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.