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Capítulo 2
Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/
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CAPÍTULO DOS
Diseño en ingeniería
Figura 2.1 Plano de dibujo y elementos mecánicos

Diseño en Ingeniería 3
Antes de iniciar con definiciones y discursos sobre diseño es importante hacer claridad que este es un tipo de actividad cognitiva más que un estatus profesional, diseñar tampoco es dominar el uso de software de diseño y análisis de ingeniería, el diseño es una actividad humana dirigida principalmente por el conocimiento; sin embrago tampoco es una actividad realizada por personas superdotadas, como veremos en este libro, todos en algún momento hemos diseñado!
El diseño como tarea consiste en pensar (idear) y describir un artefacto o una combinación de elementos que involucran unas características deseadas (específicamente funciones). El diseño como proceso consiste en tomar información de la situación, necesidades y requisitos y transformarla en la descripción de un artefacto que las satisfaga. En concordancia con lo anterior, se podría señalar que el individuo que diseña, es un medio de trasformación de información, que proviene inicialmente del cliente, pero que se alimenta también de conocimiento propio del diseñador y conocimiento adquirido durante el proceso, para dar lugar a un artefacto imaginado que cuando es llevado a la realidad, confirma las características con las que se pensó.
Un proceso de diseño involucra conocimiento de diseño, información de diseño y su manejo por parte del diseñador; esto significa que se necesitan teorías y metodologías para capturar, representar, modelar y codificar el conocimiento y la información del diseño. Al mismo tiempo estas clases de conocimiento deben ser utilizadas apropiadamente.
El hecho de la intervención cognitiva del individuo además de elementos subjetivos que se unen en un sistema a los elementos técnicos, confieren a la ingeniería del diseño una complejidad elevada. Su estudio ha cobrado relevancia en las últimas décadas, generando un movimiento de investigación importante. Hoy día se habla del diseño como una ciencia y se reconoce la interacción de un gran conjunto de características 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 de propuestas para representarlo (modelos descriptivos), para realizarlo (modelos prescriptivos), para entenderlo (modelos cognitivos) y para automatizarlo (modelos computacionales); además de la gran cantidad 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. Se puede decir que los currículos académicos de la ingeniería se sesgan hacia el análisis, dejando a la síntesis un tanto en el aire, bajo el supuesto de que la experiencia y el conocimiento del ingeniero de diseño son suficientes para desarrollarla con éxito. Sin embargo, las exigencias del mundo globalizado actual, por productos cada vez más competitivos, más creativos, más innovadores, han incrementado la necesidad de que la etapa de síntesis, aquella en la que la creatividad juega un papel fundamental, sea tenida en cuenta de una mejor manera. Este reconocimiento ha dado lugar a nuevas tendencias de las investigaciones en la ingeniería de diseño.
2.1. Definiciones de diseño
En 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.

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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 formulan el 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 de características deseadas (particularmente, funciones) y que se logra básicamente por la trasformación de información sobre condiciones, necesidades, demandas, requisitos y exigencias, en la descripción de un artefacto capaz de satisfacer esas demandas, que pueden incluir no solo los deseos del cliente, sino también requisitos de todo el ciclo de vida, esto es, de todos los estados intermedios por los que pasa el producto.
2.2. Metodologías de diseño
Las metodologías de diseño tratan con los procedimientos concretos de diseño al nivel del proceso y de sus actividades [algunas veces llamada teoría prescriptiva (Finger 1989)], y no del diseño de una clase específica de artefactos (pe. Automóviles, aviones, máquinas herramientas) que deberían ser llamados métodos de diseño.
La metodología de diseño empieza con un modelo para el proceso de diseño que puede ser utilizado para desarrollar las especificaciones de un producto. En todos los casos es evidente que el proceso de desarrollo es generalmente contemplado como una secuencia lógica de fases dentro de las cuales son ejecutadas las tareas específicas. Aunque existen diferencias, como por ejemplo en el alcance de los modelos y el uso de las iteraciones, todos los modelos muestran una manera similar de describir el progreso a través de una secuencia de eventos.
Es interesante aquí precisar la diferencia entre los términos método, técnica, modelo y metodología, ya que ellos son utilizados de diferentes maneras en la literatura y puede prestarse a confusión. Método hace referencia 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 de representar el método, con el fin de estudiarlo y comprenderlo; la metodología es el estudio formal del método. De esta manera, mientras que las técnicas son herramientas para el método, el modelo lo es para la metodología.

