La ingeniería industrial y de producción ( IPE ) es una disciplina de ingeniería interdisciplinaria que incluye tecnología de fabricación , ciencias de la ingeniería , ciencias de la gestión y optimización de procesos , sistemas u organizaciones complejos . Se ocupa de la comprensión y aplicación de procedimientos de ingeniería en procesos de fabricación y métodos de producción. [1] [2] La ingeniería industrial se remonta a la revolución industrial, iniciada en el siglo XVIII por Sir Adam Smith , Henry Ford , Eli Whitney , Frank Gilbreth y Lilian Gilbreth , Henry Gantt , FW Taylor , etc. Después de la década de 1970, La ingeniería industrial y de producción se desarrolló en todo el mundo y comenzó a utilizar ampliamente la automatización y la robótica. La ingeniería industrial y de producción incluye tres áreas: Ingeniería mecánica (de donde proviene la ingeniería de producción), ingeniería industrial y ciencias de la gestión .
El objetivo es mejorar la eficiencia, aumentar la eficacia de la fabricación, el control de calidad y reducir los costos, haciendo al mismo tiempo que sus productos sean más atractivos y comercializables. La ingeniería industrial se ocupa del desarrollo, mejora e implementación de sistemas integrados de personas, dinero, conocimientos, información, equipos, energía, materiales, así como análisis y síntesis. Los principios de IPE incluyen ciencias matemáticas, físicas y sociales y métodos de diseño de ingeniería para especificar, predecir y evaluar los resultados que se obtendrán de los sistemas o procesos actualmente implementados o en desarrollo. [3] El objetivo de la ingeniería de producción es completar el proceso de producción de la manera más fluida, sensata y económica. La ingeniería de producción también se superpone sustancialmente con la ingeniería de fabricación y la ingeniería industrial . [4] El concepto de ingeniería de producción es intercambiable con el de ingeniería de fabricación.
En cuanto a la educación, los estudiantes universitarios normalmente comienzan tomando cursos como física, matemáticas (cálculo, análisis lineal, ecuaciones diferenciales), informática y química. Los estudiantes universitarios tomarán cursos específicos más importantes, como programación de producción e inventario, gestión de procesos , fabricación CAD/CAM, ergonomía , etc., hacia los últimos años de sus carreras universitarias. En algunas partes del mundo, las universidades ofrecerán Licenciatura en Ingeniería Industrial y de Producción. Sin embargo, la mayoría de las universidades de EE. UU. los ofrecerán por separado. Varias trayectorias profesionales que pueden seguir los ingenieros industriales y de producción incluyen: ingenieros de planta , ingenieros de fabricación , ingenieros de calidad , ingenieros de procesos y gerentes industriales, gestión de proyectos , fabricación , producción y distribución. De las diversas trayectorias profesionales que las personas pueden tomar como industriales y de producción. ingeniero, la mayoría promedia un salario inicial de al menos 50.000 dólares.
Las raíces de la profesión de ingeniería industrial se remontan a la Revolución Industrial . Las tecnologías que ayudaron a mecanizar las operaciones manuales tradicionales en la industria textil, incluida la lanzadera voladora , la Spinning Jenny y quizás lo más importante, la máquina de vapor, generaron economías de escala que hicieron atractiva por primera vez la producción en masa en ubicaciones centralizadas. El concepto de sistema de producción tuvo su génesis en las fábricas creadas por estas innovaciones. [5]
Los conceptos de división del trabajo y "mano invisible" del capitalismo introducidos por Adam Smith en su tratado " La riqueza de las naciones " motivaron a muchos de los innovadores tecnológicos de la Revolución Industrial a establecer e implementar sistemas fabriles. Los esfuerzos de James Watt y Matthew Boulton condujeron a la primera instalación integrada de fabricación de máquinas del mundo, incluida la implementación de conceptos como sistemas de control de costos para reducir el desperdicio y aumentar la productividad y la institución de capacitación para artesanos. [5]
Charles Babbage se asoció con la ingeniería industrial debido a los conceptos que introdujo en su libro "Sobre la economía de la maquinaria y los fabricantes", que escribió como resultado de sus visitas a fábricas en Inglaterra y Estados Unidos a principios del siglo XIX. El libro incluye temas como el tiempo necesario para realizar una tarea específica, los efectos de subdividir las tareas en elementos más pequeños y menos detallados y las ventajas que se pueden obtener de las tareas repetitivas. [5]
