La forma de resolver problemas del ingeniero

Transcripción

1 Introducción a al ingeniería La forma de resolver problemas del ingeniero OBJETIVO ENUNCIAR LOS PASOS DEL PROCESO DE DISEÑO Y DE UN DISEÑO PRELIMINAR DE INGENIERIA

2 El método científico Cuerpo disponible de conocimiento Problema Hipótesis Consecuencias contrastables Búsqueda de conocimiento Técnica de constratación Evidencia Estimación de la hipótesis Nuevo cuerpo disponible de conocimiento Nuevo problema

3 El trabajo del ingeniero Resolución de problemas Análisis Planeación Diseño

4 Cómo se forma el ingeniero? Educación universitaria Entrenamiento práctico

5 Cómo trabaja el Ingeniero? En equipo temporales Multidisciplina Organización compleja División del trabajo

6 El método del ingeniero 1. Identificación del problema 2. Recolección de la información necesaria 3. Búsqueda de soluciones creativas 4. Pasar de la idea al diseño preliminar 5. Evaluación y selección de la solución 6. Preparación de reportes, planos y especificaciones 7. Implementación del diseño

7 1. Identificación del problema Los datos proporcionados Són las necesidades? Cuáles son las verdaderas restricciones?

8 2.Recolección de la información necesaria

9 3. Búsqueda de soluciones creativas Lista de cotejo Otra forma de usos Modificaciones posibles Diferentes arreglos Lluvia de ideas Posibilidad de agrandar Posobilidad de minimizar Lista de Atributos Color Material Opciones de operación Accesorio Relaciones forzadas Dimensionamiento

10 4.Pasar de la idea al diseño preliminar Análisis Síntesis Modelos matemáticos Modelos simulados Modelos físicos

11 5. Evaluación y selección de la solución Solucion 1 Solución 2 Solución 3... Solución n

12 Otras técnicas de evaluación Análisis de costo beneficio Número de personas beneficiadas Evitar congestionamientos y colas Acceso fácil a puntos importantes Beneficios a áreas marginadas

13 6. Preparación de reportes, planos y especificaciones Comunicación efectiva

14 7. Implementación del Patentes diseño Derechos de autor Propiedad intelectual Diseño asistido por computadora Lecciones aprendidas

15 Bibliografía Wright, Paul H. (2002) Introduction to Engineering. 3 rd. ed. Willey, Hoboken NJ., pp

16 EL METODO DE DISEÑO EN LA INGENIERIA OBJETIVO: ENUNCIAR LOS PASOS DEL PROCESO DE DISEÑO Y DE UN DISEÑO PRELIMINAR DE INGENIERIA

17 El método científico y el método de ingeniería Ciertamente, el método de ingeniería para enfocar y resolver los problemas difiere notablemente del utilizado por la mayoría de los otros profesionales. Los ingenieros están capacitados para pensar en términos analíticos y objetivos, y para enfocar los problemas de manera metódica y sistemática.

18 El método científico y el método de ingeniería Analizar el problema formando las hipótesis de trabajo. Coleccionar los hechos pertinentes. Clasificar y tabular los datos para encontrar similitudes, secuencias y correlaciones. Identificación del problema. Recopilación de la información necesaria. Búsqueda de soluciones creativas. Paso de la idea a los diseños preliminares (incluye el modelado).

19 El método científico y el método de ingeniería Formular conclusiones por medio de procesos lógicos de inferencias y razonamientos. Probar y verificar conclusiones. Evaluación y selección de la solución óptima. Preparación de informes, planos y especificaciones. Puesta en práctica del diseño.

20 El proceso de diseño o el método de ingeniería El proceso de diseño abarca las actividades y eventos que transcurren entre el reconocimiento de un problema y la especificación de una solución del mismo que sea funcional, económica y satisfactoria de algún modo.

21 Identificación del problema. Existe una tendencia a creer que esta fase del proceso de solución es trivial y carente de importancia, pero no es así. Una definición incorrecta o impropia del problema ocasionará que el ingeniero desperdicie tiempo, y le puede llevar a una solución no apropiada o incorrecta.

22 Identificación del problema. En este sentido, Pearson (1) establece: Un problema definido de manera adecuada es un problema parcialmente resuelto. Plantear correctamente el problema es un paso importante hacia su solución. Las necesidades que se satisfarán deben estar ampliamente definidas y diferenciadas de las posibles soluciones.

23 Recopilación de la información necesaria. Una vez que el problema está identificado y que las necesidades se han definido de manera adecuada, el ingeniero debe comenzar a reunir la información y los datos que precisa para resolverle. El tipo de información que se requiere dependerá, por supuesto, de la naturaleza del problema por resolver.

24 Recopilación de la información necesaria. Puede consistir en mediciones físicas, mapas, resultados de experimentos de laboratorio, patentes, resultado de encuestas o cualquier otro tipo de información. Esta fase del proceso de resolución del problema implica la recopilación y evaluación de la información que ya está disponible.

