INGENIERIA Y COMUNICACION GRAFICA

I
Capítulo
______________
2
El proceso de diseño
en ingeniería
Un científico puede descubrir una estrella nueva pero no puede crear
una. Tendría que pedirle áun ingeniero que lo hiciera por él. .
OBJETIVOS
Gordon L. G\egg, The Design of Design, 1969
Al término de este capítulo, el lector será capaz de:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Describir el proceso de diseño en ingeniería y el papel
que las gráficas tienen en él.
Describir la ingeniería concurrente y el diseño para
facilidad de m anufactura (DEM, por sus siglas en in­
glés). '
Enum erar y describir las técnicas de modelado em­
pleadas en el diseño.
■
'
Describir el proceso de construcción rápida de proto­
tipos.
'
YY-C,;V
:-V'
•••'
Enumerar y describir las técnicas de análisis utiliza­
das en el diseño.
Describir el proceso de la administración de calidad
total (TQM, por sus siglas en inglés).
,
CTTRODUCCION
Las gráficas técnicas son una parte integral del proceso de
diseño en ingeniería, es a través de ellas que los ingenieros
y dibujantes o diseñadores generan ideas nuevas y resuelven
problemas. El diseño tradicional en ingeniería consiste en
varios p aso s m uy relacionados que fluyen de manera
secuencial en ambas direcciones, hacia adelante yhacia átrás.
En Estados Unidos, muchas industrias están cambiando su
metodología de diseño: de la actividad lineal/secuencia! a
un enfoque de equipo, en el cual todas las partes de la com­
pañía trabajan al mismo tiempo en un proyecto.
El proceso de diseño en ingeniería da.^sentido y fi­
nalidad a las gráficas en.laingeniería. El diseño es él cata­
liz a d o r p a ra la creació n de d ibujos y m o d elos por
computadora. Este capítulo describe el enfoque moderno
del proceso de diseño en ingeniería, de modo que el lector
e m p re n d a y aprecie m ejor la necesidad e importancia del
modelado y el dibujo. Los demás capítulos del libro expli-;
^aa las gráficas técnicas en la medida en que éstas se rela­
cionan con el diseño' en. ingeniería y la producción. Al
zrnocer el proceso, de; diseño en ingeniería y el .apoyo que
^s gráficas otorgan, se concederá mayor significado a los
capítulos restantes del libro.
,
UBI
p lg g l
.F ree]
.
•
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
Expresión personal
(Artistico)
Goncreto
(Realista)
j
Desarrollo de productos
y procesos (Técnico)
Estético
(Diseño. Industrial)
Abstracto
Funcional
(Diseño de ingeniería)
Ciclo de diseño
de ingeniería*
Figura í . ’i
El diseño se divide en artístico y técnico
El diseño artístico tiene que ver con la expresión personal, mientras el diseño técnico
se relaciona con el desarrollo de productos y procesos. El diseño técnico tiene
elementos tanto funcionales como estéticos.
Producto
Proceso
2.1 | DISEÑO_______________________ _ __________
El diseño es el proceso de concebir o inventar ideas men­
talmente y comunicarlas a otros en una forma que sea fácil
de comprender. La herram ienta de comunicación más uti­
lizada son las gráficas.
El diseño se utiliza para dos fines principales: expre­
sión personal y desarrollo de productos o procesos (figura
2.1). El diseño para la expresión personal, que usualmente
se asocia con el arte, se divide en diseño concreto (realista)
y diseño abstracto, y con frecuencia es fuente de belleza e
interés (figura 2.2). Cuando un diseño sirve para algún pro­
pósito útil, como puede ser la forma de una nueva rueda
para automóvil, entonces se clasifica como diseño de pro­
ducto o desarrollo de procesos (figura 2.3).
El diseño estético tiene que ver con la apariencia y la
percepción de un producto. Los diseñadores industriales
se especializan en las cualidades estéticas de los produc­
tos, así como en otros aspectos relacionados con la fun­
cionalidad hombre-máquina.
El diseño funcional se refiere a la función de un pro­
ducto o proceso. El flujo de aire sobre un automóvil es un
ejemplo de un elemento de diseño funcional. A la mayoría
de los ingenieros les conciernen los elementos funcionales
(figura 2.4).
Figui i 2 .2
Diseño abstracto
Un diseño abstracto, como esta escultura, tiene como misión
evocar una respuesta emocional, personal, en quien lo ve.
Aunque ésta no tiene los mismos objetivos funcionales que el
edificio de oficinas detrás de ella, la escultura mejora el
ambiente de los empleados.
Muchos productos tienen elementos de diseño tanto
estéticos como funcionales, lo cual requiere que los inge­
nieros y diseñadores trabajen en equipo para generar un
producto o sistema que sea a la vez funcional y placen­
teramente estético (figura 2.5).
CAPÍTULO 2
Figura 2 ,3
Diseño estético
Figur ; 2 .5
El diseño estético es una parte importante del proceso de diseño
en ingeniería. Los diseñadores industriales tienen un papel muy
importante en el proceso de diseño de productos para el
consumidor, como automóviles, instrumentos y electrónica.
Figure
Diseño funcional
prueba de un nuevo automóvil en un túnel de viento
¿stermina la forma en que el vehículo funciona cuando se
■ ueve a través del aire. Éste es un ejemplo de un diseño
funcional.
2
Diseño estético
Hay ciertos conceptos de diseño estético que son útiles para
ios ingenieros. El término función significa que un pro­
ducto posee una form a relacionada directamente con la fi­
nalidad del producto. Por ejemplo, la producción de auto­
móviles deportivos requiere un estudio de mercadotecnia a
;ausa de que por su potencia y velocidad deben tener un
íiseño corporal que “irradie” velocidad (figura 2.5). El arjuitecto Louis Sullivan utilizó la frase “la forma viene des­
pués de la función”, que significa que la forma de un dise­
ño va unida con su función. La forma es la apariencia física
completa de un producto y está constituida por muchos elei r snros cuya disposición es muy importante para la estéti­
www
El proceso de diseño en ingeniería
25
Diseño estético y funcional
La combinación de diseño estético y funcional brinda
a este automóvil una apariencia de elegancia y velocidad.
El automóvil es resultado de un diseño de producto que
pretende satisfacer las necesidades de un mercado específico.
ca y la función del producto, que son unidad, estilo, línea,
espacio, masa, proporción, balance, contraste y color.
La unidad es el uso de elementos similares en el dise­
ño o línea de productos. El ingeniero logra la unidad pen­
sando en el producto como un todo, en lugar de pensar en
piezas y componentes.
El estilo es la adición de decoración a un producto y
está muy vinculado con la mercadotecnia. Por ejemplo, los
componentes funcionales básicos de un automóvil no cam­
bian cada año, a diferencia del estilo. Cada año se crean
nuevos estilos para generar un interés en el consumidor y
aumentar el ciclo de vida del producto.
La línea es otra característica de un producto. Las lí­
neas pueden ser delgadas, gruesas, rectas o curvas, y pue­
den emplearse para resaltar la función. Por ejemplo, las
líneas curvas y delgadas de los automóviles deportivos re­
alzan la función de velocidad.
El espacio es la relación del producto con sus antece­
dentes, así como con sus elementos negativos (agujeros,
ranuras, huecos),
La masa es el elemento de diseño que proporciona un
sentido de peso o ligereza. El espacio físico que un objeto
ocupa tiene relación con la función percibida de tal pro­
ducto. Por ejemplo, los automóviles deportivos deben te­
ner la apariencia de que su masa es pequeña. Esto se logra
diseñando el chasis y el cuerpo de modo que el automóvil
se encuentre cercano al piso.
La proporción es la relación que guardan los elemen­
tos más pequeños con todo el diseño. Por ejemplo, si las
llantas de un automóvil deportivo son muy grandes, su apa­
riencia se vería desproporcionada en comparación con el
resto del vehículo.
F r e e L i b r o s
El balance es el elemento del diseño que brinda equi­
librio al producto. Hay dos tipos de balance: simétrico y
asimétrico. Por ejemplo, los automóviles deportivos mues­
tran un balance asimétrico entre la parte frontal y la trase­
ra, y uno simétrico entre los costados derecho e izquierdo.
El contraste es la característica que se emplea para
realzar u ocultar ciertos elementos en un diseño. Por ejem­
plo, los automóviles deportivos utilizan un solo color y
material para el cuerpo, eliminando con ello el contraste
para dar una idea de integridad. El contraste puede ser pro­
porcionado por decoraciones, como las defensas cromadas.
El color es el elemento empleado para evocar emocio­
nes, brindar sensaciones de peso y m ejorar la forma del
diseño. Por ejemplo, los automóviles deportivos rojos tien­
den a evocar sentimientos de agitación y velocidad.
El diseño funcional se centra en la función del producto o
proceso en lugar de hacerlo en su apariencia. Muchos pro­
ductos son una mezcla de función y estética; pero algunos
son diseñados casi exclusivamente de manera funcional.
El diseño de un par de muletas se realiza con poca conside­
ración en la estética, ya que su función es ayudar a las per­
sonas con daño en las piernas. El radiador utilizado por un
automóvil para enfriar la máquina de combustión interna
se diseña totalmente de modo que se cumplan los requeri­
mientos funcionales sin reparar en su estética.
u
| n< • t iit m
K . i r M r ^ i A _____________________
El diseño en ingeniería es un proceso para resolver pro­
blemas que utiliza conocimiento, recursos y productos exis­
tentes para crear bienes y procesos nuevos. El diseño en
ingeniería tiene elementos tanto funcionales como estéti­
cos y puede dividirse en dos grandes categorías: diseño de
productos y diseño de sistemas (figura 2.1). El proceso de
diseño implantado en las industrias cambia de una compa­
ñía a otra; algunas utilizan el enfoque lineal o paso a paso,
mientras otras usan un enfoque de equipo más integrado.
¿
: i : íiiK?
fií'QliUH 1'OS
El diseño de productos es el proceso utilizado para crear
nuevos productos, por ejemplo, un nuevo modelo de auto­
móvil (figura 2.5), un aparato nuevo o un tipo nuevo de
silla de ruedas. El diseño de productos es una actividad
compleja que incluye análisis de mercadotecnia, produc­
ción, ventas, servicio, función y ganancia. La meta del di­
seño de productos es producir un bien que satisfaga los
deseos y las necesidades del consumidor, con un costo de
producción bajo, que sea seguro para el cliente y para el
medio ambiente y que sea rentable para la compañía.
El diseño de sistemas es el procedimiento empleado para
crear sistemas o procesos nuevos. Un ingeniero de sistemas
o industrial es un profesionista que se especializa en el di­
seño de sistemas. Un sistema es un arreglo ordenado de
piezas que se combinan para llevar a cabo una función ge­
neral. Los siguientes son ejemplos de diseño de sistemas: el
acomodo de procesos de ensamblado en una planta; el siste­
ma de calefacción; ventilación y aire acondicionado de una
construcción; el sistema eléctrico del automóvil de la figu­
ra 2.5. El objetivo es producir de manera económica un sis­
tema que cumpla una función específica, que brinde seguri­
dad al consumidor y al medio ambiente y que sea rentable
para la compañía.
El diseño en ingeniería es uno de los procesos que normal­
mente se encuentran asociados con todos los conocimien­
tos de una empresa, desde la recepción del pedido o idea
de un producto hasta el mantenimiento del mismo, inclu­
yendo todas las etapas entre ellos (figura 2.6). El proceso
de diseño requiere información de áreas como las necesi­
dades del cliente, materiales, capital, energía, requerimien­
tos de tiempo y de conocimientos y habilidades humanas.
Dos aspectos sociales que el ingeniero debe tomar en
cuenta son los legales y los ambientales. Toda empresa debe
funcionar dentro de las leyes que gobiernan su ramo. Cuan­
do se hace diseño es importante que el ingeniero conozca
los aspectos legales que tal vez afecten al producto diseña­
do. Las leyes de seguridad que tienen que ver con los auto­
móviles son un ejemplo de la forma en que la legislación
del gobierno puede tener efecto sobre un diseño. La regla­
mentación del gobierno relacionada con el níedio ambien­
te también puede tener efecto sobre el resultado final del
diseño. Por ejemplo, los requisitos sobre las emisiones del
motor de un automóvil tienen un gran efecto sobre el dise­
ño final.
Ejemplo de conocimientos son los que un ingeniero
tiene sobre gráficas, matemáticas y ciencias. El ingenie­
ro emplea tales conocimientos para analizar y resolver pro­
blemas.
El diseño en ingeniería abarca tanto al proceso como
al producto. Un proceso es una serie de acciones continuas
que terminan en un resultado particular. El producto es
cualquier cosa producida como resultado de algún proce­
so. A medida que se desarrolla el diseño de un producto o
proceso, el equipo de diseño aplica principios de la inge­
niería, se apega a las restricciones de presupuesto y toma
CAPITUl 0 2
E) proceso de tlisanu p i ingeniería
27
EMPRESA
JZ
Entrada
A
i
— ----- - T i
Procesos
r ~ _ -----
Salida
lí
• Aspectos sociales
• Necesidades/demandas
del cliente
• Material
• Capital
• Energía
• Tiempo
• Conocimiento humano
• Habilidades humanas
• Personas
r igura 2 6
• Diseño
• Planificación
• Producción
y construcción
• Administración
• Mercadotecnia
• Finanzas
• Documentación
• Productos, sistemas o
estructuras para varios
mercados
• Actividades de soporte
— Entrenamiento
— Servicio
— Satisfacción
del consumidor
• Utilidades de la
compañía
El proceso de la empresa
Una empresa y compañía de manufactura incluye todas las entradas, procesos y salidas necesarias para fabricar un producto o
construir una estructura. El diseño es uno de los procesos más importantes de tal empresa.
en cuenta aspectos legales y sociales. Por ejemplo, cuando
se diseña un edificio, los principios de ingeniería utiliza­
dos son: análisis de carga en la estructura; determinación
del costo de la estructura con base en los materiales que se
utilizarán en ella, en su tamaño, y en consideraciones de
índole estética; y la creación de un diseño que se apegue a
las leyes locales.
Las gráficas son una parte muy importante del pro­
ceso de diseño en ingeniería, el cual las utiliza para vi­
sualizar soluciones posibles y documentar el diseño para
fines de comunicación. Las gráficas o el modelado geomé­
trico que usa el CAD se emplean para visualizar, analizar,
documentar y producir un proceso o producto. De hecho,
el modelado geométrico bien puede considerarse a la vez
como proceso y producto. Como proceso, el modelado
geométrico produce soluciones finales de diseño, así como
las entradas al proceso de producción, en forma de bases
de datos para computadora. Como producto, el modelado
geométrico es resultado del proceso de diseño en inge­
niería.
Diseño tradicional en ingeniería El diseño tradicional en
ingeniería tiene un enfoque lineal dividido en varias eta­
pas. Por ejemplo, el proceso de seis etapas que se divide
en: identificación del problema, ideas preliminares, refi­
namiento, análisis, optimización y documentación (figura
1.17). El proceso de diseño pasa por cada etapa de manera
secuencial; sin embargo, si surgen problemas, el proceso
puede regresar a la etapa anterior. Esta acción repetitiva
recibe el nombre de iteración o ciclo. Muchas industrias
emplean el proceso de diseño tradicional; sin embargo,
se está desarrollando un nuevo proceso que combina algu­
nas características del proceso tradicional con un enfoque
de equipo que involucra todos los segmentos de una em­
presa.
Dísono en moenieria concurrente El proceso de produc­
ción ejecuta los resultados finales del proceso de diseño
para producir un sistema o producto. Hace algún tiempo,
el proceso creativo de diseño estaba separado del proceso
de producción. (Véase el capítulo 18.) Con el advenimien­
to del modelado por computadora, esta separación ya no es
necesaria y el enfoque moderno de diseño en ingeniería
reúne los dos procesos.
La ingeniería concurrente es un enfoque de equipo
no lineal de diseño que conjunta los elementos de entrada,
de proceso y de salida necesarios para elaborar un produc­
to. Las personas y los procesos se conjuntan desde el inicio
del diseño, algo que normalmente no se hace en el enfoque
lineal. El equipo está formado por ingenieros de diseño y
de producción, técnicos, personal de mercadotecnia y fi­
nanzas, planificadores y gerentes, todos ellos trabajan de
manera conjunta para resolver un problema y generar un
producto. Muchas compañías han comprobado que las prác­
ticas de la ingeniería concurrente dan como resultado un
producto mejor, una calidad mayor, más clientes satisfe-
2P
PARTE 1
Financiamiento
Ciencia visual para gráficas técnicas
Identificación
del problema
Diseño
Ideas
preliminares
Diseño
preliminar
Planificación
Servicio
Modelado
Financiamiento
Mercadotecnia
Análisis
del diseño
Producción
Planificación
Administración
Figur 2 .7
Producción
Visualización
del diseño
Documentación
Base de datos de CAD compartida
El modelo de ingeniería concurrente muestra la forma en que se
encuentra relacionada cualquier área de la empresa, y la base de
datos de CAD es el lazo de información entre cada una de éstas.
rigur s 2 .8
chos, menos problemas de manufactura; y un ciclo más
corto entre el inicio del diseño y la producción final.