Eli Whitney y Simeon North demostraron la viabilidad del concepto de piezas intercambiables en la fabricación de mosquetes y pistolas para el gobierno de Estados Unidos. Bajo este sistema, las piezas individuales se producían en masa con tolerancias para permitir su uso en cualquier producto terminado. El resultado fue una reducción significativa en la necesidad de habilidades por parte de trabajadores especializados, lo que eventualmente llevó a que el entorno industrial fuera estudiado más tarde. [5]
Entre 1960 y 1975, con el desarrollo de sistemas de apoyo a las decisiones en el suministro, como la planificación de requisitos de materiales (MRP), la gente pudo enfatizar la cuestión del tiempo (inventario, producción, composición, transporte, etc.) de la organización industrial. El científico israelí Dr. Jacob Rubinovitz instaló el programa CMMS desarrollado en IAI y Control-Data (Israel) en 1976 en Sudáfrica y en todo el mundo. [6]
En los años setenta, con la penetración de las teorías de gestión japonesas como Kaizen y Kanban , Japón alcanzó niveles muy altos de calidad y productividad. Estas teorías mejoraron cuestiones de calidad, tiempo de entrega y flexibilidad. Las empresas de Occidente se dieron cuenta del gran impacto de Kaizen y comenzaron a implementar sus propios programas de mejora continua . [6]
En los años noventa, tras el proceso de globalización de la industria global, el énfasis estaba en la gestión de la cadena de suministro y el diseño de procesos comerciales orientados al cliente. La teoría de las restricciones desarrollada por el científico israelí Eliyahu M. Goldratt (1985) también es un hito importante en este campo. [6]
Los estudios de ingeniería de fabricación moderna incluyen todos los procesos intermedios necesarios para la producción e integración de los componentes de un producto.
Algunas industrias, como las de semiconductores y las de acero , utilizan el término "fabricación" para estos procesos.
La automatización se utiliza en diferentes procesos de fabricación como el mecanizado y la soldadura. La fabricación automatizada se refiere a la aplicación de la automatización para producir bienes en una fábrica. Las principales ventajas de la fabricación automatizada para el proceso de fabricación se obtienen con la implementación efectiva de la automatización e incluyen: mayor consistencia y calidad, reducción de los plazos de entrega, simplificación de la producción, reducción de la manipulación, mejora del flujo de trabajo y mejora de la moral de los trabajadores. [7]
La robótica es la aplicación de la mecatrónica y la automatización para crear robots, que a menudo se utilizan en la fabricación para realizar tareas peligrosas, desagradables o repetitivas. Estos robots pueden tener cualquier forma y tamaño, pero todos están preprogramados e interactúan físicamente con el mundo. Para crear un robot, un ingeniero suele emplear cinemática (para determinar el rango de movimiento del robot) y mecánica (para determinar las tensiones dentro del robot). Los robots se utilizan ampliamente en la ingeniería de fabricación. [8]
Los robots permiten a las empresas ahorrar dinero en mano de obra, realizar tareas que son demasiado peligrosas o demasiado precisas para que los humanos las realicen de forma económica y garantizar una mejor calidad. Muchas empresas emplean líneas de montaje de robots y algunas fábricas están tan robotizadas que pueden funcionar por sí mismas. Fuera de la fábrica, se han empleado robots en desactivación de bombas, exploración espacial y muchos otros campos. También se venden robots para diversas aplicaciones residenciales. [8]
La ingeniería industrial es la rama de la ingeniería que implica descubrir cómo hacer o hacer mejor las cosas. Los ingenieros industriales se preocupan por reducir los costos de producción, aumentar la eficiencia, mejorar la calidad de los productos y servicios, garantizar la salud y seguridad de los trabajadores, proteger el medio ambiente y cumplir con las regulaciones gubernamentales. [9]
Los diversos campos y temas en los que participan los ingenieros industriales incluyen:
Ejemplos de dónde se podría utilizar la ingeniería industrial incluyen diagramas de procesos de flujo, mapeo de procesos, diseño de una estación de trabajo de ensamblaje, elaboración de estrategias para diversas logísticas operativas, consultoría como experto en eficiencia, desarrollo de un nuevo algoritmo financiero o sistema de préstamos para un banco, optimización de operaciones y salas de emergencia. ubicación o uso en un hospital, planificación de esquemas complejos de distribución de materiales o productos (lo que se conoce como gestión de la cadena de suministro ) y acortamiento de filas (o colas ) en un banco, hospital o parque temático. [27]