25 Recopilación de la información necesaria. Posteriormente, tal vez se requiera completar esta información efectuando mediciones adicionales o realizando más experimentos de laboratorio, encuestas y demás. En esta fase del proceso, los ingenieros normalmente emprenden una investigación bibliográfica para determinar lo que otros han aprendido sobre problemas relacionados.

26 Búsqueda de soluciones creativas. Después de completar los pasos preparatorios del proceso de diseño, el ingeniero está listo para comenzar a identificar las soluciones creativas. En realidad, el desarrollo de nuevas ideas, productos o dispositivos puede ser consecuencia de la creatividad, un esfuerzo subconsciente, o de la innovación, un esfuerzo consciente.

27 Búsqueda de soluciones creativas. Existen varias técnicas operacionales que pueden utilizarse para ayudar a un grupo o a un individuo a producir ideas originales. Estas técnicas están diseñadas para capacitar al grupo o individuo a vencer los obstáculos para el pensamiento creativo, como son: la lluvia de ideas, listas de verificación, listado de características, técnica de relación forzada y análisis morfológico.

28 Lluvia de ideas Una de las técnicas más populares para la resolución de problemas en grupos es la lluvia de ideas. Normalmente, ésta consiste en una reunión de entre seis y doce personas que de manera espontánea proponen ideas concebidas para resolver un problema dado

29 Lluvia de ideas En tales sesiones se deben alentar todas las ideas, incluso aquellas que parecen ser totalmente impracticables. Se hace un esfuerzo por generar tantas ideas como sea posible. Se anima a los participantes a que combinen las ideas de otros o traten de mejorarlas. En las sesiones de producción de ideas no se permite someter éstas a críticas o evaluación.

30 Lluvia de ideas Se sugiere que los participantes en las sesiones procedan de diversas áreas y que se incluyan personas con poca experiencia directa con el problema. Las sesiones, por lo general, no duran más de una hora. Las ideas producidas se registran y posteriormente son evaluadas por el mismo grupo, o por otro grupo o individuo

31 Lluvia de ideas Un solo individuo puede utilizar también una variante de la lluvia de ideas. La persona en cuestión sigue las mismas reglas que se usan en una sesión de grupo: combinación de ideas, aplazamiento de la evaluación y énfasis en la obtención de un gran número de ideas. La sesión individual no necesita más allá de unos cuantos minutos. De la misma forma, las ideas se registran y se evalúan más tarde.

32 Lista de verificación Ésta impulsa al usuario a examinar varios puntos o áreas y a concebir posibilidades. Por ejemplo, supóngase que se intenta mejorar determinado dispositivo. Se podría hacer una lista de verificación que incluyera:

33 Lista de verificación Formas en que el dispositivo puede usarse para otros fines. Formas en que el dispositivo puede modificarse. Formas en que el dispositivo puede reordenarse. Formas en que el dispositivo puede agrandarse. Formas en que el dispositivo puede reducirse, y así sucesivamente.

34 Listado de características En esta técnica se aíslan y ordenan en forma de lista todas las características o atributos principales de un producto, objeto o idea. Después, por cada característica, se hace una lista de las formas en que ésta se puede cambiar.

35 Listado de características Se incluyen todas las ideas, sin importar lo irreales o poco práctica que pueden parecer. Una vez que se han listado todas las ideas, cada una de ellas se evalúan, sacando a la luz las mejoras posibles que se pueden hacer en el diseño del producto o sistema.

36 Técnica de relación forzada Esto es, se fuerza una relación entre dos o más ideas o productos, normalmente independientes entre sí, para comenzar el proceso de generación de ideas. Una de tales técnicas consiste en seleccionar el elemento constante de la relación forzada, que puede ser el producto o dispositivo que se va a diseñar, o una idea relacionada con el planteamiento del problema.

37 Técnica de relación forzada En seguida, la atención se enfoca en algún otro elemento escogido al azar. Después se establece una relación forzada o artificial entre el elemento constante y el elemento escogido al azar. Esto es la base para una lista de flujo libre de asociaciones, de las cuales pueden surgir ideas nuevas y originales.

38 Técnica de relación forzada Esta técnica toma poco tiempo. Si la relación forzada que se utiliza no parece de provecho, simplemente se puede seleccionar un nuevo elemento al azar y repetir el proceso. Del mismo modo que con las otras técnicas de generación de ideas, se pueden obtener muchas ideas impracticables y hasta absurdas. La evaluación de éstas no deben hacerse durante la etapa de generación de ideas.

39 Análisis morfológico Una técnica operacional para la generación de ideas, atribuida a Fritz Zwicky (2), implica hacer un listado de todas las soluciones concebibles teóricamente. En este técnica primero se define el problema en términos de sus dimensiones o parámetros y se idea un modelo que permita concebir cada solución posible.

40 Análisis morfológico Para una solución con sólo dos parámetros, el modelo toma la forma de un cuadrado dividido, a su vez, en otros más pequeños. El eje horizontal deberá mostrar varias alternativas posibles para un parámetro; el eje vertical deberá mostrar alternativas posibles para el otro parámetro.

41 Análisis morfológico Esta disposición permite al usuario examinar los efectos combinados de las características de las variables Para problemas con más de dos parámetros, el modelo se convierte en una matriz en la que cada parámetro se asigna a un eje de un arreglo rectangular.