Las figuras 2.7 y 2.8 representan el enfoque con­
currente al diseño en ingeniería basado en el modelado en
3-D. Los tres círculos se intersectan, representando de esta
manera la naturaleza concurrente de este enfoque de dise­
ño. Por ejemplo, en la fase de ideación, los ingenieros de
diseño interactúan con los técnicos de servicio para asegu­
rarse de que el producto final sea fácilmente benéfico para
el consumidor o el técnico. Este tipo de interacción da como
resultado un m ejor producto para el consumidor. Los tres
círculos que se intersectan también representan las tres ac­
tividades que form an la parte más importante del proceso
de diseño de ingeniería concurrente: ideación, refinamien­
to e implantación. Esas actividades se dividen a su vez en
segmentos más pequeños, como lo muestran los elementos
que rodean los tres círculos.
El área central de la figura 2.8 representa el modelo de
computadora en 3-D y refleja la importancia central que
tiene el conocimiento del modelado en 3-D y de las gráfi­
cas en el diseño en ingeniería y en la producción. Con el
empleo de un enfoque de modelado, cualquier integrante
del equipo puede tener acceso al diseño en curso a través
de una terminal de computadora. El compartir datos es muy
importante en el éxito del proceso de diseño.
A través de este proceso de compartir información, a
menudo en la form a de una base de datos, se hace posible
que todas las áreas de una empresa trabajen de manera si­
multánea en las necesidades particulares de un diseño a
medida que se desarrolla el producto. Por ejemplo, los in­
genieros de diseño pueden crear un modelo preliminar en
3-D al inicio de la fase de ideación. U n ingeniero mecáni­
co puede utilizar el mismo modelo en 3-D para analizar
sus propiedades térmicas. La información obtenida con este
análisis preliminar puede proporcionarse a los ingenie­
ros de diseño, quienes harán los cambios necesarios al ini­
cio de la fase de ideación, minimizando con ello los costo­
sos cambios en el proceso de diseño.
Diseño de ingeniería concurrente
El proceso de diseño de ingeniería está formado por tres áreas
que se traslapan entre sí: ideación, refinamiento e implantación,
las cuales comparten la misma base de datos de CAD en 3-D.
En este capítulo se utilizará com o ejem plo el proce­
so de d is e ñ o e m p le a d o p o r M o to ro la Inc.,
Schaumburg, Illinois, para diseñar el te lé fo n o celular
M otorola MicroTAC Lite (figura 2.9). Motorola utilizó un
planteamiento de equipo y un proceso de ingeniería con­
currente para el desarrollo de nuevos productos. El gru­
po asignado a un proyecto incluye: ingenieros mecáni­
cos, industriales y e lé ctrico s; té cn ico s; diseñadores
industriales y personal de compras, planificación, merca­
dotecnia y de soporte. Cada m iem bro del equipo aporta
sus conocim ientos, experiencia, habilidades y perspecti­
vas al problema de diseño, y todos participan en el pro­
ceso de solución para obtener un nuevo producto que
pueda estar en el mercado lo más pronto posible.
2.3 I IDEACIÜñS
________ _
La ideación es un enfoque estructurado del pensamiento
para la resolución de un problema. Es la parte del proceso
de diseño en la cual se concibe el diseño básico (fase con­
ceptual). A menudo se realizan estudios de factibilidad para
definir el problema, identificar factores importantes que
limitan el alcance del diseño, evaluar dificultades con anti­
cipación y considerar las consecuencias del diseño. El pro­
ceso de ideación está formado por tres pasos importantes:
CAPÍTULO 2
El proceso de diseño en ingeniería
Identificación
del problem a
■Planteamiento
del problema
>Investigación
■Recopilación de datos
• Objetivos
■Limitaciones
>Calendarización
Figura 2 .1 0
29
Ideas
p relim in ares
D iseñ o
p relim in ar
■ Notas
• Croquis/modelos
■ Lluvia de ideas
• Síntesis
• Evaluación
• Selección
Proceso de ideación
El proceso de ideación incluye la identificación del problema,
el desarrollo de ideas preliminares y el diseño preliminar. La
ideación es el inicio del proceso de diseño.
Limitaciones, consiste en una lista de factores en las
especificaciones de diseño.
Calendarización, es la organización secuencial de las
actividades.
Figura 2 .9
Estudio de caso de diseño en ingeniería
concurrente
El teléfono celular MicroTAC Lite fue diseñado y producido
empleando los principios de la ingeniería concurrente y de la
administración de la calidad total (TQM, por sus siglas en
inglés). (C ortesía de M otorola.)
identificación del problema, ideas preliminares y diseño
preliminar. Cada una de estas áreas pueden subdividirse
aún más, como se muestra en la figura 2.10.
2.3.1 Identificación del problema
La identificación del problem a es un proceso de ideación
en el que se establecen los parámetros del proyecto de di­
seño antes de hacer un intento por encontrar una solución
de diseño. La identificación del problema incluye los si­
guientes elementos:
Planteamiento del problema, que es un resumen del
problema que se quiere resolver.
Investigación, que consiste en acumular información
útil para el equipo de diseño.
Obtención de datos, es lo que algunas veces se conoce
como estudio de factibilidad, el cual determina nece­
sidades de mercado, comparación con la competencia
y medidas físicas aproximadas como peso y tamaño.
Objetivos, consisten en una enumeración de los logros
que tendrá que alcanzar el equipo.
Los problemas de diseño en ingeniería deben definir­
se claramente antes de que inicie el proceso de diseño. La
definición del problema requiere información proveniente
de los clientes, de mercadotecnia, de administración y de
ingeniería. Los datos para determinar las necesidades del
consumidor se obtienen mediante encuestas, a través de
entrevistas personales o telefónicas, cuestionarios envia­
dos por correo y grupos de interés. Por ejemplo: Motorola
obtuvo datos sobre el número de usuarios de teléfonos ce­
lulares, actuales y a futuro. Mercadotecnia determinó el
ingreso promedio, los datos demográficos y los empleos
típicos; también información adicional de otro tipo, tanto
sobre los usuarios de teléfonos celulares como acerca de
las opiniones de los clientes con respecto al diseño pro­
puesto.
También se llevó a cabo una encuesta entre la compe­
tencia para “comparar” una línea de productos. En este
contexto, una com paración es el estudio de un producto
similar al que se está considerando diseñar.
En el ejemplo, se analizaron los teléfonos celulares
vendidos por la competencia en cuanto a tamaño,
peso, material, características, potencia y precio entre
muchas otras cualidades (figura 2.11). También se con­
sultó al departamento de investigación y desarrollo (R&D,
por sus siglas en inglés) para determ inar si existían desa­
rrollos nuevos que pudiesen ayudar en el diseño de un
nuevo teléfono celular ultraligero. Por ejemplo, el depar­
tam ento de R&D tal vez hubiera desarrollado ya una ver­
sión en miniatura del com ponente de trasm isión que
podría emplearse en el nuevo diseño.
O
www.FreeLibros.com
30
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
Figura 2 .1 2
Figura 2. n
Análisis de la competencia
La identificación de la competencia es una parte importante del
proceso de ideación. Esta información es útil en la
determinación de los objetivos y limitaciones del proyecto.
En búsqueda de inform es sobre el desarrollo de tecno­
logías relacionadas con el producto se revisaron también
revistas especializadas. Asimismo pudo hacerse una bús­
queda de patentes y contratar a consultores especializados
en áreas donde el equipo de diseño es débil. Este proceso
de investigación de productos y tecnologías similares y de
aplicación de resultados a un diseño nuevo se conoce como
síntesis.
Después de la obtención de datos, la información se
comparte con el equipo antes del desarrollo de las ideas pre­
liminares (figura 2.12). Las gráficas de presentación son una
herram ienta utilizada para mostrar los datos en forma de
planos y gráficas, constituyéndose de esta manera en un ele­
mento importante en el proceso de compartir información.
Después de crear el planteamiento del problema y ter­
minar con la investigación y recopilación de datos, el equi­
po desarrolla los objetivos que establecen de m anera
específica los logros por alcanzar durante el proceso de
diseño, y pueden incluir factores relacionados con la m a­
nufactura, los materiales, la mercadotecnia y otras áreas.
En este proceso se encuentran incluidas las limitaciones o
restricciones sobre el proyecto, tales como tiempo, mate­
rial, tamaño, peso, factores ambientales y costo.
La calendarización de las actividades de diseño es la
última etapa del problema de identificación. Puede emplear­
se la gráfica de Gantt para planificar y calendarizar pro­
yectos sencillos. En una gráfica de este tipo, se emplean
barras horizontales para representar recursos o actividades,
mientras el tiempo está representado por la longitud de las
barras. La técnica de revisión y evaluación de proyectos
(PERT, por sus siglas en inglés) es un método para la
Compartir los datos recopilados
Muchas veces los datos preliminares se comparten con el
equipo en forma de planos y gráficas. Entonces el equipo
emplea los datos para finalizar las metas del proyecto.
Evento
inicial
terminal
Figura 2 .1 3
Gráfica CPM creada para un proyecto
sencillo
La línea gruesa representa la ruta crítica para aquellas
actividades que deben terminarse en un orden secuencial,
mientras el proyecto avanza.
calendarización de proyectos grandes, con el cual las acti­
vidades se programan de tal modo que el avance del pro­
yecto sea óptimo hasta su término. El método de la ruta
crítica (CPM, por sus siglas en inglés), empleado en con­
junción con PERT, define aquellas actividades que deben
terminarse en orden secuencial al mismo tiempo que se
llevan a cabo otras.
La figura 2.13 es un ejemplo de una gráfica CPM sen­
cilla. Los círculos representan eventos que indican el ini­
cio o la terminación de una tarea mental o física. Las líneas
entre los círculos representan el desempeño real de la tarea
y señalan un incremento de tiempo. Los números a lo largo
de las líneas indican el tiempo asignado para el término de
cada tarea. La ruta crítica es la línea más gruesa, la cual
también puede tener un color diferente.
i Al ITIll J i
El teléfono celular MicroTAC Lite fue desarrollado
para que M otorola aventajara con mucho a la com ­
petencia. Para ello se integró un equipo y se designaron
líderes de proyecto. El equipo incluía representantes de
los sectores de manufactura, ingeniería mecánica y eléc­
trica, diseño industrial, servicio, ensamblado, mercado­
tecnia, finanzas y consumidores. Al equipo se le asignó
la tarea de crear un avance tecnológico mediante la re­
ducción drástica del peso y el tamaño del teléfono celu­
lar. El equipo cum plió con esta tarea gracias al uso de
estrategias de la ingeniería concurrente. El planteamien­
to del problema fue cóm o diseñar y producir el teléfono
celular más ligero del mundo, con un peso menor de ocho
onzas, y que fuera de uso cupiera en el bolsillo de una
camisa.
Algunos de los objetivos y limitaciones del teléfono
MicroTAC Lite fueron:
■
O
•
Integrar en la administración la calidad total (TQM,
por sus siglas en inglés), en el proceso.
• Integrar en el diseño para facilidad de manufactura
(DFM, por sus siglas en inglés), en el proceso.
» Utilizar proveedores externos para las tarjetas de cir­
cuito y otros componentes que Motorola normalmen­
te no produce.
•
M antener el precio de venta al menudeo por debajo
del de la competencia.
•
Hacer que el teléfono tuviera un peso menor de ocho
onzas, con el paquete de baterías ya instalado.
• Crear un teléfono del tamaño de la palma de la mano
con una form a estéticam ente placentera.
• Construirlo con tamaño lo bastante pequeño para que
cuando se cierre quepa en el bolsillo de una camisa.
• Incluir un dispositivo de LED de visualización alfanumérica a color de matriz de puntos.
•
Diseñar el teléfono para un tiem po de comunicación
continua de 45 minutos a partir de un paquete de
baterías com pletam ente cargadas.
•
Incluir opciones de baterías para mayores tiem pos
de comunicación.
• Incluir opciones para el cargador de las baterías, en­
tre ellas la capacidad de cargarlas a través del encen­
dedor del automóvil.
•
Incluir algunas características para hacer llamadas
com o el remarcaje automático, la velocidad de mar­
eaje y un programa de memoria.
-• Construirlo con la robustez suficiente para resistir
pruebas de durabilidad, Incluyendo temperatura, hu­
medad, golpes, polvo, vibración y la prueba de caída
de una altura de cuatro pies.
•
Producir un producto que satisfaga las expectativas
de calidad del consumidor.
4 Diseñarlo para que cumpla con las reglas y normas
de la Federal Communications Commission (FCC).
2.3.2 Planteamiento da ¡dsaa prellimnBiM
Una vez que la identificación del problema está completa, el
equipo comienza a desarrollar ideas preliminares para la
resolución del problema. A menudo esta etapa del proceso
se conoce como lluvia de ideas. La lluvia de ideas es el pro­
J pioresc ce o is tiu e >riuKn mía
V:
ceso de concebir la mayor cantidad de soluciones posibles
para un problema. Normalmente la sesión de lluvia de ideas
tiene un líder o moderador y una grabadora. Antes de que
comience la sesión se comparten con el grupo los resultados
de la fase de ideación, como las encuestas de mercadotecnia
y la investigación del producto. Este proceso de síntesis se
emplea como catalizador para la generación de la mayor
cantidad de ideas posible, al darle al grupo un punto de par­
tida para el diseño de la solución. Las ideas se sugieren con
libertad, sin ninguna crítica o discusión sobre su factibilidad.
La duración de la sesión cambia; pero termina cuando el flu­
jo de ideas se vuelve lento.
El resultado de la lluvia de ideas es una lista de ellas,
junto con algunos croquis preliminares o modelos de compu­
tadora (figura 2.14). Los modelos de computadora no deben
tener las dimensiones exactas; más bien deben aproximarse
a la idea preliminar. Se elabora un croquis o modelo con todas
las ideas; después se hace una lista de ellas y se comparten
con todo el equipo. Eventualmente, se escogen de dos a seis
ideas para su análisis posterior. El número de ideas seleccio­
nado depende de la complejidad del diseño y de la cantidad
de tiempo y recursos disponibles.
En M o to ro la el equipo de diseño se reunió para co­
m enzar con el proceso de lluvia de ideas. Los datos
o b te n id o s en la etapa de id en tificació n del pro blem a fu e ­
ron llevados a las reuniones. Cada líder de grupo e sta b le ­
ció una agenda para m a n te n e r el orden de la sesión. Se
d iscutie ron varias ideas utilizando los o b je tivos, las lim i­
tacio ne s y el enunciado del problem a co m o criterios. El
a bierto in te rcam b io de ideas generó m uchas solucio ne s
posibles que fue ro n bosquejadas con notas detalladas.
Se d iscutie ron los pro blem as más im p o rta n te s del desa­
rrollo de un te lé fo n o celular de m en os de ocho onzas de
peso; se asignó a algunos m ie m b ro s del eq uipo la tarea
de d e te rm in a r la factib ilid ad de m in iatu rizar el siste m a de
circu ito s ele ctró n ico s hasta dicho nivel.
Todos los grupos del eq uipo de d iseñ o tu vie ro n un
papel im p o rta n te en el desarrollo de las ideas. Los inge­
nieros m ecánicos y e lé ctrico s se co n ce n tra ro n en el d i­
seño del estuche, el siste m a de c ircu ito s ele ctró n ico s y
sus características, utilizando para ello la in fo rm ació n pro­
porcionada por los con sum idore s, así co m o los da tos ob ­
te n id o s de otras fu e n te s. Los diseñ ado res industriales
¡nteractuaron con los' ingenieros para crear bosquejos y
m od elos por com p utad ora de algunas de las ideas inicia­
les. Los ingenieros industriales y los té cn ico s exam ina­
ron la factibilidad de en sam b lar algunos de los diseños
p ropuestos. M erca do te cnia se encargó de m a n te n e r al
grupo cen tra do en los d e seo s y necesidades del co n su ­
midor. Finanzas m an tu vo la atención del grupo sobre los
fa cto re s de costo.
