Proceso del diseño en la ingenierìa

Definición del problema

Como parte del problema es el poder encontrar la mejor información basándonos en todos los libros que pusiéramos en el cual se utilizaron los más citados que por obvias razón tendrían que ser los libros más utilizados. Otro problema es la repetitividad de información al utilizar diferentes fuentes también nos encontramos con la desventaja de que muchas información se repetía o mejor es ir tomando ideas y complementarlas con los demás libros ya que muchos son muy parecido en cuanto a contenido se refiere.

Planeación

En la planeación tuvimos como punto de partida el recolectar los libros de los cuales íbamos a sacar la información del ordenar los libros por fechas de publicación fue bastante difícil y también el seleccionar que libros hacían referencia a los anteriores libros, después de este exhaustiva búsqueda decidimos seleccionar los libros que se mencionas en la bibliografía, con esto empezamos a obtener los datos más importantes de cada uno de los autores y los fuimos ordenando de la forma que nos pareció la más correcta desde nuestro punto de vista

Objetivo

Nuestro objetivo principal de este ensayo es que podamos trasmitir nuestros lectores una idea bien definida de lo que es la ingeniería de diseño mecánico lo cual es bastante complejo y contiene muchas variantes y pasos por seguir, existen muchas formas de hacer este proceso pero con lo que hemos desarrollado aquí esperamos que los lectores puedan entender todo los puntos que se van a desarrollar y que sea una forma un poco más intuitiva de como desarrollar este tema que lo más importante y en donde se puede ver reflejado es cuando se aplica en forma real no solo como teoría.

Ingeniería de Diseño mecánico

El proceso del diseño:

Debemos comenzar por preguntarnos: ¿Qué es el diseño? Y para esto debemos entender que el diseño se encuentra a nuestro alrededor en prácticamente todo. El termino diseño claramente abarca una amplia gama de significados que en la mayor parte de los casos se refiere a la apariencia estética del objeto, y muchas veces se puede ver esto desde el enfoque artístico y porque no, desde este punto de vista en el diseño mecánico también se podría catalogar al ingeniero como un artista.

La palabra diseño tiene su origen en el vocablo latín designare que significa "designar, marcar" y ya que el fin de este trabajo es enfocarse en el diseño dentro del dominio de la ingeniería lo definiremos como "el proceso de aplicar las diversas técnicas y los principios científicos con el objeto de definir un dispositivo, un proceso o un sistema con suficiente detalle para permitir su realización".

Diseñar es formular un plan para satisfacer una necesidad específica o resolver un problema.

Si el plan resulta en la creación de algo físicamente real, entonces el producto debe ser funcional, seguro, confiable, competitivo, útil, que pueda fabricarse y comercializarse.

El diseño es un proceso innovador y altamente iterativo. También es un proceso de toma de decisiones. Algunas veces éstas deben tomarse con muy poca información, en otras con apenas la cantidad adecuada y en ocasiones con un exceso de información parcialmente contradictoria.

Algunas veces las decisiones se toman de manera tentativa, por lo cual es conveniente reservarse el derecho de hacer ajustes a medida que se obtengan más datos. Lo importante es que el diseñador en ingeniería debe sentirse personalmente cómodo cuando ejerce la función de toma de decisiones y de resolución de problemas.

El diseño es una actividad de intensa comunicación en la cual se usan tanto palabras como imágenes y se emplean las formas escritas y orales. Los ingenieros deben comunicarse en forma eficaz y trabajar con gente de muchas disciplinas. Éstas son habilidades importantes y el éxito de un ingeniero depende de ellas.

Las fuentes personales de creatividad de un diseñador, la habilidad para comunicarse y la destreza para resolver problemas están entrelazadas con el conocimiento de la tecnología y sus principios fundamentales. Las herramientas de la ingeniería (como las matemáticas, la estadística, la computación, las gráficas y el lenguaje) se combinan para producir un plan, que cuando se lleva a cabo crea un producto funcional, seguro, confiable, competitivo y útil sin importar quién lo construya o lo use.

El diseño mecánico es una tarea compleja que requiere muchas habilidades y comúnmente es un trabajo que se realiza en equipo pues casi siempre resultan mejores opciones si más de una mente se encuentra pensando en resolver un problema determinado, en este punto sería importante recalcar las capacidades individuales para poder relacionarse en el área de trabajo de nuestro equipo y que al detectar que estas no son de la manera óptima tomar las medidas necesarias (sea una capacitación, un cambio de personal, etc.) para poder llevar a cabo nuestra tarea.

