Diseño de productos diseño en ingeniería

Copyright del texto © 2013 Giovanni Torres Charry

Todos los derechos reservados

Para más documentos, visita el sitio: http://goodesgoesheaven.blogspot.com/

http://goodesgoesheaven.blogspot.com/

Capítulo 2

Giovanni Torres Charry. IM, MSc. © 2013 http://goodesgoesheaven.blogspot.com/

_________________________________________________________________________________

CAPÍTULO DOS

Diseño en ingeniería

Figura 2.1 Plano de dibujo y elementos mecánicos

Diseño en Ingeniería 3

Antes de iniciar con definiciones y discursos sobre diseño es importante hacer claridad que este es un tipo

de actividad cognitiva más que un estatus profesional, diseñar tampoco es dominar el uso de software de

diseño y análisis de ingeniería, el diseño es una actividad humana dirigida principalmente por el

conocimiento; sin embrago tampoco es una actividad realizada por personas superdotadas, como veremos

en este libro, todos en algún momento hemos diseñado!

El diseño como tarea consiste en pensar (idear) y describir un artefacto o una combinación de elementos

que involucran unas características deseadas (específicamente funciones). El diseño como proceso

consiste en tomar información de la situación, necesidades y requisitos y transformarla en la descripción

de un artefacto que las satisfaga. En concordancia con lo anterior, se podría señalar que el individuo que

diseña, es un medio de trasformación de información, que proviene inicialmente del cliente, pero que se

alimenta también de conocimiento propio del diseñador y conocimiento adquirido durante el proceso, para

dar lugar a un artefacto imaginado que cuando es llevado a la realidad, confirma las características con las

que se pensó.

Un proceso de diseño involucra conocimiento de diseño, información de diseño y su manejo por parte del

diseñador; esto significa que se necesitan teorías y metodologías para capturar, representar, modelar y

codificar el conocimiento y la información del diseño. Al mismo tiempo estas clases de conocimiento

deben ser utilizadas apropiadamente.

El hecho de la intervención cognitiva del individuo además de elementos subjetivos que se unen en un

sistema a los elementos técnicos, confieren a la ingeniería del diseño una complejidad elevada. Su estudio

ha cobrado relevancia en las últimas décadas, generando un movimiento de investigación importante. Hoy

día se habla del diseño como una ciencia y se reconoce la interacción de un gran conjunto de

características dentro de su definición, como por ejemplo: solución de problemas, toma de decisiones,

creatividad, búsqueda heurística, evolución, aprendizaje, negociación, conocimiento, optimización,

organización, satisfacción de necesidades, etc.; todas ellas necesarias, pero no suficientes por si solas

(aisladamente).

Los estudios sobre el proceso de diseño, entre otras cosas, ha dejado como resultado un sin número de

propuestas para representarlo (modelos descriptivos), para realizarlo (modelos prescriptivos), para

entenderlo (modelos cognitivos) y para automatizarlo (modelos computacionales); además de la gran

cantidad de técnicas y herramientas que sirven para asistirlo.

El proceso de diseño se suele subdividir en dos clases de acciones mentales: el análisis y la síntesis. Se

puede decir que los currículos académicos de la ingeniería se sesgan hacia el análisis, dejando a la síntesis

un tanto en el aire, bajo el supuesto de que la experiencia y el conocimiento del ingeniero de diseño son

suficientes para desarrollarla con éxito. Sin embargo, las exigencias del mundo globalizado actual, por

productos cada vez más competitivos, más creativos, más innovadores, han incrementado la necesidad de

que la etapa de síntesis, aquella en la que la creatividad juega un papel fundamental, sea tenida en cuenta

de una mejor manera. Este reconocimiento ha dado lugar a nuevas tendencias de las investigaciones en la

ingeniería de diseño.

2.1. Definiciones de diseño

En la literatura desarrollada en los últimos años se pueden encontrar diferentes definiciones de diseño,

algunos de estos son:

1. Pugh (1990) lo define bajo el término “diseño total” como la actividad sistemática desarrollada

para satisfacer una necesidad y que cubre todas las etapas desde la identificación de la necesidad

hasta la venta del producto.

2. Pahl y Beitz (1995) lo definen como una actividad que afecta a casi todas las áreas de la vida

humana, utiliza leyes de la ciencia, se basa en una experiencia especial y define los requisitos para

la realización física de la solución.

Capítulo 2


3. Hubka y Eder, define la actividad de diseñar como la reflexión y descripción de una estructura que

potencialmente incorpora unas características deseadas.

4. Dym (2002), propone la siguiente: “es la generación y evaluación sistemática e inteligente de

especificaciones para artefactos cuya forma y función alcanzan los objetivos establecidos y

satisfacen las restricciones especificadas”.

5. El ICSID (The International Council of Societies of Industrial Design) define el diseño

como “una actividad creativa cuyo propósito es establecer las cualidades multifacéticas de

objetos, procesos, servicios y sus sistemas, en todo su ciclo de vida. Por lo tanto, es el factor

principal de la humanización innovadora de las tecnologías, y el factor crítico del intercambio

cultural y económico”

Aunque se podrían seguir mencionando muchas otras definiciones de diseño, las aquí expuestas formulan

el significado moderno del término y recoge los principales elementos inherentes a él:

1. El diseño busca la satisfacción de una necesidad o necesidades, es decir, aborda la solución a una

situación problemática identificada o en ocasiones creada.

2. Para lograr obtener una solución se debe tener en cuenta el entorno en el que se aplicará y las

interrelaciones entre sus componentes, es decir, tener un enfoque sistémico, lo cual implica una

actuación multidisciplinaria y la consideración de todo el ciclo de vida del producto

3. Considera las limitaciones impuestas por factores externos de orden físico, económico, social y

funcional, a lo que comúnmente se le denomina restricciones.

