor tomará como base para la enseñanza del proceso de diseño2.3.3. Herramientas de diseñoCon el incremento de la competencia, las compañías prefieren emplear ingenieros que puedan desempeñarsus obligaciones como ingenieros sin una significativa capacitación dentro de la compañía. En la industria,los ingenieros y jefes de áreas de diseño están más preocupados con los resultados del diseño y de seguir
  12. 12. Capítulo 2procesos específicos de diseño de manera rigurosa para asegurar que los resultados finales del diseñocumplen con los objetivos del diseño del producto y el desarrollo de proyectos. Se presenta aquí un breveresumen de las técnicas, métodos y herramientas que se han venido proponiendo como elementos deayuda al desarrollo de productos.2.3.3.1. Diseño adaptableEl diseño adaptable (AD por sus siglas en ingles) es un enfoque de diseño que apunta a la creación deproductos y diseños que puedan ser fácilmente adaptables a diferentes y cambiantes requerimientos.Cuando los requerimientos de diseño son modificados debido a cambios en los requerimientos de losclientes o el ambiente de operación de los productos o debido a avances en la tecnología, el diseñoexistente necesita ser adaptado para crear un nuevo diseño y sus productos o el producto existente necesitaadaptarse directamente para satisfacer los nuevos requerimientos.Para reducir los esfuerzos de diseño y de adaptación del producto, tanto la adaptabilidad del diseño y delproducto deben ser considerados en la etapa del diseño. En este sentido, el diseño adaptable es unametodología de diseño para la fácil adaptación del diseño o el producto, considerando cambios en losrequerimientos.La adaptabilidad del diseño es la capacidad de un diseño existente de adaptarse para crear un diseño nuevoo modificado basado en los requerimientos que cambiaron. El fabricante puede beneficiarse de laadaptabilidad del diseño al reusar la mayor parte de las soluciones de diseño y los procesos de producciónexistentes acortando el periodo de desarrollo e incrementando la calidad del producto.La adaptabilidad del producto es la capacidad de un producto físico de adaptarse para satisfacer losrequerimientos que cambiaron. La adaptabilidad del producto es por lo general lograda modificando elproducto existente, bien sea agregando nuevos componentes y/o módulos, reemplazando o actualizandolos componentes existentes (partes, módulos, controladores, software, etc.) con otros nuevos yreconfigurando los componentes existentes (partes, módulos, controladores, software, etc.).El diseño adaptable presenta principalmente dos tipos de beneficios: beneficio económico y beneficioambiental.El beneficio económico se consigue al considerar la adaptabilidad del diseño en el sentido de que unnuevo diseño y sus productos pueden ser creados más fácilmente modificando un diseño existente. Laadaptabilidad también presenta la oportunidad de diseñar productos personalizados a costos razonablesbasados en requerimientos específicos de clientes individuales.Cuando un producto alcanza el final de su vida, en general hay tres escenarios posibles; reusar suscomponentes en el proceso de re manufactura, reciclar el material o descartarlo. El diseño adaptable ofrecela posibilidad de prolongar la vida del producto mismo y facilita también los procesos de re manufactura yreciclaje.2.3.3.2. Ingeniería concurrenteLa ingeniería concurrente (CE por sus siglas en ingles) es un enfoque al desarrollo de productos en la quelas consideraciones del ciclo de vida del producto, desde la planeación, el diseño, la producción, elservicio y aún el retiro del producto son integradas para reducir el tiempo de desarrollo del producto eincrementar la calidad de este. La idea al parecer surgió del análisis que hicieron investigadores de estadosunidos sobre la competitividad de la industria automotriz japonesa en los años 80, época en la que eldesempeño de los automóviles japoneses excedía el de los de estados unidos.Algunos de los factores identificados para la superioridad japonesa fueron, una estrecha comunicaciónentre los equipos de los procesos de desarrollo y manufactura, metas compartidas entre los miembros deGiovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  13. 