Los ingenieros industriales modernos suelen utilizar sistemas de tiempo de movimiento predeterminados , simulación por computadora (especialmente simulación de eventos discretos ), junto con amplias herramientas matemáticas para el modelado, como optimización matemática y teoría de colas , y métodos computacionales para el análisis, evaluación y optimización de sistemas. Los ingenieros industriales también utilizan las herramientas de la ciencia de datos y el aprendizaje automático en su trabajo debido a la fuerte relación de estas disciplinas con el campo y la formación técnica similar que se requiere de los ingenieros industriales (incluida una base sólida en teoría de la probabilidad , álgebra lineal y estadística) . además de tener habilidades de codificación ). [6]
La Ingeniería de Manufactura se basa en habilidades básicas de ingeniería industrial e ingeniería mecánica , agregando elementos importantes de la mecatrónica, el comercio, la economía y la gestión empresarial. [28] Este campo también se ocupa de la integración de diferentes instalaciones y sistemas para producir productos de calidad (con gasto óptimo) aplicando los principios de la física y los resultados de estudios de sistemas de fabricación, [29] como los siguientes:
Los ingenieros de fabricación desarrollan y crean artefactos físicos, procesos de producción y tecnología. Es un área muy amplia que incluye el diseño y desarrollo de productos. La ingeniería de fabricación se considera una subdisciplina de la ingeniería industrial / ingeniería de sistemas y tiene fuertes superposiciones con la ingeniería mecánica . El éxito o el fracaso de los ingenieros de fabricación impactan directamente el avance de la tecnología y la difusión de la innovación. Este campo de la ingeniería de fabricación surgió de la disciplina de herramientas y matrices a principios del siglo XX. Se expandió enormemente a partir de la década de 1960, cuando los países industrializados introdujeron fábricas con:
1. Máquinas herramienta de control numérico y sistemas automatizados de producción. [30]
2. Métodos estadísticos avanzados de control de calidad : Estas fábricas fueron iniciadas por el ingeniero eléctrico estadounidense William Edwards Deming , quien inicialmente fue ignorado por su país de origen. Los mismos métodos de control de calidad convirtieron posteriormente a las fábricas japonesas en líderes mundiales en rentabilidad y calidad de producción.
3. Robots industriales en las fábricas, introducidos a finales de la década de 1970: estos brazos de soldadura y pinzas controlados por computadora podían realizar tareas simples como colocar la puerta de un automóvil de manera rápida y sin problemas las 24 horas del día. Esto redujo los costos y mejoró la velocidad de producción. [31]
En los Estados Unidos, el título universitario obtenido es Licenciatura en Ciencias (BS) o Licenciatura en Ciencias e Ingeniería (BSE) en Ingeniería Industrial (IE). Las variaciones del título incluyen Ingeniería Industrial y de Operaciones (IOE) e Ingeniería Industrial y de Sistemas (ISE). El plan de estudios típico incluye una amplia base de matemáticas y ciencias que abarca química , física , mecánica (es decir, estática, cinemática y dinámica), ciencias de los materiales, ciencias de la computación, electrónica/circuitos, diseño de ingeniería y el rango estándar de matemáticas de ingeniería (es decir, cálculo) . , álgebra lineal , ecuaciones diferenciales , estadística ). Para que cualquier programa universitario de ingeniería sea acreditado, independientemente de su concentración, debe cubrir una extensión muy similar de dicho trabajo fundamental, que también se superpone en gran medida con el contenido evaluado en uno o más exámenes de licenciatura en ingeniería en la mayoría de las jurisdicciones.
Los cursos específicos de IE implican cursos especializados en áreas como optimización , probabilidad aplicada , modelado estocástico , diseño de experimentos , control estadístico de procesos , simulación , ingeniería de fabricación , ergonomía / ingeniería de seguridad e ingeniería económica . Los cursos optativos de ingeniería industrial suelen cubrir temas más especializados en áreas como fabricación , cadenas de suministro y logística , análisis y aprendizaje automático , sistemas de producción , factores humanos y diseño industrial , y sistemas de servicios . [32] [33] [34] [35] [36]
Ciertas escuelas de negocios pueden ofrecer programas con cierta relevancia superpuesta a IE, pero los programas de ingeniería se distinguen por un enfoque mucho más intensamente cuantitativo, materias optativas de ciencias de la ingeniería requeridas y los cursos básicos de matemáticas y ciencias requeridos en todos los programas de ingeniería.