El equipo se reunió varias veces en grupos pe q u e ­
ños para d iscu tir la factib ilid ad de algunas de las ¡deas de
diseño, antes de seleccionar cuatro o cinco y pasar en­
ton ces a la etapa de refin am ie nto. En to d o el proceso se
hizo hincapié en la calidad, lo que sie m p re dirigió al eq ui­
po de diseño a m a n te n e r los co n ce p to s y prácticas de la
calidad com o parte de sus discusiones.
©
.
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32
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
Figura 2 .1 5 Bocetos de diseño preliminares de los
teléfonos celulares propuestos, tal como fueron generados en
las sesiones de lluvia de ideas
Estos bocetos preliminares de diseño se refinaron aún más,
y luego se escogió uno o una combinación de dos o más como
diseño final.
Figura 2 .1 4
Lluvia de ideas
La lluvia de ideas del equipo da como resultado una lista de
soluciones posibles, así como croquis o modelos por
computadora iniciales. Durante la lluvia de ideas, los miembros
del equipo de diseño generan la mayor cantidad de ideas
posible, sin criticarlas o discutir su factibilidad.
2.3.3 Diseño preliminar
Después de la lluvia de ideas, éstas se evalúan utilizando
como criterios los planteamientos del problema, las metas
del proyecto y las limitaciones. Los diseñadores industria­
les pueden crear modelos preliminares de hule espuma o
de otro material, o pueden usar de los modelos por compu­
tadora creados en la fase de ideas preliminares para con­
trolar las máquinas que generan los modelos físicos.
La elección del diseño final puede ser fácil si sólo uno
reúne los criterios de diseño. Sin embargo, a menudo hay
más de una solución viable de diseño. Cuando esto sucede,
puede emplearse una tabla para asignar un “puntaje” a cada
idea de diseño respecto de las metas del proyecto.
2.3.4 Generación de ideas para gráficas
y visualización
En la fase de ideación se producen bosquejos y modelos
por computadora conceptuales, conocidos como dibujos o
modelos de ideación (figura 2.15). Los dibujos de ideación
comunican ideas nuevas a través del uso de bosquejos y
modelos por computadora. Estos dibujos son una síntesis
de la información obtenida en las etapas preliminares del
proceso de diseño, y pueden combinarse con lo que fue
visualizado en la mente y con lo que se plasmó en el papel
o la computadora. El copiado de dibujos o la modificación
de modelos por computadora fomenta el surgimiento de
ideas nuevas a partir de conceptos existentes.
O
*
En Motorola las ideas del teléfono celular se com ­
probaron en cuanto a:
Apego a las especificaciones de tamaño, peso, apa­
riencia y durabilidad, entre otras.
•
•
Facilidad de manufactura.
Calidad.
0
Costo.
•
Límites de la tecnología disponible, tales como la
microminiaturización de los circuitos y com ponentes.
Aspectos ambientales y de seguridad.
Comparación con la com petencia y las soluciones co­
nocidas del problema.
•
•
El equipo tal vez haya decidido sobre la necesidad de
llevar a cabo una investigación gracias a los aspectos ge­
nerados por las ideas preliminares. El proceso de evalua­
ción ayudó al equipo a determ inar los diseños que debe­
rían continuar examinando.
Las gráficas de presentación se emplean para mostrar
datos en una forma sencilla de entender, como planos o grá­
ficas. También pueden elaborarse gráficas de los análisis de
ingeniería y de costos preliminares. La ideación requiere
habilidades en la elaboración de bosquejos, visualización y
gráficas de presentación. -©- Referencia CAD 2.1
2.4 | REFINAMIENTO_____________________________
El refinamiento es un proceso repetitivo (iterativo o cícli­
co) empleado para probar el diseño preliminar, realizar cam­
bios si es necesario y determinar si el diseño satisface las
metas del proyecto (figura 2.16). El refinamiento es la se­
gunda etapa principal del proceso de diseño en ingeniería
concurrente y está formado por tres áreas: modelado, aná­
lisis del diseño y visualización del diseño. A su vez, estas
áreas se subdividen en actividades que a fin de cuentas re­
dundan en la selección de una sola solución de diseño.
La etapa de refinamiento comienza normalmente con
el uso que los técnicos hacen de bosquejos y de mode­
los realizados con computadora para crear dibujos y mo­
delos con las dimensiones exactas (figura 2.17). En ese
momento, los ingenieros comienzan a seleccionar los ma­
teriales para las partes componentes, considerando facto­
res como calor, luz, ruido, vibración, humedad, resistencia,
CAPÍTULO 2
Identificación
del problema
Ideas
preliminares
El proceso de diseño en ingeniería
33
Diseño
preliminar
M o d e la d o
Geométrico—
Simulación—
Animación—
Planos, gráficas, diagramas—
A n á lis is del diseñ o
Propiedades—
Mecanismo—
Funcional—
Factores humanos—
V isu alizació n
del diseñ o
Figura 2 .1 6
Proceso de refinamiento
El proceso de refinamiento incluye el modelado, el análisis del
diseño y la visualización. Estos elementos se emplean para
determinar si el diseño cumple las metas establecidas al inicio
del proceso de diseño. El refinamiento es un proceso iterativo,
lo cual significa que los cambios realizados al diseño puede
hacer que se repitan elementos de la etapa de refinamiento.
peso, tamaño, cargas, costos y muchos otros. Los ingenie­
ros trabajan de manera cercana con el diseñador industrial
para que los materiales seleccionados sean los mejores para
la forma propuesta.
El diseño preliminar se prueba físicamente, utilizando
el análisis de elemento finito, pruebas cinemáticas, anima­
ción y análisis espacial. El diseño se analiza en relación con
los objetivos del proyecto y el planteamiento del problema;
comenzando la m anufactura para determinar los procesos
necesarios para producir el producto. También se hace una
prueba de mercado del diseño preliminar con un grupo pe­
queño. En esta etapa pueden recomendarse modificaciones
al diseño inicial. El paso final en la etapa de refinamiento
es la selección del diseño definitivo del producto.
La etapa de refinamiento depende en gran medida de
las gráficas para documentar, visualizar, analizar y comuni­
car la idea de diseño. Estos dibujos y modelos de compu­
tadora se conocen como dibuj os de refinamiento o de diseño.
Los dibujos de refinam iento son los dibujos y modelos
técnicos utilizados para analizar las ideas de diseño prelimi­
nares. (Véase la figura 2.17.)
Figura 2 .1 7
Modelo refinado por computadora en 3-D
En la etapa de refinamiento se producen los dibujos y modelos
de ingeniería con dimensiones más exactas.
fig u ra 2 . t 8
Modelo descriptivo
Esta vista seccionada de un ensamble es un ejemplo de un
modelo descriptivo.
2.4.1 Modelado
El modelado es el proceso de representación de ideas abs­
tractas, palabras y formas a través del empleo ordenado de
texto e imágenes simplificadas. Los ingenieros usan mo­
delos para pensar, visualizar, comunicar, predecir, contro­
lar y entrenar. Los modelos se clasifican como descripti­
vos o predictivos.
www
Un modelo descriptivo presenta ideas abstractas, pro­
ductos o procesos en una forma reconocible. U n ejemplo
de un modelo descriptivo es un dibujo de ingeniería o un
modelo por computadora en 3-D de una pieza mecánica
(figura 2.18). El dibujo o modelo sirve como medio de co-
F rE E L iB rn q .c o m
34
PARTE 1
Ciencia visual para g -af.'a’üecp 'das
1.2
2
1.1
cd
2 1.0
/
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T<3Ü
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a-’’ ' 1 / ;
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N
/
/
Figura 2 .2 0
Modelo real
Los modelos reales, creados con arcilla, se utilizan en los
análisis espaciales, estéticos y de propiedades. (C ortesía de 3D
0.1
System s, Inc.)
0
2000
4000
6000
8000
10 000
Velocidad de la línea primarla, U, ft/min
Figura 2 19
Modelo predictivo
Se utiliza un modelo matemático para predecir la pérdida de
potencia en un cojinete de empuje a distintas velocidades. (De
M achinery'x H andbook, 25a. edición.)
municación; pero no puede emplearse para pronosticar com­
portamiento o desempeño. El modelo predictivo es aquel
que puede emplearse para comprender y pronosticar el com­
portamiento o desempeño de ideas, productos y procesos.
Un ejemplo de modelo predictivo es el modelo de elemen­
to finito de un puente de soporte, que se utiliza para pro­
nosticar el comportamiento mecánico del puente bajo la
aplicación de varias cargas. (Para una presentación de los
modelos de elemento finito véase la sección 2.4.2.)
Durante el proceso de refinamiento de un diseño re­
sultan útiles dos tipos de modelos: los modelos matemáti­
cos y los modelos a escala.
U n m odelo matemático emplea ecuaciones para re­
presentar los componentes del sistema. Esta técnica es útil
para comprender y pronosticar el desempeño de sistemas
grandes y complejos. Normalmente, un sistema grande se
subdivide en componentes más simples antes de ser mode­
lado. La figura 2.19 es un ejemplo de un modelo matemá­
tico empleado para pronosticar la pérdida de potencia en
un cojinete de empuje cuando se aumenta la velocidad. Al
leer la gráfica es posible anticipar la magnitud de la pérdi­
da, sin tener que probar físicamente el cojinete con todas
las velocidades de operación. Lo anterior da como resulta­
do un gran ahorro en tiempo y costo durante la etapa de
refinam iento del proceso de diseño.
El modelo a escala es un modelo físico creado pa­
ra representar los componentes del sistema. De todos los
procesos de modelado, éste es de los más útiles y fáciles de
comprender. El modelo puede tener el tamaño real o una
réplica hecha a escala del diseño. Antes de la aparición del
modelo geométrico en 3-D mediante el empleo de compu­
tadoras, los modelos físicos eran construidos por muy há­
biles artesanos en barro, madera, hule espum a u otros
materiales (figura 2.20). Los modelos físicos son útiles en
extremo para llevar a cabo análisis espaciales, estéticos, de
factores humanos y de propiedades. Por ejemplo, es posi­
ble modelar un teléfono celular en hule espuma o madera,
y darlo a los ingenieros de factores humanos y al grupo de
consumidores del equipo de diseño, para obtener sus co­
mentarios sobre la interacción entre el modelo y los suje­
tos de prueba. Además, puede crearse el sistema de circuitos
del teléfono celular como un modelo de trabajo, mediante
el empleo de un circuito alambrado, que es una técnica uti­
lizada por los ingenieros eléctricos y técnicos para probar
circuitos nuevos.
Para algunos productos, los avances recientes en el
modelado por computadora y la construcción rápida de pro­
totipos han reducido la necesidad de crear modelos físicos
mediante técnicas tradicionales. La construcción rápida
de prototipos es un término amplio que se emplea para
describir varios procesos relacionados entre sí, que se utili­
zan para crear modelos reales partiendo directamente de
una base de datos de CAD en 3-D (figura 2.21). Esto pue­
de reducir de manera importante el tiempo entre el mode­
lado y la fabricación.
Modelado geométrico El modelado geométrico represen­
ta ideas, productos o procesos complejos mediante dibujos
w w w .F re e L ib ro s
CAPÍTULO 2
Figura 2 .2 2
Ventila interior creada a partir de un patrón
de fundición rápida
Figura 2 .2 1
Rejilla de la ventila interior de Chrysler, fundida en aluminio, y
sus prototipos estereolitográficos (SL, por sus siglas en inglés).
(C ortesía de 3D System s, Inc. y Chrysler.)
o modelos por computadora, que se emplean además de o
en lugar de modelos a escala. Los dibujos de refinamiento
se crean como esquemas o modelos en 2-D y en 3-D. Los
esquemas bidimensionales son útiles en algunos análisis
de ingeniería, como los cinemáticos, en los cuales se veri­
fica la posición de las piezas, en los diagramas electróni­
cos y gráficas de comprobación, en la distribución de la
línea de ensamblado y en planos estructurales.
Los modelos tridimensionales creados en un sistema
de CAD son modelos de armazón de alambre, de superfi­
cie o sólidos. Los modelos de armazón de alambre se
utilizan como información geométrica de entrada para tra­
bajo de análisis simple, como los estudios cinemáticos o
los análisis de elemento finito (figura 2.22). Los modelos
de superficie se emplean para visualización, eliminación
automática de líneas ocultas y animaciones (figura 2.23).
Los modelos sólidos se utilizan para el análisis de inge­
niería y visualización, y son descripciones matemática­
mente precisas de productos y estructuras. Al modelo de
sólido se le asignan propiedades diferentes, como pueden
ser el material y la textura de la superficie, y estas propie­
dades asignadas sirven para determinar las propiedades de
masa del modelo, por ejemplo, el peso y su centro de gra­
vedad. El modelo sólido puede sombrearse para mejorar la
visualización del producto, estructura o proceso. Los mo­
delos físicos se generan automáticamente a partir de mo-
El proceso de diseño en ingeniería
35
Modelo de armazón de alambre
Los modelos de armazón de alambre son un tipo de modelo
geométrico utilizado en el proceso de diseño. Este ensamble de
armazón de alambre puede ser difícil de visualizar ya que en él
se muestran características ocultas. (Las fotografías de C A D K EY
del contenido de la pantalla son proporcionadas por cortesía de Baystate
Technologies, Inc.)
Figura 2 .2 3
Modelo de superficie
Los modelos de superficie son un tipo más refinado de modelo
geométrico. Los colores y el sombreado de la superficie
añaden realismo a este ensamble, haciendo mucho más fácil su
visualización. (Las fotografías de C A D K EY del contenido de la pantalla son
p roporcionadas p o r cortesía de Baystate Technologies, Inc.) (Véase Sección
a color, pág. 3.)
délos geométricos mediante la tecnología de construcción
rápida de prototipos, como se explica en este capítulo. Las
técnicas de modelado se describen con mayor amplitud en
el capítulo 7. 0 R eferencia CAD 2.2
36
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
En Motorola, los com ponentes del teléfono celular
fueron modelados en un sistema de CAD al inicio de
la fase de diseño. Los ingenieros y técnicos mecánicos
crearon un m odelo sólido en 3-D del estuche del teléfono
a partir de los croquis de diseño, y los ingenieros indus­
triales editaron el modelo en computadora (figura 2.24).
Los ingenieros y técnicos eléctricos modelaron por compu­
tadora el sistema de circuitos y otros com ponentes. Los
ingenieros industriales utilizaron los modelos de com pu­
tadora para comenzara diseñar la línea de ensamble y para
proporcionar retroalimentación al equipo de diseño sobre
la facilidad de manufactura (DFM) del teléfono. La base
de datos geom étrica fue compartida por todos los m iem ­
bros del equipo al analizar el diseño final.
Modelado basado en restricciones El modelado basa­
do en restricciones, también conocido como modelado
paramétrico, captura el intento de diseño mediante la des­
cripción de las relaciones entre los elementos geométricos
con ecuaciones y relaciones lógicas. Los parámetros están
asociados con elementos geométricos, tales como valores
numéricos, ecuaciones y relaciones geométricas (por ejem­
plo, paralelo o perpendicular). Cuando se cambia un valor
o parámetro, los elementos geométricos relacionados con
él se ven afectados. Por ejemplo, un agujero puede estar
restringido al centro de una pieza, y si la longitud de ésta
cambia, el agujero deberá permanecer en el centro. Una
ventaja del modelado basado en restricciones es que facili­
ta la exploración de variaciones en el diseño. Pro Engineer,
AutoCAD D esigner y SDRC IDEAS son ejemplos de
modeladores de CAD basados en restricciones.
Simulación y animación por computadora La simulación
por computadora es el modelado preciso de situaciones
complejas que involucran el tiempo como elemento. Para
Figura 2 .2 4 Modelo por computadora de un teléfono
celular donde se ha aplicado una textura de plástico a la
superficie
Este modelo agrega un nivel de realismo necesario para que el
equipo de diseño visualice el diseño propuesto, de modo que
pueda evaluarlo antes de entrar a la fase de producción.
fines de análisis de materiales puede emplearse el modelo
en 3-D por computadora, en lugar de un modelo físico. En
el modelo se pueden asignar propiedades a los materiales,
de modo que éste se comporte y tenga una apariencia simi­
lar a la del producto real. Por ejemplo, en lugar de cons­
truir el modelo a escala de una aeronave nueva y probarlo
en un túnel de viento, puede emplearse el modelo por
computadora para simular la aeronave en la prueba del tú­
nel de viento (figura 2.25).
