El proceso de diseño de ingeniería , también conocido como método de ingeniería , es una serie común de pasos que los ingenieros utilizan para crear productos y procesos funcionales. El proceso es altamente iterativo (a menudo es necesario repetir partes del proceso muchas veces antes de poder ingresar otra), aunque las partes que se repiten y el número de dichos ciclos en cualquier proyecto determinado pueden variar.
Es un proceso de toma de decisiones (a menudo iterativo) en el que se aplican las ciencias básicas, las matemáticas y las ciencias de la ingeniería para convertir recursos de manera óptima para cumplir un objetivo establecido. Entre los elementos fundamentales del proceso de diseño se encuentran el establecimiento de objetivos y criterios, síntesis, análisis, construcción, ensayo y evaluación. [1]
Es importante comprender que existen varios marcos/articulaciones del proceso de diseño de ingeniería. La diferente terminología empleada puede tener distintos grados de superposición, lo que afecta qué pasos se establecen explícitamente o se consideran de "alto nivel" versus subordinados en cualquier modelo determinado. Esto, por supuesto, se aplica tanto a cualquier paso/secuencia de ejemplo particular que se proporcione aquí.
Un marco de ejemplo del proceso de diseño de ingeniería delinea las siguientes etapas: investigación, conceptualización, evaluación de viabilidad, establecimiento de requisitos de diseño, diseño preliminar, diseño detallado, planificación de producción y diseño de herramientas, y producción . [2] Otros, señalando que "diferentes autores (tanto en la literatura de investigación como en los libros de texto) definen diferentes fases del proceso de diseño con diferentes actividades que ocurren dentro de ellas", han sugerido modelos más simplificados/generalizados, como la definición de problemas, el diseño conceptual , diseño preliminar, diseño detallado y comunicación del diseño . [3] Otro resumen del proceso, de la literatura europea de diseño de ingeniería, incluye la aclaración de la tarea, el diseño conceptual, el diseño de realización y el diseño de detalle . [4] (NOTA: En estos ejemplos, otros aspectos clave, como la evaluación de conceptos y la creación de prototipos, son subconjuntos y/o extensiones de uno o más de los pasos enumerados).
Varias etapas del proceso de diseño (e incluso anteriores) pueden implicar una cantidad significativa de tiempo dedicado a localizar información e investigación . [5] Se debe tener en cuenta la literatura aplicable existente, los problemas y los éxitos asociados con las soluciones, los costos y las necesidades del mercado existentes. [5]
La fuente de información debe ser relevante. La ingeniería inversa puede ser una técnica eficaz si hay otras soluciones disponibles en el mercado. [5] Otras fuentes de información incluyen Internet, bibliotecas locales , documentos gubernamentales disponibles, organizaciones personales, revistas comerciales , catálogos de proveedores y expertos individuales disponibles. [5]
Establecer los requisitos de diseño y realizar un análisis de requisitos , a veces denominado definición del problema (o considerada una actividad relacionada), es uno de los elementos más importantes en el proceso de diseño, [6] y esta tarea a menudo se realiza al mismo tiempo que un análisis de viabilidad. Los requisitos de diseño controlan el diseño del producto o proceso que se está desarrollando, durante todo el proceso de diseño de ingeniería. Estos incluyen aspectos básicos como funciones, atributos y especificaciones , determinados después de evaluar las necesidades del usuario. Algunos requisitos de diseño incluyen parámetros de hardware y software, mantenibilidad , disponibilidad y capacidad de prueba . [2]
En algunos casos, se lleva a cabo un estudio de viabilidad tras el cual se desarrollan cronogramas, planes de recursos y estimaciones para la siguiente fase. El estudio de viabilidad es una evaluación y análisis del potencial de un proyecto propuesto para apoyar el proceso de toma de decisiones . Describe y analiza alternativas o métodos para lograr el resultado deseado. El estudio de viabilidad ayuda a limitar el alcance del proyecto para identificar el mejor escenario. Se genera un informe de viabilidad tras el cual se realiza una revisión posterior a la viabilidad.