2.3. Modelos de diseño
En general se entiende como modelo de diseño la forma de representación del proceso que desarrolla el diseñador en su labor. Los modelos y métodos de diseño se pueden enmarcar dentro del campo que los expertos califican como investigación en diseño, cuyo objetivo genérico es establecer nuevas formas o recomendaciones que potencien la eficiencia en el diseño.
En un panorama global, de acuerdo a las tendencias de investigación en ingeniería de diseño, los modelos de 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 modelos computacionales, abren el espacio a la integración del ordenador como herramienta de asistencia en el proceso; los modelos descriptivos muestran la secuencia de actividades que ocurren en diseño mientras que los prescriptivos, como su nombre lo indica, señalan un patrón de actividades de diseño. Debido al enfoque de este libro los modelos cognitivos y computacionales no serán tratados en detalle y por el contrario su desarrollo se centrará en los modelos descriptivos y prescriptivos y las herramientas utilizadas en su aplicación.
2.3.1. Modelos descriptivos del diseño
El modelo lineal del proceso de diseño, aunque resulta muy básico, permite identificar las fases del diseño que son comúnmente aceptadas por la mayoría de investigadores. En la Figura 2.2 se muestran las fases de diseño conceptual, preliminar y detallado correspondientes al modelo descriptivo lineal de diseño más básico que se puede tener; en la literatura se pueden encontrar modelos descriptivos lineales que involucran también, al inicio la fase de definición del problema y al final la fase de comunicación del diseño.
La fase de identificación de la necesidad, además de 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 el cliente desea. Involucra el establecimiento de las necesidades que requieren ser resueltas, identificar los objetivos que deben 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, se deben aclarar los objetivos del diseño, establecer los requerimientos del usuario, identificar restricciones y establecer funciones; el resultado será el planteamiento modificado del problema en el cual se incluyan los objetivos detallados (ponderados), las restricciones y limitaciones, los requerimientos del usuario, las funciones y las necesidades 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
Figura 2.2 Modelo descriptivo lineal del diseño
Diseño conceptualDiseño preliminarDiseño detalladoIdentificación dela necesidadDiseño final

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en función de estas generar alternativas de diseño, las cuales serán presentados mediante diseños o esquemas conceptuales junto a las especificaciones de diseño establecidas. Los conceptos son ideas de solución 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 no se obtienen estructuras de solución lo suficientemente válidas (o acabadas) como para materializar la respuesta al problema. Sin embargo, es la etapa que demanda del diseñador una alta dosis de abstracción y de creatividad; está caracterizada por la incertidumbre del éxito y por la dinámica de la evolución hacia estructuras válidas.
En la fase de diseño preliminar el objetivo es la identificación de los atributos principales de los conceptos o esquemas de diseño. Con los diseños o esquemas conceptuales y las especificaciones de diseño establecidas se busca modelar y analizar alternativas de diseño conceptual, luego estas alternativas se deben evaluar para seleccionar un concepto de diseño a desarrollar. En esta fase se avanza en la concretización de una solución al problema, determinando componentes e interacciones con el suficiente grado como para poderla evaluar objetivamente. Se obtienen formas específicas, materiales propuestos y planos de conjunto con dimensiones generales, que representan al producto como un conjunto organizado de piezas, componentes, enlaces y acoplamientos.
Habiendo ya seleccionado el concepto de diseño a desarrollar, el objetivo en la fase de diseño detallado es precisamente afinar y definir en forma detallada dicho diseño final. Este refinamiento y optimización debe conducir a establecer las especificaciones de fabricación. Esta fase corresponde a la generación de todas las especificaciones necesarias para la producción del producto, esto puede involucrar la elaboración de planos de detalle, la determinación de etapas de fabricación, la identificación de proveedores, etc.
2.3.2. Modelos prescriptivos del diseño
Como se mencionó, los modelos prescriptivos además de describir, dan pautas para desarrollar cada una de las fases y etapas del proceso de diseño. En esta categoría existen gran cantidad de propuestas, aquí se presentarán 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 Dym
El modelo del proceso de diseño de Dym está configurado por cinco etapas que empiezan con el planteamiento por parte del cliente y termina cuando el diseño final se documenta al cliente. Cada una de las etapas involucra a su vez la realización de tareas específicas de diseño, como se muestra en la figura 2.3; 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 a reunir 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 que deben 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, se deben aclarar los objetivos del diseño, establecer los requerimientos del usuario, identificar restricciones y establecer funciones; el resultado será el planteamiento modificado del problema en el cual se incluyan los objetivos detallados (ponderados), las restricciones y limitaciones, los requerimientos del usuario, las funciones y las necesidades de recursos.
El planteamiento modificado del cliente será el problema “real” que deberá ser resuelto y se define en la forma 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 en

