Diapositiva 1

El mtodo de solucin de problemas y la ingenieraIntroduccin a la ingeniera.I.I Emmanuel Castillo SegoviaUniversidad Politecnica de Francisco I MaderoClase 25 de febrero de 2011Experiencia es el nombre que damos a nuestras equivocaciones.ProblemaUn problema es una necesidad de transformar un estado inicial de cosas (estado A) en un estado final (estado B).

Un resultado diferente al esperadoSolucin

Solucin es un medio de lograr la transformacin deseada.Para ir de A hasta B generalmente existe un nmero grande de alternativas, cada una limitada por diferentes restricciones.

La naturaleza del diseo en ingenieraLa escencia de la resolucin de los problemas de ingeniera es el diseo.

El diseo en ingeniera es tan variado como la profesin misma y tan amplio como los problemas que afronta la humanidadLos diseos pueden ser tan pequeos como un microchip o tan grandes y complejos como transbordador espacial.DiseoDiseo es el procedimiento por medio del cual se convierte el enunciado vago de lo que se desea en el conjunto de especificaciones de un sistema til para el propsito.

Realizar un diseo en ingeniera, es concebir, imaginar, trazar y planificar un dispositivo, una estructura, un proceso o un sistema que beneficie a las personas.Como profesin la ingeniera es relativamente joven.En la antigedad diseo- dominio del artesano, pasaba del maestro al aprendiz.La tecnologa ha ampliado la capacidad de solucin de problemasCon los avances en el conocimiento tecnolgico, han surgido instituciones y procedimientos mas formales para transmisin del conocimiento.Programas de estudio eficientes + tutela + experiencia.El diseo requiere cada vez mas de especializacin, as como trabajo en equipo.Proyectos desarrollados por decenas a veces cientos de ingenieros.Los equipos de ingenierosPueden usarse simplemente para dividir la carga de trabajo.(tareas especificas de diseo= entrenamiento similar).Contribuir con conocimiento especializado. Suministran la competencia organizativa, ya que el conocimiento de un solo ingeniero seria insuficiente.Estructura no formal, deben tener un lder de equipo.Pueden ser Temporales o permanentes.

Una meta en ingeniera involucra una forma de cambio a travs de un diseo y tarda algn tiempo desde el diseo hasta la finalizacin de un proyecto. A menudo ocurren cambios en la meta final que requieren una reorientacin del proyecto en su transcurso. (Ej.: producido por un cambio en las necesidades inciales, los gustos, etc.)

Algunos conceptos bsicosCriterio: norma que permite juzgar la calidad de una solucinRestriccin: condicin que debe cumplir la solucinOptimizacin: proceso de transacciones para obtener la solucin ms adecuada.

EL MTODO DE LA INGENIERALa naturaleza de los problemas varia tanto entre cada ingeniera, como al interior de cada una de ellas.Sin embargo los ingenieros tienden a tratar los problemas de una manera especial.Generalmente este mtodo difiere de los dems profesionistas, los ingenieros estn entrenados para pensar en trminos analticos y objetivos y abordar los problemas de una manera metdica y sistemticaProcedimiento general de resolucin de problemasIdentificacin del problemaRecopilacin de la informacin necesaria.Bsqueda de soluciones creativasEl paso de las ideas a los diseos preliminares (incluyendo el modelado).La evaluacin y seleccin de la solucin preferente.La preparacin de informes, anteproyectos y especificaciones.Implementacin del diseo.Varios autores han establecido una serie de pasos o fases o fases que comprenden el mtodo de diseo de ingenieraIdentificacin del problemaUna definicin incorrecta o inapropiada, har que el ingeniero pierda tiempo y puede conducir a una solucin incorrecta. (enunciar el problema de forma correcta).Que las necesidades enunciadas sean reales (intil si duplica otros diseos o si resuelve un problema que no tiene impacto)Las necesidades que buscan satisfacerse deben de definirse a grandes rasgos y diferenciarse de otras soluciones.Caso de decesos automovilsticos. (enfoque equivocado de problema, el planteamiento de dos enunciados diferentes)El problema no debe de tener restricciones innecesarias.