La animación por computadora es el modelado im­
preciso de situaciones complejas que involucran el tiempo
como elemento. La diferencia más importante entre simu­
lación y animación es el grado de precisión. La animación
sólo imita una situación real de manera aproximada; una
simulación imita con exactitud una situación real. Por ejem­
plo, para determinar las características aerodinámicas de
una aeronave utilizando la simulación por computadora, es
necesario representar con precisión las propiedades de la
aeronave y la variable de aire, o de lo contrario se obtendrá
información inexacta. Por otra parte, si todo lo que se ne­
cesita es una representación visual de la aeronave en vuelo,
entonces no es necesario que el modelo por computadora
sea preciso, ya que con la animación del vehículo es sufi­
ciente. #■ Referencia CAD 2.3
En Motorola, la línea de ensamblado utilizada para
producir el teléfono celular podría ser simulada o ani­
mada empleando modelos por computadora. Esto m os­
traría en forma dinámica la form a en que se armaría el
teléfono, y serviría com o ayuda a los ingenieros indus­
triales y técnicos en la determinación de los cuellos de
botella o de posibles puntos problemáticos durante el
ensamblado. La información obtenida de esta manera
puede emplearse para refinar aún más el diseño y facili­
tar su fabricación, siguiendo los principios del DFM.
O
Figura 2 .2 5 Modelo por computadora que simula una
aeronave en un túnel de viento
El modelo por computadora complementa o remplaza la
necesidad de modelos físicos en el análisis de ingeniería.
CAPÍTULO 2
El proceso de diseño en ingeniería
37
de diseño. Entre los análisis más comunes realizados sobre
los diseños se incluyen los siguientes:
Gráfica creada utilizando los datos
recopilados en un análisis de ingeniería
Figura 2 .2 6
Esta gráfica ayuda a los diseñadores a determinar problemas
antes de entrar en la etapa de producción. (C ortesía de Intergraph
Corporation.)
Planos, gráficas y diagramas Los planos, gráficas y dia­
gramas son parte de una técnica de modelado que juega un
papel muy importante en el proceso de diseño en ingenie­
ría, en particular durante la etapa de refinamiento. Los in­
genieros emplean los planos de manera muy extensa cuan­
do analizan las propiedades de un diseño. A menudo, los
datos empíricos obtenidos de los análisis de ingeniería se
comprenden con mayor facilidad cuando se representan en
forma gráfica. Es posible elaborar una gráfica con los datos
recopilados, la cual puede transformarse después en una
ecuación algebraica. Cuando los datos dan origen a una curva
irregular, entonces se usa el cálculo integral.
Los datos que se presentan en gráficas generalmente
implican la relación entre dos cantidades físicas, donde se
permite a una de ellas cambiar mientras la otra se mantiene
constante. Por ejemplo, una gráfica puede mostrar los efec­
tos de varias fuerzas sobre un mecanismo, medidos duran­
te un intervalo de tiempo (figura 2.26). Si los puntos se
encuentran aproximadamente sobre una curva suave o rec­
ta, entonces la relación puede representarse con una ecua­
ción. La curva descrita por la gráfica recibe el nombre de
curva empírica y la ecuación es una ecuación empírica.
(Las técnicas de presentación de datos se describen con
detalle en el capítulo 20.) 0 - Referencia CAD 2.4
2.4.2 Análisis del diseño
El análisis del diseño es la evaluación de un diseño pro­
puesto con base en los criterios establecidos en la fase de
ideación. Dentro del proceso de refinamiento, es la segun­
da área más importante, y en ella participa todo el equipo
Análisis de propiedades, ahí se evalúa el diseño con
base en sus propiedades físicas, como resistencia, ta­
maño, volumen, centro de gravedad, peso y centro de
rotación, así como en sus propiedades térmicas, de flui­
do y mecánicas.
Análisis de mecanismos, donde se determinan los mo­
vimientos y cargas asociadas con los sistemas mecá­
nicos formados por cuerpos rígidos conectados entre
sí por uniones.
Análisis funcional, el cual determina si el diseño hace
lo que se pretende que haga; en otras palabras, si el
diseño lleva a cabo las tareas y cumple con los reque­
rimientos especificados en la fase de ideación.
Análisis de factores humanos, es el que evalúa un di­
seño para determinar si el producto sirve a las necesi­
dades físicas, emocionales, mentales, de calidad y de
seguridad del consumidor.
Análisis estético, éste evalúa un diseño con base en
sus cualidades estéticas.
Análisis de mercado, en él se determina si el diseño sa­
tisface las necesidades del consumidor, con base en re­
sultados obtenidos de encuestas o de un grupo piloto.
Análisis financiero, es el que determina si el precio
del diseño propuesto se encuentra dentro del rango del
precio proyectado en la fase de ideación.
Análisis de propiedades El análisis de propiedades nor­
malmente se encuentra asociado con la profesión de la in­
geniería e incluye el modelado de elemento finito. El análi­
sis de propiedades determina si el producto es seguro y si
puede resistir el rigor del uso cotidiano. Los modelos se
prueban bajo condiciones extraordinarias; la información
obtenida puede determinar si es necesario hacer cambios al
diseño. Por ejemplo, es probable que uno de los componen­
tes falle bajo condiciones de operación extremas. Entonces,
el equipo de diseño puede recomendar cambios en el com­
ponente mismo, o en otras partes del producto relacionadas
con él, para corregir la deficiencia, con lo que el modelo
vuelve entonces a ser analizado. Este proceso iterativo es
parte importante de la fase de análisis del diseño.
El modelado de elemento finito (FEM, por sus siglas
en inglés) es una herramienta analítica utilizada en la mecá­
nica de sólidos para determinar las respuestas estática y di­
námica de los componentes bajo varias condiciones, por
ejemplo, temperaturas diferentes (figura 2.27). También es
posible determinar la mecánica de fluidos de los diseños me­
diante el empleo del FEM. La interacción de una pieza con
un fluido que circula, digamos agua o aire, se simula me­
diante el empleo de bandas de colores (figura 2.28). Por ejem­
plo, la figura 2.29 muestra la manera en que el álabe de una
turbina de propulsión a chorro reacciona ante varias cargas.
38
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
Figura 2 .2 9
Figura 2 .2 7
Análisis térmico
El efecto de un líquido caliente en una taza se determina
utilizando el análisis de elemento finito. El uso del color ayuda
al usuario a determinar de manera visual las áreas donde la
temperatura es mayor. En esta taza, las áreas en azul son las
más frías, mientras las rojas son las más calientes. (Fotografía
cortesía de A lgor, Inc.) (Véase Sección a color, pág. 3.)
Análisis de esfuerzos
El análisis de esfuerzos de los alabes de una turbina de
propulsión a chorro se determina utilizando el FEM. Las áreas
donde el esfuerzo es mayor se representan en rojo, mientras las
áreas de menor esfuerzo aparecen en azul. (Fotografía cortesía de
A lgor, Inc.) (Véase Sección a color, pág. 3.)
Figura 2 .3 0 Discretización
Figura 2 .2 8
Análisis de fluidos
El flujo de fluido alrededor de una pieza está representado por
bandas de colores. (Fotografía cortesía de Algor, Inc.) (Vease Sección
a color, pág. 2.)
Los esfuerzos se muestran utilizando una escala de color,
donde el mayor esfuerzo se representa con el color rojo.
El proceso de FEM usa modelos por computadora en
3-D com o entrada. M ediante un proceso denom inado
discretización o de construcción de malla (figura 2.30), el
modelo sólido en 3-D se transforma en un modelo consti­
tuido por muchas formas poligonales, como rectángulos y
triángulos, las cuales se conocen como “elementos”. Cada
esquina de cada elemento recibe el nombre de “nodo”.
Después de la discretización, se define una condición de
frontera. Esta condición describe la forma en que el obje­
to se encuentra sujeto. Por ejemplo, se dice que un objeto
Antes de que sea posible realizar el análisis de elemento finito,
el modelo de sólido CAD debe dividirse en partes discretas más
pequeñas, utilizando para ello un proceso denominado
discretización. Después de éste, se añaden al modelo líneas para
representar las fronteras de cada parte discreta del modelo.
(Fotografía cortesía de Algor, Inc.)
está completamente restringido si está sujeto a una super­
ficie; en contraste, un objeto al que se le permite girar so­
bre un eje se dice que está parcialmente restringido. Una
vez definida la condición de frontera, se asignan al modelo
propiedades como material, temperatura y fuerzas.
A continuación se evalúa el modelo bajo distintas con­
diciones . Por ej emplo, se aplican esfuerzos cortantes a todo
el modelo y los resultados se muestran en la pantalla con
varios colores (figura 2.31). Los colores representan varios
CAPITULO 2
Figura 2 .3 1
Aplicación de condiciones de frontera
Después de crear el modelo de elemento finito, se definen
condiciones de frontera, como temperatura o carga. A
continuación, el modelo se analiza por computadora. Los
resultados se muestran con colores, o mediante la deformación
del modelo si se aplica una carga. (Fotografía cortesía de Algor, Inc.)
(Véase Sección a color, pág. 3.)
Figura 2 .3 2
El proceso de diseño en ingeniería
39
Análisis de ensamblado
En una máquina el análisis de ensamblado se lleva a cabo para
determinar las tolerancias apropiadas entre las partes en
contacto. (C ortesía de Autodesk, Inc.)
niveles de esfuerzo. El modelo también puede deformarse
para ilustrar el efecto de las fuerzas aplicadas. Incluso es
posible hacer una anim ación del modelo para mostrar la
deformación que se lleva a cabo y para señalar el aumento
incremental en el nivel de esfuerzo. Este proceso permite al
diseñador determinar si el modelo se desempeñará con se­
guridad bajo condiciones de operación extremas.
Los resultados del análisis de propiedades se utilizan
para recomendar la realización de cambios en el diseño.
Este análisis es un paso m uy importante en el proceso de
refinamiento. ■# Referencia CAE' 2.5
Análisis de mecanismos El análisis de mecanismos tie­
ne que ver con el cálculo de movimientos y cargas en siste­
mas formados por cuerpos rígidos conectados por unio­
nes. Un dispositivo de fijación es un ejemplo de un sistema
de este tipo. El análisis de mecanismos incluye los análisis
de ensamblado, cinemático y dinámico.
El análisis de ensamblado sirve para definir cada uno
de los cuerpos rígidos del mecanismo y el ensamble co­
rrecto entre ellos, considerando tanto la geometría como
las velocidades (figura 2.32). Cuando se emplea un mode­
lo por computadora para crear el ensamble y asignar las
velocidades, la computadora emplea la información pro­
porcionada por los ingenieros para determinar relaciones
complejas geométricas y trigonométricas.
El análisis cinemático determina el movimiento del
ensamble sin que importen las cargas. Por ejemplo, el aná­
lisis cinemático se emplea para encontrar la posición de
cualquier punto de un mecanismo en cualquier instante
durante el movimiento del ensamble, para determinar las
Figura 2 .3 3
Análisis cinemático
El análisis cinemático de un mecanismo se utiliza para evaluar
el rango de movimiento durante la operación.
tolerancias y el rango del movimiento. El modelado por
computadora puede emplearse para rastrear las trayecto­
rias de movimiento en los modelos en 3-D (figura 2.33).
El análisis dinámico determina la carga que produce
o crea el movimiento de un mecanismo. Este tipo de análi­
sis puede tener la forma de una simulación por computa­
dora, como quedó descrito en la sección anterior (figura
2.34).
Referencia CAE» 2.6
Análisis funcional El análisis funcional es un proceso de
juicio en el que se emplean factores como costo, aparien­
cia, rentabilidad, facilidad de mercadeo, seguridad y otros
para determinar el valor del diseño. Algunos factores se
4C
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
------
—
-
•'s
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¡v r
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Fr jra 2.3'.
Análisis dinámico
El análisis dinámico de una prensa evalúa las fuerzas
involucradas en el movimiento del mecanismo.
basan en evidencia empírica, como la prueba del producto
para determinar si se desempeña o funciona como se pre­
tende. Por ejemplo, puede probarse el diseño de una nueva
impresora con el fin de determinar la calidad consistente
de la impresión, la frecuencia de falla, o el costo relativo
en el mercado. En este ejemplo, tal vez la nueva impresora
no sea funcional si falla con mucha frecuencia, si tiene un
costo elevado o si produce una impresión de baja calidad.
Es probable entonces que todo el proyecto tenga que ser
m odificado regresándolo a la fase de ideación.
_
lis
Figura 2 .3 5
Análisis estético
En el diseño del MicroTAC Lite, se condujeron análisis
estéticos para crear una buena apariencia y comodidad.
(C ortesía de M otorola.)
Análisis de factores humanos El análisis de factores hu­
manos determ ínala forma en que el diseño interacciona con
las dimensiones, la extensión del movimiento, sentidos y
capacidades mentales de la población que hará uso del pro­
ducto. Por ejemplo, las dimensiones de la mano y la distan­
cia del oído a la boca son atributos importantes que deben
tomarse en cuenta al diseñar un teléfono c e lu la r y su teclado
de mareaje. Las dimensiones humanas pueden encontrarse
en The Measure ofM an, de Henry Dreyfuss. También hay
software que puede emplearse para definir un modelo hu­
mano usando algunos criterios como edad, sexo, complexión,
raza y otros factores. El modelo humano creado de esta ma­
nera se conjunta con el modelo de computadora del produc­
to, realizando entonces simulaciones estáticas y dinámicas.
El diseño de un producto, además de ser congruente
con las dimensiones humanas, también debe ser acorde con
las capacidades de los individuos. Por ejemplo, ¿se pueden
ver los controles del teclado del teléfono celular en un cuarto
en penumbra? ¿Confunden al usuario sin experiencia?
Con mucha frecuencia, los resultados de este análisis
de factores humanos sirven para conducir el desarrollo de
gráficas y textos que aparecerán en los manuales técnicos
y del usuario.
.
Análisis estético El análisis estético es un proceso que
evalúa un diseño con base en sus cualidades estéticas. La
apariencia y percepción del producto son analizados por
diseñadores industriales, personal de mercadotecnia, inge­
nieros ambientales y de factores humanos y consumidores.
Ésta es la etapa del proceso de diseño difícil de medir y
cuantificar. Sin embargo, es importante porque es en este
punto donde se da a los productos el toque humano, tan
necesario en el diseño de la mayoría de productos y es­
tructuras. La estética es más importante en algunas in­
dustrias que en otras: el diseño del teléfono celular
MicroTAC Lite de Motorola requirió de análisis estético
para crear una “buena” apariencia y percepción (figura
2.35). Por otra parte, en el diseño de las carrocerías de los
automóviles, se hacen análisis estéticos muy extensos para
crear un estilo que sea placentero y deseable. Las cualida­
des estéticas son difíciles de cuantificar, aunque a menudo
son las que hacen la diferencia entre un éxito o fracaso en
el mercado. ©■ Referencia CAD 2.7
CAPÍTULO 2
Análisis de mercado y financiero El análisis de mercado
se efectúa antes de que el producto comience a venderse o
incluso antes de producirlo. El análisis de mercado deter­
mina las necesidades y deseos del cliente, de modo que el
producto generado sea el que desea el consumidor. El aná­
lisis de mercado determina las características demográfi­
cas como edad, sexo, educación, ingreso y localización
geográfica, entre otras, de un consumidor típico.
El análisis financiero determina el capital disponible
para el proyecto, así como los costos proyectados para di­
señar, manufacturar, ensamblar, vender y dar servicio a un
producto. Este tipo de análisis también determina la recu­
peración de la inversión (ROI) que puede esperarse para
un producto nuevo. La ROI es el cociente de la ganancia
anual y la inversión esperada para el producto.
El proceso de diseño en ingeniería
clientes; y producción emplea la animación para analizar
los procedimientos de producción.
El equipo de diseño dispone de muchas técnicas de vi­
sualización. El sombreado de superficies de los modelos por
computadora sirve para mostrar la apariencia que tendrá el
diseño después de su producción. Las ilustraciones técnicas
se producen ya sea con los tradicionales dibujos a mano o
empleando computadoras. Para determinar interferencias,
las partes de un sistema se muestran en movimiento gracias
al empleo de la animaciónpor computadora. Las estructuras
se analizan con la técnica de recorridos, para evaluar pará­
metros de diseño estéticos y funcionales. Las figuras 2.36 a
2.38 son ejemplos de la forma en que los recorridos genera­
dos por computadora se emplean como herramienta de vi­
sualización.
2.4.3 V isua liza ro n del diseño
La visualización del diseño es un proceso de la etapa de
refinamiento utilizado para mejorar la comunicación, el aná­
lisis y la comprensión de un producto o estructura. En éste
se aprovecha la capacidad del sistema visual humano para
percibir formas en 3-D, colores y patrones, para conllevar
información sobre un producto. La visualización del di­
seño es un método de análisis que tiene poco de haberse
añadido a las herramientas empleadas por los ingenieros,
gracias, principalmente, a los avances en las gráficas por
computadora. Las técnicas de visualización se utilizan
por todos los integrantes del equipo de diseño para refinar
el diseño preliminar. La ingeniería emplea las técnicas de
visualización para determinar interferencias entre partes;
el FEM utiliza colores, deformaciones y animación para
mostrar el resultado de las fuerzas; la mercadotecnia utili­
za las imágenes generadas para obtener información de los
Figura 2 .3 6
Visualización del diseño
Figura 2 .3 7
(C ortesía de N ew port N ew s Shipbuilding.)