El propósito de una evaluación de viabilidad es determinar si el proyecto del ingeniero puede pasar a la fase de diseño. Esto se basa en dos criterios: el proyecto debe basarse en una idea realizable y debe estar dentro de restricciones de costos . Es importante contar con ingenieros con experiencia y buen juicio para participar en esta parte del estudio de viabilidad. [2]
Un estudio de concepto ( conceptualización , diseño conceptual ) es a menudo una fase de planificación de un proyecto que incluye producir ideas y tener en cuenta los pros y los contras de implementar esas ideas. Esta etapa de un proyecto se realiza para minimizar la probabilidad de error, gestionar costos, evaluar riesgos y evaluar el éxito potencial del proyecto previsto. En cualquier caso, una vez definido un tema o problema de ingeniería, se deben identificar posibles soluciones. Estas soluciones se pueden encontrar utilizando la ideación , el proceso mental mediante el cual se generan las ideas. De hecho, este paso suele denominarse Ideación o "Generación de Conceptos". Las siguientes son técnicas ampliamente utilizadas: [2]
Luego, varias ideas generadas deben someterse a un paso de evaluación de conceptos , que utiliza varias herramientas para comparar y contrastar las fortalezas y debilidades relativas de las posibles alternativas.
El diseño preliminar, o diseño de alto nivel incluido (también llamado FEED o diseño básico), a menudo cierra una brecha entre la concepción del diseño y el diseño detallado, particularmente en los casos en que el nivel de conceptualización alcanzado durante la ideación no es suficiente para una evaluación completa. Entonces, en esta tarea, se define la configuración general del sistema, y los esquemas , diagramas y diseños del proyecto pueden proporcionar una configuración temprana del proyecto. (Esto varía notablemente según el campo, la industria y el producto). Durante el diseño detallado y la optimización, los parámetros de la pieza que se está creando cambiarán, pero el diseño preliminar se centra en la creación del marco general sobre el que construir el proyecto. [2]
S. Blanchard y J. Fabrycky lo describen como: “Los 'qués' que inician el diseño conceptual producen 'cómos' a partir del esfuerzo de evaluación del diseño conceptual aplicado a conceptos de diseño conceptual factibles. A continuación, los 'cómo' se incorporan al diseño preliminar mediante requisitos asignados. Allí se convierten en 'qués' e impulsan el diseño preliminar para abordar los 'cómos' en este nivel inferior”.
Después de FEED está la fase de Diseño Detallado (Ingeniería de Detalle), que también puede consistir en la adquisición de materiales. Esta fase elabora aún más cada aspecto del proyecto/producto mediante una descripción completa a través de modelado sólido , dibujos y especificaciones .
Los programas de diseño asistido por computadora (CAD) han hecho que la fase de diseño detallado sea más eficiente. Por ejemplo, un programa CAD puede proporcionar optimización para reducir el volumen sin perjudicar la calidad de una pieza. También puede calcular la tensión y el desplazamiento utilizando el método de elementos finitos para determinar las tensiones en toda la pieza. [7]
La planificación de la producción y el diseño de herramientas consiste en planificar cómo producir en masa el producto y qué herramientas se deben utilizar en el proceso de fabricación . Las tareas a completar en este paso incluyen la selección de materiales, la selección de los procesos de producción, la determinación de la secuencia de operaciones y la selección de herramientas como plantillas, accesorios, corte de metales y herramientas de conformado de metales o plásticos. Esta tarea también implica iteraciones adicionales de pruebas de prototipos para garantizar que la versión producida en masa cumpla con los estándares de pruebas de calificación . [2]
La ingeniería consiste en formular un problema que puede resolverse mediante el diseño. La ciencia está formulando una pregunta que puede resolverse mediante la investigación. El proceso de diseño de ingeniería guarda cierta similitud con el método científico . [8] Ambos procesos comienzan con el conocimiento existente, y gradualmente se vuelven más específicos en la búsqueda de un conocimiento (en el caso de la ciencia "pura" o básica) o de una solución (en el caso de la ciencia "aplicada", como la ingeniería). La diferencia clave entre el proceso de ingeniería y el proceso científico es que el proceso de ingeniería se centra en el diseño , la creatividad y la innovación , mientras que el proceso científico enfatiza el descubrimiento (observación) .
Se están enseñando y desarrollando métodos en universidades que incluyen: