Artículo 2.1 Introducción y sinopsis

Capitulo 2

El proceso de diseño

2.1 Introducción y sinopsis

Es un diseño mecánico con el que nos preocupamos principalmente aquí; se trata de los principios físicos, el funcionamiento adecuado y la producción de sistemas mecánicos. Esto no significa que ignoremos el diseño industrial, que habla de patrón, color, textura y (sobre todo) atractivo para el consumidor, pero eso viene después. El punto de partida es un buen diseño mecánico y las formas en que la selección de materiales y procesos contribuyen a ello.

Nuestro objetivo es desarrollar una metodología para seleccionar materiales y procesos que estén dirigidos por el diseño; es decir, la selección usa, como entradas, los requisitos funcionales del diseño. Para hacerlo, primero debemos mirar brevemente el diseño en sí. Al igual que la mayoría de los campos técnicos, está incrustado en su propia jerga especial, parte de la cual limita con lo incomprensible. Necesitamos muy poco, pero no se puede evitar todo. Este capítulo presenta algunas de las palabras y frases (el vocabulario) del diseño, las etapas en su implementación y las formas en que la selección de materiales se relaciona con estos.

2.2 El proceso de diseño

El punto de partida es una necesidad del mercado o una idea nueva; el punto final es la especificación completa del producto de un producto que satisfaga la necesidad o encarne la idea. Se debe identificar una necesidad antes de que se pueda cumplir. Es esencial definir la necesidad precisamente, es decir, formular una declaración de necesidad, a menudo en la forma: '' se requiere un dispositivo para realizar la tarea X '', expresada como un conjunto de requisitos de diseño. Los escritores en diseño enfatizan que la declaración y su elaboración en los requisitos de diseño deben ser neutrales a la solución (es decir, no deben implicar cómo se realizará la tarea), para evitar el pensamiento limitado limitado por preconcepciones. Entre la declaración de necesidad y la especificación del producto se encuentra el conjunto de etapas que se muestra en la Figura 2.1: las etapas de los diseños conceptuales, de realización y detallados, explicados en un momento.

El producto en sí se llama sistema técnico. Un sistema técnico consiste en subconjuntos y componentes, ensamblados de una manera que realiza la tarea requerida, como en el desglose de la Figura 2.2. Es como describir un gato (el sistema) formado por una cabeza, un cuerpo, una cola, cuatro patas, etc. (los subconjuntos), cada uno compuesto por componentes: fémures, cuádriceps, garras, pelaje. Esta descomposición es una forma útil de analizar un diseño existente, pero no es de mucha ayuda en el proceso de diseño en sí, es decir, en la síntesis de nuevos diseños. Mejor, para este propósito, se basa en las ideas del análisis de sistemas. Piensa en las entradas, flujos y salidas de información, energía y materiales, como en la Figura 2.3. El diseño convierte las entradas en las salidas. Un motor eléctrico convierte electricidad en energía mecánica; una prensa de forja toma y reforma el material; una alarma antirrobo recopila información y la convierte en ruido. En este enfoque, el sistema se divide en subsistemas conectados, cada uno de los cuales realiza una función específica, como en la Figura 2.3; la disposición resultante se llama función-estructura o descomposición de funciones del sistema. Es como describir a un gato como un enlace apropiado de un sistema respiratorio, un sistema cardiovascular, un sistema nervioso, un sistema digestivo, etc. Los diseños alternativos vinculan las funciones de la unidad de formas alternativas, combinan funciones o las dividen. La función-estructura proporciona una forma sistemática de evaluar las opciones de diseño.

El diseño procede desarrollando conceptos para realizar las funciones en la estructura de funciones, cada una basada en un principio de funcionamiento. En esta etapa, el diseño conceptual, todas las opciones están abiertas: el diseñador considera los conceptos alternativos y las formas en que estos se pueden separar o combinar. La siguiente etapa, encarnación, toma los conceptos prometedores y busca analizar su operación en un nivel aproximado. Esto implica dimensionar los componentes y seleccionar los materiales que funcionarán correctamente en los rangos de tensión, temperatura y ambiente sugeridos por los requisitos de diseño, examinando las implicaciones para el rendimiento y el costo. La etapa de realización finaliza con un diseño factible, que luego se pasa a la etapa de diseño detallado. Aquí se elaboran las especificaciones para cada componente. Los componentes críticos pueden someterse a un análisis mecánico o térmico preciso. Los métodos de optimización se aplican a componentes y grupos de componentes para maximizar el rendimiento. Se realiza una elección final de geometría y material, y se analizan y miden los costos de los métodos de producción. La etapa finaliza con una especificación de producción detallada.

Todo eso suena bien y bien. Si solo fuera tan simple. El proceso lineal sugerido por la Figura 2.1 oscurece el fuerte acoplamiento entre las tres etapas. Las consecuencias de las decisiones tomadas en las etapas del concepto o la realización pueden no ser aparentes hasta que se examine el detalle. La iteración, el retorno para explorar alternativas, es una parte esencial del proceso de diseño. Piense en cada una de las muchas opciones posibles que se podrían hacer como una matriz de blobs en el espacio de diseño como lo sugiere la Figura 2.4. Aquí C1, C2,. . . son conceptos posibles, y E1, E2,. . . , y D1, D2,. . . son posibles formas de realización y elaboraciones detalladas de ellos. Luego, el proceso de diseño se convierte en crear rutas, vinculando blobs compatibles, hasta que se establece una conexión desde la parte superior ("necesidad del mercado") hasta la parte inferior ("especificación del producto"). Los caminos de prueba tienen callejones sin salida, y vuelven a conectarse. Es como encontrar una pista en un terreno difícil, puede ser necesario retroceder muchas veces si, al final, vamos a avanzar. Una vez que se encuentra una ruta, siempre es posible hacer que se vea lineal y lógica (y muchos libros lo hacen), pero la realidad se parece más a la Figura 2.4, no a la Figura 2.1. Por lo tanto, una parte clave del diseño, y de la selección de materiales para ello, es la flexibilidad, la capacidad de explorar alternativas rápidamente, manteniendo el panorama general y los detalles enfocados. Nuestro enfoque en capítulos posteriores está en la selección de materiales y procesos, donde surge exactamente la misma necesidad. Esto requiere un mapeo simple de los "reinos" de materiales y procesos que permiten un estudio rápido de las alternativas y al mismo tiempo proporcionan detalles cuando es necesario. Los cuadros de selección del Capítulo 4 y los métodos del Capítulo 5 ayudan a hacer esto.

Descrito en el resumen, estas ideas no son fáciles de entender. Un ejemplo ayudará - viene en la Sección 2.6. Primero, un vistazo a los tipos de diseño.

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