4. Es en su esencia una actividad creativa por excelencia, en la que se tiene la posibilidad de

desplegar en toda su magnitud esta característica inherente del ser humano.

En resumen, el diseño se entiende como el desarrollo de un artefacto o un sistema que sea portador de

características deseadas (particularmente, funciones) y que se logra básicamente por la trasformación de

información sobre condiciones, necesidades, demandas, requisitos y exigencias, en la descripción de un

artefacto capaz de satisfacer esas demandas, que pueden incluir no solo los deseos del cliente, sino

también requisitos de todo el ciclo de vida, esto es, de todos los estados intermedios por los que pasa el

producto.

2.2. Metodologías de diseño

Las metodologías de diseño tratan con los procedimientos concretos de diseño al nivel del proceso y de

sus actividades [algunas veces llamada teoría prescriptiva (Finger 1989)], y no del diseño de una clase

específica de artefactos (pe. Automóviles, aviones, máquinas herramientas) que deberían ser llamados

métodos de diseño.

La metodología de diseño empieza con un modelo para el proceso de diseño que puede ser utilizado para

desarrollar las especificaciones de un producto. En todos los casos es evidente que el proceso de desarrollo

es generalmente contemplado como una secuencia lógica de fases dentro de las cuales son ejecutadas las

tareas específicas. Aunque existen diferencias, como por ejemplo en el alcance de los modelos y el uso de

las iteraciones, todos los modelos muestran una manera similar de describir el progreso a través de una

secuencia de eventos.

Es interesante aquí precisar la diferencia entre los términos método, técnica, modelo y metodología, ya

que ellos son utilizados de diferentes maneras en la literatura y puede prestarse a confusión. Método hace

referencia a la manera cómo una persona (un ingeniero de diseño, en este caso), realiza su tarea (diseñar);

las técnicas son las herramientas que utiliza tal persona para aplicar su método; el modelo es la forma de

representar el método, con el fin de estudiarlo y comprenderlo; la metodología es el estudio formal del

método. De esta manera, mientras que las técnicas son herramientas para el método, el modelo lo es para

la metodología.


2.3. Modelos de diseño

En general se entiende como modelo de diseño la forma de representación del proceso que desarrolla el

diseñador en su labor. Los modelos y métodos de diseño se pueden enmarcar dentro del campo que los

expertos califican como investigación en diseño, cuyo objetivo genérico es establecer nuevas formas o

recomendaciones que potencien la eficiencia en el diseño.

En un panorama global, de acuerdo a las tendencias de investigación en ingeniería de diseño, los modelos

de diseño se podrían clasificar en cuatro categorías: los modelos cognitivos, los modelos computacionales,

los modelos descriptivos y los modelos prescriptivos.

Los modelos cognitivos abordan la importancia de la participación del individuo diseñador y los modelos

computacionales, abren el espacio a la integración del ordenador como herramienta de asistencia en el

proceso; los modelos descriptivos muestran la secuencia de actividades que ocurren en diseño mientras

que los prescriptivos, como su nombre lo indica, señalan un patrón de actividades de diseño. Debido al

enfoque de este libro los modelos cognitivos y computacionales no serán tratados en detalle y por el

contrario su desarrollo se centrará en los modelos descriptivos y prescriptivos y las herramientas utilizadas

en su aplicación.

2.3.1. Modelos descriptivos del diseño

El modelo lineal del proceso de diseño, aunque resulta muy básico, permite identificar las fases del diseño

que son comúnmente aceptadas por la mayoría de investigadores. En la Figura 2.2 se muestran las fases de

diseño conceptual, preliminar y detallado correspondientes al modelo descriptivo lineal de diseño más

básico que se puede tener; en la literatura se pueden encontrar modelos descriptivos lineales que

involucran también, al inicio la fase de definición del problema y al final la fase de comunicación del

diseño.

La fase de identificación de la necesidad, además de

estar dedicada a establecer las necesidades de los

clientes también debe servir para aclarar estas y

para reunir la información necesaria que permita

desarrollar un planteamiento de ingeniería de lo que

el cliente desea. Involucra el establecimiento de las

necesidades que requieren ser resueltas, identificar

los objetivos que deben ser alcanzados por la

solución e identificar quienes serán los beneficiarios

de la solución.

A partir del planteamiento del cliente, el cual en

muchas ocasiones se hace en sus propias palabras,

se deben aclarar los objetivos del diseño, establecer

los requerimientos del usuario, identificar

restricciones y establecer funciones; el resultado

será el planteamiento modificado del problema en el

cual se incluyan los objetivos detallados

(ponderados), las restricciones y limitaciones, los

requerimientos del usuario, las funciones y las

necesidades de recursos.

En la fase de diseño conceptual la meta es la generación de conceptos o esquemas de diseños alternativos;

a partir del planteamiento modificado del problema se deben establecer las especificaciones del diseño y

Figura 2.2 Modelo descriptivo lineal del diseño

Diseño conceptual

Diseño preliminar

Diseño detallado

Identif icación de

la necesidad

Diseño f inal

Capítulo 2


en función de estas generar alternativas de diseño, las cuales serán presentados mediante diseños o

esquemas conceptuales junto a las especificaciones de diseño establecidas. Los conceptos son ideas de

solución generalmente representadas mediante bosquejos acompañados de una descripción textual.

Algunos la denominan fase de síntesis del diseño; en esta fase se generan principios de solución, pero no

se obtienen estructuras de solución lo suficientemente válidas (o acabadas) como para materializar la

respuesta al problema. Sin embargo, es la etapa que demanda del diseñador una alta dosis de abstracción y

de creatividad; está caracterizada por la incertidumbre del éxito y por la dinámica de la evolución hacia

estructuras válidas.