Figura 2 .3 8
Newport News Shipbuilding, Inc., desarrolló un simulador por
computadora que permite que una persona camine a través de
los espacios y compartimentos de un barco diseñado utilizando
un modelo de CAD. El recorrido comienza con un
acercamiento al portaaviones. (C ortesía de New port News Shipbuilding.)
Visualización del diseño
El usuario entra a la cabina de control de vuelo, la cual muestra
la posición del controlador de vuelo o aerotransportador.
Visualización del diseño
Se puede simular la vista del aterrizaje de una aeronave sobre la
cubierta de un portaaviones, tal como se observa en el
controlador de vuelo. Esta flexibilidad para definir puntos de
vista es útil en extremo para el análisis del diseño al inicio del
proceso de diseño. (C ortesía de N ew port N ew s Shipbuilding.)
-w w w . F r e e L i b r o s . c o m
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
Para el teléfono celular, la etapa de refinam iento co­
menzó con el modelado por computadora del dise­
ño final. En esta etapa las dimensiones no se estimaron
com o factores críticos; pero se mantuvieron m uy cerca­
nas a sus valores finales. Los técnicos crearon un mode­
lo sólido utilizando los bosquejos de diseño y los mo­
delos prelim inares generados en la fase de ideación.^
Los ingenieros eléctricos, de manufactura y mecáni­
cos trabajaron conjuntam ente en el diseño del sistema
de circuitos y del estuche externo. El tamaño del siste­
ma de circuitos necesario para crear un teléfono de ocho
onzas que cupiera en la palma de la mano, determ inó el
tamaño y la form a del estuche externo. Los ingenieros
de manufactura proporcionaron información respecto de
las consecuencias del uso de una form a particular y del
m aterial para el ensam blado del te lé fo n o celular. El
Modelo en 3-D por computadora utilizado para determinar
diseñador industrial, con los parámetros establecidos por
los ingenieros, comenzó la terminación del diseño esté­
el espacio entre el chasis y el sistema de circuitos del
tico del estuche externo.
teléfono
Este equipo trabajó de manera conjunta para produ­
cir un modelo de computadora refinado, posteriorm ente
Los ingenieros de manufactura y los técnicos asocia­
com partido con el resto de los m iembros del equipo de
dos con ella comenzaron a diseñar y bosquejar la planta
diseño para obtener sus comentarios y recomendacio­
de armado. Para ello se crearon los croquis y modelos
nes. Los resultados del análisis estético fueron compar­
por computadora de línea de ensamble. El departamen­
tidos por todo el grupo, incluyendo a los consumidores,
to de mercadotecnia com enzó a obtener inform ación
quienes encontraron que la apariencia del producto no
sobre el producto. A medida que el diseño era refinado,
era atractiva: las líneas no eran delgadas y las dim ensio­
el modelo por computadora de la línea de ensamble se
nes del audífono parecían inadecuadas.
^
utilizó para probar el proceso de ensamblado. Esto pro­
Así, el estuche y el sistema de circuitos fueron refi­
porcionó información valiosa para las estrategias de DFM.
nados otra vez, para volver a ser analizados por los inge­
Los problemas de ensamblado se corrigieron en una fase
nieros. El ingeniero eléctrico desarrolló tal sistema de
temprana de la etapa de refinam iento. El equipo de in­
modo que cupiera dentro del estuche; lo probó en cuan­
geniería observó la form a en que el producto era en­
to a potencia y calidad de sonido, entre otros factores. El
samblado y realizó modificaciones en el diseño final para
circuito fue construido prim ero en una tablilla de prototi­
mejorar la DFM del teléfono celular.
po, probándose para determ inar si trabajaba dentro de
los parámetros establecidos en el diseño. El ingeniero
2.4.4 Refinamiento de gráficas y visualización
mecánico analizó la resistencia del estuche en cuanto a
caídas, uso y mal uso de la bisagra y factores am bienta­
les. La mayor parte de estas pruebas se efectuó con el
L as gráficas son una parte muy importante de la etapa de
modelo por computadora.
refinamiento. L os croquis se elaboran para comunicar cam­
El esfuerzo generado por una caída de cuatro pies
bios en el diseño. Los dibujos y modelos del diseño se crean
sobre el estuche, la tarjeta de circuito y los sujetadores
y actualizan a través del proceso de refinamiento. El análi­
fue determ inado m ediante el uso del FEM. Para ello se
sis gráfico es un proceso utilizado en el análisis de inge­
introdujo una malla en el modelo en 3-D de computadora
niería para presentar datos empíricos en forma de gráficas.
del diseño; a continuación se aplicó una carga para repre­
sentar la fuerza del impacto en el piso después de una
Por ejemplo, puede realizarse el análisis de los modelos
caída de cuatro pies. Los esfuerzos fueron visualizados
por computadora generados a partir de datos empíricos,
con colores diferentes. En el modelo se observaron las
mostrando los resultados de manera gráfica, utilizando
áreas del teléfono que podrían fallar y se efectuaron cam­
colores para diferenciar información importante. El análi­
bios al diseño.
..
sis gráfico se emplea para verificar tolerancias, límites de
Los dibujos y modelos del diseño fueron modifica­
dos cuantas veces fue necesario durante ja etapa de aná­
operación de las piezas móviles y muchas otras propieda­
lisis. A continuación se refinaron aún más los dibujos y
des físicas. Los datos técnicos, las encuestas de mercado e
los modelos. Hasta donde fue posible se emplearon pie­
información de otro tipo también pueden presentarse en
zas estándares para ahorrar costos y tiem po. Por ejem ­
gráficas como ayuda para analizar la información de m a­
plo, los sujetadores utilizados para sostener la tarjeta de
nera visual. Anteriormente se creaban modelos físicos para
circuito dentro del estuche, así com o muchos de los
efectuar algunas pruebas. Sin embargo, con el modelo físi­
resistores, son partes estándares en el teléfono celular.
Se llevó a cabo un análisis de m ecanismos para de­
co, las recomendaciones de cambios en el diseño implica­
term inar las tolerancias de la tarjeta de circuito — ensam­
ban la construcción de un nuevo modelo, lo que podría ser
ble del estuche. El análisis cinemático determ inó los ran­
tardado y costoso. Con el modelado por computadora, los
gos de m o v im ie n to para la bocina y de la antena
cambios de diseño se manejan de manera sencilla, simpletelescópica desde la posición de cerrado hasta abierto.
©
w w w .FrE E T .ihm q
c o m
Uso dei modelado de sólidos para el desarrollo de un producto nuevo
En un mundo com petitivo, el rápido desarrollo de pro­
ductos es el ingrediente necesario del éxito. Como re­
sultado muchos proyectos están guiados por aspectos
de tiem po-m ercado. Lo anterior es especialmente ver­
dadero en el caso de una compañía de diseño como GVO
en Palo Alto, California, que se especializa en la creación
de diseños de productos. GVO toma ideas de los clien­
tes y trabaja con ellas para crear un producto funcional
destinado a un determ inado mercado. Compañías como
GVO añaden valor a la tecnología medular del cliente agre­
gando un toque artístico al diseño, y combinando las ne­
cesidades del usuario con una selección apropiada del
material y un proceso de manufactura económico. Du­
rante parte del enfoque de diseño de cinco etapas, GVO
emplea AutoCAD.
FASE 1
INICIACIÓN
Todo producto tiene un principio. Éste puede ser un cro­
quis en una servilleta o un prototipo burdo. Esta idea es
el inicio del ciclo de desarrollo del producto. Se obtiene
información del cliente sobre el producto deseado y se
elaboran notas.
FASE 2
CONCEPTOS
FASE 3
LAYOUT
Cuando comienza la fase 3, se congelan el concepto y la
dirección general del producto. En contiaste con la fase
2, los modelos y los dibujos ahora deben ser m uy exac­
tos. Esta fase es muy importante, puesto que el layout
resultante se convertirá en una referencia dimensional,
punto de partida para evaluar las relaciones espaciales
del producto. Los datos de ingeniería, com o los centros
de gravedad, masa, m om entos de inercia, pesos y volú­
menes, se extraen con facilidad de los modelos. Estos
datos pueden emplearse en cálculos para el estudio de
una parte o ensamble.
FASE 4
PROTOTIPO
Una vez que el- layout está casi com pleto, GVO comienza
a elaborar dibujos detallados de las partes. Las rutinas
automatizadas proporcionan al usuario la capacidad de
crear vistas ortográficas, auxiliares y de secciones de corte
del modelo. Las versiones finales de los dibujos incluyen
el dibujo de las piezas, curvaturas, descripciones de co­
lor, información con respecto al logotipo, colocación de
ilustraciones e instrucciones de fabricación. Los prototi­
pos se generan a partir de los dibujos detallados finales,
es una especie de procedim iento adicional de verifica­
ción antes del desarrollo de las herramientas que se uti­
lizarán para producir las piezas.
Durante esta fase, las ideas se desarrollan con el cliente.
Para presentar las ideas se emplean croquis elaborados
a mano, croquis de AutoCAD, modelos de poliestireno y
de cartulina. AutoCAD puede emplearse para modelar
con rapidez ciertas características que de lo contrario
serían m uy difíciles de describir. En esta etapa, el mode­
lo es una versión preliminar y no contiene dimensiones
exactas; se emplea m ayorm ente como herramienta de
visualización por la velocidad con la que puede desarro­
llar representaciones burdas del diseño.
Una vez que el concepto preliminar está modelado
puede em plearse para otros fines distintos que normal­
mente no están asociados con el modelado de sólidos.
Es posible generar y representar perspectivas del m ode­
lo. También es posible graficar las representaciones de
armazón de alambre para ayudar al diseñador industrial a
crear las ilustraciones de una presentación para visualizar
las ideas del cliente. También pueden generarse anima­
ciones empleando modelos sombreados.
El siguiente paso es el desarrollo de las herramientas nece­
sarias para la manufactura del producto. Esto lo hacen espe­
cialistas que trabajan en colaboración cercana con las com ­
pañías que fabrican moldes de inyección de plástico y de
fundición. Cuando la fabricación de las herramientas está
terminada y ya se ha realizado la comprobación de exacti­
tud, comienza la fabricación en masa del nuevo producto.
Una de las principales ventajas del uso de modelos
en 3-D es la posibilidad de visualizar los diseños con mayor
facilidad y rapidez, durante una etapa temprana del pro­
ceso de diseño. Cuanto más información pueda com uni­
carse al resto del equipo de diseño y al cliente, mucho
más fácil será observar qué partes del diseño podrían
causar problemas.
El nuevo rociador de jardín Ortho Lock’n Spray fue
modelado y ensamblado utilizando el modelado de sólidos.
Este modelo indica cómo se ajusta el rociador de jardín
en el probador.
FASE 5
MANUFACTURA
A rticulo resum ido con perm iso de M ichelle Piliers, “U sing A M E for New Product D evelopm ent” , C AD EN C E, mayo de 1993, pp. 45-48.
www.FreeLibros.com
44
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
mente modificando el modelo por computadora, que es un
proceso m uy rápido, más eficiente y menos costoso.
inglés), planificación del material requerido (MRP, por sus
siglas en inglés) y la calendarizaciónjusto a tiempo (JIT, por
sus siglas en inglés).
La CAPP usa el modelo por computadora del diseño
para determinar las máquinas y procesos que deben utili­
zarse. L a M RP calcula la materia prima necesaria para pro­
ducir el producto, para hacer tales cálculos utiliza el modelo
de sólido. Por ejemplo, el modelo de sólido de una pieza
puede analizarse para determinar los volúmenes de varias
de sus partes; los resultados pueden servir para calcular la
cantidad necesaria de materiales distintos para fabricar las
piezas.
2.5 | IM P LA N TA C IÓ N _______________________________
La implantación es la tercera y última fase del diseño en
ingeniería concurrente y, también, el proceso que se utiliza
para m odificar el diseño final de la idea al producto, pro­
ceso o estructura. En este momento el diseño está termina­
do y cualquier cambio puede resultar muy costoso. El pro­
ceso de im plantación incluye casi cualquier fase de la
empresa: planificación, producción, finanzas, mercadotec­
nia, servicio y documentación (figura 2.39). La meta de
esta fase es convertir el diseño en una realidad para la em­
presa y el consumidor.
Problema
de identificación
preliminares
Diseño
preliminar
2.5.1 Planificación
Ma ten at S p e c s .
••• •.
W eight — -------------------------
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60. .
Planificación
Documentación
Figura 2 .3 S
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Proceso de implantación
El proceso de implantación incluye casi cualquier aspecto de la
empresa. En esta fase del proceso de diseño, el diseño final va
desde la idea hasta el producto final.
.■O&aUx.-'
O per. No,
Mercadotecnia
Producción
H ou»m g
U sag e
¡
Pc*
4.0 ,
—
Financiamiento
Análisis
del diseño
P art N am e
.....................................
P u rc h a se O -nix.* M et
Servicio
Modelado —
El proceso de planificación determina el método más efi­
caz para mover un producto a través del ciclo de producción.
(Véase el capítulo 18.) Los ingenieros y técnicos de manu­
factura son los líderes del proceso de planificación, ya que
ellos programan las máquinas y los trabajos necesarios para
crear el producto. La planificación requiere tablas de proce­
sos, diagramas de flujo de datos y materiales, modelado del
proyecto y tablas de organización del trabajo, costos de los
materiales y otros documentos (figura 2.40). Las técnicas
de planificación modernas incluyen la planificación de pro­
cesos asistida por computadora (CAPP, por sus siglas en
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§ G rin d
■ G rin,d a r
Í >120 1
Plan del proceso
Este plan de proceso indica las operaciones de maquinado, las herramientas utilizadas, el tiempo y la rapidez por hora. Este nivel
de planificación es necesario para estimar el costo y asegurar un movimiento suave de partes durante la producción.
CAPÍTULO 2
El proceso de diseño en ingeniería
Satistaccior,
del consumidor
45
Esfuerzo total
de la con.pañía
CONCEPÌ O
DE
MERCAUOT6CNI
Utilidad;
como opjetivo.
F ig u r a 2 .4 1
Simulación del piso de una fábrica
El proceso de producción mejora mediante el empleo de un
modelo por computadora del piso de la fábrica para simular
actividades. Este modelo de superficie puede incluso animarse
para probar las operaciones de manufactura, tal como el rango
de movimiento de los robots.
Figura 2 .4 2
Proceso de mercadotecnia
El proceso de mercadotecnia es una parte integral del proceso
de diseño en ingeniería. El concepto de mercadotecnia significa
que la organización dirija sus esfuerzos para satisfacer al
consumidor, pero con una Utilidad. (De Essentials o f Marketing, 5a.
edición, E. J. McCarthy y W. E. Perreault, Jr., © 1991, Richard D. Irwin.)
El Justo a tiempo (JIT) es una filosofía de operación
que intenta reducir el tiempo y, a la vez, eliminar el desper­
dicio. Cualquier cosa relacionada con la fabricación de un
producto que no le añada valor a éste se considera un des­
perdicio. Por ejemplo, un inventario que permanece inmó­
vil en un almacén durante mucho tiempo no añade ningún
valor a un producto. Un sistema de JIT evita el desperdicio
generando órdenes de compra sólo cuando son necesarias.
2.5.2 Producción
La producción es el proceso empleado para transformar
materias primas en productos y estructuras terminados, uti­
lizando mano de obra, equipo, capital e instalaciones. (Véa­
se el capítulo 18.) El proceso de producción requiere de
dibujos de ingeniería, solicitudes de modificación, especi­
ficaciones técnicas, costos de materiales y muchos otros
documentos. Los dibujos o modelos en 3-D se emplean
para crear la distribución del piso de la fábrica; y los mo­
delos por computadora pueden utilizarse para hacer fun­
cionar las máquinas y herramientas con las que se fabrican
las piezas y para simular el proceso de ensamblado y el
movimiento de materiales en la fábrica (figura 2.41).