El título de posgrado habitual que se obtiene es la Maestría en Ciencias (MS) o la Maestría en Ciencias e Ingeniería (MSE) en Ingeniería Industrial o varios títulos alternativos de concentración relacionados. Los planes de estudio típicos de MS pueden cubrir:
Los ingenieros de fabricación poseen un título de asociado o una licenciatura en ingeniería con especialización en ingeniería de fabricación. La duración de los estudios para dicho título suele ser de dos a cinco años, seguidos de cinco años más de práctica profesional para calificar como ingeniero profesional. Trabajar como tecnólogo en ingeniería de fabricación implica un camino de calificación más orientado a las aplicaciones.
Los títulos académicos para ingenieros de fabricación suelen ser Asociado o Licenciado en Ingeniería, [BE] o [BEng], y Asociado o Licenciado en Ciencias, [BS] o [BSc]. Para los tecnólogos de fabricación, los títulos requeridos son Asociado o Licenciatura en Tecnología [B.TECH] o Asociado o Licenciatura en Ciencias Aplicadas [BASc] en Fabricación, según la universidad. Las maestrías en ingeniería de fabricación incluyen Maestría en Ingeniería [ME] o [MEng] en Manufactura, Maestría en Ciencias [M.Sc] en Gestión de Manufactura, Maestría en Ciencias [M.Sc] en Gestión Industrial y de Producción y Maestría en Ciencias [ M.Sc] así como Maestría en Ingeniería [ME] en Diseño, que es una subdisciplina de fabricación. También se encuentran disponibles cursos de nivel doctorado [PhD] o [DEng] en fabricación, según la universidad.
El plan de estudios de pregrado generalmente incluye cursos de física, matemáticas, informática, gestión de proyectos y temas específicos en ingeniería mecánica y de fabricación. Inicialmente, estos temas cubren la mayoría, si no todas, las subdisciplinas de la ingeniería de fabricación. Luego, los estudiantes eligen especializarse en una o más subdisciplinas hacia el final de su trabajo de grado.
Específicamente para ingenieros industriales, las personas verán cursos que cubren ergonomía, programación, gestión de inventario, previsión, desarrollo de productos y, en general, cursos que se centran en la optimización. La mayoría de las universidades dividen las grandes secciones de la ingeniería industrial en sectores de atención médica, ergonomía, desarrollo de productos o consultoría. Esto permite que el estudiante obtenga una buena comprensión de cada uno de los diferentes subsectores para saber en qué área está más interesado en seguir una carrera.
El plan de estudios fundamental para una licenciatura en Ingeniería de Manufactura o Ingeniería de Producción incluye el plan de estudios que se menciona a continuación. Este Plan de Estudios está estrechamente relacionado con la Ingeniería Industrial y la Ingeniería Mecánica. Pero difiere al poner más énfasis en la ciencia de la fabricación o la ciencia de la producción. Incluye lo siguiente:
Un título en Ingeniería de Manufactura versus Ingeniería Mecánica generalmente diferirá solo en unas pocas clases especializadas. El título de Ingeniería Mecánica se centra más en el proceso de diseño de productos y en productos complejos, lo que requiere más experiencia en matemáticas.
Un ingeniero profesional , PE, es un ingeniero con licencia a quien se le permite ofrecer servicios profesionales al público. Los Ingenieros Profesionales pueden preparar, firmar, sellar y presentar planos de ingeniería al público. Antes de que un candidato pueda convertirse en ingeniero profesional, deberá recibir una licenciatura de una universidad reconocida por ABET en los EE. UU., realizar y aprobar el examen de Fundamentos de Ingeniería para convertirse en un "ingeniero en formación" y trabajar cuatro años bajo la supervisión de un ingeniero profesional. Una vez completadas esas tareas, el candidato podrá realizar el examen de educación física. Al recibir una puntuación aprobatoria en el examen, el candidato recibirá su licencia de educación física. [37]
La PYME (sociedad) administra cualificaciones específicas para la industria manufacturera. Estas no son calificaciones a nivel de grado y no están reconocidas a nivel de ingeniería profesional. La PYME ofrece dos certificaciones para ingenieros de fabricación: Certificado de tecnólogo de fabricación certificado (CMfgT) e ingeniero de fabricación certificado (CMfgE).