"Es necesario subdividir grandes relaciones en una serie de tareas simples pues facilita el seguimiento del proyecto y los avances son más fructíferos."

Diseño de máquinas

El diseño de máquinas es un aspecto en particular dentro del diseño de ingeniería, el diseño de máquinas se ocupa de la creación de la maquinaria para que funcione segura y confiablemente bien.

Maquina: "Aparato formado de unidades interrelacionadas, dispositivo que modifica una fuerza o un movimiento."

Dentro del funcionamiento de una maquina es muy importante tener claro el concepto de "trabajo útil" ya que en ello casi siempre habrá alguna transferencia de energía. Otros conceptos a tener presentes son "fuerza y movimiento" ya que al convertir la energía de una forma a otra las maquinas crean movimiento y generan fuerza.

Los ingenieros mecánicos están relacionados con la producción y el procesamiento de energía y con el suministro de los medios de producción, las herramientas de transporte y las técnicas de automatización. Las bases de su capacidad y conocimiento son extensas. Entre las bases disciplinarias se encuentran la mecánica de sólidos, de fluidos, la transferencia de masa y momento, los procesos de manufactura y la teoría eléctrica y de la información. El diseño en la ingeniería mecánica involucra todas las áreas que componen esta disciplina.

Los problemas reales se resisten a la especialización. Un simple muñón y cojinete involucran flujo de fluidos, transferencia de calor, fricción, transporte de energía, selección de materiales, tratamientos termo mecánicos, descripciones estadísticas, etc. La construcción debe respetar el medio ambiente. Las consideraciones de calefacción, ventilación y de acondicionamiento del aire son lo suficientemente especializadas que algunos hablan del diseño de la calefacción, ventilación y del acondicionamiento del aire como si estuvieran separados y fueran distintos del diseño en la ingeniería mecánica. En forma similar, algunas veces el diseño de motores de combustión interna, de turbo-maquinaria y de motores de reacción se consideran entidades discretas. La serie de adjetivos que siguen a la palabra diseño sólo es una ayuda para describir el producto. De manera similar, hay frases como diseño de máquinas, diseño de elementos de máquinas, diseño de componentes de máquinas, diseño de sistemas y diseño de potencia hidráulica. Todas ellas son ejemplos un poco más enfocados del diseño en la ingeniería mecánica. Se basan en las mismas fuentes de conocimiento, se organizan en forma similar y requieren habilidades semejantes.

La complejidad del tema requiere una secuencia en la que las ideas se presentan y se revisan, de esta manera aparecen mejores propuestas o se encuentran detalles que podrían influenciar o comprometer los resultados, así se puede asegurar la óptima resolución.

El diseño es un proceso iterativo con muchas fases interactivas, nunca es suficiente siempre existirá una forma de mejorar el diseño pero es importante entender en que momento el problema se ha resuelto para entender en que momento el diseño es eficiente.

Existen muchos recursos para apoyar al diseñador, entre los que se incluyen muchas fuentes de información y una gran abundancia de herramientas de diseño por computadora. El ingeniero de diseño no sólo necesita desarrollar competencia en su campo, sino que también debe cultivar un fuerte sentido de responsabilidad y ética de trabajo profesional.

Hay funciones que deben realizarse mediante códigos y normas, por la siempre presente economía, por seguridad y por consideraciones de responsabilidad legal del producto. La supervivencia de un componente mecánico está frecuentemente relacionada con el esfuerzo y la resistencia. Los aspectos de incertidumbre siempre han estado presentes en el diseño en la ingeniería y se abordan de manera típica mediante el factor de diseño y el factor de seguridad, ya sea en la forma determinista (absoluta) o en un sentido estadístico. El enfoque estadístico se refiere a la confiabilidad del diseño y necesita buenos datos estadísticos.

En el diseño mecánico existen otras consideraciones que incluyen las dimensiones y las tolerancias, unidades y cálculos.

Nos enfocaremos en 4 partes:

La parte 1, Fundamentos, comienza con la explicación de algunas de las diferencias entre el diseño y el análisis, y presenta diversas nociones y enfoques fundamentales del diseño. Continúa con tres capítulos donde se repasan las propiedades de los materiales, el análisis de esfuerzos y el análisis de la rigidez y de la deflexión, que representan los principios clave necesarios para el resto del libro.

La parte 2, Prevención de fallas, consta de dos capítulos acerca de la prevención de fallas en partes mecánicas. Por qué fallan las máquinas y cómo pueden diseñarse para prevenir la falla son preguntas difíciles y por lo tanto se requieren dos capítulos para responderlas; uno sobre la prevención de la falla debida a cargas estáticas, y el otro sobre la prevención de la falla por fatiga provocada por cargas cíclicas que varían con el tiempo.