5WS 1 H.50 % De la solucin se encuentra entendiendo el problema.Encontrar la causa raz. (el 80% del problema esta resuelto)

Recopilacin de la informacin necesaria.Una vez identificado el problema, y definidas correctamente las necesidades, comienza.Depende de la naturaleza del problema.mediciones fsicas, mapas investigacin documental, experimentacin, patentes, encuestas de opinin etc., internet, consultar a otros colegas, catlogos de fabricantes.

En busca de soluciones creativasLluvia de ideas. (gente involucrada en el proceso, introducen de manera espontanea ideas diseadas para resolver un problema especifico, no se desecha ninguna idea, alentar a los participantes, no mas de una hora.

Listas de revisin.Formas en que el dispositivo puede usarse para otros fines.Formas de modificacinFormas de reordenacinMas grandeMas pequeo

Listas de atributos.MaterialMetal, vidrio, madera, caucho etc.Color.Tranparente, personalizado, tramas.Dispositivo de marcacinTeclado, tocha, voz, Auricular y baseCuadrado, redondo, ovalado.

Analisis morfologicoRelacin forzada.Obliga a una relacin entre dos o mas ideas o productos que normalmente no tienen relacin.

Anlisis why - whyDiagrama fishboneDiagrama de paretoDiagrama de GanttAnlisis morfolgicoLa transicin de ideas a los diseos preliminaresSe descartan las ideas impracticables y se moldean y modifican las ideas prometedoras, para formar anteproyectos y diseos factibles.En este paso puedes ser necesario tomar muchas decisiones acerca de disposiciones, configuraciones, materiales, dimensiones, y otras especificaciones alternativas. Tambin puede ser necesario hacer planos, bosquejos, bocetos conceptuales.Se someten todas las ideas a un escrutinio cuidadoso, generalmente se hace a travs de modelos.modeloUn modelo es cualquier descripcin simplificadaDe un sistema, o un proceso de ingeniera, que puede Usarse para ayudar en el anlisis de un diseo.(duderstadt y colaboradores).

Modelos matemticos.Un modelo matemtico consiste en una ecuacin o un grupo de ecuaciones que representan un sistema fsico. Por ejemplo la sig. Ecuacin representa la presin del viento sobre una estructura.p=K.V^2.Donde: p=presin del viento expresada en kg/m^2K= Un factor que depende principalmente de la forma de la estructuraV= velocidad del viento expresada en km/hMuchos fenmenos fsicos pueden describirse mediante modelos matemticos.Estos modelos se basan en teoras o leyes cientficas.Solo pueden describir fenmenos fsicos relativamente simples.

Modelos de simulacinCuando se estudian sistemas complejos, los ingenieros emplean los sistemas de simulacin por computadora. Un modelo de este tipo puede incorporar modelos matemticos con bases empricas como componentes del sistema modelo sistema total.dulcinea lingo.xlsx la dulcinea.xls

Modelos fsicos.

Los ingenieros han utilizado los modelos fsicos durante mucho tiempo para obtener una mejor comprensin de los fenmenos complejos. Constituyen el modelo mas antiguo de diseo estructural. Se han utilizado en los campos de la hidrulica, la hidrodinmica y la aerodinmica.Ejemplos. La dispersin de contaminante en un lagoEl comportamiento bajo el agua de submarinosEl comportamiento de aviones (tneles de viento)Generalmente se utilizan modelos a escalas mas pequeas. Solo en algunas excepciones se utilizan a tamao natural Evaluacin y seleccin de la mejor solucinA medida que avanza el proceso de diseo, se han ido descartando las posibilidades que no son prometedoras. Quedando as un conjunto mas pequeo de opciones. La retroalimentacin, la modificacin y la evaluacin pueden ocurrir en repetidas ocasiones a medida que el dispositivo o sistema evoluciona, desde el concepto hasta el diseo final. Evaluacin y seleccin de la mejor solucinDependiendo de la naturaleza del problema, que se va a resolver, la evaluacin puede basarse en varios factores, por ejemplo si se trata de la evaluacin de un producto.La seguridad.El costo.La confiabilidadLa aceptacin del consumidor.

