Metodología diseño de máquinas y productos

La metodología de diseño de máquinas o productos detallada en este artículo aplica para el diseño de cualquier elemento mecánico. Por ejemplo, desde un producto sencillo como un destornillador, hasta una máquina compleja con millones de partes, como un Boeing 747.

Diferentes tipos de problemas de diseño

Diseño de Selección: Este tipo de diseño, implica la selección entre algunas opciones disponibles en el mercado (como de un catálogo). Requieren precisar diferentes conceptos y parámetros. Un ejemplo es para la selección de rodamientos, tornillos, pistones, etc.

Diseño Paramétrico: Cuando se posee una serie de parámetros deseados para un producto que se desea diseñar y mediante una serie de fórmulas se puede acotar el problema. Por ejemplo, el caso de diseño de un envase para contener un volumen específico, suponga 500lt. Si, además, se especifica una forma cilíndrica para el envase, se tendría que la ecuación que regula (parametriza) el problema, es V = π · r^2 · h. Por lo tanto, se puede relacionar el radio y el largo, para así ajustar el diseño del envase; en este caso sería:

r^2 · h = 159.23 lt = 0.15923 m^3

Diseño Original: Muchas máquinas o equipos requeridos por las empresas necesitan de un diseño original. Por ejemplo, una empresa que requiera instalar un equipo elevador de carga en una bodega, que solo dispone de un espacio limitado donde adaptarlo y donde deben evitarse vigas y columnas de la estructura civil. En este caso va a requerir una solución a la medida, un diseño original.

Rediseño: Imagine el caso de una empresa productora de cemento, que desee una nueva banda transportadora con un tamaño 0.2m más ancha que la actual. Es posible que el rediseño sea solo un ajuste paramétrico, pero también que sea mucho más complejo. Por ejemplo, es posible que el tipo de material actual no se consiga en otro tamaño o que los motores no pueden mover la inercia del equipo con las dimensiones actuales. Esto convierte el problema en uno más complejo.

Caso particular asociado a tendencia del mercado

El rediseño de una máquina o producto se realiza por un requerimiento funcional (como el ejemplo anterior). Pero, también debido a la evolución de nuevos y mejores materiales, o por cambios estéticos o superficiales para mostrar algo novedoso al mercado. Las personas, siempre está en búsqueda de lo novedoso, así no siempre mejore el desempeño de la máquina. Esto último, se aprecia mejor en los productos tecnológicos. Un claro ejemplo, es la nueva tendencia de celulares con múltiples lentes de cámara. Uno de los objetivos es mostrar algo novedoso y diferente a los modelos anteriores.

Diseño de máquinas y productos

Evolución de celulares iPhone, se aprecia el número de lentes en la parte posterior (Imagen de Phone Arena)

Metodología de Diseño de Máquinas y productos

Las diferentes metodologías de diseño se enfocan en el caso general de Diseño. Éstas metodologías, coinciden en dividir el proceso en diferentes etapas y tareas. Y, es común que entre los autores se traslapen algunas de éstas. Sin embargo, suele incluir las etapas de: Especificación inicial, Diseño conceptual, Diseño básico, Diseño detallado, Fabricación.

Metodología diseño de máquinas y productos

Etapas en la metodología de Diseño de máquinas y productos. Resumen de tareas a ejecutar en cada etapa.

Descripción de las etapas en el diseño de máquinas

  1. Especificación inicial: Primero, se realiza una definición de las necesidades del mercado, se identifica a clientes, se evalúa competencia. En esta etapa, el objetivo es definir los requerimientos del producto (requisitos y deseos).
  2. Desarrollo Conceptual: A continuación, se realiza una descomposición en subsistemas o elementos (en caso de rediseño) o de productos de la competencia, la idea es comparar productos análogos e identificar principios básicos de funcionamiento. Además, se integran principios de ingeniería para generar las alternativas conceptuales.
  3. Diseño Básico: Seguidamente, se establece la arquitectura del producto y se realizan actividades de simulación y evaluación para estimar el comportamiento de las alternativas generadas en el diseño conceptual y se evalúan y seleccionan las mejores. En esta etapa se determina la estructura constructiva del producto o sistema, que es la base para la siguiente etapa.
  4. Desarrollo Detallado: Luego, en esta etapa se realizan los documentos de ingeniería detallados, como los planos de fabricación, que son la base para la fabricación del producto.
  5. Fabricación: Finalmente, en esta última fase se fabrican prototipos para evaluar el diseño e incluso se diseña el proceso de producción y se comienza con la fabricación en serie del producto.

Cabe destacar, que este proceso de diseño no suele ser un proceso directo, sino más bien de ida y vuelta entre etapas con el fin de ajustar el producto final. Por ejemplo, no es raro que en la etapa de Fabricación, algunos prototipos muestren detalles mejorables que deban arreglarse en los planos de detalle.

En los últimos años, gracias a la evolución de los métodos de prototipado rápido, como la impresión 3D, se ha vuelto muy económico la tarea de generación de prototipos. Y, no es raro que se creen diferentes alternativas y se evalúen con el producto en físico.

Referencias

  • Pahl, W. Beitz, J. Feldhusen, y K. H. Grote, Engineering Design: A Systematic Approach, 3rd edition. London: Springer, 2007.
  • Ullman, The Mechanical Design Process, 5 edition. New York, NY: McGraw-Hill Education, 2015.
  • E. Dieter, Engineering Design: A Materials and Processing Approach., 4th edition. New York: McGraw-Hill Higher Education, 2008.
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