Engineering Design Process

Engineering Design Process

Elizabeth Villota Cerna, PhD

Facultad de Ingeniera Mecnica - UNI

Contenido

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Introduccin Habilidades transferibles Identificacin de necesidades y recoleccin de

informacin Requerimientos del cliente Estructura funcional Especificaciones Desarrollo de conceptos Evaluacin de conceptos Diseo de realizacin Diseo detallado

3Introduccin

Definicin de diseo de ingeniera

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Definicin ABET:engineering design is the process of devising a system, component, or process to meet desired needs

Diseo en ingeniera es un proceso iterativo, en el cual las ciencias bsicas, matemticas, y ciencias de ingeniera son aplicadas para, de forma ptima, convertir recursos y cumplir los objetivos establecidos.


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Diseo adaptativo: el trabajo del diseador est relacionado con adaptar diseos existentes. Por ejemplo, un ascensor, que tcnica y conceptualmente ha sido el mismo por bastante tiempo.

Diseo de desarrollo: requiere de ms entrenamiento y habilidad para el diseo. El diseador comienza con un diseo existente pero el resultado final puede diferir de forma marcada del producto inicial. Por ejemplo, caja de cambios manual a automtica, o televisores LED a partir de la versin plasma o LCD.

Niveles de diseo


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Diseo nuevo: solo un pequeo nmero de diseos son nuevos diseos. Representa el nivel ms difcil en donde generar un nuevo concepto involucra dominar las habilidades previas sumando creatividad e imaginacin, intuicin y prediccin. Por ejemplo: el primer automvil o avin.

Niveles de diseo

Importancia y desafos del diseo de ingeniera

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El diseo es considerado como uno de los pasos ms importantes en el desarrollo de un producto. De hecho, sin un diseo, no habra un producto! No importa cuan buena sea la manufactura, produccin, venta, etc., si un producto es pobremente diseado, el producto final todava ser una mala idea y finalmente fallar, ya que nadie querra comprar una mala idea.

8Importancia y desafos del diseo de ingeniera

CICLO DE VIDA BSICO DE UN NUEVO PRODUCTO.

De Engineering Design Process, por Haik, Shahin, 2012

Invertir dinero y recursos en la etapa de diseo resulta en grandes ROIs de un producto los cambios en esta etapa son ms fciles, mientras que cambios en los mtodos de manufactura u otros son ms costosos tanto en tiempo como en dinero.

Diseo sistemtico

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Existen varias formas de l proceso de diseo sistemtico. Sin embargo, en esencia, entre los principios bsicos se puede mencionar:

Requerimientos Concepto del producto Concepto de solucin Diseo de realizacin Diseo detallado

Proceso de diseo

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Disear es crear un nuevo producto que sea rentable y/o beneficie a la sociedad.

POR COMPLETAR

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MAPA DEL PROCESO DE DISEO.

De Mechanical Design Synthesis,

2/e por R.C. Johnson, 1978.

Proceso de diseoPerspectiva de diversos autores

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De Engineering Design: A Synthesis

of Views por C.L Dym, 1994.


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De Engineering Design: A Systematic

Approach por G. Pahl y W. Beltz, 1996.


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Factores que afectan el desarrollo de un producto

FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO

DE UN PRODUCTO:

DISEO, PRODUCCIN Y NEGOCIOS

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Identificando las necesidades y Recopilando informacin (anlisis de mercado)

Definicin del problema: Enunciado de necesidades

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El ingeniero es una persona que aplica conocimiento cientfico para satisfacer las necesidades de la humanidad. Debe ser enfatizado que la habilidad para disear es una caracterstica de un ingeniero.

El ingeniero debe lidiar con la forma en la que los problemas son presentados a menudo. An si algunos objetivos son dado al ingeniero, ellos por lo general no son enunciados especficamente. Los problemas son presentados de forma vaga: el eje se est rompiendo, los controles no estn produciendo el efecto esperado, cuesta mucho operar este motor. De ah que, la primera tarea del ingeniero involucra determinar el problema real.


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Ejemplo

Un diseador es presentado con una situacin que involucra el desperdicio de agua de irrigacin en parques pblicos. Los guardaparques olvidan cerrar las llaves. Una formulacin general del problema sera: qu se puede hacer para minimizar la posibilidad que los trabajadores olviden cerrar las llaves antes de la finalizacin de sus turnos? Un ingeniero hara las siguientes preguntas. Por qu los trabajadores se olvidan constantemente de cerrar las llaves? Cul es la secuencia de eventos que realizan los trabajadores durante sus actividades diarias? Qu pasara si un guardaparques no se presentara a su turno? Se necesita cerrar y abrir las llaves manualmente?Una forma ms precisa del enunciado del problema sera: Cmo se puede prevenir el desperdicio de agua en parques pblicos?