función de estas se generan alternativas de diseño, las cuales serán presentadas mediante diseños o esquemas conceptuales junto a las especificaciones de diseño establecidas. Los conceptos son ideas de solución generalmente representadas mediante bosquejos acompañados de una descripción textual.
Figura 2.3 Modelo prescriptivo del diseño de Dym
El objetivo en la fase del diseño preliminar es la identificación de los atributos principales de los conceptos o esquemas de diseño. Con los diseños o esquemas conceptuales y las especificaciones de diseño ya establecidas se busca modelar y analizar alternativas de diseño conceptual, en seguida estas alternativas 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 es precisamente afinar y definir en forma detallada dicho diseño final. Este refinamiento y optimización debe conducir a establecer las especificaciones de fabricación.
La fase de comunicación del diseño está dedicada a documentar las especificaciones de fabricación y su justificación, esto se puede lograr mediante un informe final al cliente que entre otras cosas debería contener 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 de retroalimentación. En la figura 2.3 se puede ver que la retroalimentación en el proceso ocurre en dos formas principalmente, la primera es un ciclo interno de retroalimentación en donde los resultados de la tareas de las fases de diseño conceptual y diseño preliminar son retroalimentadas a la etapas previas para verificar que el diseño funciona como se esperaba, el segundo ciclo de retroalimentación es externo y ocurre después de que el producto que resulta del diseño ha sido utilizado bajo las condiciones de operación y en el mercado para el cual fue pensado.
Definición del problema1. Aclarar objetivos2. Establecer requerimientos del usuario3. Identificar restricciones4. Establecer funcionesDiseño conceptualDiseño preliminarDiseño detalladoComunicación del diseño10. Documentar el diseñoEspecificacionesPlanteamientoDel cliente5. Establecer especificaciones de diseño6. Generar alternativas7. Modelar o analizar el diseño8. Probar y evaluar el diseño9. Afinar y optimizar el diseñoProductovalidaciónverificación

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2.3.2.2. Modelo prescriptivo de Roth
El modelo del proceso de diseño de Roth (fig. 2.4) se refiere explícitamente a las tareas de diseño y excluye aquellos pasos que ocurren después que se ha completado el diseño, aunque la estructura del modelo es adecuado para toda la fase de desarrollo.
Figura 2.4 Modelo prescriptivo del diseño de Roth
El modelo muestra las fases o estados en la evolución del diseño de un producto y descompone estas fases en actividades para ser ejecutadas durante dichas fases. Este modelo considera iteraciones al final de la fase conceptual (funcional) y de la fase de detalle (diseño de la forma) con posibilidad de regresar a cualquiera de las actividades previas, una vez que la actividad de evaluación haya sido ejecutada.
TareaEspecificaciónEspecificaciones funcionalesRequerimientos Técnicos & Especificaciones costoDeterminar la estructurafuncional generalDeterminar la estructurafuncional especialFunción realFunción especificada Vs. Función realDiseño de forma & Selección de materialesDiseño para producciónFunciones reales & Costos realesFunción Actual Vs. especificaciones & costoDibujos para producciónFase de Formulaciónde la tareaFase funcionalFase de diseño de la formaresultadoProducto