13. Diseño en Ingeniería 13los equipos, prestar atención a problemas potenciales. Estas prácticas eran naturales para los ingenierosjaponeses así que ellos en su momento no reconocieron estos planteamientos como métodos espéciales.El alcance de la ingeniería concurrente está ahora extendida naturalmente a todo el ciclo de vida delproducto, donde el diseño del producto debe tomar en cuenta varias restricciones del ciclo de vida, talescomo requerimientos de mantenimiento, retorno, desensamble y reciclaje.Desarrollos recientes de “ingeniería digital” ofrece bases firmes para implementar ideas sofisticadas deingeniería concurrente. Toda la información requerida de los productos y los procesos es representada enuna base digital de datos/conocimiento, y utilizada para el diseño del producto de una manera integrada.Actualmente hay disponibles varios tipos de herramientas del tipo de tecnologías de la información y lascomunicaciones (TICs) para dar soporte a los procesos de ingeniería concurrente.2.3.3.3. Diseño para “X”El “Diseño para X” (DfX por sus siglas en ingles) es el nombre genérico para los miembros de una familiade metodologías adoptadas para mejorar tanto el proceso de diseño como el diseño del producto desde unaperspectiva particular que es representada por la X. Existen un número de diferentes interpretaciones de laX; la X puede representar:  Una propiedad específica (pe. Costo, calidad, tiempo de desarrollo, eficiencia, flexibilidad, riesgo o efectos ambientales, etc.)  Una fase del ciclo de vida del producto (pe. Manufactura de partes, ensamble, distribución, servicio o retiro, etc.)De estos, la manufactura y el ensamble fueron los que se consideraron primero debido a que ambosaparentemente son los que afectan en mayor medida la reducción de costos.El diseño para manufactura (DfM por sus siglas en ingles) tiende a optimizar la manufacturabilidad delproducto. El DfM se enfoca en dos pasos en el diseño: Selección de la cadena de producción para unaparte y la optimización del diseño de la parte para la cadena seleccionada. En los dos pasos, dos aspectosson investigados: la compatibilidad entre el diseño de las partes y su cadena y la optimización de uno omás aspectos tales como costo, flexibilidad, daño al ambiente, etc.El diseño para ensamble (DfA por sus siglas en ingles) se enfoca en minimizar el esfuerzo requerido parael ensamble de un producto. Las dos principales reglas del DfA son la reducción del número deoperaciones de ensamble y la cantidad de equipo y diseño de las partes para fácil suministro, agarre einserción.2.3.3.4. Métodos de toma de decisiónAplicado desde los años 60, este método ha sido descrito como un proceso iterativo. En un sentido amplio,involucra la generación de alternativas, un esquema de organización y evaluación para analizar lasalternativas, y eventualmente seleccionar la alternativa de diseño más deseable.Todo proceso de decisión involucra tres fases fundamentales:  Establecer la meta u objetivos – si hay más de uno.  Identificar las restricciones.  Identificar las opciones. El diseño para un propósito, o DfX, se enfoca en proceso de toma de decisiones a través de laidentificación de la meta del diseño. Por ejemplo, el diseño para la disponibilidad implica que la meta delproceso de diseño es asegurar que el artefacto diseñado siempre esté disponible; esta puede sertransformada en objetivos tales como la maximización de la fiabilidad (medida como la media del tiempo
  14. 14. Capítulo 2entre fallas), y la maximización de la mantenibilidad (medida como la media del tiempo requerido para lareparación). Esto ayuda a enfocar el proceso de diseño y a identificar las medidas con las cuales se puedaevaluar el diseño.Para hacer las selecciones deseadas, los ingenieros deben conocer que es lo que ellos desean lograr (esdecir, tener claramente definidos los objetivos del diseño) y ser capaces de evaluar o predecir el lasmedidas del desempeño de las alternativas que están evaluando comparados contra lo que ellos desean.Realmente, tener claridad de las metas y objetivos del diseño no es necesario únicamente para seleccionarlos diseños deseados, también es importante para incrementar la capacidad de los ingenieros de generaralternativas de diseño nuevas y relevantes.2.3.3.5. Análisis de modos de falla y sus efectosExisten razones de seguridad y de eficiencia de recursos para evitar la falla en todo producto. Esfuertemente deseable identificar y