En la fase de diseño preliminar el objetivo es la identificación de los atributos principales de los conceptos

o esquemas de diseño. Con los diseños o esquemas conceptuales y las especificaciones de diseño

establecidas se busca modelar y analizar alternativas de diseño conceptual, luego estas alternativas se

deben evaluar para seleccionar un concepto de diseño a desarrollar. En esta fase se avanza en la

concretización de una solución al problema, determinando componentes e interacciones con el suficiente

grado como para poderla evaluar objetivamente. Se obtienen formas específicas, materiales propuestos y

planos de conjunto con dimensiones generales, que representan al producto como un conjunto organizado

de piezas, componentes, enlaces y acoplamientos.

Habiendo ya seleccionado el concepto de diseño a desarrollar, el objetivo en la fase de diseño detallado es

precisamente afinar y definir en forma detallada dicho diseño final. Este refinamiento y optimización debe

conducir a establecer las especificaciones de fabricación. Esta fase corresponde a la generación de todas

las especificaciones necesarias para la producción del producto, esto puede involucrar la elaboración de

planos de detalle, la determinación de etapas de fabricación, la identificación de proveedores, etc.

2.3.2. Modelos prescriptivos del diseño

Como se mencionó, los modelos prescriptivos además de describir, dan pautas para desarrollar cada una

de las fases y etapas del proceso de diseño. En esta categoría existen gran cantidad de propuestas, aquí se

presentarán de manera general tres de las más importantes: la de Dym, la de Roth y la Pahl y Beitz.

2.3.2.1. Modelo prescriptivo de Dym

El modelo del proceso de diseño de Dym está configurado por cinco etapas que empiezan con el

planteamiento por parte del cliente y termina cuando el diseño final se documenta al cliente. Cada una de

las etapas involucra a su vez la realización de tareas específicas de diseño, como se muestra en la figura

2.3; a continuación se describen brevemente cada una de las fases.

La fase de definición del problema está dedicada a aclarar los objetivos establecidos por el cliente y a

reunir la información necesaria para desarrollar un planteamiento de ingeniería de lo que el cliente desea.

Involucra el establecimiento de las necesidades que necesitan ser resueltas, identificar los objetivos que

deben ser alcanzados por la solución e identificar quienes serán los beneficiarios de la solución.

A partir del planteamiento del cliente, el cual en muchas ocasiones se hace en sus propias palabras, se

deben aclarar los objetivos del diseño, establecer los requerimientos del usuario, identificar restricciones y

establecer funciones; el resultado será el planteamiento modificado del problema en el cual se incluyan los

objetivos detallados (ponderados), las restricciones y limitaciones, los requerimientos del usuario, las

funciones y las necesidades de recursos.

El planteamiento modificado del cliente será el problema “real” que deberá ser resuelto y se define en la

forma de objetivos de diseño que deberán ser alcanzadas.

En la fase de diseño conceptual la meta es la generación de conceptos o esquemas de diseños alternativos.

A partir del planteamiento modificado del cliente se establecen las especificaciones del diseño y en


función de estas se generan alternativas de diseño, las cuales serán presentadas mediante diseños o

esquemas conceptuales junto a las especificaciones de diseño establecidas. Los conceptos son ideas de

solución generalmente representadas mediante bosquejos acompañados de una descripción textual.

Figura 2.3 Modelo prescriptivo del diseño de Dym

El objetivo en la fase del diseño preliminar es la identificación de los atributos principales de los

conceptos o esquemas de diseño. Con los diseños o esquemas conceptuales y las especificaciones de

diseño ya establecidas se busca modelar y analizar alternativas de diseño conceptual, en seguida estas

alternativas son evaluadas para seleccionar un concepto de diseño a desarrollar.

Habiendo ya seleccionado el concepto de diseño a desarrollar, el objetivo en la fase de diseño detallado es

precisamente afinar y definir en forma detallada dicho diseño final. Este refinamiento y optimización debe

conducir a establecer las especificaciones de fabricación.

La fase de comunicación del diseño está dedicada a documentar las especificaciones de fabricación y su

justificación, esto se puede lograr mediante un informe final al cliente que entre otras cosas debería

contener las especificaciones de fabricación y la justificación de las especificaciones de fabricación.

Además de ampliar el modelo de diseño descriptivo, Dym en su modelo involucra componentes de

retroalimentación. En la figura 2.3 se puede ver que la retroalimentación en el proceso ocurre en dos

formas principalmente, la primera es un ciclo interno de retroalimentación en donde los resultados de la

tareas de las fases de diseño conceptual y diseño preliminar son retroalimentadas a la etapas previas para

verificar que el diseño funciona como se esperaba, el segundo ciclo de retroalimentación es externo y

ocurre después de que el producto que resulta del diseño ha sido utilizado bajo las condiciones de

operación y en el mercado para el cual fue pensado.

Def inición del problema

1. Aclarar objetivos

2. Establecer requerimientos del usuario

3. Identificar restricciones

4. Establecer funciones

Diseño conceptual

Diseño preliminar

Diseño detallado

Comunicación del diseño10. Documentar el diseño

Especif icaciones

Planteamiento

Del cliente

5. Establecer especificaciones de diseño

6. Generar alternativas

7. Modelar o analizar el diseño

8. Probar y evaluar el diseño

9. Afinar y optimizar el diseño

Producto validación

verif icación

Capítulo 2


2.3.2.2. Modelo prescriptivo de Roth

El modelo del proceso de diseño de Roth (fig. 2.4) se refiere explícitamente a las tareas de diseño y

excluye aquellos pasos que ocurren después que se ha completado el diseño, aunque la estructura del

modelo es adecuado para toda la fase de desarrollo.