En este modelo se definen cuatro fases diferentes y empieza con una tarea dada. Durante la fase de la formulación 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 de diferentes funciones del producto, la fase finaliza comparando las funciones del concepto con las funciones especificadas en la primera fase. Si es necesaria, es posible en este punto realizar alguna iteración hacia cualquier paso previo. Durante este estado y el siguiente se deberían consultar catálogos de diseño.
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 producto desarrollado 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 Beitz
Es tal vez el modelo más conocido y utilizado tanto en la industria como en la educación. El método de Pahl y Beitz utiliza la teoría de sistemas para sustentar la propuesta de trabajo a través de funciones y subfunciones, que combinan los efectos físicos con las características geométricas y los materiales, para que surja el principio de solución.
El método centra su atención en el denominado «embodiement design» (diseño para dar forma), pero para ello, propone un desarrollo de proyecto por módulos funcionales separados, lo cual tiene como ventaja la simplificación del análisis, pero la desventaja de que puede llegarse a una propuesta de conjunto muy compleja. En este modelo el proceso de diseño (o desarrollo de productos) es descompuesto en cuatro fases principales (fig. 2.5).
En la fase de planeación y clarificación de la tarea se especifica la información que es requerida. La fase de planeación se refiere a la planeación del producto; en la clarificación de la tarea se recaba información acerca de los requerimientos que deben ser cumplidos, sobre las restricciones que los acompañan y su importancia.
La meta en la fase conceptual es determinar el principio de solución, alcanzado este abstrayendo los problemas esenciales, estableciendo estructuras funcionales, buscando principios de trabajo apropiados y entonces combinando estos principios en una estructura que funcione adecuadamente. A menudo en este punto 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 (bosquejo global). Frecuentemente son desarrollados algunos bosquejos preliminares para realizar comparación de alternativas; el bosquejo definitivo provee verificación de la función, resistencia, compatibilidad espacial y viabilidad económica.
En el diseño de detalle son delineadas la disposición, formas, dimensiones y propiedades de las superficies de todos los elementos; son especificados los materiales, son calculadas las posibilidades de producción y estimados los costos, y son elaborados todos los documentos y planos para producción. El resultado de la fase de diseño de detalle es la especificación para producción.

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Figura 2.5 Modelo prescriptivo del diseño de Pahl y Beitz
Pahl y Beitz recomiendan utilizar herramientas que ayuden a visualizar efectos físicos que permitan encontrar elementos funcionales que desempeñen subfunciones que pueden ser combinadas sistemáticamente utilizando la llamada tabla morfológica y generar un gran número de alternativas de solución.
2.3.2.4. Desarrollo integrado de productos de Andreasen
En 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 necesidad
Tarea: Mercado, economía, compañíaPlanear y clarificarla tareaIdentificar problemas esencialesEstablecer estructuras funcionalesBuscar principios de soluciónCombinar y confirmar variantes de conceptosEvaluar por criterios técnicos y económicosDesarrollar arreglos preliminares y diseños de formaSeleccionarRefinar y evaluar por criterios técnicos y económicosOptimizar y completar los diseños preliminaresVerificarPreparar lista de partes y documentos de producciónFinalizar detallesCompletar dibujos y documentos de producciónVerificar documentaciónDocumentaciónSolución Actualizar y mejorarPlanear y Clarificar la tareaDiseño conceptualDiseño para dar formaDiseño de detalle EspecificacionesConceptoArreglo preliminarArreglo definitivo