eliminar fallas potenciales de los productos durante los proceso dediseño y antes de que estos sean entregados a los clientes. El Análisis de modos de falla y sus efectos(FMEA por sus siglas en ingles) es un enfoque sistemático para tratar con tales problemas de fallas.El análisis es normalmente realizado por un equipo de expertos quienes poseen una profunda comprensiónde productos objetivo y procesos de producción, y tienen bastante conocimiento y experiencia paraaplicación de este tipo de análisis; es por eso que la aplicación de FMEA en sus inicios fue limitado asistemas o productos de gran magnitud y complejidad. Recientemente mediante el uso de herramientascomputarizadas de soporte y la estandarización del método, el análisis se ha venido extendiendo a variasindustrias, tales como la automotriz y la electrónica.FMEA es un planteamiento sintetizado, donde son identificados los modos de falla primitivos, yposiblemente son predichas, con mediciones extremas, las posibles fallas del producto. Los modos de fallasignifican posibles cambios del comportamiento de los componentes primitivos del producto o susfunciones, que pueden causar fallas críticas del producto. Con una base de datos comprensiva de losmodos de falla derivadas de los reportes de fallas pasadas y la experticia humana, es posible enumerarpotenciales fallas críticas y mejorar el diseño del producto durante el proceso de desarrollo del producto.Un procedimiento estándar de FMEA es como sigue:  Comprensión y modelado de productos objetivo y procesos de producción.  Identificación de modos de falla posibles.  Derivación de posibles fallas del producto debido a cada modo de falla.  Cálculo de medidas críticas de cada modo de falla basadas en la ocurrencia del modo de falla, severidad de la falla del producto y defectibilidad del modo de falla.  Mejoramiento del diseño del producto basado en las medidas críticas.2.3.3.6. QFDLos productos de hoy en día deben responder a las altas demandas de los clientes y los rápidos avancestecnológicos que se vienen presentando a diario, esto hace que el desarrollo de un producto se vuelva aveces algo muy complicado y más aún, es muy difícil mantener los requerimientos iniciales del cliente através del ciclo de vida del producto.Básicamente, es obligatorio controlar la calidad de la fabricación del producto de acuerdo a la calidad delproducto diseñado, con este fin fue desarrollada la técnica del QFD (Quality Funtion Deployment).Inicialmente el QFD fue definido como un procedimiento para desplegar sistemáticamente el proceso dedesarrollo de un producto o las funciones que contribuyen a la calidad requerida en el producto. SinGiovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  15. 15. Diseño en Ingeniería 15embargo muchas de las aplicaciones industriales del QFD se enfocan en el primer paso del despliegue quetraza los requerimientos funcionales (la voz de los clientes) en una estructura del producto y suscomponentes.Esta técnica requiere gran cantidad de trabajo para el desarrollo de un completo proceso QFD; para reduciresta cantidad de trabajo, el proceso de QFD ha sido estandarizado y se han preparado plantillas estándares.La industria ha reconocido algunos beneficios de la aplicación de esta técnica: la estructuración de losrequerimientos de calidad del producto, la transferencia de los requerimientos de calidad del productohacia las fases iniciales del desarrollo, anulación de los problemas de calidad, fácil comparación con losproductos de la competencia, acumulación de una enorme cantidad de información sobre la calidad delproducto.En la práctica los pasos del proceso de QFD pueden ser diferentes, dependiendo de: el tipo de producto, sise trata de mejoramiento de productos existentes, si se trata de nuevos o innovadores productos,producción en masa, etc. Básicamente cada paso consiste en trasladar elementos de calidad en otroselementos de calidad utilizando una matriz de formulación (Llamada Casa de la calidad). Resumidos, lospasos del QFD son: 1. Despliegue de la calidad: Traslado de la voz del cliente en características de calidad de los productos medibles, estructura del producto y luego en componentes del producto. 2. Despliegue de la tecnología: Traslado de la estructura y componentes del producto en elementos tecnológicos y procesos de manufactura. 