Figura 2.4 Modelo prescriptivo del diseño de Roth

El modelo muestra las fases o estados en la evolución del diseño de un producto y descompone estas fases

en actividades para ser ejecutadas durante dichas fases. Este modelo considera iteraciones al final de la

fase conceptual (funcional) y de la fase de detalle (diseño de la forma) con posibilidad de regresar a

cualquiera de las actividades previas, una vez que la actividad de evaluación haya sido ejecutada.

Tarea

Especif icación

Especif icaciones funcionalesRequerimientos Técnicos &

Especif icaciones costo

Determinar la estructura

funcional general

Determinar la estructura

funcional especial

Función real

Función especif icada Vs.

Función real

Diseño de forma &

Selección de materiales

Diseño para producción

Funciones reales &

Costos reales

Función Actual Vs.

especif icaciones & costo

Dibujos para producción

Fase de Formulación

de la tarea

Fase funcional

Fase de diseño

de la forma

resultado

Producto


En este modelo se definen cuatro fases diferentes y empieza con una tarea dada. Durante la fase de la

formulación de la tarea, la tarea será especificada mediante la definición de especificaciones funcionales.

En la fase funcional el producto será desarrollado en algunos conceptos mediante la determinación de

diferentes funciones del producto, la fase finaliza comparando las funciones del concepto con las

funciones especificadas en la primera fase. Si es necesaria, es posible en este punto realizar alguna

iteración hacia cualquier paso previo. Durante este estado y el siguiente se deberían consultar catálogos de

diseño.

En la fase de diseño de forma el concepto funcional del producto será detallado definiendo su forma,

materiales, métodos de producción y costos. Después de este detallamiento las propiedades del producto

desarrollado deben ser comparadas con los requerimientos funcionales definidos en la primera fase.

En la fase de resultados el producto diseñado será preparado para su manufactura creando planos de taller,

de detalle y ensamble de tal manera que este pueda ser manufacturado y ensamblado adecuadamente.

2.3.2.3. Modelo prescriptivo de Pahl y Beitz

Es tal vez el modelo más conocido y utilizado tanto en la industria como en la educación. El método de

Pahl y Beitz utiliza la teoría de sistemas para sustentar la propuesta de trabajo a través de funciones y

subfunciones, que combinan los efectos físicos con las características geométricas y los materiales, para

que surja el principio de solución.

El método centra su atención en el denominado «embodiement design» (diseño para dar forma), pero para

ello, propone un desarrollo de proyecto por módulos funcionales separados, lo cual tiene como ventaja la

simplificación del análisis, pero la desventaja de que puede llegarse a una propuesta de conjunto muy

compleja. En este modelo el proceso de diseño (o desarrollo de productos) es descompuesto en cuatro

fases principales (fig. 2.5).

En la fase de planeación y clarificación de la tarea se especifica la información que es requerida. La fase

de planeación se refiere a la planeación del producto; en la clarificación de la tarea se recaba información

acerca de los requerimientos que deben ser cumplidos, sobre las restricciones que los acompañan y su

importancia.

La meta en la fase conceptual es determinar el principio de solución, alcanzado este abstrayendo los

problemas esenciales, estableciendo estructuras funcionales, buscando principios de trabajo apropiados y

entonces combinando estos principios en una estructura que funcione adecuadamente. A menudo en este

punto se requiere una representación más concreta para la evaluación de la estructura.

El diseño para dar forma empieza con el concepto y a partir de esta construye la estructura (bosquejo

global). Frecuentemente son desarrollados algunos bosquejos preliminares para realizar comparación de

alternativas; el bosquejo definitivo provee verificación de la función, resistencia, compatibilidad espacial

y viabilidad económica.

En el diseño de detalle son delineadas la disposición, formas, dimensiones y propiedades de las superficies

de todos los elementos; son especificados los materiales, son calculadas las posibilidades de producción y

estimados los costos, y son elaborados todos los documentos y planos para producción. El resultado de la

fase de diseño de detalle es la especificación para producción.

Capítulo 2


Figura 2.5 Modelo prescriptivo del diseño de Pahl y Beitz

Pahl y Beitz recomiendan utilizar herramientas que ayuden a visualizar efectos físicos que permitan

encontrar elementos funcionales que desempeñen subfunciones que pueden ser combinadas

sistemáticamente utilizando la llamada tabla morfológica y generar un gran número de alternativas de

solución.

2.3.2.4. Desarrollo integrado de productos de Andreasen

En el modelo de desarrollo integrado de productos, el proceso es relacionado a tres diferentes aspectos;

mercado, producto y producción. El ciclo de desarrollo consiste de las siguientes fases (ver figura 2.6):

Reconocimiento de la necesidad

Tarea: Mercado,

economía, compañía

Planear y clarif icar

la tarea

Identif icar problemas esenciales

Establecer estructuras funcionales

Buscar principios de solución

Combinar y conf irmar variantes de conceptos

Evaluar por criterios técnicos y económicos

Desarrollar arreglos preliminares y diseños de forma

Seleccionar

Ref inar y evaluar por criterios técnicos y económicos

Optimizar y completar los diseños preliminares

Verif icar

Preparar lista de partes y documentos de producción

Finalizar detalles

Completar dibujos y documentos de producción

Verif icar documentación

Documentación

Solución

Actu

aliz

ar

y m

ejo

rar

Pla

near

y

Cla

rifi

car la

tare

aD

iseño

co

ncep

tual

Dis

eño

para

dar

form

aD

iseño

de d

eta

lle

Especif icaciones

Concepto

Arreglo preliminar

Arreglo def initivo


Investigación de la necesidad: la salida de esta fase es la necesidad percibida, establecida para un

tipo de producto y un tipo de proceso.