Construir un prototipo y probar.Evaluaciones mas formales y estructuradasTradicionalmente estas evaluaciones dependen del anlisis econmico.Recientemente se ha incorporado el problema ambiental en estas evaluaciones y se han realizado jerarquizaciones.

Anlisis econmicoDurante al menos 50 aos. los ingenieros han utilizado el anlisis econmico como herramienta para la toma de decisiones en la construccin de presas, puentes, carreteras entre otras obras publicas .Intentan comparar los beneficios pblicos de estos proyectos con los costos para realizarlos, los estudios econmicos pueden utilizarse para determinar.Determinar la factibilidad del proyectoComparar diseos alternativosDeterminar la prioridad de la construccin de un grupo proyectoEvaluar las caractersticas especificas de diseo.

Reconocer el valor del dinero en el tiempo.Una cantidad de dinero vale mas ahora que el prospecto de recibir la misma cantidad en una fecha.Un enfoque constituye en comparar los beneficios y los costos sobre la base de un valor presente (P) de algn pago individual futuro (F).

P= F/(1+i)^n

Donde i = tasa de inters o tasa de descuento por periodon = numero de periodos con inters, generalmente aos

Ejemplo.Suponga que va a construir un puente sobre un rio y que costara 385,000 desmantelarlo al final de su vida util de 40 aos. determinar el valor presente de desmantelar el puente usando una tasa de interes del 10%.

VP= $385,000/(1+.10)^40=85,000 Las equivalencias economicas como estas, se ilustran con frecuencia de la siguiente manera.

.N= 40 aos.El valor presente de una serie de pagos anuales uniformes de fin de periodo A, pueden calcularse mediante la siguiente ecuacion:

Ejemplo 2Suponga que se estima que los beneficios anuales del usuario (adicionales a cualesquiera costos de mantenimiento) del puente descrito en el ejemplo anterior son una cantidad constante de $94,500 por ao. Determine el valor presente de estos beneficios suponiendo una tasa de interes del 10% y un periodo de analisis (vida util del puente ) de 40 aos.Solucion

Valor presente = $924,000.

El valor presente neto, se describe como la diferencia entre los valores presentes de los beneficios y los costos del proyecto.

Ejemplo 3Suponga que los costos iniciales del puente descrito en los ejmplos anteriores fueron $800,00. determine mediante el metodo de VPN si el puente se justifica economicamente.

Solucion: como se calculo previamente, el valor presente de los beneficios es $924,000. el valor presente de los costos seria la suma del costo inicial y del valor presente del costo de desmantelamiento o sea $800,00 + $8,500 = 808,500, la diferencia entre estas cantidades es $115,000.

puesto que los beneficios exceden los costos, el proyecto es economicamente factible.

Otras tcnicas de evaluacinDurante los ultimos aos ha habido una conciencia creciente del impacto que las obras de ingenieria pueden tener sobre las personas.Reubicacion de familias y negocios, contaminacion del agua, aire.Estos impactos no pueden reducirse a una simple cantidad monetaria. Sin embargo si hay tecnicas que nos ayudan hasta cierto punto a cuantificar estos impactos.Jerarquizacion de proyectos de acuerdo a criterios previamente determinados.

Ejemplo.Suponga que una ciudad que considera un nuevo sistema de transito masivo, ha establecido los siguientes objetivos para el sistema:

El sistema debe ser econmico

Debe haber un trastorno mnimo de personas por reubicacin.

El sistema debe suministrar un elevado nivel de comodidad y ventajas

El area central debe ser muy accesible.

El sistema debe ser accesible para las areas de bajos ingresos.Se seleccionaron algunos criterios para suministrar una medida a cada objetivo:Razon beneficio-costoNumero de personas reubicadasFactor de carga de vehiculos en transito en horas picoIndice de acceso de las areas centralesIndice de acceso del transito a las zonas de transito de bajos ingresos.Una comision de ciudadanos e ingenieros establecio los siguientes cocientes de importancia relativa para estos objetivos: 40,20,20,10,10 por ciento. Se evaluaron 3 proyectos alternativosMatriz de evaluacionCalificacion de efectividad posibleCalificacion plan ACalificacion plan BCalificacion plan CRazon beneficio costo40352530Personas reubicadas2010205Factor de carga del transito2010153Facilidad de acceso al nucleo103510Disp. De transito a zonas de bajos ingresos102108Calificacion del total de efectividad100607556