2.5.3 M ercadotecnia
El proceso de mercadotecnia considera las necesidades
del cliente y dirige el flujo de bienes del productor al con­
sumidor (figura 2.42). La mercadotecnia tiene un papel
muy importante en las etapas de ideación, refinamiento e
implantación; es mucho más que ventas o publicidad: la
Figura 2 .4 3
Modelo de CAD de una llanta y una rueda utilizado por el
ilustrador para crear ilustraciones técnicas. (Las fotografías de
CADKEY del contenido de la pantalla son proporcionadas por cortesía
de Baystate Technologies, Inc.)
mercadotecnia asegura que se produzcan los productos co­
rrectos y que éstos tengan impacto en el consumidor. Para
vender con éxito un producto nuevo, la mercadotecnia ne­
cesita ilustraciones y gráficas de presentación del produc­
to. Los modelos por computadora y los dibujos técnicos
pueden emplearse como base para crear las ilustraciones
necesarias (figuras 2.43 y 2.44).
WWW F r e e L i b r o s
com
46
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
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■tl tcti&ipo c ke t aieCabie.
Imagen sintetizada por computadora creada
por el ilustrador técnico utilizando el modelo de CAD
Figura 2 .4 4
El ilustrador técnico puede importar el modelo en 3-D de CAD
en un programa de síntesis de imagen, donde se aplican
fuentes de luz y texturas a la superficie. (Las fotografías de
\
CA D K EY del contenido de la pantalla son proporcionadas por cortesía de
Baystate Technologies, Inc.)
(Véase Sección a color, pág. 4.)
M ICRO T »V
El equipo de mercadotecnia de Motorola:
•
•
3
•
•
•
°
Analizó las necesidades de las personas que utilizan
teléfonos celulares.
_
Predijo el tipo de teléfono celular que desearían los
usuarios y determ inó a quiénes debía intentar satis­
facer la compañía.
_
Estimó la cantidad de personas que estarían com ­
prando teléfonos celulares en los próximos años y
quiénes los utilizarían.
D eterm inó la localización de estos usuarios de tele­
fono celular y cóm o hacerles llegar el teléfono.
Estimó el precio que los usuarios desearían pagar por
un teléfono celular.
_
Decidió el tip o de prom ociones que deberían em ­
plearse.
,
.
Obtuvo inform ación sobre los tipos y precios de los
teléfonos celulares que la com petencia produce.
El folleto publicitario producido por el departamento
de mercadotecnia para el MicroTAC Lite fue desarrolla­
do alrededor de una pluma, centrando la atención sobre
el hecho de que ése era el teléfono celular más ligero del
m undo (figura 2.45).
Página de un folleto publicitario desarrollado
por el departamento de mercadotecnia
F.gura 2 .4 5
El tema de mercadotecnia seleccionado fue una pluma, para
hacer hincapié en el consumidor sobre el escaso peso del
diseño. (Cortesía de M otorola.)
F IN A N C IA M IE N T O
• Gastos
• Créditos
• Control de,toneles
• Origen de los fondos
• Requisitos de capital
• Recuperación:
de la inversión
• Planificación y análisis
• Disposición do ganancias
Actividades involucradas en el
financiamiento para analizar la factibilidad de la
producción de un producto
Figura 2 .4 6
2.5.4 Finanzas
El proceso de finanzas analiza la factibilidad de la pro­
ducción de un producto en relación con los requerimientos
de capital y la recuperación de la inversión (ROI). En cual­
quier empresa, las finanzas tienen que ver con la adminis­
tración del flujo de efectivo, de modo que siempre estén
disponibles los medios para alcanzar los objetivos de la
empresa lo más pronto posible (figura 2.46). La adminis­
tración financiera incluye:
La estimación y planificación del flujo de pagos y gas­
tos en efectivo.
Conseguir de fuentes externas los fondos necesarios
para las operaciones cotidianas.
C A f f 'i U L O .?
Controlar las operaciones para garantizar el flujo de
efectivo a través de toda la empresa.
Dividir las ganancias entre los pagos a los propietarios
y la inversión en el desarrollo futuro de la empresa.
Las actividades básicas en las finanzas, sin que importe
el tipo de organización, son planificación financiera, financiamiento real de las operaciones propuestas, análisis y con­
trol financiero y la disposición de las utilidades netas. La
planificación financiera estima el volumen de ventas de la
empresa, que la administración emplea para determinar los
requerimientos de inventarios, mano de obra, entrenamien­
to, y tam bién el uso de los recursos. Los presupuestos se
emplean para estimar y planificar las necesidades financie­
ras de un diseño nuevo, y el equipo de diseño debe trabajar
dentro de restricciones presupuéstales. A medida que se ter­
mina el diseño, el personal de finanzas que trabaja en el
equipo determina los costos y las utilidades proyectadas.
Ellos utilizan información obtenida por otros miembros del
equipo sobre aspectos de ventas, precios, inventarios, pro­
ducción y personal.
cion
La administración es la organización lógica de personas,
materiales, energía, equipo y procedimientos en activida­
des de trabajo diseñadas para producir un resultado final
específico, esto es, un producto. Los gerentes controlan o
conducen las operaciones cotidianas de una empresa. Los
gerentes de producción dirigen los recursos necesarios para
producir los bienes y servicios de una organización. La fi­
gura 2.47 señala que los gerentes de producción dirigen
personas, plantas, partes y procesos, así como la planifica­
ción y sistemas de control. La figura 2.48 muestra lo que
controla un gerente de planta de una empresa de manufac­
tura. En general, cada grupo que aparece debajo de la ge­
rencia de la planta tiene su propio gerente para la realiza­
Ftgu.'e 2 . 4 7
i_¿5
J m ;>;fgti( j
¡n p jp ie rii
47
ción de las operaciones cotidianas. Por ejemplo, el gerente
de ingeniería es responsable del soporte de ingeniería. La
gerencia de ingeniería se organiza y opera alrededor de las
prioridades del proyecto y la compañía, y está conducida
por el ingeniero de la planta.
La com petencia global ha obligado a la industria a
ser mucho más consciente de la calidad. En la actualidad
muchas industrias están utilizando un proceso de adminis­
tración denominado administración de la calidad total
(TQM, por sus siglas en inglés). La TQM es el proceso de
administrar la organización como un todo de forma tal que
ésta sobresalga en todas las áreas de producción y servicio
importantes para el consumidor. Los conceptos importan­
tes son: 1. la calidad es aplicable a toda la organización en
todo lo que hace y 2. la calidad está definida por el consumi­
dor. Para trasladar las demandas de calidad del consumidor
en especificaciones, mercadotecnia o desarrollo de produc­
tos se requiere definir de manera exacta lo que éste desea, y
los diseñadores del producto deben desarrollar un producto
o servicio que logre de manera consistente dicho nivel de
calidad.
La práctica de la TQM requiere una definición operacional de la calidad, la comprensión de sus dimensiones y
de métodos para incluir las opiniones del consumidor en
las especificaciones. La calidad del producto puede defi­
nirse como la calidad de su diseño y la calidad de su apego
a dicho diseño. La calidad del diseño es el valor inherente
del producto en el mercado. En la figura 2.49 aparecen las
dimensiones comunes de la calidad del diseño. Como ejem­
plo, estas dimensiones se han adaptado al diseño del telé­
fono celular (figura 2.50). El capítulo 18 proporciona más
detalles sobre la TQM. La calidad de apego es el grado con
que el producto o servicio cumple con las especificaciones
de diseño. La calidad de apego tiene que ver principalmen­
te con las funciones operacionales y la calidad de las orga­
nizaciones dentro de la empresa.
Responsabilidades del gerente de producción
■ ¿¿des d e l
p r o c * 505.
•jj .
gerente de producción en una compañía de manufactura incluyen
d ire c c ió n
de personas, plantas, partes y
De Pmluction an d O p era tio n s M anagem ent, 6a. edición, R. B. Chase y N. J. A quilano, © 1992, Richard D. Irwin.)
www.FreeLibros.com
PARTE 1
48
Cigur& 2 .4 8
Ciencia visual para gráficas técnicas
Organización de una planta de manufactura
La organización gerencial típica de una planta de manufactura incluye el control de la producción, compras, manufactura, control de
Calidad y soporte de ingeniería. (D e Production and Operations M anagem ent, 6a, edición, R. B. C hase y N. J. A quilano, © 1992, R ichard D. Irw in.)
v
Medidas
.■
■. ■.
.
.
'. .
';
' ............
Medidas
¿intensión
Significado (teléfono celular)
Dimensión
Significado
Desenjpejo
Características del producto o servicio primario'
Características
Toques adicionales, campanas y silbatos,
características secundarias
Características
•íjsi. noiioi >e jistM ji. / a t
Confiabilidad
Consistencia del desempeño con el tiempo
Contiabiiidad
Tiempo promedio de talla
Vida útil
Durabilidad
«í)a útil
flesolucion de problemas y quejas
Facilidad de servicio
Facilidad de reparación
Características de la conexión humano-humano
[oportunidad, c o rte ja profesionalismo etcétera)
Respuesta
Tiempo de espera en una llamada de servicio
iafafiter-isiiusis sensunaies tsonflo ssnsacier
apariencia, etcétera)
Estética
Apariencia e impresión del teléfono
Desempeño pasado y otros aspectos intangibles
Reputación
Evaluación independiente del producto
Durabilidad
Facilidad de servicio
rvtíópUcalcl
s Dnpni |(3Ct5>
Reputación
................................................................. -
Fitjuta 2 4 9
: Desempeño
Intensidad de la señal
.................
Dimensiones de la calidad del diseño
La calidad del diseño incluye muchos aspectos de un producto,
como confiabilidad, durabilidad, características y otras. (De
Production a n d O perations M anagem ent, 6a. edición, R. B. Chase y N. J.
Figura 2 .5 0 Dimensiones del diseño de calidad del
teléfono celular
Aplicación de las dimensiones de la calidad del diseño al
teléfono celular.
A quilano, © 1992, R ichard D. Irw in.)
2.5.6 Servicio
y gráficas que indican el orden de ensamblado, así como
la funcionalidad, de los componentes del producto. Con
el uso de varias técnicas, las partes que normalmente que­
dan ocultas a la vista aparecen en sus posiciones de ope­
ración.
El servicio es una actividad que apoya la instalación, en­
trenamiento, mantenimiento y reparación de un producto o
estructura para el consumidor. El servicio utiliza ilustra­
ciones e informes técnicos para apoyar sus actividades. Las
ilustraciones técnicas se incluyen en los manuales de insta­
2.5.7 Documentación
lación, mantenimiento y reparación (figura 2.51). Común­
mente las ilustraciones técnicas son dibujos de ensamble,
que muestran la form a en que se arman varias partps, dibu­ , Una vez que el diseño queda terminado en la etapa de refijo s pictóricos, ilustraciones generadas por compiitauora 1 ^íírfiíSito.QSfflse mueve a la última fase del desarrollo, la
CAPÍTULO 2
Figura 2 .5 2
Figura 2 .5 1
Combinación de texto y gráficas
El proceso de diseño en ingeniería
49
Documentación concurrente
El proceso de documentación concurrente integra todos los
tipos de gráficas para facilitar la comunicación entre todas las
áreas de la empresa.
Las ilustraciones técnicas se emplean en los manuales de
mantenimiento producidos con computadoras combinando
texto y gráficas. (C ortesía de Intergraph C orporation.)
cual recibe el nombre de documentación. La documenta­
ción es el proceso empleado formalmente para registrar y
comunicar la solución final de diseño. Antes de la apari­
ción de la ingeniería concurrente, buena parte de la docu­
mentación gráfica se encontraba en la forma de dibujos e
ilustraciones de ingeniería en 2-D. Con el CAD y el mode­
lado en 3-D, la mayor parte de las gráficas producidas en la
etapa de refinamiento se encuentra en modelos en 3-D. Estos
modelos se utilizan como punto de partida en la etapa de
documentación para crear dibujos de ingeniería, ilustracio­
nes técnicas, animaciones y dibujos de patente. Es así como
la documentación se convierte en una actividad concurren­
te a través del proceso de diseño, en lugar de ser algo que
sólo aparece al final.
La documentación concurrente es un proceso que
crea documentos al mismo tiempo que se desarrolla el di­
seño del producto. Si se hace uso de la ingeniería concu­
rrente, entonces tiene sentido emplear la documentación
concurrente para facilitar el proceso de comunicación en
la empresa. La figura 2.52 muestra los procesos de docu­
mentación más importantes integrados con el modelo de la
ingeniería concurrente.
Cuanto más eficaz sea una compañía para comunicar
información sobre sus productos, tanto internamente como
a sus clientes, mayor será su éxito. La documentación es el
hilo com ún que corre por todo el proceso de diseño; es la
actividad que se convierte en la memoria corporativa de un
proyecto. Las prácticas de docum entación concurrente
m aximizan el tiempo creativo y minimizan el de documen­
tación; por consiguiente, la ingeniería y la documentación
concurrentes deben formar un sistema integral. Toda la in­
formación generada se comunica de manera electrónica,
utilizando el hardware y el software de la computadora y el
modelo en 3-D del diseño.
La siguiente es una lista parcial de los documentos que
se necesitan en un proyecto de ingeniería:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
“
Bosquejos de planificación.
Dibujos de ingeniería.
Ilustraciones técnicas.
Dibujos de circuito impreso.
Dibujos de patente.
Memorando.
Informes de prueba.
Datos de prueba.
Especificaciones funcionales.
Especificaciones técnicas.
Solicitudes de cambio.
Hojas de proceso.
Documentos de discusión.
Gráficas de comprobación.
Gráficas de presentación.
Diagramas de flujo de datos.
Cartas de organización del trabajo.
Diagramas eléctricos.
Informes de análisis.
Órdenes de compra.
Costos de materiales.
Manuales técnicos.
Manuales de producto.
Dibujos de diseño y modelos Los d ib u jo s de diseño y
modelos son todos los bosquejos, dibujos preliminares del
diseño y modelos en 3:D iniciales por computadora creados
w w w .F r e e L i b r p s .c o m
60
Figura 2 .5 3
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
Dibujo de diseño empleado en la fase de ideación
Pantalla de computadora portátil mostrada como croquis en la fase de ideación (izquierda) y como producto final manufacturado
(derecha). (C ortesía de D esign Edge.)
durante las fases de ideación y refinamiento (figura 2.53).
Cuando se utiliza la documentación concurrente, estos di­
bujos y modelos se refinan junto con el diseño. Los dibujos
y modelos de diseño se emplean como información inicial
para otros procesos de documentación. Por ejemplo, el mo­
delo en 3-D creado para el análisis de ingeniería se emplea
para extraer dibujos de producción de vistas múltiples.
Dibujos y modelos de producción Para fines de produc­
ción se utilizan dibujos de vistas múltiples con dimensio­
nes y dibujos de ensamblado con una lista de partes. Los
dibujos de vistas múltiples se conocen como dibujos de
producción porque se emplean como medios de comuni­
cación entre el diseño y la producción o manufactura (fi­
gura 2.54). (Véase el capítulo 19.)
Si el modelo del diseño se hace en 3-D con ayuda del
CAD, entonces la extracción de los dibujos de vistas múlti­
ples puede hacerse de manera automática a partir del mo­
delo (figura 2.55). Después de añadir las dimensiones a los
dibujos, se producen los dibujos de ensamblado con una
lista de partes, para crear entonces los dibujos de produc­
ción. Estos dibujos contienen el detalle suficiente para de­
sarrollar el producto. A continuación se hacen copias o co­
pias heliográficas de éstos, las cuales se utilizan por los
ingenieros y técnicos de manufactura en la fabricación y
ensamble del proceso. Otra finalidad de los dibujos de in­
geniería es la generación de un archivo, que es un proceso
empleado para crear un registro gráfico permanente del
diseño en form a de dibujos guardados en papel pergamino,
m icrofichas, cintas de computadora o algún otro medio.
Los dibujos de archivo se colocan en un lugar que garanti­
ce su seguridad, como puede ser una bóveda.
Es posible crear un producto sin utilizar dibujos en
papel vinculando toda la empresa con las computadoras.