Los candidatos calificados para el Certificado de Tecnólogo de Fabricación Certificado (CMfgT) deben aprobar un examen de opción múltiple de 130 preguntas de tres horas de duración. El examen cubre matemáticas, procesos de fabricación, gestión de fabricación, automatización y temas relacionados. Se debe alcanzar una puntuación igual o superior al 60% para aprobar el examen. Además, un candidato debe tener al menos cuatro años de educación combinada y experiencia laboral relacionada con la fabricación. La certificación CMfgT debe renovarse cada tres años para mantener la certificación. [38]
Ingeniero de Manufactura Certificado (CMfgE) es una calificación de ingeniería administrada por la Sociedad de Ingenieros de Manufactura, Dearborn, Michigan, EE. UU. Los candidatos que califican para una credencial de Ingeniero de Manufactura Certificado deben aprobar un examen de opción múltiple de 180 preguntas de cuatro horas de duración que cubre temas más profundos que el examen CMfgT. Se debe alcanzar una puntuación igual o superior al 60% para aprobar el examen. Los candidatos de CMfgE también deben tener ocho años de educación combinada y experiencia laboral relacionada con la fabricación, con un mínimo de cuatro años de experiencia laboral. La certificación CMfgT debe renovarse cada tres años para mantener la certificación. [39]
El área de factores humanos se especializa en explorar cómo los sistemas se adaptan a las personas que deben operarlos, determinando los roles de las personas en los sistemas y seleccionando a aquellas personas que mejor pueden adaptarse a roles particulares dentro de estos sistemas. Los estudiantes que se enfoquen en Factores Humanos podrán trabajar con un equipo multidisciplinario de profesores con fortalezas en la comprensión del comportamiento cognitivo en relación con la automatización, el transporte aéreo y terrestre, los estudios médicos y la exploración espacial.
El área de sistemas de producción desarrolla nuevas soluciones en áreas como diseño de ingeniería, gestión de la cadena de suministro (por ejemplo, diseño de sistemas de cadena de suministro, recuperación de errores , sistemas a gran escala), fabricación (por ejemplo, diseño, planificación y programación de sistemas) y medicina (por ejemplo, diagnóstico de enfermedades, descubrimiento del conocimiento médico ). Los estudiantes que se enfoquen en sistemas de producción podrán trabajar en temas relacionados con las teorías de inteligencia computacional para aplicaciones en la industria, la atención médica y las organizaciones de servicios.
El objetivo del área de sistemas de confiabilidad es proporcionar a los estudiantes técnicas avanzadas de análisis de datos y toma de decisiones que mejorarán la calidad y confiabilidad de sistemas complejos. Los estudiantes que se centren en la confiabilidad e incertidumbre del sistema podrán trabajar en áreas relacionadas con los sistemas de confiabilidad contemporáneos, incluida la integración de calidad y confiabilidad, diseño de ciclo de vida simultáneo para sistemas de fabricación, teoría de decisiones en ingeniería de calidad y confiabilidad, mantenimiento basado en condiciones y modelado de degradación. , simulación de eventos discretos y análisis de decisiones.
El Programa de Gestión de Energía Eólica tiene como objetivo satisfacer las necesidades emergentes de los profesionales graduados involucrados en el diseño, operación y gestión de parques eólicos implementados en cantidades masivas en todo el país. Los graduados podrán comprender completamente los problemas de sistema y gestión de los parques eólicos y sus interacciones con sistemas de generación de energía alternativos y convencionales. [40]
Un sistema de fabricación flexible (FMS) es un sistema de fabricación en el que existe cierta flexibilidad que permite al sistema reaccionar a los cambios, ya sean previstos o imprevistos. Generalmente se considera que esta flexibilidad se divide en dos categorías, las cuales tienen numerosas subcategorías. La primera categoría, flexibilidad de la máquina, cubre la capacidad del sistema de cambiarse para producir nuevos tipos de productos y la capacidad de cambiar el orden de las operaciones ejecutadas en una pieza. La segunda categoría, llamada flexibilidad de enrutamiento, consiste en la capacidad de utilizar múltiples máquinas para realizar la misma operación en una pieza, así como la capacidad del sistema para absorber cambios a gran escala, como en volumen, capacidad o capacidad.