En la parte 3, Diseño de elementos mecánicos, el material de las partes 1 y 2 se aplica al análisis, selección y diseño de elementos mecánicos específicos, como ejes, sujetadores, partes soldadas, resortes, cojinetes de contacto de bolas, cojinetes de película, engranes, bandas, cadenas y cables.

En la parte 4, Herramientas de análisis, se proporcionan introducciones a dos importantes métodos que se utilizan en el diseño mecánico: análisis del elemento finito y análisis estadístico. Éste es material de estudio opcional, pero algunas secciones y ejemplos de las partes 1, 2 y 3 demuestran el uso de estas herramientas.

Dentro de estos 4 puntos principales podemos hacer un desglose del proceso de diseño de la siguiente manera:

• 1. Identificación de la necesidad

• 2. Investigación de antecedentes

• 3. Enunciado del objetivo

• 4. Especificaciones de la tarea

• 5. Síntesis

• 6. Análisis

• 7. Selección

• 8. Diseño detallado

• 9. Prototipos y pruebas

• 10. Producción

Fases e interacciones del proceso de diseño

El proceso completo, de principio a fin, comienza con la identificación de una necesidad y la decisión de hacer algo al respecto. Después de muchas iteraciones, termina con la presentación de los planes para satisfacer la necesidad. De acuerdo con la naturaleza de la tarea de diseño, algunas fases de éste pueden repetirse durante la vida del producto, desde la concepción hasta la terminación. En las siguientes secciones se examinarán estos pasos del proceso de diseño con más detalle.

Por lo general, el proceso de diseño comienza con la identificación de una necesidad.

Con frecuencia, el reconocimiento y la expresión de ésta constituyen un acto muy creativo, porque la necesidad quizá sólo sea una vaga inconformidad, un sentimiento de inquietud o la detección de que algo no está bien. A menudo la necesidad no es del todo evidente; el reconocimiento se acciona por una circunstancia adversa particular o por un conjunto de circunstancias.

Fundamentos

Circunstancias aleatorias que se originan casi de manera simultánea. Por ejemplo, la necesidad de hacer algo acerca de una máquina de empaque de alimentos se manifiesta por el nivel de ruido, la variación en el peso del paquete y por alteraciones ligeras pero perceptibles en la calidad del paquete o envoltura.

Hay una diferencia notable entre el enunciado de la necesidad y la identificación del problema.

La definición del problema es más específica y debe incluir todas las especificaciones del objeto que va a diseñarse. Las especificaciones son las cantidades de entrada y salida, las características y dimensiones del espacio que el objeto debe ocupar y todas las limitaciones sobre estas cantidades. Puede considerarse al objeto que va a diseñarse como algo dentro de una caja negra. En este caso deben especificarse las entradas y salidas de la caja, junto con sus características y limitaciones. Las especificaciones definen el costo, la cantidad que se va a manufacturar, la vida esperada, el intervalo, la temperatura de operación y la confiabilidad.

Los puntos obvios en las especificaciones son las velocidades, avances, limitaciones de la temperatura, el intervalo máximo, las variaciones esperadas en las variables, las limitaciones dimensionales y de peso, etcétera.

Hay muchas especificaciones implicadas que resultan del entorno particular del diseñador o de la naturaleza del problema en sí. Los procesos de manufactura disponibles, junto con las instalaciones de una cierta planta, constituyen restricciones a la libertad del diseñador y de aquí que sean parte de las especificaciones implicadas. Quizá una planta pequeña, por ejemplo, no posea maquinaria de trabajo en frío. Debido a que conoce esta circunstancia, el diseñador selecciona otros métodos de procesamiento de metal que se puedan realizar en la planta. Las habilidades de trabajo disponibles y la situación competitiva también constituyen restricciones implícitas. Cualquier cosa que limite la libertad de elección del diseñador significa una restricción. Por ejemplo, muchos materiales y tamaños se incluyen en los catálogos del proveedor, pero no todos pueden conseguirse con facilidad y suelen sufrir de escasez.

Además, la economía del inventario requiere que un fabricante tenga en existencia un número mínimo de materiales y tamaños. En la sección 1-16 se da un ejemplo de una especificación relativa a un caso de estudio de una transmisión de potencia que se presenta a lo largo de todo el texto.

