El diseño en Ingeniería

ALEJANDRO TERÁN C.

Diseño: Intro 2

II: Definición (Institute of Industrial Engineers)

Ingeniería relacionada con el diseño, mejoramiento e instalación de sistemas integrados de personas,

materiales, información, equipo y energía.

Aprovecha el conocimiento especializado y lashabilidades de las ciencias matemáticas, físicas y

sociales, en conjunción con los principios y métodos del análisis y el diseño ingenieril para especificar, predecir

y evaluar los resultados que se obtienen de dichos tiposde sistemas.

Diseño: Intro 3

Actividades de un ingeniero• Resuelve problemas (También los matemáticos).

• Realiza análisis (También los estadísticos y los economistas).

• Diseña sistemas y procesos.

Diseño: Intro 4

ABET definition of Engineering

Engineering is the profession in which a knowledge of the mathematical and natural sciences, gained by

study, experience, and practice, is applied with judgment to develop ways to utilize, economically, the materials and forces of nature for the benefit of

mankind.

Diseño: Intro 5

Diseño

• Función más importante en la actividad profesional de un ingeniero.

• Es la esencia de la ingeniería. Su razón de ser.

• Consiste en buscar y encontrar la mejor solución a un ciertoproblema.

• PROBLEMA: Discrepancia entre lo real y lo deseado.

Diseño: Intro 6

Design and Analysis

Which of the following is design and which is analysis?

A. Given that the customer wishes to electric motor to a device, select appropriate motor, pulleys and necessary peripherals.

B. Given an electric motor, we determine the efficiency of the motor by conducting load tests.

Function is what is desired of a device.

Form is the solution to a design problem.

Diseño: Intro 7

Design: Definition

Set of decision making processes and activities to determine the form of an object, given the customer’s desired function.

• The crux of the design process is creating a satisfactory solution to a need …….

• It is what engineering is all about— Using knowledge and know-how to achieve a desired

outcome. — Designing is problem solving. — It is creative problem solving.

Diseño: Intro 8

Making decision? Use the design processEstablish functional requirementsDetermine constraintsSet performance targets

GeneratingAlternatives

FormulatingProblem

AnalyzingAlternatives

EvaluatingAlternatives

Create alternative forms(shape, configuration, size, materials, manufacturing processes)

all alternatives

feasible alternatives

Red

esig

nite

ratio

nDesign specifications

best alternative design candidateManufacturing specifications

Establish functional requirementsDetermine constraintsSet performance targets

GeneratingAlternatives

FormulatingProblem

AnalyzingAlternatives

EvaluatingAlternatives

Create alternative forms(shape, configuration, size, materials, manufacturing processes)

all alternatives

feasible alternatives

Red

esig

nite

ratio

nDesign specifications

best alternative design candidateManufacturing specifications

Diseño: Intro 9

Are there “phases” of design?

• How do design decisions change over time?• Is there a logical grouping of decisions?

Diseño: Intro 10

Example: Stop a spinning shaft

Early in the design process, we decide upon the specifics of the function to be performed:

• Decide upon a satisfactory rate of deceleration • Determine the length of the shaft• Determine where it is supported• Determine what actuating energy is available• Decide to reverse engineer an existing product• Choose to research brakes in the library

Formulation Phase

Diseño: Intro 11

Example: Decisions relating to concept?

Decide physical principles that will perform the function

1. Surface friction (e.g. drum brake, disk/caliper)2. Opposing magnetic fields (e.g. inverse motor)3. Air friction (e.g. fan blades)

• Assume we decide on surface friction

Concept Design Phase

Diseño: Intro 12

Example: Decisions on configuring productsand new components?

• Decide upon product components & how they are arranged.

• Decide upon part features & how they are arranged.

• Product configuration: — Disk/caliper, or drum, or band brake

— Location on shaft (right. left, middle)

• (Assume we decide on a disk/caliper brake)

• Part configuration:— Relative size of hub to disk

— Relative size of rotor thickness to diameter

Configuration Design Phase

Diseño: Intro 13

Example: Values for Parameters?