 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.
Figura 2.6 Proceso de desarrollo integrado de productos de Andreasean
Al analizar cada uno de los métodos de diseño aquí expuestos se puede concluir que a pesar de las diferencias que pueden existir entre ellos, muestran algunas coincidencias que llevan a afirmar el reconocimiento de etapas comunes, como es el caso concreto de la etapa de generación de conceptos de diseño, esto es, de alternativas de solución al problema que se aborda en un momento determinado y en el cual la creatividad es la protagonista principal.
Hay que, sin embargo, tener claridad en que el modelo no es otra cosa que una herramienta que puede orientar un proceso, pero que no lo debe limitar ni subyugar. El método que se utilice estará sometido al proceso 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 un sistema con interacciones complejas.
En los siguientes capítulos se describirán con mayor detalle cada una de las fases y actividades del modelo de Pahl y Beitz, el cual el autor tomará como base para la enseñanza del proceso de diseño
2.3.3. Herramientas de diseño
Con el incremento de la competencia, las compañías prefieren emplear ingenieros que puedan desempeñar sus 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
Determinación de laNecesidad básicaDeterminación deltipo de productoConsideración deltipo de proceso Lanecesidad Investigacióndel usuarioPrincipio de diseñodel productoDeterminación deltipo de producciónInvestigacióndel mercadoDiseño preliminardel productoDeterminación de losprincipios de producciónPreparación paralas ventasModificación para manufacturaDeterminación deltipo de producciónInvestigacióndel usuarioPrincipio de diseñodel productoDeterminación deltipo de producción Reconocimientode la necesidad Investigación de la necesidadPrincipio del productoDiseño delproductoPreparación del productoEjecución

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procesos específicos de diseño de manera rigurosa para asegurar que los resultados finales del diseño cumplen con los objetivos del diseño del producto y el desarrollo de proyectos. Se presenta aquí un breve resumen de las técnicas, métodos y herramientas que se han venido proponiendo como elementos de ayuda al desarrollo de productos.
2.3.3.1. Diseño adaptable
El diseño adaptable (AD por sus siglas en ingles) es un enfoque de diseño que apunta a la creación de productos 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 los clientes o el ambiente de operación de los productos o debido a avances en la tecnología, el diseño existente necesita ser adaptado para crear un nuevo diseño y sus productos o el producto existente necesita adaptarse directamente para satisfacer los nuevos requerimientos.
Para reducir los esfuerzos de diseño y de adaptación del producto, tanto la adaptabilidad del diseño y del producto deben ser considerados en la etapa del diseño. En este sentido, el diseño adaptable es una metodología de diseño para la fácil adaptación del diseño o el producto, considerando cambios en los requerimientos.
La adaptabilidad del diseño es la capacidad de un diseño existente de adaptarse para crear un diseño nuevo o modificado basado en los requerimientos que cambiaron. El fabricante puede beneficiarse de la adaptabilidad del diseño al reusar la mayor parte de las soluciones de diseño y los procesos de producción existentes 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 los requerimientos que cambiaron. La adaptabilidad del producto es por lo general lograda modificando el producto existente, bien sea agregando nuevos componentes y/o módulos, reemplazando o actualizando los componentes existentes (partes, módulos, controladores, software, etc.) con otros nuevos y reconfigurando los componentes existentes (partes, módulos, controladores, software, etc.).
El diseño adaptable presenta principalmente dos tipos de beneficios: beneficio económico y beneficio ambiental.
El beneficio económico se consigue al considerar la adaptabilidad del diseño en el sentido de que un nuevo diseño y sus productos pueden ser creados más fácilmente modificando un diseño existente. La adaptabilidad también presenta la oportunidad de diseñar productos personalizados a costos razonables basados en requerimientos específicos de clientes individuales.
Cuando un producto alcanza el final de su vida, en general hay tres escenarios posibles; reusar sus componentes en el proceso de re manufactura, reciclar el material o descartarlo. El diseño adaptable ofrece la posibilidad de prolongar la vida del producto mismo y facilita también los procesos de re manufactura y reciclaje.
2.3.3.2. Ingeniería concurrente
La ingeniería concurrente (CE por sus siglas en ingles) es un enfoque al desarrollo de productos en la que las consideraciones del ciclo de vida del producto, desde la planeación, el diseño, la producción, el servicio y aún el retiro del producto son integradas para reducir el tiempo de desarrollo del producto e incrementar la calidad de este. La idea al parecer surgió del análisis que hicieron investigadores de estados unidos sobre la competitividad de la industria automotriz japonesa en los años 80, época en la que el desempeño de los automóviles japoneses excedía el de los de estados unidos.
Algunos de los factores identificados para la superioridad japonesa fueron, una estrecha comunicación entre los equipos de los procesos de desarrollo y manufactura, metas compartidas entre los miembros de