42 Análisis morfológico Esto se explica mejor con un ejemplo: Supóngase que deseamos examinar tres atributos o variables de la cortadora eléctrica de césped: el tipo de energía, el tipo de movimiento de las cuchillas y el tipo de material con el que se construirá. Listamos los posibles métodos para satisfacer cada atributo; por ejemplo:

43 Análisis morfológico Energía: motor eléctrico, motor de gasolina, presión de agua. Movimiento de la cuchillas: rotatorio, alternante. Material: acero, aluminio, plástico. La combinación de estas condiciones produce 18 posibles soluciones que, ahora, deben someterse a escrutinio y evaluación.

44 Análisis morfológico

45 Paso de la idea a los diseños preliminares El ingeniero está ahora listo para pasar de la idea a los diseños preliminares. Éste es el núcleo del proceso de diseño y es la fase que más depende de la experiencia y del buen juicio del ingeniero. Aquí es donde se descartan las ideas que no funcionan y las ideas que prometen se moldean para formar planos y diseños funcionales.

46 Paso de la idea a los diseños preliminares En esta etapa tal vez se requiera tomar muchas decisiones sobre las presentaciones, configuraciones, materiales, dimensiones y otras especificaciones alternativas. Quizá sea necesario dibujar bocetos conceptuales, hacer planos preliminares y pensar en las especificaciones de material.

47 Paso de la idea a los diseños preliminares Los diseños preliminares pueden evolucionar a través del análisis o la síntesis. El análisis implica la división de un todo en las partes que lo conforman para estudiarlas en forma individual. La síntesis implica la combinación de hechos, principios o leyes en una idea general que proporcionará un resultado deseado que resolverá el problema.

48 Paso de la idea a los diseños preliminares En esta fase es necesario someter las posibles soluciones a un cuidadoso escrutinio. Éstas son examinadas y estudiadas cuidadosa y críticamente. Existen muchas maneras de hacer esto: En algunos casos, el boceto preliminar de un dispositivo o el análisis informal de un proceso mostrará que no vale la pena considerar más una idea.

49 Paso de la idea a los diseños preliminares En otros, puede haber necesidad de examinar un componente mediante pruebas de laboratorio. Y finalmente, en otros más será necesario efectuar un programa de investigación completo y formal para examinar la validez de una hipótesis o la eficacia de una solución propuesta.

50 Paso de la idea a los diseños preliminares Para facilitar el proceso de diseño, los ingenieros a menudo dependen de los modelos. Duderstadt y colaboradores definen un modelo como cualquier descripción simplificada de un sistema o proceso de ingeniería que puede usarse como apoyo en el análisis o en el diseño.

51 Paso de la idea a los diseños preliminares Los ingenieros utilizan diferentes modelos que pueden ser tangibles o intangibles. En su definición más amplia los bocetos y las gráficas pueden considerarse como modelos. Además, comúnmente se usan tres tipos de modelos para facilitar la resolución de los problemas de ingeniería:

52 Paso de la idea a los diseños preliminares Modelos analíticos o matemáticos. Modelos de simulación. Modelos físicos.

53 Modelos matemáticos Un modelo matemático consiste en una ecuación o grupo de ecuaciones que representan un sistema físico. Muchos de los fenómenos físicos pueden describirse mediante modelos matemáticos. Tales modelos pueden estar basados en teorías o leyes científicas que siguen siendo válidas con el paso del tiempo.

54 Modelos matemáticos Otros tienen una base empírica, sustentados en las observaciones y los experimentos, o derivados de éstos. De una manera general, los modelos matemáticos sólo pueden describir fenómenos relativamente simples. Los modelos matemáticos diseñados para describir fenómenos complejos tienden a ser muy difíciles de abordar y de poco valor.

55 Modelos de simulación Cuando estudian sistemas complejos, los ingenieros emplean a menudo modelos de simulación por computadora. Estos modelos pueden tener incorporados modelos matemáticos empíricos como componentes del modelo completo.

56 Modelos de simulación Por ejemplo, Thomasson y Wright usaron una simulación por computadora para estudiar el tráfico en un cruce de dos direcciones controlado por una señal de alto. Primero hicieron estudios empíricos del comportamiento de los conductores en los cruces y encontraron que el fenómeno podía dividirse en varios hechos bien definidos.

57 Modelos de simulación La llegada de automóviles, por las calles principales y adyacentes. Decisión de virar. Aceptación o rechazo de los espacios disponibles entre el tráfico de la calle principal. Tiempo de inicio, el titubeo que ocurre antes de avanzar hacia el cruce. Tiempo de servicio, tiempo en el cual el cruce se halla ocupado.

58 Modelos de simulación Se halló que el tiempo durante el cual un vehículo ocupa el cruce podía describirse mediante una distribución normal de probabilidad.

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60 Evaluación y selección de la solución óptima.

61 Preparación de informes, planos y especificaciones.

62 Puesta en práctica del diseño.

63 El diseño y el proyecto en ingeniería

64 Modelos de ingeniería: el paso de una idea al diseño preliminar