Algunas veces, a la síntesis de un esquema que conecta elementos posibles del sistema se le llama invención del concepto o diseño del concepto. Éste es el primer y más importante paso en la tarea de la síntesis. Varios esquemas deben proponerse, investigarse y cuantificarse

Reconocimiento de la necesidad

Definición del problema

Síntesis

Análisis y optimización

Evaluación

Presentación

Iteración

Fases del proceso de diseño que reconocen múltiples retroalimentaciones e iteraciones.

En términos de medidas establecidas. A medida que el desarrollo del esquema progresa, se deben realizar análisis para evaluar si el desempeño del sistema es cuando menos satisfactorio, y si lo es, qué tan bien se desempeñará. Los esquemas del sistema que no sobreviven al análisis se revisan, se mejoran o se desechan. Los que cuentan con potencial se optimizan para determinar el mejor desempeño del esquema. Los esquemas en competencia se comparan de manera que se pueda elegir el camino que conduzca al producto más competitivo. En la figura se muestra que la síntesis, el análisis y la optimización están relacionados en forma íntima e iterativa. Puede observarse, y debe destacarse, que el diseño es un proceso iterativo en el cual se procede a través de varios pasos, se evalúan los resultados y luego se regresa a una fase inicial del procedimiento. De esta manera es posible sintetizar varios componentes de un sistema, analizar y optimizarlos y regresar a la síntesis para ver qué efectos tiene sobre las partes restantes del sistema. Por ejemplo, el diseño de un sistema para transmitir potencia requiere que se preste atención al diseño y la selección de los elementos más pequeños que lo componen (por ejemplo, engranes, cojinetes, eje). Sin embargo, como sucede con frecuencia en el diseño, estos componentes no son independientes. Con el propósito de diseñar el eje para el esfuerzo y la deflexión, es necesario conocer las fuerzas aplicadas. Si éstas se transmiten a través de engranes, es necesario conocer las especificaciones de éstos para determinar las fuerzas que se transmitirán hacia el eje. Pero los engranes en inventario se encuentran en el mercado con ciertos tamaños de diámetro interior, lo que requiere un conocimiento de los diámetros necesarios para introducir el eje. Resulta claro que deberán hacerse estimaciones gruesas para poder avanzar en el proceso, refinando e iterando hasta que se obtenga un diseño final que sea satisfactorio para cada componente individual así como para las especificaciones de diseño generales. A lo largo del texto se elaborará este proceso para el caso de estudio de un diseño de transmisión de potencia.

Tanto el análisis como la optimización requieren que se construyan o inventen modelos abstractos del sistema que admitirá alguna forma de análisis matemático. A estos modelos se les llama modelos matemáticos. Cuando se les crea se espera que sea posible encontrar uno que simule muy bien al sistema físico real. Como se indica en la figura 1-1, la evaluación es una fase significativa del proceso de diseño total. La evaluación representa la prueba final de un diseño exitoso y por lo general implica la prueba del prototipo en el laboratorio. Aquí se desea descubrir si el diseño en verdad satisface la necesidad o las necesidades. ¿Es confiable?

¿Competirá exitosamente con productos similares? ¿Es económica su manufactura y uso? ¿Se mantiene y se ajusta con facilidad? ¿Se puede obtener una ganancia por su venta o uso? ¿Qué tan probable es que el producto propicie demandas legales? ¿Se obtiene un seguro con sencillez y a bajo costo? ¿Quizá sea necesario que se reconozca que se requiere reemplazar partes o sistemas defectuosos?

La comunicación de los resultados a otros es el paso final y vital de presentación del proceso de diseño. Sin duda, muchos grandes diseños, invenciones y trabajos creativos se han perdido para la posteridad sólo porque sus creadores no fueron capaces o no estuvieron dispuestos a explicar sus logros a otros. La presentación es un trabajo de venta. El ingeniero, cuando presenta una nueva solución al personal administrativo, gerencial o de supervisión, está tratando de vender o de probarles que la solución que él propone es la mejor. A menos que lo anterior se pueda hacer de manera exitosa, el tiempo y el esfuerzo empleado en obtener la solución en gran parte se habrán desperdiciado. Cuando los diseñadores venden una idea nueva, también se venden a sí mismos. Si suelen tener éxito en la venta de ideas, diseños y soluciones nuevas a la gerencia, comienzan a recibir aumentos salariales y promociones; de hecho, así es como cualquiera tiene éxito en su profesión.