los equipos, prestar atención a problemas potenciales. Estas prácticas eran naturales para los ingenieros japoneses 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 del producto, donde el diseño del producto debe tomar en cuenta varias restricciones del ciclo de vida, tales como requerimientos de mantenimiento, retorno, desensamble y reciclaje.
Desarrollos recientes de “ingeniería digital” ofrece bases firmes para implementar ideas sofisticadas de ingeniería concurrente. Toda la información requerida de los productos y los procesos es representada en una 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 las comunicaciones (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 familia de metodologías adoptadas para mejorar tanto el proceso de diseño como el diseño del producto desde una perspectiva particular que es representada por la X. Existen un número de diferentes interpretaciones de la X; 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 ambos aparentemente 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 del producto. El DfM se enfoca en dos pasos en el diseño: Selección de la cadena de producción para una parte y la optimización del diseño de la parte para la cadena seleccionada. En los dos pasos, dos aspectos son investigados: la compatibilidad entre el diseño de las partes y su cadena y la optimización de uno o más 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 para el ensamble de un producto. Las dos principales reglas del DfA son la reducción del número de operaciones de ensamble y la cantidad de equipo y diseño de las partes para fácil suministro, agarre e inserción.
2.3.3.4. Métodos de toma de decisión
Aplicado 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 las alternativas, 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 la identificación de la meta del diseño. Por ejemplo, el diseño para la disponibilidad implica que la meta del proceso de diseño es asegurar que el artefacto diseñado siempre esté disponible; esta puede ser transformada en objetivos tales como la maximización de la fiabilidad (medida como la media del tiempo

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entre fallas), y la maximización de la mantenibilidad (medida como la media del tiempo requerido para la reparación). Esto ayuda a enfocar el proceso de diseño y a identificar las medidas con las cuales se pueda evaluar el diseño.
Para hacer las selecciones deseadas, los ingenieros deben conocer que es lo que ellos desean lograr (es decir, tener claramente definidos los objetivos del diseño) y ser capaces de evaluar o predecir el las medidas 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 seleccionar los diseños deseados, también es importante para incrementar la capacidad de los ingenieros de generar alternativas de diseño nuevas y relevantes.
2.3.3.5. Análisis de modos de falla y sus efectos
Existen razones de seguridad y de eficiencia de recursos para evitar la falla en todo producto. Es fuertemente deseable identificar y eliminar fallas potenciales de los productos durante los proceso de diseño 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 comprensión de productos objetivo y procesos de producción, y tienen bastante conocimiento y experiencia para aplicación de este tipo de análisis; es por eso que la aplicación de FMEA en sus inicios fue limitado a sistemas o productos de gran magnitud y complejidad. Recientemente mediante el uso de herramientas computarizadas de soporte y la estandarización del método, el análisis se ha venido extendiendo a varias industrias, tales como la automotriz y la electrónica.
FMEA es un planteamiento sintetizado, donde son identificados los modos de falla primitivos, y posiblemente son predichas, con mediciones extremas, las posibles fallas del producto. Los modos de falla significan posibles cambios del comportamiento de los componentes primitivos del producto o sus funciones, que pueden causar fallas críticas del producto. Con una base de datos comprensiva de los modos de falla derivadas de los reportes de fallas pasadas y la experticia humana, es posible enumerar potenciales 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. QFD
Los productos de hoy en día deben responder a las altas demandas de los clientes y los rápidos avances tecnológicos que se vienen presentando a diario, esto hace que el desarrollo de un producto se vuelva a veces algo muy complicado y más aún, es muy difícil mantener los requerimientos iniciales del cliente a través del ciclo de vida del producto.
Básicamente, es obligatorio controlar la calidad de la fabricación del producto de acuerdo a la calidad del producto 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 de desarrollo de un producto o las funciones que contribuyen a la calidad requerida en el producto. Sin