Con esto el producto puede ser diseñado y modelado en
CAD. El modelo de CAD se emplea entonces como entra­
da a la computadora de las máquinas de control numérico
(CNC), donde se crea la trayectoria de la herramienta (fi­
gura 2.56). Los operadores de las máquinas, los ingenieros
y los técnicos se sirven de una terminal de computadora
para tener acceso a la base de datos central que contiene
los dibujos de ingeniería y el modelo en 3-D. Los dibujos o
el modelo en 3-D aparecen en la terminal de computadora,
la cual sirve como medio de comunicación en lugar del
papel. Aunque la eliminación total del papel en la industria
tal vez no sea posible, en la actualidad algunas compañías
emplean ya muy poco papel, utilizando las computadoras
para controlar el producto y los procesos (figura 2.57). ©•
R eferencia CAD 2.8
Ilustraciones técnicas Las ilustraciones técnicas se de­
sarrollan y utilizan en todo el ciclo de ingeniería y docu­
mentación concurrente, iniciando con la base de datos del
diseño. Por ejemplo, mediante el empleo de software es
posible ver el modelo en 3-D desde cualquier dirección, y
pueden ser interpretadas las ilustraciones del mismo. Estas
últimas, ya sea obtenidas a mano o por computadora, sir­
ven a los diseñadores industriales para transmitir sus ideas
a otros miembros del equipo al inicio del proceso de dise­
ño (figura 2.58). Las ilustraciones son interpretadas por la
mercadotecnia para crear anuncios e información de ven­
tas, también por el servicio, para crear documentos técni­
cos tales como los manuales de instalación y mantenimien­
to. O Referencia CAD 2.9
Animaciones Las animaciones se aplican en la fase de
documentación para dar apoyo a las actividades de merca­
dotecnia, entrenamiento, producción y servicio. En la mer­
cadotecnia las animaciones se emplean para generar publi­
cidad; en el servicio, para crear videos de entrenamiento
para los técnicos de servicio; y en producción, para mos­
trar la forma en que opera la línea de ensamblado. En el
proceso de documentación concurrente, las animaciones
se crean con software de animación, utilizando el modelo
por computadora del diseño como la base de datos de en­
trada. ©■ R eferencia CAD 2.10
I 'J ';
Figurn 1 .5 #
i
ti . .11 = -.i:
tíiCO'^CJI ifKWn:«í9
Dibujo de producción
Dibujo de producción que muestra la instalación del sistema de cableado eléctrico de una aeronave de propulsión a chorro.
(C ortesía de
N orthrop.)
í- jy i : - a 2
w w w
5s
Dibujo de varias vistas
Este dibujo muestra las vistas frontal, superior y lateral de una
'
e
e
L
i
e
l ^asgrfr05dibujos para este teléfono celular fueron
. F
generados" directamente a partir de un modelo en 3-D.
52
PARTE 1
Figura 2 .5 6
Ciencia visual para gráficas técnicas
Las trayectorias de las máquinas herramienta pueden generarse utilizando el modelo de CAD
La parte izquierda es el modelo de CAD, con la trayectoria de la herramienta traslapada. La ilustración de la derecha es el programa
de la máquina herramienta necesario para crear la pieza. (Las fotografías de C A D K EY del contenido de la pantalla son proporc.onadas p o r cortes,a de
Baystate Technologies, Inc.)
Figur? 2 .5 7 Diseño sin papel
El Boeing 777 es un proyecto de diseño y producción sin papel.
F ig u ra 2 .5 8
Ilustración técnica
Esta ilustración técnica de un edificio fue creada al sintetizar el
modelo de CAD creado anteriormente en el proceso de diseño.
(Cortesía-de-The Boeing Company.)
(Las fotografías de CADK.EY del contenido de la pantalla son proporcionadas p o r
cortesía de Baystate Technologies, Inc.)
In form es té c n ic o s Los informes técnicos constituyen
descripciones profundas, cuyo propósito es realizar la cró­
nica del proceso de diseño. Por ejemplo, en las primeras
etapas del diseño se crean los informes de avance para do­
cumentar las decisiones tomadas por el equipo de diseño.
También se elaboran informes similares para revisar de ma­
nera periódica el estado del proyecto.
Los informes finales, que incluyen texto y gráficas, se
escriben al térm ino del ciclo de diseño y su contenido es
mucho más detallado. Generalmente, el informe final con­
tiene los siguientes puntos:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Página de título.
Tabla de contenido.
Resumen.
Identificación del problema.
Procedimientos.
Solución del problema.
Resultados.
Conclusiones.
Bibliografía.
Apéndices.
CAPÍTULO 2
Normalmente, el informe final es acompañado de una
carta de envío, la cual describe de manera breve el conteni­
do del informe y las razones del proyecto.
La página de título indica el nombre del proyecto, los
nombres de quienes lo escribieron, los miembros del equi­
po de diseño, el nombre de la compañía y la fecha. La tabla
de contenido es un listado de los nombres de las secciones
más importantes del mismo, junto con los números de pá­
gina donde se encuentran. El resumen es una descripción
breve de todo el informe y se encuentra en una página aparte,
antes del cuerpo del informe.
El informe final comienza con la sección de identifica­
ción del problema y describe con detalle el problema a resol­
ver. Esta parte incluye información técnica, así como datos
recopilados por mercadotecnia y finanzas. La sección de pro­
cedimientos describe con detalle las acciones emprendidas
para resolver el problema. Esta parte del informe contiene
las ideas y diseños preliminares considerados por el equipo,
las razones por las que se eligieron y los datos que apoyan
las acciones emprendidas presentados en forma de gráficas,
croquis y dibujos. La sección de solución del problema des­
cribe la decisión final de diseño y las razones que hay detrás
de ella, de nuevo utilizando gráficas y texto. La sección de
resultados describe los análisis empleados para determinar
la factibilidad del diseño. Los análisis físicos de mercado­
tecnia y finanzas se describen empleando texto y gráficas.
La sección de conclusiones, que es la parte final del infor­
me, resume las acciones emprendidas para modificar el di­
seño con base en los resultados de los análisis realizados en
la etapa de refinamiento. En la conclusión se detalla el dise­
ño final mediante texto y gráficas.
Ei proceso cíe diseño en ingeniería
S3
k o i t a a O f t n & K S o o f c M V o p tr jfti c c s T r * ~ont "
> f t h i m o s t in p o r t « * m o d i lin g f ^ t u r « * Y 4 ik b k
od4y
A B o o le a n o p t f 4 t io r 4 Hows t h t u « r
.o m b h t pr i n k i v i s . i s l r o i i d m o d e ls , 4 o d r i w l v e i
ftods b i o c r t 4 t * t c m p o j i t s O w n p o s k t i 4T< iim p k
h i c o n b m t B t i o f o o t or m o r t m o d i b io 4 5 r> g k
n o d i I F o r e x e m p li t o c n a t t t d i l k d h o lt h 4
i t U n p j k r b c a t h iU K r w w k S s J b t n e t ic y ln d t f from
h tb o o i. I t « r i i u l r i g m o d t t w o u ld b i c c r e id t r id t o b t
i n o m p o s k i m o d i l E l g j i i * .2 1 is i n t * 4 m p k o f 4
o m p c e k i B o o le a n » l i d
f.S# An «wip* *■ <t
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D.
Ihi tfiiEoofcincpiriticcii4ri«i«r,sij&4C:tioa
>od T t e m c t k n A B o o k 4 C iu n ion s im p ly m t r g t s tw o
» m e e t i s istttg m o d i b bo c r i 4 t t 4 c o r o p c e it , w h i k 4
B o o k *n id b & 4 c tfc » flJ fe < r4 c ls c o t o b jtc t fro m 4n o d w r
© c r * 4 t i th ic o m p o s k t, A B o o Im d c t t T 5 ic t B c it r t 4 t i5
h t e o m p o ii i b y d i t t r m r i h g rh t j h i r t d c f co m m on
i p i c t o f i h i b v o i t t k i t i 4 o d d t k t f c \g c r re m o v in g ib t
i m 4 n c g p c f t c n j o f d w tw o m o d ib . A l l o f i « «
5 p ir4 tio w in v o lv t Ih i u m o f m u k p f c m o d i b t o c r t i t t
s n g k c o m p o s ki.
Eook4D op tr-tricre 4 f i 4 fix id » m ic t*l m odtling
4 i 4 r i r t v o iiic o r , 4nd «MtruficcB. Moot
in im ^tio o m o d i ling m o A ifc j A l p o r t
b»sk
w o d tlrig f c c h n i j j i i R r the u « f to b t ix h b d t r t d
w h in c r£ 4 trg m o d ib for « n h u tio w 4 II o f t h t «
« b o it jjt if h o u ld b s 4 V iik b lt h l h i m od i ling portioci
j f l h t 4 n in4 tion p4 ck4g i.
Fiqura 2 .S 9
Informe técnico
Página de un informe técnico con combinación de gráficas y
texto creado con un programa de composición de página.
La bibliografía presenta una lista de las fuentes consul­
tadas en el proceso de solución del problema; esta lista in­
cluye: títulos, autores, fuentes y fechas de los artículos en
Gráficas de pre sen ta ció n
Este tipo de gráficas se com­
revistas, publicaciones especializadas, etcétera; también pue­
ponen por texto, ilustraciones y otras ayudas visuales que
den aparecer los nombres de expertos y consultores entre­
se utilizan cuando se rinde un informe oral ante un grupo
vistados. Los apéndices contienen información relacionada
de personas (figura 2.60). A menudo los informes de avan­
con el problema que no se encuentra directamente referida
ce y final se presentan ante gerentes de varios niveles y
en el informe final. En los apéndices también pueden colo­
áreas dentro de la compañía. Los informes orales son com­
carse datos numéricos, croquis, dibujos y otros tipos de in­
plementados con ayudas visuales que auxilian a la audien­
formación.
cia a comprender la información presentada. Las gráficas
de presentación incluyen:
El texto y las gráficas que aparecen en los informes se
crean utilizando programas de procesamiento de texto, for­
* Planos.
mación de página, hoja de cálculo, bases de datos y gráfi­
* Gráficas.
cas. Para ilustrar el texto se emplean los dibujos y modelos
* Cuadros.
de ingeniería creados en el proceso de diseño. Los ilustra­
* Tableros con hojas desprendibles.
dores técnicos usan la base de datos de C AD para crear otros
*■ Transparencias.
tipos de ilustraciones, como los de ensamble detallado. Los
* Videos.
programas de hoja de cálculo y base de datos sirven para
* Diapositivas.
presentar datos numéricos en forma de tablas, gráficas y
* Fotografías.
planos. El programa de formación de página ensambla el
Modelos reales.
texto y las gráficas para crear los documentos finales (figu-x . ,•
real
ra 2 .5 9 ) .¿ R d ,™ ,c i»
Ü JA J1
WWW ' ^ f < # e L l l ? r % S d efe9 fB r computadora.
54
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
La base de datos creada en el proceso de diseño de un
producto es la fuente de la mayor parte de las gráficas em­
pleadas en la presentación. Los modelos de diseño por com­
putadora pueden capturarse en diapositivas y fotografías, o
como gráficas. Las anim aciones y simulaciones pueden
capturarse en u n a cinta de video. L as p resentaciones
multimedia pueden generarse mediante el uso del software
adecuado para combinar varios medios gráficos en una sola
presentación asistida por computadora. Las presentaciones
multimedia contienen texto, gráficas, diapositivas y dibu­
jos capturados, animaciones y sonido. El software se em­
p lea p a ra e la b o ra r el g u ió n u o rg an izar los distintos
materiales que form an la presentación basada en computa­
dora. (Véase el capítulo 20.) # Referencia CAD 2.12
INTRODUCCIÓN
9 2 % del pro c e so d e diseñ o
se b asa eri gráficas
3 1 % Ií— tP Dibuje y dQcumentación
1 7 % I------ 1 Ingeniería de manufactura
7.5% E 3
La implantación del teléfono celular 'iicroTAC Lite
de M otorola fue un esfuerzo de equipo. M er -'jotecnia desarrolló una estrategia publicitaria dirigida al he
cho de que se trataba del teléfono celular más pequeño
y ligero del mercado. Se crearon docum entos gráficos
para archivar el diseño final; comunicando éste a produc­
ción mercadotecnia y servido, además de los que se
emplearon para las presentaciones. Estos docum entos
gráficos tenían la form a de dibujos, modelos, graficas,
diagramas eléctricos, distribuciones de la planta, ensam­
bles detallados, ilustraciones técnicas y croquis.
Para crear el MicroTAC Lite en un tiem po muy corto
se utilizaron con éxito prácticas de ingeniería concurren­
te y los principios de la TQM. Los m iem bros del equipo
de diseño com binaron sus habilidades y conocim ientos
para producir un teléfono que ha tenido mucha acepta­
ción entre los consumidores. El MicroTAC Lite fue el pri­
m er teléfono celular que rompió la barrera de las ocho
onzas y estableció un estándar para la industria de tele­
fonía celular en todo el mundo.
©
Diseño-funcional
11 % h " ‘" 'I Análisis de ingeniería
19.5% K
14% I
Figura 2 .6 0
I Modelado del diseño
I Otros
Gráficas de presentación
Diapositiva creada para una presentación que incluye texto y
gráficas combinadas por un programa de presentación.
(Véase Sección a color, pág. 4.)
Dibujos de patente* Una p aten te es el “derecho de ex­
cluir a otros de la fabricación, uso o venta”, y es expedida
por el gobierno. El proceso de patentado fue desarrollado
para fomentar la diseminación de los avances técnicos, al
imponer un periodo limitado de protección para el uso ex­
clusivo de tal avance. En Estados Unidos la patente se otor­
ga por un periodo de 17 años.
La patente es resultado de un proceso que tiene sus
orígenes en los “permisos reales” otorgados a los monopo­
lios. En Estados Unidos fueron creados por la primera acta
de patentes en la Constitución de 1790. E n este país la pa­
tente se obtiene solicitándola a la U.S. Patent Office y tiene
un costo al menos de $1 000 dólares. El proceso consiste
de dos pasos: una búsqueda en publicaciones del “estado
del arte previo” y el envío de la aplicación que describe la
invención.
La búsqueda no es un requisito absoluto; pero es un
procedimiento práctico para determinar si una idea es lo
bastante novedosa como para obtener la patente. Las bús­
quedas pueden procesarse manualmente o utilizando téc­
nicas de bases de datos computarizadas, disponibles desde
la década de los setenta.
La aplicación que describe la invención consta de tres
elementos: los alegatos, la descripción y los dibujos. Todos
los elementos de la patente deben estar clara y completa­
* Escrito p o r C harles W. W hite, profesor asistente d e Technical G raphics, Purdue
University, West Lafayette, IN, con ayuda de R. G odlew ski, P atent Attom ey.
W W W .F r P P T .ih r n c ;
r-n m .
■.Ai "!: üü.;
i,m
.2 . S
* Dibujo de un diagrama de patente
í k |iifa £,í?2
i:i I ■■i
•: '•r'r’0 “ i"; ;Li'ien!":ia
Dibujo de patente
Éste es el dibujo de patente, en la forma de diagrama, de un
dispositivo médico.
El dibujo de patente detallado se emplea para comunicar el
ensamblado.
mente descritos en los alegatos, la descripción y los dibu­
jos. Los alegatos definen aquellos elementos que distin­
guen la invención de la tecnología conocida hasta el
momento y que tiene una naturaleza similar; esto es, los
elementos que se “añaden al conocimiento”. La descrip­
ción debe perm itir que un “trabajador con habilidades nor­
males en las artes practique o duplique la invención”. Los
dibujos deben detallar y aclarar todos los elementos de la
invención reclamada.
El dibujo de patente es una pieza gráfica reglamenta­
da. Una de las mejores fuentes sobre los reglamentos apli­
cables en Estados Unidos es la G uidefor Patent Draftsmen,
de la Patent and Trademark Office; en ella se encuentran
las reglas de práctica seleccionadas en relación con los di­
bujos de patente, y cubre aspectos tan diversos como los
requisitos de medios y estilos para la aceptación por parte
de la oficina de patentes.
miento de distintas partes. Las vistas empleadas en un dibu­
jo de patente pueden ser planas, de elevación, de sección o
en perspectiva. También se permiten vistas detalladas para
indicar el orden de ensamble (figura 2.62).
M edios Las gráficas utilizadas para una patente son un
dibujo original o copia de alta calidad, que se envía a la
Patent Office en un papel flexible, fuerte, blanco, suave,
mate y durable. Para dibujos con pluma se prefiere la tinta
china, o su equivalente en calidad, para producir líneas só­
lidas perfectamente negras.
Estilo Todos los dibuj os de patente deben hacerse con ins­
trumentos de dibujo o con un proceso que logre que su re­
producción sea limpia y clara. El trabajo a mano libre debe
evitarse hasta donde sea posible. Todos los dibujos deben
poder reducirse con claridad para su publicación. Lo ante­
rior se aplica a todas las líneas y letreros. Los dibujos de
patente pueden ser diagram as de bloque de flujo (figura
2.61), esquemas u otras representaciones con leyendas. Para
ilustrar formas comunes deben emplearse elementos con­
vencionales. Pueden dibujarse flechas para indicar el movi­
2.6 | AOiViiNiSTfiACiGN ufe SATOS DEL PRODUCTO
Una parte crítica del proceso de diseño es la administra­
ción de toda la información relacionada con el producto.