Decide upon specific values for design variables

1. Rotor diameter (outer)

2. Rotor thickness

3. Brake pad width

4. Pad material

5. Hydraulic pressure on piston

Parametric Design Phase

Diseño: Intro 14

Example: Completing the details

• Decide upon the remaining manufacturing specifications— machined rotor tolerances

— pad bonding resin

— assembly/testing procedure

Detail Design Phase

Diseño: Intro 15

Example: Final “Form” is the solution to a design problem

• Function ---- stop a spinning shaft

• Form— Rotor: 10 inch diameter, steel, 3/8-inch thick, cooling passages

— Forged steel caliper/housing

— Brake pads, 2 opposing, 4 sq. in., metal particles/epoxy matrix

— Steel piston,1-inch diameter, with elastomeric seals

— 100 psi hydraulic piston pressure

Diseño: Intro 16

Design Phases

Formulation

Concept

Detail

Parametric

ConfigurationPreliminary Design

Embodiment Design

Diseño: Intro 17

Design: Product/Service Realization

Beyond “pure” design:

Industrial DesignEngineering Design

Production Design

Manufacturing(Production)

DistributionService

Disposal

CustomerNeed

RealizedProduct

Sales / Marketing

Diseño: Intro 18

Engineering Roles in Design & Manufacturing Job Title Description Sales & Marketing

Sales Engineer Meets customers, determines needs, presents product offerings

Applications Engineer Assists sales & marketing solving technical issues with respect to the use of product

Field Service Engineer Installs, maintains and repairs equipment at customers’ sites

Research & Development

Industrial Designer Establishes essential product appearance, human factors

Design Engineer Decides part or product form including: shape, size, configuration, materials, and manufacturing processes

Materials Engineer Investigates and develops improved materials

Test Engineer Designs and conducts performance and safety tests

Diseño: Intro 19

Engineering Roles in Design & Manufacturing

Manufacturing Industrial Engineer Designs fabrication, assembly and warehousing systems

Manufacturing Engineer

Develops manufacturing tools and fixtures

Quality Control Engineer

Establishes and maintains raw materials and finished goods quality controls

Processing / Operations

Plant Engineer Designs and maintains processing plant facilities

Project Engineer Coordinates project work tasks, budgets and schedules

Diseño: Intro 20

Concurrent engineering design team

Design Engineering

Mfg. Engineering Production

SalesMarketing

ProductManager

Industrial Design

Industrial Engineering Purchasing

No more“over the wall”

Diseño: Intro 21

Design: Summary

• Design is “decision” making.• Product realization process includes engineering design.• Design process requires formulating, generating, analyzing,

evaluating, refining.• Form follows function.• Product realization is a professional team sport.

Diseño: Intro 22

Proceso de diseño: Etapas

1. Definir el problema.2. Determinar criterios e identificar restricciones o limitaciones.3. Buscar la información pertinente.4. Generar posibles soluciones.5. Eliminar soluciones no viables.6. Seleccionar la mejor solución (entre las viables).7. Definir especificaciones de la solución.8. Comunicar la solución.

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 23

Conocimiento

• El conocimiento crece de forma exponencial.— Imposibilidad de “saber todo”.— Obsolescencia rápida.

• La vida es un aprendizaje continuo

• En la formación del ingeniero es crucial — Desarrollar sus habilidades.— Motivarlos en la formación de actitudes.— Prepararlos para un aprendizaje continuo y permanente.

Diseño: Intro 24

Habilidades deseables en un ingenieroLiderazgo Serendipia Generación de confianza Habilidad para buscar

información Creatividad Pensamiento divergente y

convergente Capacidad de análisis Habilidad para dibujar Espíritu de observación Sentido común Capacidad de síntesis Perfeccionismo Capacidad lógica Expresión clara Habilidad numérica Organización de la

información Razonamiento mecánico

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 25

Actitudes deseables en un ingeniero

Crítica Respeto a opiniones de los demás

Imparcial Positiva Investigativa Negativa (Abogado del

diablo) Respeto a normas legales

Responsable

Responsabilidad social De apertura mental Previsión Proactiva Coherencia

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 26

Definición del problema

• Establecer límites.