Principio del producto: Esta fase clarifica el uso del producto y sus principios generales. A partir

de aquí son determinados los posibles tipos de producción y la relación con los productos de la

competencia.

Figura 2.6 Proceso de desarrollo integrado de productos de Andreasean

Al analizar cada uno de los métodos de diseño aquí expuestos se puede concluir que a pesar de las

diferencias que pueden existir entre ellos, muestran algunas coincidencias que llevan a afirmar el

reconocimiento de etapas comunes, como es el caso concreto de la etapa de generación de conceptos de

diseño, esto es, de alternativas de solución al problema que se aborda en un momento determinado y en el

cual la creatividad es la protagonista principal.

Hay que, sin embargo, tener claridad en que el modelo no es otra cosa que una herramienta que puede

orientar un proceso, pero que no lo debe limitar ni subyugar. El método que se utilice estará sometido al

proceso y no al contrario, por otro lado el solo modelo no es suficiente para garantizar un correcto diseño,

principalmente debido a la incapacidad de representar el contexto del proyecto como un sistema y un

sistema con interacciones complejas.

En los siguientes capítulos se describirán con mayor detalle cada una de las fases y actividades del modelo

de Pahl y Beitz, el cual el autor tomará como base para la enseñanza del proceso de diseño

2.3.3. Herramientas de diseño

Con el incremento de la competencia, las compañías prefieren emplear ingenieros que puedan desempeñar

sus obligaciones como ingenieros sin una significativa capacitación dentro de la compañía. En la industria,

los ingenieros y jefes de áreas de diseño están más preocupados con los resultados del diseño y de seguir

Determinación de la

Necesidad básica

Determinación del

tipo de producto

Consideración del

tipo de proceso

La

necesid

ad

Investigación

del usuario

Principio de diseño

del producto

Determinación del

tipo de producción

Investigación

del mercado

Diseño preliminar

del producto

Determinación de los

principios de producción

Preparación para

las ventas

Modif icación para

manufactura

Determinación del

tipo de producción

Investigación

del usuario

Principio de diseño

del producto

Determinación del

tipo de producción

Reco

no

cim

iento

de la

necesid

ad

Investigación

de la necesidad

Principio

del producto

Diseño del

producto

Preparación del

productoEjecución

Capítulo 2


procesos específicos de diseño de manera rigurosa para asegurar que los resultados finales del diseño

cumplen con los objetivos del diseño del producto y el desarrollo de proyectos. Se presenta aquí un breve

resumen de las técnicas, métodos y herramientas que se han venido proponiendo como elementos de

ayuda al desarrollo de productos.

2.3.3.1. Diseño adaptable

El diseño adaptable (AD por sus siglas en ingles) es un enfoque de diseño que apunta a la creación de

productos y diseños que puedan ser fácilmente adaptables a diferentes y cambiantes requerimientos.

Cuando los requerimientos de diseño son modificados debido a cambios en los requerimientos de los

clientes o el ambiente de operación de los productos o debido a avances en la tecnología, el diseño

existente necesita ser adaptado para crear un nuevo diseño y sus productos o el producto existente necesita

adaptarse directamente para satisfacer los nuevos requerimientos.

Para reducir los esfuerzos de diseño y de adaptación del producto, tanto la adaptabilidad del diseño y del

producto deben ser considerados en la etapa del diseño. En este sentido, el diseño adaptable es una

metodología de diseño para la fácil adaptación del diseño o el producto, considerando cambios en los

requerimientos.

La adaptabilidad del diseño es la capacidad de un diseño existente de adaptarse para crear un diseño nuevo

o modificado basado en los requerimientos que cambiaron. El fabricante puede beneficiarse de la

adaptabilidad del diseño al reusar la mayor parte de las soluciones de diseño y los procesos de producción

existentes acortando el periodo de desarrollo e incrementando la calidad del producto.

La adaptabilidad del producto es la capacidad de un producto físico de adaptarse para satisfacer los

requerimientos que cambiaron. La adaptabilidad del producto es por lo general lograda modificando el

producto existente, bien sea agregando nuevos componentes y/o módulos, reemplazando o actualizando

los componentes existentes (partes, módulos, controladores, software, etc.) con otros nuevos y

reconfigurando los componentes existentes (partes, módulos, controladores, software, etc.).

El diseño adaptable presenta principalmente dos tipos de beneficios: beneficio económico y beneficio

ambiental.

El beneficio económico se consigue al considerar la adaptabilidad del diseño en el sentido de que un

nuevo diseño y sus productos pueden ser creados más fácilmente modificando un diseño existente. La

adaptabilidad también presenta la oportunidad de diseñar productos personalizados a costos razonables

basados en requerimientos específicos de clientes individuales.

Cuando un producto alcanza el final de su vida, en general hay tres escenarios posibles; reusar sus

componentes en el proceso de re manufactura, reciclar el material o descartarlo. El diseño adaptable ofrece

la posibilidad de prolongar la vida del producto mismo y facilita también los procesos de re manufactura y

reciclaje.

2.3.3.2. Ingeniería concurrente

La ingeniería concurrente (CE por sus siglas en ingles) es un enfoque al desarrollo de productos en la que

las consideraciones del ciclo de vida del producto, desde la planeación, el diseño, la producción, el

servicio y aún el retiro del producto son integradas para reducir el tiempo de desarrollo del producto e

incrementar la calidad de este. La idea al parecer surgió del análisis que hicieron investigadores de estados

unidos sobre la competitividad de la industria automotriz japonesa en los años 80, época en la que el

desempeño de los automóviles japoneses excedía el de los de estados unidos.