1 En Stuart Pugh, Total Design—Integrated Methods for Successful Product Engineering, Addison Wesley, 1991, se presenta un excelente desarrollo de este tópico. También se proporciona una descripción del metodo Pugh en el capítulo 8 de David G. Ullman, The Mechanical Design Process, 3a. ed., McGraw-Hill, 2003.

Consideraciones de diseño

Algunas veces la resistencia que requiere un elemento de un sistema significa un factor importante para determinar su geometría y dimensiones. En esa situación se dice que la resistencia es una consideración de diseño importante. Cuando se emplea la expresión consideración de diseño se involucra de manera directa alguna característica que influye en el diseño del elemento, o tal vez en todo el sistema. A menudo se deben considerar muchas de esas características en una situación de diseño dada. Entre las más importantes se pueden mencionar (no necesariamente en orden de importancia):

Algunas de estas propiedades se relacionan de manera directa con las dimensiones, el material, el procesamiento y la unión de los elementos del sistema. Algunas características pueden estar interrelacionadas, lo que afecta la configuración del sistema total.

Herramientas y recursos de diseño

En la actualidad, el ingeniero tiene una gran variedad de herramientas y recursos disponibles que le ayudan a solucionar problemas de diseño. Las microcomputadoras poco caras y los paquetes robustos de software proporcionan herramientas de gran capacidad para diseñar, analizar y simular componentes mecánicos. Además de estas herramientas, el ingeniero siempre necesita información técnica, ya sea en forma de desempeño básico en ciencias/ingeniería o las características de componentes especiales recién lanzados. En este caso, los recursos pueden ir desde libros de ciencia/ingeniería hasta folletos o catálogos de los fabricantes. También la computadora puede jugar un papel importante en la recolección de información.

Herramientas computacionales

El software para el diseño asistido por computadora (CAD) permite el desarrollo de diseños tridimensionales (3-D) a partir de los cuales pueden producirse vistas ortográficas convencionales en dos dimensiones con dimensionamiento automático. Las trayectorias de las herramientas pueden generarse a partir de los modelos 3-D y, en algunos casos, las partes pueden crearse directamente desde una base de datos 3-D mediante el uso de un método para la creación rápida de prototipos y manufactura (estereolitografía): ¡manufactura sin papeles! Otra ventaja de este tipo de base de datos es que permite cálculos rápidos y exactos de ciertas propiedades como la masa, la localización del centro de gravedad y los momentos de inercia de masa. Del mismo modo, pueden obtenerse con facilidad otras propiedades como áreas y distancias entre puntos.

Existe una gran cantidad de software de CAD disponible como Aries, AutoCAD, CadKey,

I-Deas, Unigraphics, Solid Works y ProEngineer, sólo por mencionar algunos.

2 En el capítulo 4 de George E. Dieter, Engineering Design. A Materials and Processing Approach, 3a. ed., McGraw-

Hill, Nueva York, 2000, puede encontrarse un excelente y comprensible análisis del proceso de "recolección de información".

CAPÍTULO 1 Introducción al diseño en la ingeniería mecánica 9

El término ingeniería asistida por computadora (CAE) se aplica generalmente a todas las aplicaciones de ingeniería relacionadas con la computadora. Con esta definición, el CAD puede considerarse como un subconjunto del CAE. Algunos paquetes de computadora realizan análisis de ingeniería específicos y/o tareas de simulación que ayudan al diseñador, pero no se consideran una herramienta para la creación del diseño como lo es el CAD. Este software pertenece a dos categorías: basado en ingeniería y no específico para ingeniería. Algunos ejemplos de programas basados en ingeniería para aplicaciones de ingeniería mecánica

—software que también podría integrarse dentro de un sistema CAD— son los programas para el análisis del elemento finito (AEF), para el análisis del esfuerzo y la deflexión (vea el capítulo 19), la vibración y la transferencia de calor (por ejemplo, Algor, ANSYS y MSC/

NASTRAN); programas para la dinámica de fluidos computacional (CFD) para el análisis del flujo de fluidos y la simulación (por ejemplo, CFD++, FIDAP y Fluent); y programas para la simulación de fuerzas dinámicas y el movimiento en mecanismos (por ejemplo, ADAMS,

DADS y Working Model).

Entre los ejemplos de aplicaciones asistidas por computadora no específicas para ingeniería pueden mencionarse los programas para el procesamiento de palabras, las hojas de cálculo (por ejemplo, Excel, Lotus y Quattro-Pro), y solucionadores matemáticos (por ejemplo,

Maple, MathCad, MATLAB, Mathematica y TKsolver).