La mayoría de los sistemas FMS comprenden tres sistemas principales. Las máquinas de trabajo, que a menudo son máquinas CNC automatizadas, están conectadas mediante un sistema de manejo de materiales para optimizar el flujo de piezas y a una computadora de control central, que controla los movimientos de materiales y el flujo de la máquina. Las principales ventajas de un FMS es su alta flexibilidad en la gestión de recursos de fabricación, como el tiempo y el esfuerzo, para fabricar un nuevo producto. La mejor aplicación de un FMS se encuentra en la producción de pequeños conjuntos de productos a partir de una producción en masa.
La fabricación integrada por computadora (CIM) en ingeniería es un método de fabricación en el que todo el proceso de producción está controlado por computadora. Los métodos de proceso tradicionalmente separados se unen a través de una computadora mediante CIM. Esta integración permite que los procesos intercambien información e inicien acciones. A través de esta integración, la fabricación puede ser más rápida y menos propensa a errores, aunque la principal ventaja es la capacidad de crear procesos de fabricación automatizados. Normalmente, CIM se basa en procesos de control de circuito cerrado basados en entradas en tiempo real de sensores. También se le conoce como diseño y fabricación flexible.
La soldadura por fricción-agitación fue descubierta en 1991 por el Instituto de Soldadura (TWI). Esta innovadora técnica de soldadura en estado estable (sin fusión) une materiales que antes no eran soldables, incluidas varias aleaciones de aluminio . Puede desempeñar un papel importante en la futura construcción de aviones, reemplazando potencialmente a los remaches. Los usos actuales de esta tecnología hasta la fecha incluyen: soldar las uniones del tanque externo principal de aluminio del transbordador espacial, el artículo de prueba del vehículo de tripulación Orion, los vehículos de lanzamiento desechables Boeing Delta II y Delta IV y el cohete SpaceX Falcon 1; blindaje para buques de asalto anfibios; y soldar las alas y los paneles del fuselaje del nuevo avión Eclipse 500 de Eclipse Aviation, entre una gama de usos cada vez mayor.
El número total de ingenieros empleados en Estados Unidos en 2015 fue de aproximadamente 1,6 millones. De ellos, 272.470 eran ingenieros industriales (16,92%), la tercera especialidad de ingeniería más popular. [41] Los salarios medios por nivel de experiencia son $ 62 000 con 0 a 5 años de experiencia, $ 75 000 con 5 a 10 años de experiencia y $ 81 000 con 10 a 20 años de experiencia. [42] Los salarios iniciales promedio fueron $ 55,067 con una licenciatura, $ 77,364 con una maestría y $ 100,759 con un doctorado. Esto ubica a la ingeniería industrial en el séptimo lugar de 15 entre las licenciaturas en ingeniería, el tercero de 10 entre las maestrías y el segundo de 7 entre los doctorados en salario promedio anual. [43] El ingreso anual medio de los ingenieros industriales en la fuerza laboral estadounidense es de 83.470 dólares. [44]
La ingeniería de fabricación es solo una faceta de la industria de la ingeniería. Los ingenieros de fabricación disfrutan mejorando el proceso de producción de principio a fin. Tienen la capacidad de tener en cuenta todo el proceso de producción mientras se centran en una parte particular del proceso. Los estudiantes exitosos en programas de grado en ingeniería de manufactura se inspiran en la noción de comenzar con un recurso natural, como un bloque de madera, y terminar con un producto útil y valioso, como un escritorio, producido de manera eficiente y económica.
Los ingenieros de fabricación están estrechamente relacionados con los esfuerzos de ingeniería y diseño industrial. Ejemplos de empresas importantes que emplean ingenieros de fabricación en los Estados Unidos incluyen General Motors Corporation , Ford Motor Company, Chrysler , Boeing , Gates Corporation y Pfizer . Los ejemplos en Europa incluyen Airbus , Daimler , BMW , Fiat , Navistar International y Michelin Tyre. [45]
Las industrias donde generalmente se emplean ingenieros industriales y de producción incluyen:
Muchas empresas manufactureras, especialmente aquellas en países industrializados, han comenzado a incorporar programas de ingeniería asistida por computadora (CAE), como SolidWorks y AutoCAD , en sus procesos de diseño y análisis existentes, incluido el diseño asistido por computadora (CAD) de modelado sólido 2D y 3D. . Este método tiene muchos beneficios, incluida una visualización más sencilla y exhaustiva de los productos, la capacidad de crear conjuntos virtuales de piezas y facilidad de uso en el diseño de tolerancias y interfaces de acoplamiento.