Algunos de los factores identificados para la superioridad japonesa fueron, una estrecha comunicación

entre los equipos de los procesos de desarrollo y manufactura, metas compartidas entre los miembros de


los equipos, prestar atención a problemas potenciales. Estas prácticas eran naturales para los ingenieros

japoneses así que ellos en su momento no reconocieron estos planteamientos como métodos espéciales.

El alcance de la ingeniería concurrente está ahora extendida naturalmente a todo el ciclo de vida del

producto, donde el diseño del producto debe tomar en cuenta varias restricciones del ciclo de vida, tales

como requerimientos de mantenimiento, retorno, desensamble y reciclaje.

Desarrollos recientes de “ingeniería digital” ofrece bases firmes para implementar ideas sofisticadas de

ingeniería concurrente. Toda la información requerida de los productos y los procesos es representada en

una base digital de datos/conocimiento, y utilizada para el diseño del producto de una manera integrada.

Actualmente hay disponibles varios tipos de herramientas del tipo de tecnologías de la información y las

comunicaciones (TICs) para dar soporte a los procesos de ingeniería concurrente.

2.3.3.3. Diseño para “X”

El “Diseño para X” (DfX por sus siglas en ingles) es el nombre genérico para los miembros de una familia

de metodologías adoptadas para mejorar tanto el proceso de diseño como el diseño del producto desde una

perspectiva particular que es representada por la X. Existen un número de diferentes interpretaciones de la

X; la X puede representar:

Una propiedad específica (pe. Costo, calidad, tiempo de desarrollo, eficiencia, flexibilidad, riesgo

o efectos ambientales, etc.)

Una fase del ciclo de vida del producto (pe. Manufactura de partes, ensamble, distribución,

servicio o retiro, etc.)

De estos, la manufactura y el ensamble fueron los que se consideraron primero debido a que ambos

aparentemente son los que afectan en mayor medida la reducción de costos.

El diseño para manufactura (DfM por sus siglas en ingles) tiende a optimizar la manufacturabilidad del

producto. El DfM se enfoca en dos pasos en el diseño: Selección de la cadena de producción para una

parte y la optimización del diseño de la parte para la cadena seleccionada. En los dos pasos, dos aspectos

son investigados: la compatibilidad entre el diseño de las partes y su cadena y la optimización de uno o

más aspectos tales como costo, flexibilidad, daño al ambiente, etc.

El diseño para ensamble (DfA por sus siglas en ingles) se enfoca en minimizar el esfuerzo requerido para

el ensamble de un producto. Las dos principales reglas del DfA son la reducción del número de

operaciones de ensamble y la cantidad de equipo y diseño de las partes para fácil suministro, agarre e

inserción.

2.3.3.4. Métodos de toma de decisión

Aplicado desde los años 60, este método ha sido descrito como un proceso iterativo. En un sentido amplio,

involucra la generación de alternativas, un esquema de organización y evaluación para analizar las

alternativas, y eventualmente seleccionar la alternativa de diseño más deseable.

Todo proceso de decisión involucra tres fases fundamentales:

Establecer la meta u objetivos – si hay más de uno.

Identificar las restricciones.

Identificar las opciones.

El diseño para un propósito, o DfX, se enfoca en proceso de toma de decisiones a través de la

identificación de la meta del diseño. Por ejemplo, el diseño para la disponibilidad implica que la meta del

proceso de diseño es asegurar que el artefacto diseñado siempre esté disponible; esta puede ser

transformada en objetivos tales como la maximización de la fiabilidad (medida como la media del tiempo

Capítulo 2


entre fallas), y la maximización de la mantenibilidad (medida como la media del tiempo requerido para la

reparación). Esto ayuda a enfocar el proceso de diseño y a identificar las medidas con las cuales se pueda

evaluar el diseño.

Para hacer las selecciones deseadas, los ingenieros deben conocer que es lo que ellos desean lograr (es

decir, tener claramente definidos los objetivos del diseño) y ser capaces de evaluar o predecir el las

medidas del desempeño de las alternativas que están evaluando comparados contra lo que ellos desean.

Realmente, tener claridad de las metas y objetivos del diseño no es necesario únicamente para seleccionar

los diseños deseados, también es importante para incrementar la capacidad de los ingenieros de generar

alternativas de diseño nuevas y relevantes.

2.3.3.5. Análisis de modos de falla y sus efectos

Existen razones de seguridad y de eficiencia de recursos para evitar la falla en todo producto. Es

fuertemente deseable identificar y eliminar fallas potenciales de los productos durante los proceso de

diseño y antes de que estos sean entregados a los clientes. El Análisis de modos de falla y sus efectos

(FMEA por sus siglas en ingles) es un enfoque sistemático para tratar con tales problemas de fallas.

El análisis es normalmente realizado por un equipo de expertos quienes poseen una profunda comprensión

de productos objetivo y procesos de producción, y tienen bastante conocimiento y experiencia para

aplicación de este tipo de análisis; es por eso que la aplicación de FMEA en sus inicios fue limitado a

sistemas o productos de gran magnitud y complejidad. Recientemente mediante el uso de herramientas

computarizadas de soporte y la estandarización del método, el análisis se ha venido extendiendo a varias

industrias, tales como la automotriz y la electrónica.