embargo muchas de las aplicaciones industriales del QFD se enfocan en el primer paso del despliegue que traza los requerimientos funcionales (la voz de los clientes) en una estructura del producto y sus componentes.
Esta técnica requiere gran cantidad de trabajo para el desarrollo de un completo proceso QFD; para reducir esta 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 los requerimientos de calidad del producto, la transferencia de los requerimientos de calidad del producto hacia las fases iniciales del desarrollo, anulación de los problemas de calidad, fácil comparación con los productos de la competencia, acumulación de una enorme cantidad de información sobre la calidad del producto.
En la práctica los pasos del proceso de QFD pueden ser diferentes, dependiendo de: el tipo de producto, si se 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 otros elementos de calidad utilizando una matriz de formulación (Llamada Casa de la calidad). Resumidos, los pasos 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 es llamada 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 y Beitz, en los siguientes capítulos se presentarán con un mayor grado de detalle algunas de estas herramientas.
2.3.3.7. Método de Taguchi
El método de Taguchi apunta a mejorar la calidad de los procesos y productos a través de todo el ciclo de vida del producto, y es considerado un extraordinario y exitoso enfoque en ingeniería de calidad. Desde el punto de vista del diseño de productos y procesos, el método de Taguchi es esencialmente una aproximación al diseño robusto.
El núcleo del método es el diseño paramétrico, donde son determinados los factores de control y sus valores con el objeto de minimizar la sensibilidad de las variaciones de la calidad del producto con respecto a factores ruido durante el uso del producto. La idea no es tratar de eliminar los factores de ruido sino hacer el diseño del producto menos sensible a estos factores. La cuestión es cómo seleccionar los factores de control apropiados y determinar sus valores que sean menos sensibles a los factores de ruido.
2.3.3.8. Diseño total de Pugh
La metodología del diseño total provee un marco de diseño para un modelo de proceso de diseño estructurado que puede ser aplicado por profesionales en la industria. Su contribución real es el llamado proceso de selección de conceptos, el cual iterativamente permite, utilizando una matriz de selección de

Capítulo 2
concepto (Matriz de Pugh), seleccionar el mejor concepto entre un número de candidatos basado en algún criterio.
Este método no solo puede ser utilizado en la fase conceptual del diseño de soluciones completas, también se puede utilizar para la selección de conceptos en la arquitectura global del sistema, subsistemas y componentes individuales. El núcleo de la metodología de Pugh son las especificaciones de diseño del producto.
Comparada con otras metodologías, la metodología de Pugh es simple y fácil de utilizar por los equipos de diseño, quienes la han probado en numerosos usos industriales. Aunque su desarrollo se hizo de manera independiente del QFD, esta puede ser integrada dentro del QFD.
2.4. Trabajo en equipo
Más 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 sofisticación y complejidad, y la globalización de la economía, entre otros factores han llevado a que los proyectos de diseño ya no sean afrontados completamente por una sola persona, el “diseñador de la compañía”, como sucedía en un comienzo; hoy en día, aún en las pequeñas empresas que diseñan o desarrollan artefactos o productos, 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 de diseño:
El primero denominado el equipo de diseño en ingeniería, está conformado por diseñadores todos trabajando en un único componente o componentes separados de un ensamble. En estos equipos todos los integrantes o participantes juegan un mismo rol en el proceso de diseño; todos son diseñadores con conocimientos similares y trabajan como un equipo ya que el problema es muy grande para que uno solo lo complete en un tiempo razonable.
El segundo es el denominado equipo de diseño concurrente, en este cada miembro del equipo cumple un rol diferente. Los equipos de este tipo están generalmente integrados por representantes del área de ingeniería, mercadeo y producción; adicionalmente pueden existir otros miembros o equipos de apoyo externo.
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 casas

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, está íntimamente ligada a la conformación, administración y trabajo del equipo de diseño; en el anexo A se hace una introducción al trabajo en equipo y a los equipos de diseño, se dan unas pautas para su conformación y manejo.
BIBLIOGRAFÍA
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