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Es evidente que las necesidades deben ser identificadas claramente, un enunciado de necesidades vago llevar a un entendimiento vago del producto a ser diseado. Un entendimiento vago no dar una solucin que resuelva el problema especfico.

Hacer las preguntas correctas requiere de conocimiento de ingeniera, prctica y sentido comn.

Recopilacin de informacin: Clarificando las necesidades

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POR COMPLETAR

Diseo sistemtico

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Requerimientos

Quines son los clientes?

Pasajeros Tripulacin Piloto Aeropuerto Compaas vendedoras de

combustible Aerolineas Departamentos de

produccin y manufactura Ventas y marketing Compaas de limpieza y

catering Departamentos de

contabilidad y finanzas Courier/cargo Autoridades Manipuladores de equipaje

Cliente es aquel que tiene algo que ver con el producto en alguna etapa de su vida.

Ejemplo: avin

Diseo sistemtico

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Requerimientos Identificando todos los clientes es posible identificar sus necesidades y arribar a un compromiso razonable de acuerdo a prioridad y factibilidad.

Qu necesidades tiene cada cliente?

Estudio de caso: Aplastadora de latas de aluminio automtica

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Requerimientos del cliente

Las necesidades son esencialmente listas de deseos de los clientes, el diseador tiene que finalmente traducir esas necesidades en especificaciones que identifican cmo funcionar el producto desde un punto de vista tcnico.

Identificando los requerimientos del cliente

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Las necesidades son un conjunto de deseos vagos de cmo desean los clientes que funcione el producto, tal como que me lleve de punto a a punto b tan rpido y seguro como sea posible, mientras que los requerimientos representan el desglose detallado de qu debe hacer y conseguir el producto SIN todava proveer soluciones.

Es esencialmente una forma ms expandida y organizada de las necesidades iniciales. Esta es la razn por la que todava se le denomina requerimientos del cliente.


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Requerimientos

Investigar el mercado y obtener ms informacin de los clientes del producto esto permitir identificar el tipo, frecuencia y cantidad de uso. En una oficina, la cantidad de agua ser mayor y la mquina ser del tipo

dispensador. En uso domstico, existen diversas formas de proveer energa para calentar

agua as como variedad de formas y recipientes para sostener/verter el agua.

Necesidad del cliente: Algo que contenga suficiente cantidad de agua y que tenga la capacidad de calentar el agua eficientemente, y tenga una forma en de verter el agua en una taza de forma segura sin derramar o quemarse.

Contiene diversas cantidades de agua Calienta diversas cantidades de agua Hierve el agua rpido Energticamente eficiente Fcil de transportar Seguro cuando se manipula para vertido Verter agua caliente sin derramar Superficie esttica Apago automtico cuando el agua est hirviendo


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Priorizar los requerimientos del cliente

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Una vez que se tiene la lista de requerimientos, el diseador asigna un rating de importancia del 1 al 10, donde 10 es el ms importante y 1 es el menos importante. Otra distincin es requerimientos demandados (D) y deseados (W).

Usualmente el diseador reciba realimentacin del cliente e investigacin de mercado para determinar el rating de importancia de los requerimientos.


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Layout de lista de requerimientos

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Ejemplo lista de requerimientos- mquina Siemens AG

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Organizando los requerimientos -rbol de objetivos

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El siguiente paso importante del diseo es organizar los requerimientos del cliente, lo que clarifica los objetivos del diseo.Un rbol de objetivos representa un mtodo claro y conciso de representar los requerimientos del proyecto. Ayudan a minimizar la confusin entre los clientes y el grupo de diseo ya que ambos deben acordar el rbol de objetivos finalizado.

Organizando los requerimientos -rbol de objetivos

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Mtodo

1. Prepara la lista de objetivos de diseo. Recordar que no hay lmites en lo que se quiere incluir en el producto en esta etapa.

2. Ordenar la lista en objetivos de alto nivel y bajo nivel. La lista expandida de objetivos y subobjetivos es agrupada en niveles jerrquicos.

3. Dibujar un rbol de objetivos diagramtico, mostrando las relaciones jerrquicas e interconexiones. Las ramas sugieren medios para alcanzar objetivos.


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Establecimiento de la estructura funcional

Ya se ha desarrollado un rbol de objetivos, se ha hecho una bsqueda del mercado, entonces se necesita comenzar a desarrollar una idea sobre cmo podra funcionar el producto. Esto esencialmente involucra convertir los requerimientos del cliente en funciones.

Funciones

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La funcin general de un producto es la relacin entre sus entradas y salidas. Las funciones de un producto pueden ser adicionalmente separadas en subfunciones que identifican acciones con propsito que el producto debe desarrollar.Mientras los requerimientos son listas de deseos, establecidos por el cliente, que describen lo que el producto debe hacer; las funciones son acciones de ingeniera, indistintas de la solucin, que el producto debe llevar a cabo.