FMEA es un planteamiento sintetizado, donde son identificados los modos de falla primitivos, y

posiblemente son predichas, con mediciones extremas, las posibles fallas del producto. Los modos de falla

significan posibles cambios del comportamiento de los componentes primitivos del producto o sus

funciones, que pueden causar fallas críticas del producto. Con una base de datos comprensiva de los

modos de falla derivadas de los reportes de fallas pasadas y la experticia humana, es posible enumerar

potenciales fallas críticas y mejorar el diseño del producto durante el proceso de desarrollo del producto.

Un procedimiento estándar de FMEA es como sigue:

Comprensión y modelado de productos objetivo y procesos de producción.

Identificación de modos de falla posibles.

Derivación de posibles fallas del producto debido a cada modo de falla.

Cálculo de medidas críticas de cada modo de falla basadas en la ocurrencia del modo de falla,

severidad de la falla del producto y defectibilidad del modo de falla.

Mejoramiento del diseño del producto basado en las medidas críticas.

2.3.3.6. QFD

Los productos de hoy en día deben responder a las altas demandas de los clientes y los rápidos avances

tecnológicos que se vienen presentando a diario, esto hace que el desarrollo de un producto se vuelva a

veces algo muy complicado y más aún, es muy difícil mantener los requerimientos iniciales del cliente a

través del ciclo de vida del producto.

Básicamente, es obligatorio controlar la calidad de la fabricación del producto de acuerdo a la calidad del

producto diseñado, con este fin fue desarrollada la técnica del QFD (Quality Funtion Deployment).

Inicialmente el QFD fue definido como un procedimiento para desplegar sistemáticamente el proceso de

desarrollo de un producto o las funciones que contribuyen a la calidad requerida en el producto. Sin


embargo muchas de las aplicaciones industriales del QFD se enfocan en el primer paso del despliegue que

traza los requerimientos funcionales (la voz de los clientes) en una estructura del producto y sus

componentes.

Esta técnica requiere gran cantidad de trabajo para el desarrollo de un completo proceso QFD; para reducir

esta cantidad de trabajo, el proceso de QFD ha sido estandarizado y se han preparado plantillas estándares.

La industria ha reconocido algunos beneficios de la aplicación de esta técnica: la estructuración de los

requerimientos de calidad del producto, la transferencia de los requerimientos de calidad del producto

hacia las fases iniciales del desarrollo, anulación de los problemas de calidad, fácil comparación con los

productos de la competencia, acumulación de una enorme cantidad de información sobre la calidad del

producto.

En la práctica los pasos del proceso de QFD pueden ser diferentes, dependiendo de: el tipo de producto, si

se trata de mejoramiento de productos existentes, si se trata de nuevos o innovadores productos,

producción en masa, etc. Básicamente cada paso consiste en trasladar elementos de calidad en otros

elementos de calidad utilizando una matriz de formulación (Llamada Casa de la calidad). Resumidos, los

pasos del QFD son:

1. Despliegue de la calidad: Traslado de la voz del cliente en características de calidad de los

productos medibles, estructura del producto y luego en componentes del producto.

2. Despliegue de la tecnología: Traslado de la estructura y componentes del producto en elementos

tecnológicos y procesos de manufactura.

3. Despliegue de los costos: Enumeración de elementos de costo de acuerdo al despliegue de la

tecnología.

4. Despliegue de la confiabilidad: Basados en los tres pasos previos se ejecuta un análisis de modos

de falla y sus efectos (FMEA).

Actualmente, se viene aplicando el QFD al diseño para el ambiente o Ecodiseño, en este caso la técnica es

llamada QFDE en la cual los requerimientos medioambientales son considerados junto a la voz del cliente,

el resto de pasos son básicamente los mismos.

De manera casi simultánea a la profundización en cada una de las fases del modelo de diseño de Pahl y

Beitz, en los siguientes capítulos se presentarán con un mayor grado de detalle algunas de estas

herramientas.

2.3.3.7. Método de Taguchi

El método de Taguchi apunta a mejorar la calidad de los procesos y productos a través de todo el ciclo de

vida del producto, y es considerado un extraordinario y exitoso enfoque en ingeniería de calidad. Desde el

punto de vista del diseño de productos y procesos, el método de Taguchi es esencialmente una

aproximación al diseño robusto.

El núcleo del método es el diseño paramétrico, donde son determinados los factores de control y sus

valores con el objeto de minimizar la sensibilidad de las variaciones de la calidad del producto con

respecto a factores ruido durante el uso del producto. La idea no es tratar de eliminar los factores de ruido

sino hacer el diseño del producto menos sensible a estos factores. La cuestión es cómo seleccionar los

factores de control apropiados y determinar sus valores que sean menos sensibles a los factores de ruido.

2.3.3.8. Diseño total de Pugh

La metodología del diseño total provee un marco de diseño para un modelo de proceso de diseño

estructurado que puede ser aplicado por profesionales en la industria. Su contribución real es el llamado

proceso de selección de conceptos, el cual iterativamente permite, utilizando una matriz de selección de

Capítulo 2


concepto (Matriz de Pugh), seleccionar el mejor concepto entre un número de candidatos basado en algún

criterio.

Este método no solo puede ser utilizado en la fase conceptual del diseño de soluciones completas, también

se puede utilizar para la selección de conceptos en la arquitectura global del sistema, subsistemas y

componentes individuales. El núcleo de la metodología de Pugh son las especificaciones de diseño del

producto.

Comparada con otras metodologías, la metodología de Pugh es simple y fácil de utilizar por los equipos de

diseño, quienes la han probado en numerosos usos industriales. Aunque su desarrollo se hizo de manera

independiente del QFD, esta puede ser integrada dentro del QFD.

2.4. Trabajo en equipo

Más allá de las metodologías y las técnicas de diseño que se seleccionen, está la implementación de estas.