SolidWorks es un ejemplo de un programa informático de modelado CAD desarrollado por Dassault Systèmes . SolidWorks es un estándar industrial para la elaboración de diseños y especificaciones de objetos físicos y ha sido utilizado por más de 165.000 empresas hasta 2013. [46]
AutoCAD es un ejemplo de un programa informático de modelado CAD desarrollado por Autodesk . AutoCad también se utiliza ampliamente para modelado CAD y CAE. [47]
Otros programas CAE comúnmente utilizados por los fabricantes de productos incluyen herramientas de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) y herramientas de análisis utilizadas para realizar simulaciones complejas. Se pueden utilizar herramientas de análisis para predecir la respuesta del producto a las cargas esperadas, incluida la vida útil a fatiga y la capacidad de fabricación. Estas herramientas incluyen análisis de elementos finitos (FEA), dinámica de fluidos computacional (CFD) y fabricación asistida por computadora (CAM). Al utilizar programas CAE, un equipo de diseño mecánico puede iterar de forma rápida y económica el proceso de diseño para desarrollar un producto que cumpla mejor con los costos, el rendimiento y otras limitaciones. No es necesario crear un prototipo físico hasta que el diseño esté casi finalizado, lo que permite evaluar cientos o miles de diseños, en lugar de relativamente pocos. Además, los programas de análisis CAE pueden modelar fenómenos físicos complicados que no se pueden resolver manualmente, como la viscoelasticidad , el contacto complejo entre piezas acopladas o flujos no newtonianos .
Así como la ingeniería de fabricación está vinculada con otras disciplinas, como la mecatrónica, la optimización del diseño multidisciplinario (MDO) también se utiliza con otros programas CAE para automatizar y mejorar el proceso de diseño iterativo. [48] Las herramientas MDO se ajustan a los procesos CAE existentes al automatizar el proceso de método de prueba y error utilizado por los ingenieros clásicos. MDO utiliza un algoritmo informático que buscará iterativamente mejores alternativas a partir de una suposición inicial dentro de constantes dadas. MDO utiliza este procedimiento para determinar el mejor resultado del diseño y también enumera varias opciones. [48]
La Mecánica Clásica intenta utilizar las leyes básicas del movimiento de Newton para describir cómo reaccionará un cuerpo cuando se le aplique una fuerza. [50] Sin embargo, la mecánica moderna incluye la teoría cuántica bastante reciente . Las subdisciplinas de la mecánica incluyen:
Mecanica clasica:
Cuántico:
Si el proyecto de ingeniería fuera a diseñar un vehículo, se podría emplear estática para diseñar el bastidor del vehículo con el fin de evaluar dónde serán más intensas las tensiones. La dinámica podría usarse al diseñar el motor del automóvil para evaluar las fuerzas en los pistones y las levas a medida que el motor funciona. Se podría utilizar la mecánica de materiales para elegir los materiales apropiados para la fabricación del bastidor y el motor. La mecánica de fluidos podría usarse para diseñar un sistema de ventilación para el vehículo o para diseñar el sistema de admisión del motor.
El dibujo o dibujo técnico es el medio por el cual los fabricantes crean instrucciones para fabricar piezas. Un dibujo técnico puede ser un modelo por computadora o un esquema dibujado a mano que muestra todas las dimensiones necesarias para fabricar una pieza, así como notas de ensamblaje, una lista de los materiales necesarios y otra información pertinente. Un trabajador calificado que crea dibujos técnicos puede denominarse dibujante o dibujante . Históricamente, el dibujo ha sido un proceso bidimensional, pero los programas de diseño asistido por computadora (CAD) ahora permiten al diseñador crear en tres dimensiones. Las instrucciones para fabricar una pieza deben enviarse a la maquinaria necesaria, ya sea manualmente, mediante instrucciones programadas o mediante el uso de un programa de fabricación asistida por computadora (CAM) o combinado CAD/CAM. Programas como SolidWorks y AutoCAD [47] son ejemplos de programas utilizados para diseñar nuevas piezas y productos en desarrollo.
Opcionalmente, un ingeniero también puede fabricar manualmente una pieza utilizando los dibujos técnicos, pero esto se está convirtiendo en una rareza cada vez mayor con la llegada de la fabricación controlada numéricamente por computadora (CNC). Los ingenieros fabrican principalmente piezas manualmente en las áreas de recubrimientos por pulverización, acabados y otros procesos aplicados que no pueden realizarse económica o prácticamente mediante una máquina.