3. Despliegue de los costos: Enumeración de elementos de costo de acuerdo al despliegue de la tecnología. 4. Despliegue de la confiabilidad: Basados en los tres pasos previos se ejecuta un análisis de modos de falla y sus efectos (FMEA).Actualmente, se viene aplicando el QFD al diseño para el ambiente o Ecodiseño, en este caso la técnica esllamada QFDE en la cual los requerimientos medioambientales son considerados junto a la voz del cliente,el resto de pasos son básicamente los mismos.De manera casi simultánea a la profundización en cada una de las fases del modelo de diseño de Pahl yBeitz, en los siguientes capítulos se presentarán con un mayor grado de detalle algunas de estasherramientas.2.3.3.7. Método de TaguchiEl método de Taguchi apunta a mejorar la calidad de los procesos y productos a través de todo el ciclo devida del producto, y es considerado un extraordinario y exitoso enfoque en ingeniería de calidad. Desde elpunto de vista del diseño de productos y procesos, el método de Taguchi es esencialmente unaaproximación al diseño robusto.El núcleo del método es el diseño paramétrico, donde son determinados los factores de control y susvalores con el objeto de minimizar la sensibilidad de las variaciones de la calidad del producto conrespecto a factores ruido durante el uso del producto. La idea no es tratar de eliminar los factores de ruidosino hacer el diseño del producto menos sensible a estos factores. La cuestión es cómo seleccionar losfactores de control apropiados y determinar sus valores que sean menos sensibles a los factores de ruido.2.3.3.8. Diseño total de PughLa metodología del diseño total provee un marco de diseño para un modelo de proceso de diseñoestructurado que puede ser aplicado por profesionales en la industria. Su contribución real es el llamadoproceso de selección de conceptos, el cual iterativamente permite, utilizando una matriz de selección de
  16. 16. Capítulo 2concepto (Matriz de Pugh), seleccionar el mejor concepto entre un número de candidatos basado en algúncriterio.Este método no solo puede ser utilizado en la fase conceptual del diseño de soluciones completas, tambiénse puede utilizar para la selección de conceptos en la arquitectura global del sistema, subsistemas ycomponentes individuales. El núcleo de la metodología de Pugh son las especificaciones de diseño delproducto.Comparada con otras metodologías, la metodología de Pugh es simple y fácil de utilizar por los equipos dediseño, quienes la han probado en numerosos usos industriales. Aunque su desarrollo se hizo de maneraindependiente del QFD, esta puede ser integrada dentro del QFD.2.4. Trabajo en equipoMás allá de las metodologías y las técnicas de diseño que se seleccionen, está la implementación de estas.La evolución de las necesidades de soluciones de diseño, que involucran cada vez una mayor sofisticacióny complejidad, y la globalización de la economía, entre otros factores han llevado a que los proyectos dediseño ya no sean afrontados completamente por una sola persona, el “diseñador de la compañía”, comosucedía en un comienzo; hoy en día, aún en las pequeñas empresas que diseñan o desarrollan artefactos oproductos, el proceso de diseño es desarrollado por equipos de diseño.En la industria y en el campo del diseño particularmente, se pueden distinguir dos tipos de equipos dediseño:El primero denominado el equipo de diseño en ingeniería, está conformado por diseñadores todostrabajando en un único componente o componentes separados de un ensamble. En estos equipos todos losintegrantes o participantes juegan un mismo rol en el proceso de diseño; todos son diseñadores conconocimientos similares y trabajan como un equipo ya que el problema es muy grande para que uno sololo complete en un tiempo razonable.El segundo es el denominado equipo de diseño concurrente, en este cada miembro del equipo cumple unrol diferente. Los equipos de este tipo están generalmente integrados por representantes del área deingeniería, mercadeo y producción; adicionalmente pueden existir otros miembros o equipos de apoyoexterno.En una compañía grande un equipo de diseño puede estar conformado, entre otros, por:  Ingenieros diseñadores. Soportan la mayor responsabilidad en el diseño; deben asegurarse que las necesidades son claramente entendidas, se desarrollen los requerimientos de ingeniería y que sean incluidos en el producto.  