Sin embargo, es necesario tener cuidado: los programas de computadora no sustituyen el proceso de pensamiento humano. Los números generados por una computadora pueden estar muy lejanos a la realidad si se ingresa una entrada incorrecta, si malinterpreta la aplicación o la salida del programa, si éste contiene algún error, etc. Es su responsabilidad asegurar la validez de los resultados, por lo que debe tener cuidado al revisar la aplicación y los resultados, realizar pruebas de calibración introduciendo problemas con soluciones conocidas, y monitorear las noticias de la compañía de software y de los grupos de usuarios.

Adquisición de información técnica

En la actualidad vivimos en la que ha sido llamada la era de la información, donde ésta se genera a un ritmo sorprendente. Es difícil, pero extremadamente importante, mantenerse al corriente de los desarrollos recientes y actuales de cualquier campo de estudio y ocupación.

La referencia en la nota a pie de página 2 proporciona una excelente descripción de los recursos de información disponibles y es una lectura altamente recomendable para el ingeniero de diseño serio. Algunas fuentes de información son:

• Bibliotecas (públicas, universitarias y privadas). Diccionarios y enciclopedias de ingeniería, libros de texto, monografías, manuales, servicios de índices y extractos, revistas, traducciones, informes técnicos, patentes y fuentes/folletos/catálogos de negocios.

• Fuentes gubernamentales. Departamentos de defensa, comercio, energía y transporte;

NASA; Oficina editorial del gobierno; Oficina de patentes y marcas registradas; Servicio de información técnica nacional; Instituto nacional para normas y tecnología.

• Sociedades profesionales. Sociedad norteamericana de ingenieros mecánicos, Sociedad de ingenieros en manufactura, Sociedad de ingenieros automotrices, Sociedad norteamericana de pruebas y materiales, y la Sociedad norteamericana de soldadura.

• Vendedores comerciales. Catálogos, literatura técnica, datos de prueba, muestras e información de costos.

• Internet. La puerta de entrada a la red de computadoras con sitios asociados con la mayoría de las categorías mencionadas anteriormente.3

3 Recursos útiles en la red, para mencionar algunos, son www.globalspec.com, www.engnetglobal.com, www.efunda.com, www.thomasnet.com y www.uspto.gov

1-5 Responsabilidades profesionales del ingeniero de diseño

En general, el ingeniero de diseño debe satisfacer las necesidades de los usuarios (la administración, clientes, consumidores, etc.) y se espera que lo haga de una manera competente, responsable, ética y profesional. Una gran parte del trabajo en el curso de ingeniería y en la experiencia práctica se enfoca en la competencia, pero, ¿cuándo se comienzan a desarrollar la responsabilidad y el profesionalismo en ingeniería? Para encarrilarse en el camino hacia el éxito, debe comenzar por establecer estas características a inicios de su programa educativo. Usted debe cultivar su ética de trabajo profesional y aptitudes de proceso antes de graduarse, de manera que cuando inicie formalmente su carrera en ingeniería esté preparado para enfrentar los retos.

El éxito en ingeniería (logros, promociones, ascensos, etc.) puede deberse en gran parte a la competencia, pero si usted no logra comunicar sus ideas en forma clara y concisa, su calidad técnica suele verse comprometida.

Puede comenzar a desarrollar sus habilidades en comunicación a través de la elaboración de un diario/registro nítido y claro de sus actividades, en el cual debe introducir datos de manera frecuente. (Muchas compañías exigen que sus ingenieros lleven un diario para asuntos referentes a patentes y responsabilidades legales.) Deben usarse diarios distintos para cada proyecto de diseño (o materia). Cuando inicie un proyecto o enfrente un problema, en la etapa de definición, introduzca datos al diario con bastante frecuencia. Esta tarea puede ser realizada por otras personas, o incluso usted mismo. Podría preguntar después por qué tomó ciertas decisiones. Si se tienen buenos registros cronológicos será más fácil explicar dichas decisiones en el futuro.

Muchos estudiantes de ingeniería se ven a sí mismos después de graduarse como ingenieros que practican el diseño, desarrollo y análisis de productos y procesos y consideran que la necesidad de buenas habilidades de comunicación, ya sean orales o escritas, es secundaria, lo cual está muy lejos de ser verdad. La mayoría de los ingenieros practicantes pasan una buena cantidad de tiempo comunicándose con otros, en la redacción de propuestas e informes técnicos, y dando presentaciones e interactuando con personal de apoyo con estudios de ingeniería o sin ellos. Ahora, usted tiene el tiempo para agudizar sus destrezas de comunicación. Cuando se le asigne una tarea para escribir o hacer una presentación, ya sea técnica o no, acéptela con entusiasmo y trabaje en el mejoramiento de sus habilidades de comunicación. Es una buena inversión de tiempo aprender estas destrezas ahora y no en el trabajo.