El dibujo se utiliza en casi todas las subdisciplinas de la ingeniería mecánica y de fabricación, y en muchas otras ramas de la ingeniería y la arquitectura. Los modelos tridimensionales creados con software CAD también se utilizan comúnmente en análisis de elementos finitos (FEA) y dinámica de fluidos computacional (CFD).
La fabricación de metales es la construcción de estructuras metálicas mediante procesos de corte, doblado y ensamblaje. Tecnologías como la fusión por haz de electrones, la forma de red diseñada con láser y la sinterización directa de metal por láser han permitido que la producción de estructuras metálicas sea mucho menos difícil en comparación con otros métodos convencionales de fabricación de metales. [56] Estos ayudan a aliviar varios problemas cuando las estructuras CAD idealizadas no se alinean con la estructura fabricada real.
Las máquinas herramienta emplean muchos tipos de herramientas que cortan o dan forma a materiales. Las máquinas herramienta suelen incluir muchos componentes que constan de motores, palancas, brazos, poleas y otros sistemas básicos simples para crear un sistema complejo que puede construir varias cosas. Todos estos componentes deben funcionar correctamente para cumplir con el cronograma y continuar con la tarea. Las máquinas herramienta tienen como objetivo producir buenas piezas de manera eficiente y efectiva a un ritmo rápido con una pequeña cantidad de error. [57]
La fabricación integrada por computadora (CIM) es el enfoque de fabricación que consiste en utilizar computadoras para controlar todo el proceso de producción. [58] La fabricación integrada por ordenador se utiliza en las industrias de la automoción, la aviación, el espacio y la construcción naval. [59] La fabricación integrada por computadora permite observar datos durante la fabricación a través de varios mecanismos de detección. Este tipo de fabricación cuenta con computadoras que controlan y observan cada parte del proceso. Esto le da a CIM una ventaja única sobre otros procesos de fabricación.
La mecatrónica es una disciplina de ingeniería que se ocupa de la convergencia de sistemas eléctricos, mecánicos y de fabricación. [60] Los ejemplos incluyen sistemas de fabricación automatizados, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, y diversos subsistemas de aviones y automóviles. [60] Un sistema mecatrónico normalmente incluye un esqueleto mecánico, motores, controladores, sensores, actuadores y hardware digital. [60] La mecatrónica se utiliza mucho en diversas aplicaciones de procesos industriales y en automatización. El término mecatrónica se utiliza habitualmente para referirse a sistemas macroscópicos, pero los futuristas han predicho la aparición de dispositivos electromecánicos muy pequeños. Estos pequeños dispositivos, conocidos como sistemas microelectromecánicos (MEMS), ya se utilizan en automóviles para iniciar el despliegue de bolsas de aire, en proyectores digitales para crear imágenes más nítidas y en impresoras de inyección de tinta para crear boquillas para impresión de alta definición. En el futuro se espera que estos dispositivos se utilicen en pequeños dispositivos médicos implantables y para mejorar la comunicación óptica.
Los cursos de ingeniería textil abordan la aplicación de principios científicos y de ingeniería al diseño y control de todos los aspectos de los procesos, productos y maquinaria de fibras, textiles y prendas de vestir. Estos incluyen materiales naturales y artificiales, interacción de materiales con máquinas, seguridad y salud, conservación de energía y control de desechos y contaminación. Además, los estudiantes obtienen experiencia en diseño y disposición de plantas, diseño y mejora de máquinas y procesos húmedos, y diseño y creación de productos textiles. A lo largo del plan de estudios de ingeniería textil, los estudiantes toman clases de otras ingenierías y disciplinas que incluyen: ingeniería mecánica, química, de materiales e industrial. [61]
Los materiales compuestos avanzados (ingeniería) (ACM) también se conocen como compuestos avanzados de matriz polimérica. Estos generalmente se caracterizan o están determinados por fibras de resistencia inusualmente alta con características de rigidez o módulo de elasticidad inusualmente altas, en comparación con otros materiales, mientras están unidas por matrices más débiles. Los materiales compuestos avanzados tienen aplicaciones amplias y probadas en los sectores aeronáutico, aeroespacial y de equipamiento deportivo. Aún más específicamente, los ACM son muy atractivos para piezas estructurales de aviones y aeroespaciales. La fabricación de ACM es una industria multimillonaria en todo el mundo. Los productos compuestos van desde patinetas hasta componentes del transbordador espacial. La industria se puede dividir generalmente en dos segmentos básicos, compuestos industriales y compuestos avanzados.
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