Funciones

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Las funciones deben considerar lo que hace el producto (problema) y no como lo hace (solucin). Una funcin involucra dos componentes:

Un verbo de accin. Un sustantivo representado el objeto en donde la

accin toma lugar.

Descomposicin y estructura de funciones

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Descomposicin de funciones: Las funciones pueden ser desglosadas lo ms finas como sea posible. Estructura de funciones: Representacin de las funciones del producto.

Una estructura funcional consiste en: Un limite (caja limite), con entradas y salidas Un funcin general Un rbol de funciones Flujo conocido de materiales, energa, e informacin

Limite y diagrama de funcin general

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La forma ms simple de una estructura funcional es representada por el diagrama de funciones general. Lo que comnmente se conoce como caja negra.


rbol de funciones

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La funcin general es dividida en un nmero de funciones y subfunciones, y an ms subsubfunciones.Los tems en la caja negra son organizados en una secuencia lgica y sistemtica para permitir ejecucin de las acciones que son necesarias para llevar a cabo la funcin principal.


rbol de funciones

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Lineamientos: El flujo debe ser en orden lgico y temporal. Identificar funciones redundantes y combinarlas. Funciones que no estn dentro del sistema deben ser

eliminadas.


Estructura de funciones

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La siguiente lista puede ser utilizadas en generar el anlisis funcional:

1. Conversin de energaa. Cambio de energa (elctrica a mecnica)b. Variacin de componentes de energa (incremento de

velocidad o torque)c. Almacenamiento de energa (almacenamiento de energa

cintica o potencial)d. Conectando energa con informacin (switch para arrancar

un motor)



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2. Conversin de materialesa. Cambio de materia (derretir [slido a lquido])b. Conectando materia con energia (partes mviles)c. Reacomodando materiales (mezclando o separando)d. Almacenando materiales (almacenando materiales en un

silo)

3. Conversin de informacina. Cambio de seales (mecnica a elctrica)b. Conectando informacin con energa (amplificando seales)c. Conectando informacin con materia (marcando metales)d. Almacenando seales (bancos de datos)



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Las estructuras de funciones son muy importantes en el desarrollo de diseos modulares. Una ventaja importante de la estructura de funciones es que cada componente y sistema puede ser examinado de forma individual y modificado como sea necesario.


La descomposicin funcional apoya a la filosofa de diseo divergente-convergente. Este concepto requiere que un problema de diseo sea expandido en muchas soluciones antes de ser reducido a una solucin final.

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Paso 1. Expresar la funcin general en trminos de conversiones de entradas y salidas:La clave es determinar qu debe ser alcanzado por el nuevo diseo y cmo debe ser alcanzado caja negra.

Paso 2. Descomponer la funcin general en un conjunto de subfunciones esenciales. Esta descomposicin depende de la experiencia del diseador, disponibilidad de componentes capaces de llevar a cabo tareas especificas, y las ultimas tecnologas. Cada subfuncin tiene sus propias entradas y salidas.

Procedimiento para establecer estructuras funcionales

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Paso 3. Dibujar un diagrama de bloques mostrando la interaccin entre subfunciones:Cuando se dibuja este diagrama se debe decidir como se enlazan las entradas y salidas de las subfunciones de tal forma que se obtenga un sistema de trabajo factible. Usar diversos tipos de lineas o colores para distinguir los diversos flujos (material, energia e informacin).

Paso 4. Dibujar los limites del sistema.Decidir en relacin a la extensin y localizacin de los lmites del sistema. Por ejemplo, no deben haber entradas o salidas sueltas, excepto aquellas que crucen el lmite.


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Paso 5. Buscar componentes apropiados para llevar a cabo cada subfuncin y sus interacciones.La identificacin de un componente depender de la naturaleza del producto o dispositivo. Un componente puede ser mecnico, elctrico o combinacin de ambos.


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Especificaciones tcnicas

Las especificaciones son importantes para alcanzar un diseo exitoso. En esta etapa se continua aclarando el enunciado de necesidades. Este es el ltimo paso antes de comenzar a sugerir posibles soluciones.

El rbol de objetivos y la s estructuras de funciones son enunciados sobre lo que el diseo debe alcanzar o hacer, pero normalmente no son fijados en trminos de lmites precisos, que es lo que hace las especificaciones de desempeo.

Una especificacin consiste de una mtrica y un valor.

Mtodo de especificacin de performance

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Paso 1. Considerar los diferentes niveles de generalidad de solucin que sean aplicables.

Paso 2. Determinar el nivel de generalidad al cual operar.

Paso 3. Identificar los atributos de performance requeridos.

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