La evolución de las necesidades de soluciones de diseño, que involucran cada vez una mayor sofisticación

y complejidad, y la globalización de la economía, entre otros factores han llevado a que los proyectos de

diseño ya no sean afrontados completamente por una sola persona, el “diseñador de la compañía”, como

sucedía en un comienzo; hoy en día, aún en las pequeñas empresas que diseñan o desarrollan artefactos o

productos, el proceso de diseño es desarrollado por equipos de diseño.

En la industria y en el campo del diseño particularmente, se pueden distinguir dos tipos de equipos de

diseño:

El primero denominado el equipo de diseño en ingeniería, está conformado por diseñadores todos

trabajando en un único componente o componentes separados de un ensamble. En estos equipos todos los

integrantes o participantes juegan un mismo rol en el proceso de diseño; todos son diseñadores con

conocimientos similares y trabajan como un equipo ya que el problema es muy grande para que uno solo

lo complete en un tiempo razonable.

El segundo es el denominado equipo de diseño concurrente, en este cada miembro del equipo cumple un

rol diferente. Los equipos de este tipo están generalmente integrados por representantes del área de

ingeniería, mercadeo y producción; adicionalmente pueden existir otros miembros o equipos de apoyo

externo.

En una compañía grande un equipo de diseño puede estar conformado, entre otros, por:

Ingenieros diseñadores. Soportan la mayor responsabilidad en el diseño; deben asegurarse que las

necesidades son claramente entendidas, se desarrollen los requerimientos de ingeniería y que sean

incluidos en el producto.

Ingenieros de producción. Como un soporte sobre los diferentes procesos de manufactura

aplicables al diseño; el ingeniero de producción no debe solamente conocer las capacidades de

manufactura propias de la compañía sino también lo que existe en la región y lo que en general la

industria puede ofrecer.

Ingenieros de automatización. Hoy en día la mayoría de las máquinas y productos tienen altos

componentes de automatización y control; este ingeniero es el encargado de diseñar o asesorar a

los diseñadores en los esquemas de automatización de los proyectos.

Dibujantes - detalladores. En muchas compañías los ingenieros de diseño son los encargados del

desarrollo de las especificaciones, de la planeación, del diseño conceptual y de las primeras fases

del diseño del producto; el proyecto es entonces entregado a los detalladores y dibujantes quienes

lo finalizan detallando y desarrollando la documentación para manufactura y ensamble (planos,

manuales, etc.)

Especialistas en materiales. Algunos proyectos pueden requerir que se diseñen materiales para

que cumplan con las necesidades del producto, en otras ocasiones la selección de los materiales

está influenciada por la disponibilidad. Esta actividad puede ser cumplida por un ingeniero de

materiales, sin embargo muchas veces se utilizan como asesores a los representantes de las casas


que venden materiales, estos generalmente tiene un amplio conocimiento sobre las capacidades y

limitaciones de sus materiales; muchos vendedores hoy en día proveen asistencia técnica como

parte de su servicio.

Especialistas en control de calidad y aseguramiento de la calidad. No solo hay que asegurarse

que estadísticamente los productos cumplan con las especificaciones, también es necesario que los

productos cumpla con los códigos o normas pertinentes; los encargados de la calidad

generalmente inspeccionan la materia prima, los elementos comerciales que se compran y los

elementos producidos internamente. En función de la aplicación del producto, también se deben

examinar las regulaciones existentes y verificar que se cumplen con ellas.

Diseñadores industriales. Mucho tiempo atrás primaba la funcionalidad de los productos sobre su

estética, hoy en día el éxito de muchos productos está influenciada por su apariencia. Los

diseñadores industriales son los responsables de cómo se ven los productos y que tan bien este

interactúa con los usuarios. Algunas veces se encargan de diseñar “el estuche” dentro del cual

deben trabajar los diseñadores (restricciones).

La efectividad del ejercicio de diseño, evidenciada en los resultados competitivos del diseño, está

íntimamente ligada a la conformación, administración y trabajo del equipo de diseño; en el anexo A se

hace una introducción al trabajo en equipo y a los equipos de diseño, se dan unas pautas para su

conformación y manejo.

BIBLIOGRAFÍA

[1] DYM, C y LITTLE, P. El proceso de diseño en ingeniería. 1 ed. México D.F.: Limusa Wiley, 2002.

328 p.

[2] Clausing D, Pugh S (1991) Enhanced Quality Function Deployment. Proceedings of the Design and

Productivity International Conference, Honolulu, HI, February 6–8, 15–25.

[3] Finger S, Dixon JR (1989) A Review of Research in Mechanical Engineering Design. Part I:

Descriptive, Prescriptive, and Computer-based Models of Design Processes. Research in Engineering

Design 1(1):51–67.

[4] Finger S, Dixon JR (1989) A Review of Research in Mechanical Engineering Design. Part II:

Representations, Analysis, and Design for the Life Cycle. Research in Engineering Design 1(2):121–

137.

[5] Gu P, Hashemian M, Nee AYC (2004) Adaptable Design. Annals of CIRP 53(2):539–557.

[6] Reich Y (1995) A Critical Review of General Design Theory. Research in Engineering Design 7(1):1–

18.

[7] Sohlenius G (1992) Concurrent Engineering. Annals of CIRP 41(2):645–656.

[8] Ullman DG (2002) The Mechanical Design Process. McGraw Hill.

[9] Tomiyama T (2006) A Classification of Design Theories and Methodologies. Proceedings of the 2006

ASME IDETC, Paper No. DETC2006-99444, ASME.

[10] Li H, Azarm S (2000) Product Design Selection Under Uncertainty and With Competitive

Advantage. Journal of Mechanical Design 122(4):411–418.

Documents

Diseño de productos diseño en ingeniería