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El diseño mecánico es la ciencia que se encarga de fabricar y construir todos aquellos sistemas mecánicos que permiten a diversas maquinarias funcionar correctamente. Por esta razón, quienes se dedican a la ingeniería mecánica tienen una gran responsabilidad, ya que este correcto funcionamiento asegura un proceso optimo y sin margen de error. Estos expertos buscan constantemente conocimiento en estas áreas de manera que se complementen sus conocimientos, ya sea mediante especializaciones u otras alternativas educativas.
Introducción al diseño mecánico
El diseño mecánico es una tarea compleja que requiere disponer de habilidades. Más allá de la aplicación de la ciencia y de las matemáticas, es decir, de la ingeniería. Su complejidad requiere una secuencia de pasos iterativos, desde la presentación y revisión de las ideas hasta su diseño y fabricación.
El equipo de diseñadores puede disponer de recursos de apoyo como son fuentes de información y herramientas de diseño. Estas pueden ser el diseño asistido por ordenador (computer-aided design – CAD). Además del análisis por elementos finitos (finite element analysis – FEA), la utilización de solucionadores matemáticos o la impresión 3D, entre otras.
Pero el ingeniero mecánico no solo necesita desarrollar competencias en su campo. También debe cultivar un fuerte sentido de responsabilidad y ética de trabajo profesional, así como conocimientos y habilidades en la gestión y dirección de proyectos.
El trabajo de diseñador mecánico también incluye el conocimiento de los códigos, estándares y normas de aplicación. Normalmente están relacionados con las condiciones de seguridad, higiene industrial, protección del medioambiente y calidad; así como de los aspectos económicos del resultado final del proyecto y de las consideraciones de responsabilidad legal.
El proceso de diseño
Se puede definir ‘diseñar’ como la formulación de un plan que sirva para satisfacer una necesidad específica o para resolver un problema. Si el plan da como resultado la creación de un objeto físico, este debe ser funcional, seguro, fiable, competitivo, útil, fabricable y, por supuesto, comercializable. Pero, sobre todo, es un proceso de toma de decisiones.
Decisiones que deben tomarse, en la mayoría de los casos, con una gran incertidumbre, ya sea por falta de información o por un exceso de información contradictoria. Otras veces las decisiones se toman de manera tentativa, por lo cual es necesario realizar numerosos ajustes a medida que se obtienen más datos. Por lo tanto, es importante que el ingeniero mecánico sea capaz de tomar decisiones y resolver los problemas que van surgiendo durante el proceso.
Además, el diseño es una actividad de intensa comunicación oral y escrita con profesionales de otras disciplinas y, cada vez más, con profesionales de otras culturas, incluso trabajando en remoto.
A esto hay que añadir que la ingeniería mecánica incluye aspectos como la producción y el procesamiento de maquinaria, las estructuras y las instalaciones, la producción, transporte y almacenamiento de energía, con el suministro de los medios de producción, con los medios de transporte y con las técnicas de automatización, por lo tanto, las bases de conocimiento necesarias para ejercer la actividad son muy amplias e incluyen la mecánica del sólido rígido, la mecánica de fluidos, la transferencia de masa y de energía, los procesos de fabricación y la teoría eléctrica, electrónica y de la información.
Paso a paso del diseño
El proceso de diseño es complejo y requiere de múltiples iteraciones para asegurar que se alcanza el objetivo propuesto. Es un proceso de vital importancia, ya que, si su complimiento de por sí no garantiza que el resultado sea un éxito, en el caso de no seguirlo, se puede asegurar que muy difícilmente el resultado sea satisfactorio para las partes implicadas. De acuerdo con Robert L. Norton, en su libro Diseño de maquinaria, McGraw Hill, el proceso de diseño se compone de las siguientes 10 fases.
Fase 1:
Identificación de necesidades, que consiste en asegurarse que se ha identificado el problema al que se quiere dar solución y las opciones aceptables por el usuario.
Fase 2:
Investigación preliminar, consiste en buscar información y realizar un benchmarking, que permita conocer las mejores opciones para resolver la necesidad expuesta en la fase anterior.
Fase 3:
Planteamiento de objetivos, está claro que un diseño no puede cubrir todas las posibles necesidades de un usuario, por el tanto, es importante fijar unos objetivos claros y realistas que debe cumplir el diseño.
Fase 4:
Especificaciones de desempeño, que definen lo que el diseño debe ser capaz de hacer, definiendo valores numéricos que son capaces de ser medidas y comprobadas; pueden servir como especificaciones contractuales.
Fase 5:
Ideación e invención, es la fase creativa del proceso, en la que el ingeniero mecánico va a inventar la solución, basándose en la investigación preliminar y asegurando que cumple los objetivos del proyecto, las especificaciones definidas en el contrato y, sobre todo, que resuelve las necesidades del usuario.
Fase 6:
Análisis, consistente en analizar el problema y plantear posibles soluciones, utilizando teorías físicas, procesos químicos y cálculos matemáticos, para plantear soluciones preliminares que pueden ser capaces de cumplir con los objetivos planteados.
Fase 7:
Selección, consistente en aplicar criterios de decisión que permitan seleccionar la mejor opción para cumplir con las especificaciones de desempeño y con los objetivos de acuerdo con el cliente.
Fase 8:
Diseño detallado, se trata de continuar con el análisis de la solución escogida hasta llegar al nivel de detalle necesario que permita su fabricación y utilización.
Fase 9:
Creación de prototipos y pruebas, aunque la modelización que se pueda realizar en las fases de análisis y de diseño detallado dé resultados satisfactorios, es importante construir prototipos y realizar las pruebas necesarias para asegurar que el resultado cumple, en las condiciones de trabajo, con las especificaciones de desempeño definidas.
Fase 10:
Producción, una vez que se ha comprobado que el diseño resuelve satisfactoriamente la necesidad planteada por el usuario se procede a la producción de las unidades necesarias, ya sean estos productos únicos o grandes fabricaciones en serie.
Consideraciones de diseño
A lo largo del proceso de diseño se van a encontrar una serie de factores que tienen una especial importancia para determinar el resultado final, estas son las consideraciones de diseño. Es importante limitar el número de consideraciones a un valor manejable, ya que se encontrará que muchas de ellas son contradictorias, resultando imposible cumplir con todas ellas si su número es demasiado elevado.
Entre las consideraciones de diseño se pueden encontrar factores tales como la seguridad, la mantenibilidad, la masa o el coste. Éstas deben ser coherentes con las particularidades legales, climáticas y sociales del lugar geográfico en el que se va a utilizar la solución planteada, ya que resulta clave para el éxito del diseño.
El profesional en diseño mecánico
El diseño mecánico ha sido de gran importancia en las diferentes etapas de la historia humana. Los avances en las diferentes revoluciones industriales se vieron marcados por el diseño y desarrollo de estos sistemas. Cada día se mejoran y se adaptan nuevos diseños a las diferentes máquinas existentes. De esta manera, se crean nuevas máquinas y sistemas que mejoran la eficacia y la producción en las diversas industrias.
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