• Delimitar — Problema — Alcance de la solución.

• Indicar— Lo que se quiere hacer — A dónde no se desea llegar.

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 27

Definición del problema: Conocimientos, habilidades y actitudes

TAREA CONOCIMIEN-TOS

CAPACIDADES, HABILIDADES

ACTITUDES

Comprender el problema

Técnicas para manejo de grupos

Liderazgo, generar confianza

Crítica, imparcialidad, respeto.

Recopilar información

Técnicas para encuestas, estadística, cálculo numérico

Creatividad, capacidad analítica, espíritu de observación

Crítica.

Analizar información

Técnicas de investigación: método científico

Capacidad analítica

Investigativa

Formular el problema

Técnicas de comunicación

Capacidad de síntesis.

Imparcialidad

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 28

Determinación de criterios y restricciones: Conocimientos, habilidades y actitudes

TAREA: ESTABLECER

CONOCIMIENTOS CAPACIDADES, HABILIDADES

ACTITUDES

Limitantes legales

Leyes y normas vigentes

Lógica Respeto a normas

Limitantes éticas: Imacto social, riesgos,

seguridad

Responsabilidadessociales. Normas de seguridad

Lógica. Ética y responsabilidad (más allá de lo legal)

Limitantes de tiempo y dinero

Organización del tiempo. Finanzas

Analítica, matemática, creatividad

Previsión

Limitantes de tipo físico

Aspectos físicos Creatividad, analítica, lógica

Previsión

Determinar criterios de selección

Costo, tiempo, técnicos, facilidad

Analítica, razonamiento mecánico

Coherencia

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall,

México, 2001.

Diseño: Intro 29

Búsqueda de información: Conocimientos, habilidades y actitudes

T A R E A C O N O C I M I E N -T O S

C A P A C I D A D E S , H A B I L I D A D E S

A C T I T U D E S

A t r a v é s d e p e r s o n a s

T é c n i c a s d e e n c u e s t a , d e e n t r e v i s t a s

C r e a t i v i d a d . L i d e r a z g o

C r í t i c a , i m p a r c i a l i d a d , r e s p e t o .

I n s t i t u c i o n e s c o n

p r o b l e m a s s i m i l a r e s

S o b r e l a s i n s t i t u c i o n e s

L ó g i c a C r í t i c a , i m p a r c i a l i d a d

B i b l i o t e c a , l i b r o s , C D , . . .

T é c n i c a s d e b ú s q u e d a b i b l i o g r á f i c a

C r e a t i v i d a d , l ó g i c a , p a r a d e s a r r o l l a r c r i t e r i o s d e b ú s q u e d a

C r í t i c a , i n v e s t i g a t i v a

I n t e r n e t M a n e j o d e b r o w s e r , c o r r e o e l e c t r ó n i c o , . . . .

C r e a t i v i d a d , l ó g i c a , p a r a d e s a r r o l l a r c r i t e r i o s d e b ú s q u e d a

C r í t i c a , i n v e s t i g a t i v a

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 30

Generación de posibles soluciones: Conocimientos, habilidades y actitudes

VER COPIAS.

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 31

Eliminación de soluciones no viables: Conocimientos, habilidades y actitudes

VER COPIAS.

Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 32

Selección de la mejor alternativa: Conocimientos, habilidades y actitudes

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Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 33

Especificación de la solución: Conocimientos, habilidades y actitudes

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Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.

Diseño: Intro 34

Documentación y comunicación de solución: Conocimientos, habilidades y actitudes

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Grech P., Introducción a la Ingeniería. Un enfoque a través del diseño, Prentice-Hall, México, 2001.