Se selecciono el plan B como el que mejor satisface los enunciados de los objetivos que se propone alcanzar el plan de transportePreparacin de informes, planes y especificacionesDespues de que ha sido seleccionado el mejor diseo, debe comunicarse a quienes deben aprobarlo, apoyarlo y traducirlo a la realidad. Esta comunicacin puede adoptar la forma de un informe de ingenieria o un anteproyecto.

los informes de ingenieria generalmente se destinan a un cliente o supervisor. (empleado de una corporacion grande).

El anteproyecto es el medio con el que cuenta el ingeniero para describir a una division de manufactura o a un contratista los detalles suficientes acerca de un diseo, para que pueda producirse o construirse.Implementacin del diseoEs la fase final del proceso de diseo. Es donde se implementa el proceso de producir o construir un dispositivo fsico, un producto o un sistema.

Los ingenieros deben de planificar y supervisar la produccion de dispositivos o productos y supervisar la construccion de los proyectos de ingenieria.

Obtencion de una patenteNo es poco comun que el trabajo de un ingeniero sea de tal valor que deba protegerse de la explotacion de otros. Esto puede lograrse mediante la obtencion de una patente.

-concede derecho de propiedad por parte del gobierno al inventor o a sus herederos.

La ley de patentes, clasifica la materia que puede patentarse como cualquier proceso, maquina, manufactura o composicion de materia que sea nueva o util o cualesquiera mejoras nuevas y utiles de los mismos

Para pedir una patentePara pedir una patente, el inventor debe llenar una solicitud que incluya:Una especificacion, descripcion clara , concisa y exacta de la invencion, presentada de tal manera que la distinga de cualquier otra invencion.Un juramento o declaracion hecho por el inventorUn cuota de registroUn dibujo preparado segn las especificaciones de la oficina de patentes.Es importante checar las patentes existentes, a fin de no duplicar.Como aprender de las fallasA pesar de los mejores esfuerzo de los diseadores de ingeniera, sus diseos fallan ocasionalmente, los puentes se derrumban los techos se colapsan, las construcciones se fracturan. Amenazando las vidas humanas y causando cuantiosos daos a la propiedad. Causas:

Errores cometidos por diseadores ineptos o descuidados.

Imperfecciones en los materiales de construccion o manufactura.

Mano de obra negligente de los tecnicos u obreros que implementan el diseo.

Una comunicacin defectuosa entre los gerentes, los ingenieros los tcnicos y los obreros que producen o construyen el diseo de ingenieria.Aunque el objetivo de la ingenieria es evitar las fallas. Una maquina o una estructura puede fallar de muchas maneras, variando los resultados desde los defectos hasta las catastrofes.

Con cada xito, surgen preguntas de cmo se podria mejorar eso que se construyo (estetica o economia). Es un proceso de mejora constante. (ejemplo: los autos).

Mas audaces o mas precavidos, de acuerdo al tipo de diseo.

ANALISIS FODAEl colapso de los andadores del hotel HYATT REGENCY53INGENIERA MORFOLOGA

Tal vez el ejemplo ms extremo:

Determinar las especificacionesRealizar un estudio de factibilidadHacer bsqueda de patenteDesarrollar conceptos alternativos de diseoDeterminar criterios de seleccinSeleccionar el concepto de diseo ms apropiadoDesarrollar un modelo matemtico o fsico.Determinar la relacin entre los materiales y las dimensiones bsicas del productoOptimizar el diseoEvaluar el diseo optimizado mediante anlisis exhaustivos del modelo matemtico y pruebas de los modelos fsicos Comunicar las decisiones de diseo a la direccin de Ingeniera y al personal de manufactura.Una afirmacin final sobre el trabajo del ingenieroNinguna solucin a un problema prctico conserva indefinidamente su calidad.Referencias El Mtodo de Ingeniera Billy Vaughn Koen profesor de la Universidad de Texas.Introduccin a la ingeniera .Eliseo Gomez-Senent MartnezEditorial LimusaIntroduccin a la ingeniera.Paul H Wright.Editorial Limusa