Toda la información asociada con el diseño, la manufactu­
ra y el mantenimiento de un producto será utilizada en los
esfuerzos de diseño tanto presentes como futuros. La ad­
ministración de datos del producto (PDM, por sus siglas
en inglés), también conocida como administración de da­
tos de ingeniería, es el nombre dado a las herramientas es­
pecíficas y procesos basados en la computadora utilizados
para administrar esta información. Las prácticas de la in­
geniería concurrente han acrecentado el interés en estas he­
rramientas puesto que requieren de la coordinación cerca­
na de los participantes en varios equipos, que trabajan de
manera paralela en un ciclo de diseño acelerado. La PDM
es uno de los segmentos de mayor crecimiento en la indus­
tria del CAD, con ventas estimadas de dos mil millones de
dólares en 1995.
L os sistem as de PD M n ec esitan un am b ien te de
cómputo de red (figura 2.63). Un grupo de ingeniería me­
diano o grande tendrá a su disposición estaciones de trabajo
de CAD, conocidas como clientes, conectadas en red entre
sí y comunicadas con un servidor. Además de manejar la
comunicación electrónica de datos, tales como el correo elec­
trónico, e-mail, estos servidores también contienen el soft­
ware del sistema PDM. En ese tipo de configuración, el
servidor contiene una base de datos centralizada, mientras
PARTE 1
56
Ciencia visual para gráficas técnicas
E stac io n es d e tra b a jo individuales
Checked In Design
Checked In Detlçn
Ch#5ke3in Oes¡3" ^
CARROLL
CARROU.
ORROU.
"cnecíad !-~* Osslgi
Oeckeä -o Oe*3n
Chesked Cat Oas's»
CARROU. "
CARROLL
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Estación do
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:
Software de cliente
de la PDM
Estación de
tra b a jó o s
Estación do
trabajoOS:
Software de cliente
do la PDM
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de la PDM
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Figura 2 .6 4
SOFTWARE PDÍÍ
base D E-O 0Ê
SERVIDOR OS
Software de cliente de una PDM
Con cada documento de una base de datos PDM están
asociados campos de información, tales como tipo de
documento (Document Type), Pieza (Piece), número de parte
(Part No.) y fecha de adición (Date Added). Estos campos
proporcionan un método de búsqueda y organización de
documentos en la base de datos.
S erv id o r d e red
Figura 2 .6 3
La PDM en un ambiente de red
El software de administración de datos de producto (PDM)
tiene dos componentes. El servidor de software que administra
la base de datos del producto, mientras el software del cliente
proporciona la interfaz para los usuarios de las estaciones de
trabajo de CAD.
cada estación de trabaj o (los clientes) tiene el software nece­
sario para tener acceso a la base de datos centralizada.
El sistema PDM coordina toda la información asocia­
da con el proceso de diseño. Los archivos electrónicos que
contienen la información del diseño se guardan y organi­
zan dentro de la base de datos centralizada. El sistema pro­
porciona herram ientas a los usuarios para que busquen y
organicen la información contenida dentro de la base de
datos. Esta base funciona asociando a cada documento lla­
ves estandarizadas de información (figura 2.64). Esta in­
formación, introducida en lo que se conoce como campos
de la base de datos, puede incluir lo siguiente:
■
•
Nom bre de la pieza.
N om bre del archivo.
Nom bre del dibujante.
Nom bre de la persona que lo aprobó.
Fase de diseño.
Número de revisión.
Fecha de la últim a revisión.
Con el uso de la información introducida en estos campos,
el usuario puede buscar en cuántos diseños anteriores se ha
utilizado cierto dispositivo de uniónm ecánica o el dibuj ante
que hizo la revisión de un determinado modelo de CAD.
El sistema también proporciona herramientas de admi­
nistración para controlar el acceso a la base de datos. Esta
característica de seguridad significa que la revisión o apro­
bación de los documentos de ingeniería será hecha única­
m ente por las personas autorizadas para tal fin. Estos
controles también significan que los archivos podrán ser
vistos por muchas de las personas que participan en el es­
fuerzo de diseño dentro de la organización, sin la preocupa­
ción de que se hagan revisiones no autorizadas a los dibuj os.
Al utilizar la red de comunicaciones, el sistema PDM
también puede administrar las solicitudes de cambio. De
una manera similar a la forma en que trabaja un sistema de
correo electrónico (e-mail), pueden enviarse mensajes con
documentos electrónicos adjuntos a ellos, a los gerentes,
ingenieros y dibujantes. En lugar de contener sólo la ver­
sión más actualizada de un modelo de CAD, el sistema PDM
puede guardar todas las revisiones importantes de un pro­
ducto, de modo que pueda revisarse en cualquier momento
la historia de la evolución del diseño.
Además de los modelos de CAD, el sistema PDM es
capaz de almacenar casi cualquier tipo de documento que
pueda ponerse en forma electrónica. Muchas compañías
tienen miles de diseños ya viejos (legado) que fueron dibu­
jados a mano y que únicamente se hallan en papel. Estos
dibujos, junto con croquis informales, pueden capturarse y
guardarse en la computadora, de modo que se tenga un re­
gistro electrónico del dibujo en la base de datos PDM. Ade­
más de la información gráfica también pueden guardarse
en la base de datos hojas de cálculo, memoranda, corres­
pondencia por e-mail, y otros documentos electrónicos ba­
sados en texto.
CAPÍTULO 2
El proceso de diseño en ingeniería
57
Con el uso de los métodos tradicionales, los ingenie­
ros crearían un diseño que se entrega a los ingenieros de
manufactura, quienes tendrían que encontrar una forma de
que el diseño funcione. Este enfoque puede ser muy costo­
so. Cuando se utilizan los principios del DFM, la facilidad
de manufactura de un diseño se determina antes de que sea
enviado a producción.
Los principios del DFM son los siguientes:
1.
2.
3.
4.
Figura 2 .6 5
PDM en Internet
Cada día crece más el uso de las herramientas de la World Wide
Web para la administración de información de ingeniería en una
compañía. Este prototipo de navegador de PDM permite ver y
recuperar dibujos de partes.
Si bien muchos sistemas PDM están construidos sobre
sistemas de base de datos propietarios, también se están apli­
cando las herramientas de software de Internet para admi­
nistrar los datos de ingeniería. Si bien el uso más común de
Internet es la conexión a sitios que geográficamente se en­
cuentran a grandes distancias, estas mismas herramientas de
comunicación también se están empleando con redes de área
local dentro de las compañías. Por ejemplo, los navegadores
de la World Wide Web (W W W ) tales como Netscape™ pue­
de utilizarse para ver los dibujos de ingeniería almacenados
en un servidor (figura 2.65). Una ventaja del uso de los
navegadores y servidores de la W W W para visualizar datos
de ingeniería es que ¡esta información puede verse en todo
el mundo tal como se ve en la oficina contigua!
2.7 1 OTROS MÉTODOS DE DISEÑO EN INGENIERÍA^
El diseño para facilidad de manufactura (DFM, por sus
siglas en inglés) es una técnica en la que el diseño se desa­
rrolla por un equipo, y la atención está centrada en la sim­
plicidad y funcionalidad. Usualmente este proceso da como
resultado un producto más confiable, tie n e ^ m e n o sjij^ s^ -^
puede armarse con costos y tiempos menores. '
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Minimizar el número de partes.
Utilizar un diseño modular (separando un diseño en
partes menores).
Utilizar, hasta donde sea posible, la gravedad en el
ensamblado.
IV m za la reorientación y el ajuste durante el pro­
ceso de ensamblado.
Proporcionar un acceso fácil.
Reducir o eliminar los dispositivos de sujeción.
Incrementar la simetría de las partes.
Considerar la facilidad de manejo de cada parte.
Diseñar partes que sean fáciles de alinear.
Diseñar las piezas para mantener la posición.
Los sistemas de ingeniería basados en conocimien­
to (KBE, por sus siglas en inglés) complementan el CAD
añadiendo el conocimiento de ingeniería necesario para
diseñar un producto. Un sistema KBE se program a defi­
niendo las “reglas” o criterios de ingeniería para el diseño.
Por ejemplo, una regla puede relacionar el tipo y la resis­
tencia de un material específico necesario, y la programa­
ción requiere el examen de varios materiales con la finalidad
de determinar cuál es el más apropiado para el diseño en
desarrollo. La información del producto está contenida en
un modelo muy extenso, compuesto de reglas de diseño
específicas para ese producto y de prácticas estándares del
diseño en ingeniería.
Los sistemas KBE pueden emplearse en la creación
de diseños iniciales: para su evaluación desde el punto de
vista de la ingeniería, para comparar los diseños propues­
tos con los previos, para evaluar diseños respecto de las
leyes fundamentales de la física y para producir dibujos,
listas de materiales, análisis de costos, planes para los pro­
cesos, entradas MRP e informes definidos por el usuario.
Ésta es la manera en que los sistemas KBE promueven la
ingeniería concurrente, disminuyen el tiempo de coloca­
ción del producto en el mercado y toman el conocimiento
de diseño de ingenieros experimentados.
La ingeniería inversa es un método donde se toma un
producto existente, evaluándolo con exactitud, y archivan­
do la información obtenida en una base de datos de CAD.
Las mediciones de un producto se toman utilizando una
ig iá q u m a ^ m e d ic ió n de coordenadas (CMM, por sus
siglas en'ingles). Una CMM es un dispositivo electrome-
58
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
cánico, con una punta de prueba en su extremo, que mide
con exactitud objetos y que genera las entradas de datos en
3-D para un sistema de CAD (figura 2.66). Con esto el
modelo en 3-D puede modificarse o verificarse en cuanto
a la exactitud.
2.8 | RESUMEN
figu ra 2 .S 6 Máquina de medición de coordenadas (CMM
por sus siglas en inglés), se emplea para medir con exactitud
una pieza ya sea para hacer ingeniería en inversa o para
control de calidad.
En este capítulo se introdujeron las prácticas modernas de
diseño. Las gráficas han sido, y continuarán siéndolo, un
elemento importante del diseño en ingeniería. Las gráfi­
cas, en todas sus formas, constituyen el mejor medio de
comunicación en el proceso de diseño. El empleo de com­
putadoras para modelar el diseño y crear una base de datos
gráfica, que pueda compartirse con cualquier miembro del
equipo de diseño, extenderá aún más el papel de las gráfi­
cas en el futuro. El ingeniero y el técnico deben saber cómo
utilizar las gráficas para comunicar, visualizar y presentar
información técnica con eficiencia y eficacia.
Preguntas de repaso
1. Explique el proceso de diseño.
2. Describa el proceso de diseño en ingeniería.
3. Describa el análisis de ingeniería.
4. Describa el análisis estético.
5. D efina documentación.
6. D efina un dibujo de producción.
7. Describa la forma en que se emplea el CAD en el
proceso de diseño.
8. Describa la función de las gráficas en el proceso de
diseño.
9. Describa las gráficas de presentación.
10. M encione las formas más importantes en que se em­
plean las gráficas en todo el proceso de diseño.
11. Describa la TQM.
12. Describa y haga un esquema del modelo de la inge­
niería concurrente.
---------------------- WWW-. i4r-eeiib-r
13.
Describa y esquematice el modelo de la documenta­
ción concurrente.
14. Describa el DFM.
15. Haga una lista y describa las técnicas de modelado
empleadas en el diseño.
16. Describa el modelado real o físico.
17. Describa la diferencia entre simulación y animación.
18. Describa el proceso de ingeniería inversa.
19. Defina y describa la ingeniería basada en conocimien­
to (KBE).
20.
21.
Describa el proceso de construcción rápida de proto­
tipos y mencione por qué es tan útil en el diseño en
ingeniería.
Explique los diferentes roles que juegan el servidor
de red y las estaciones de trabajo-clientes en la admi­
nistración de datos de producto (PDM).
c o m ____ ______ _
Lecturas adicionases
Beakley, G. C., y H. W. Leach, Introduction to Engineering Design
Graphics, Nueva York, Macmillan Publishing Company,
1973.
Chase, R. B. y N. J. Aquilano, Production and Operations
Management, Homewood, IL, Richard D. Irwin, Inc., 1992.
Dieter, G. E., Engineering Design: A Materials and Process
Approach, Nueva York, McGraw-Hill, Inc., 1983.
Dreyfuss, H., The Measure o f Man, Human Factors in Design,
Nueva York, Whitney Library of Design, 1967.
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to Patent Drawings), Washington, D.C., U.S. Department of
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Hunt, V D., Quality in America, Homewood, IL, Business One
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McCarthy, E. J. y W. E. Perreault, Jr., Essentials o f Marketing, 5a.
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Oberg, E., F. D. Jones; H. L. Horton; y H. H. Ryffell, Machinery’s
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Piliers, M., “Using AME for New Product Development”,
CADENCE, mayo de 1993, pp. 45-48.
I Sitios de fa Web__________________________________
Ingeniería concurrente
Manual multimedia de diseño en ingeniería
http://www.cc.gatech.edu/computing/SW_Eng/people/phd/
ce.html
http://www.fen.bris.ac.uk/engm aths/research/dig/hbook/
welcome.htm
Búsqueda de resúmenes de patentes en Estados Unidos
Herramientas mentales -lluvia de ideas
http://ice.englib.cornell.edu/elib_instruction/patents.html
http://www.demon.co.uk/mindtool/brainstm.htm1
Patentes
Lluvia de ideas
Con el espíritu de la invención, esta página y sus vínculos están
construidos sobre un trabajo previo y los autores esperan que con­
tribuya al cuerpo de conocimiento público sobre las patentes.
¿Qué es lo que el lector puede hacer, lo que en realidad puede
hacer, para desencadenar la imaginación? Ejercicios y juegos de
improvisación para desarrollar la imaginación de una manera na­
tural y espontánea.
http://www.engin.umich.edu/facility/library/PTO/Patents.html
Historia de las patentes
http://www.ketchum.com/public_relations/creative/
brainstorm.html
http://www.best.com/~ipc/pathist.htm
Datos CIM
Dibujos de patente a partir de archivos de computadora
Organización internacional que proporciona servicios de
consultoria técnica y de mercado a los usuarios y vendedores de
tecnología PDM y CAD/CAM
Noticias importantes para los diseñadores e inventores que utili­
zan el CAD.
http://www.std.com/CIMdata/
http://www.pacificrim.net/~patents/graphic.html
Daratech, Inc.
Guía para la preparación de dibujos de patente
Dibujos de patente para un casco de motociclista
Daratech, Inc., es una compañía de investigación de mercados y
evaluación de tecnología que se ha especializado en CAD/CAM,
CAE, EDM/PDM, CIM, GIS y mercados Intemet/Intranet, estra­
tegias y aspectos de los usuarios.
http://www.erols.com/imausa/patent/pictures.htm
http://www.daratech.com/
ESCAPE: El proceso de diseño en ingeniería
índice de CAD relacionado con sitios de la Web e información
útil
http ://www. webcom.com/~scpatent/drawindx.htm
http://fairway.ecn.p u rd u e.ed u /E S C A P E /g o al^ /^ cp s|« /ÿ |jjg /^
intro.html
'
tt¿^wwwwí)a)m.com/%7Eimt/other.html
60
PARTE 1
Ciencia visual para gráficas técnicas
Problema integrado de comunicación de diseño
En la mayor parte de los capítulos del libro se encuentra
integrado un problema de comunicación de diseño. La fina­
lidad de tal problema es com unicar en form a gráfica un
engranaje de reducción, utilizando para ello las habilidades
y co nocim ien tos adquiridos, de m odo que éste pueda
fabricarse. La mayor parte de los capítulos restantes del
texto asignan una parte nueva al problema de comunica­
ción del engranaje de reducción, la cual debe comunicarse
de manera gráfica.
El engranaje de reducción en un dispositivo mecánico
utilizado para dism inuir la velocidad de giro, medida en re­
voluciones por m inuto (RPM), aumentar el torque y cam­
biar direcciones. Lo anterior se hace con un tornillo sinfín y
un engrane. El tornillo y el engrane se encuentran monta­
F ig u ra 2 .6 7
dos sobre ejes, que deben apoyarse en una carcasa de hie­
rro fundido con cojinetes giratorios. El montaje debe estar
sellado con gomas de caucho. La figura 2.67 es un dibujo
detallado del ensamble del engranaje reductor.
Tarea 1
Engranaje reductor
Establezca equipos de diseño de cuatro a seis personas.
Cada equipo debe nombrar un líder de grupo y un secreta­
rio. A continuación discuta la organización del equipo. Ya
integrado el equipo deberá evaluar el ensamble existente
del engranaje reductor, utilizando para ello los principios del
DFM. Deberán anotarse todos los cambios recomendados
para su uso posterior en el proyecto. El grupo comenzará a
recopilar notas en un cuaderno que contendrá toda la infor­
mación necesaria para term inar el inform e final.
Dibujo de montaje despiezado del engranaje reductor
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