Ingenieros de producción. Como un soporte sobre los diferentes procesos de manufactura aplicables al diseño; el ingeniero de producción no debe solamente conocer las capacidades de manufactura propias de la compañía sino también lo que existe en la región y lo que en general la industria puede ofrecer.  Ingenieros de automatización. Hoy en día la mayoría de las máquinas y productos tienen altos componentes de automatización y control; este ingeniero es el encargado de diseñar o asesorar a los diseñadores en los esquemas de automatización de los proyectos.  Dibujantes - detalladores. En muchas compañías los ingenieros de diseño son los encargados del desarrollo de las especificaciones, de la planeación, del diseño conceptual y de las primeras fases del diseño del producto; el proyecto es entonces entregado a los detalladores y dibujantes quienes lo finalizan detallando y desarrollando la documentación para manufactura y ensamble (planos, manuales, etc.)  Especialistas en materiales. Algunos proyectos pueden requerir que se diseñen materiales para que cumplan con las necesidades del producto, en otras ocasiones la selección de los materiales está influenciada por la disponibilidad. Esta actividad puede ser cumplida por un ingeniero de materiales, sin embargo muchas veces se utilizan como asesores a los representantes de las casasGiovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
  17. 17. Diseño en Ingeniería 17 que venden materiales, estos generalmente tiene un amplio conocimiento sobre las capacidades y limitaciones de sus materiales; muchos vendedores hoy en día proveen asistencia técnica como parte de su servicio.  Especialistas en control de calidad y aseguramiento de la calidad. No solo hay que asegurarse que estadísticamente los productos cumplan con las especificaciones, también es necesario que los productos cumpla con los códigos o normas pertinentes; los encargados de la calidad generalmente inspeccionan la materia prima, los elementos comerciales que se compran y los elementos producidos internamente. En función de la aplicación del producto, también se deben examinar las regulaciones existentes y verificar que se cumplen con ellas.  Diseñadores industriales. Mucho tiempo atrás primaba la funcionalidad de los productos sobre su estética, hoy en día el éxito de muchos productos está influenciada por su apariencia. Los diseñadores industriales son los responsables de cómo se ven los productos y que tan bien este interactúa con los usuarios. Algunas veces se encargan de diseñar “el estuche” dentro del cual deben trabajar los diseñadores (restricciones).La efectividad del ejercicio de diseño, evidenciada en los resultados competitivos del diseño, estáíntimamente ligada a la conformación, administración y trabajo del equipo de diseño; en el anexo A sehace una introducción al trabajo en equipo y a los equipos de diseño, se dan unas pautas para suconformación y manejo.BIBLIOGRAFÍA[1] DYM, C y LITTLE, P. El proceso de diseño en ingeniería. 1 ed. México D.F.: Limusa Wiley, 2002. 328 p.[2] Clausing D, Pugh S (1991) Enhanced Quality Function Deployment. Proceedings of the Design and Productivity International Conference, Honolulu, HI, February 6–8, 15–25.[3] Finger S, Dixon JR (1989) A Review of Research in Mechanical Engineering Design. Part I: Descriptive, Prescriptive, and Computer-based Models of Design Processes. Research in Engineering Design 1(1):51–67.[4] Finger S, Dixon JR (1989) A Review of Research in Mechanical Engineering Design. Part II: Representations, Analysis, and Design for the Life Cycle. Research in Engineering Design 1(2):121– 137.[5] Gu P, Hashemian M, Nee AYC (2004) Adaptable Design. Annals of CIRP 53(2):539–557.[6] Reich Y (1995) A Critical Review of General Design Theory. Research in Engineering Design 7(1):1– 18.[7] Sohlenius G (1992) Concurrent Engineering. Annals of CIRP 41(2):645–656.[8] Ullman DG (2002) The Mechanical Design Process. McGraw Hill.[9] Tomiyama T (2006) A Classification of Design Theories and Methodologies. Proceedings of the 2006 ASME IDETC, Paper No. DETC2006-99444, ASME.[10] Li H, Azarm S (2000) Product Design Selection Under Uncertainty and With Competitive Advantage. Journal of Mechanical Design 122(4):411–418.

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