Cuando trabaje en un problema de diseño, es importante que desarrolle un enfoque sistémico.

Los siguientes pasos deben recibir una atención especial, lo cual le ayudará a organizar su técnica de procesamiento de la solución:

• Entienda el problema. La definición del problema es el paso más significativo en el proceso de diseño en ingeniería. Lea, comprenda y afine cuidadosamente el enunciado del problema.

• Identifique la información conocida. A partir del enunciado perfeccionado del problema, describa en forma concisa qué información es conocida y relevante.

• Identifique la información desconocida y formule la estrategia de solución. Establezca aquello que debe determinar, y en qué orden, con el propósito de llegar a una solución del problema. Bosqueje el componente o sistema bajo investigación, es decir, identifique los parámetros conocidos y desconocidos. Construya un diagrama de flujo de los pasos necesarios para llegar a la solución final. Los pasos pueden requerir el uso de diagramas de cuerpo libre; propiedades de materiales de las tablas; ecuaciones de los principios básicos, libros de texto o manuales que relacionan los parámetros conocidos y desconocidos; gráficas trazadas en forma experimental o numérica; herramientas computacionales específicas como las que se analizaron en la sección 1-4; etcétera.

• Establezca todos los supuestos y todas las decisiones. Por lo general, los problemas de diseño reales no tienen soluciones únicas, ideales y cerradas. Las selecciones, como la elección de materiales y los tratamientos térmicos, exigen tomar decisiones. Los análisis requieren supuestos relacionados con el modelado de los componentes o sistemas reales.

Todos los supuestos y todas las decisiones deben identificarse y registrarse.

• Analizar el problema. Usando su estrategia de solución junto con sus decisiones y supuestos, ejecute el análisis del problema. Haga referencia a las fuentes de todas las ecuaciones, tablas, gráficas, resultados del software, etc. Verifique la credibilidad de sus resultados.

Compruebe el orden de magnitud, la dimensionalidad, las tendencias, señales, etcétera.

• Evaluar la solución. Evalúe cada paso de la solución, es decir, observe la forma en que los cambios de estrategia, decisiones, supuestos y ejecución podrían modificar los resultados, de manera positiva o negativa. Si es posible, incorpore los cambios positivos en su solución final.

• Presentar la solución. Aquí es donde sus habilidades de comunicación son importantes. En este punto, usted se está vendiendo a sí mismo y sus capacidades técnicas. Si no puede explicar hábilmente lo que ha hecho, una parte o todo su trabajo suele no entenderse e incluso no aceptarse. Conozca a su audiencia.

Como se estableció antes, todos los procesos de diseño son interactivos e iterativos. Por lo tanto, puede ser necesario repetir algunos o todos los pasos anteriores más de una vez si se obtienen resultados que no sean satisfactorios.

Con el propósito de ser eficaces, todos los profesionales deben mantenerse al corriente en sus campos de conocimiento. El ingeniero de diseño puede satisfacer este objetivo de muchas maneras: participar como miembro activo de una sociedad profesional como la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (American Society of Mechanical Engineers, ASME), la Sociedad de Ingenieros Automotrices (Society of Automotive Engineers, SAE), la Sociedad de Ingenieros en Manufactura (Society of Manufacturing Engineers, SME); asistir a reuniones, conferencias y seminarios de sociedades, fabricantes, universidades, etc.; tomar cursos o programas de posgrado específicos en universidades; leer en forma regular revistas técnicas y profesionales; etc. La educación de un ingeniero no termina con su graduación.

Las obligaciones profesionales del ingeniero de diseño incluyen la realización ética de actividades. A continuación se reproduce la etica del ingeniero de la Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales (National Society of Professional Engineers, NSPE):4

Como ingeniero dedico mis conocimientos y destrezas profesionales al avance y mejoramiento del bienestar humano.

Prometo: brindar el mejor desempeño; participar solo en empresas honestas; vivir y trabajar de acuerdo con las leyes del hombre y los estándares más altos de conducta profesional; anteponer el servicio a la utilidad, el honor y la reputación de la profesión al beneficio personal y el bienestar público a todas las demás consideraciones.

Con humildad y pidiendo orientación divina, hago esta promesa.

4 Adoptado por la NSPE, en junio de 1954. "La ética del ingeniero". Reimpreso con permiso de la NSPE, este código ha sido ampliado y revisado. Para conocer la versión actual, de enero de 2006, vea el sitio en la red www.nspe.org/ethics/ehl-code.asp, o el archivo pdf, www.nspe.org/ethics/code-2006-jan.pdf

1-6 Normas y códigos

Una norma es un conjunto de especificaciones para partes, materiales o procesos establecidos a fin de lograr uniformidad, eficiencia y cantidad especificadas. Uno de los propósitos importantes de una norma es poner un límite al número de artículos en las especificaciones para proporcionar un inventario razonable de herramientas, tamaños, formas y variedades.

Un código es un conjunto de especificaciones para analizar, diseñar, manufacturar y construir algo. El propósito de un código consiste en lograr un grado específico de seguridad, eficiencia y desempeño o calidad. Es importante observar que los códigos de seguridad no implican seguridad absoluta. De hecho, la seguridad absoluta es imposible de obtener. Algunas veces realmente acontece un suceso inesperado. Diseñar un edificio para que resista un viento de 120 mi/h no significa que el diseñador piense que un viento de 140 mi/h es imposible; sólo significa que piensa que es muy improbable.

Todas las organizaciones y sociedades que se presentan enseguida han establecido especificaciones para normas y códigos de diseño o seguridad. El nombre de la organización proporciona una guía de la naturaleza de la norma o código. Algunas de las normas y códigos, así como las direcciones, se pueden obtener en la mayor parte de las bibliotecas técnicas. Las organizaciones de interés para los ingenieros mecánicos son:

Aluminum Association (AA)

American Gear Manufacturers Association (AGMA)

American Institute of Steel Construction (AISC)

American Iron and Steel Institute (AISI)

American National Standards Institute (ANSÍ)5

ASM International6

American Society of Mechanical Engineers (ASME)

American Society of Testing and Materials (ASTM)

American Welding Society (AWS)

American Bearing Manufacturers Association (ABMA)7

British Standards Institution (BSI)

Industrial Fasteners Institute (IFI)

Institution of Mechanical Engineers (I. Mech. E.)

International Bureau of Weights and Measures (BIPM)

International Standards Organization (ISO)

National Institute for Standards and Technology (NIST) 8

Society of Automotive Engineers (SAE)

1-7 Economía

La consideración del costo tiene una función tan importante en el proceso de la decisión de diseño que fácilmente podría emplearse el mismo tiempo para estudiar el factor del costo que para realizar el estudio de todo el tema de diseño. Aquí sólo se introducen algunos de los conceptos generales y reglas simples.

En 1966 la American Standards Association (ASA) cambió su nombre por el de United States of America Standards Institute (USAS). Luego, en 1969, nuevamente el nombre se cambió a American National Standards Institute, como se muestra antes; este nombre es el que tiene en la actualidad. Esto significa que quizá de manera ocasional encuentre normas ANSI designadas como ASA o USAS.

Formalmente American Society for Metals (ASM). En la actualidad, el acrónimo ASM carece de definición.

En 1993 la Anti-Friction Bearing Manufacturers Association (AFBMA) cambió su nombre al de American Bearing Manufacturers Association (ABMA).

Anteriormente National Bureau of Standards (NBS).

Primero, observe que no se puede decir nada en un sentido absoluto respecto de los costos. A menudo, los materiales y la mano de obra incrementan su costo de un año a otro.

Pero es de esperar que los costos del procesamiento de materiales presenten una tendencia la baja debido al empleo de máquinas herramientas automatizadas y robots industriales. El costo de fabricar un mismo producto varía de ciudad en ciudad y de una planta a otra, debido a las diferencias entre los gastos generales, mano de obra, impuestos y fletes y a las ligeras variaciones en la manufactura.

Tamaños estándar

La utilización de tamaños estándar o corrientes es el principio fundamental de la reducción del costo. Un ingeniero que especifica una barra AISI 1020 de acero laminado en caliente de sección cuadrada de 53 mm de lado, denominada cuadrado laminado en caliente, suma un costo agregado al producto, ya que una barra estándar cuadrada de 50 o 60 mm, que tiene un tamaño preferible, funcionaría igualmente bien. La medida de 53 mm se puede obtener por medio de pedido especial, o mediante el laminado o maquinado de una barra cuadrada de 60 mm, pero estos enfoques agregan costo al producto. Para asegurar que se especifiquen tamaños estándar o recomendables, el diseñador debe tener acceso a las listas de existencia de los materiales que se emplean.

Aún es necesario un consejo adicional respecto de la selección de los tamaños recomendables.