El diseño mecánico

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El diseño mecánico es una tarea compleja que requiere disponer de habilidades, más allá de la aplicación de la ciencia y de las matemáticas. 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. Herramientas de diseño como son el diseño asistido por ordenador (computer-aided design – CAD), el análisis por elementos finitos (finite element analysis – FEA). La utilización de solucionadores matemáticos o la impresión 3D, entre otras.

Ingeniería y diseño mecánico

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 aplicació. 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.

Diseño mecánico como concepto

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. 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. Estas 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.

Herramientas de diseño

Se debe conocer y, en lo posible, utilizar todas las herramientas de diseño disponibles, como son:

Información técnica, como son las bibliotecas técnicas especializadas de universidades, colegios y asociaciones profesionales, editoriales técnicas y agencias gubernamentales. Muchas de ellas disponibles a través de internet, así como de papers disponibles a través páginas web especializadas en recursos científicos.
Herramientas de diseño asistido por ordenador (computer-aided design – CAD) que permiten el desarrollo de diseños tridimensionales. A partir de los cuales pueden obtenerse vistas ortográficas convencionales en 2 dimensiones, que permiten comprobar el aspecto final de la solución y su adecuación al entorno.
Herramientas de análisis por elementos finitos (finite element analysis – FEA) que permiten simular la aplicación de cargas para comprobar la distribución de esfuerzos, las deformaciones, las vibraciones y el flujo de calor. En la solución planteada en condiciones de trabajo, realizando no solo la simulación de cargas estáticas. Sino también la de cargas dinámicas, movimientos, dinámica de fluidos y transferencias de temperaturas.
El análisis se realiza, de forma general, en 3 fases. Estas son el reprocesamiento, en el que se define el modelo y los factores ambientales que le afectan; solución, matemática del modelo; y post-procesamiento, en el que se muestran los resultados de forma gráfica y numérica.
Solucionadores matemáticos, que permiten la realización rápida y repetitiva de cálculos matemáticos complejos relacionados con el diseño de la solución.

Gestión del proyecto

De acuerdo a la Norma ISO 21500:2012, «Directrices para la dirección y gestión de proyectos», un proyecto es un conjunto único de procesos que consta de actividades coordinadas y controladas, con fechas de inicio y final, que se llevan a cabo para lograr los objetivos del proyecto, esta definición coincide perfectamente con el proceso de diseño mecánico. Aunque un ingeniero disponga de muy buenos conocimientos técnicos, si no es capaz de gestionar correctamente las actividades, plazos y recursos necesarios para llevarlo a cabo, no será capaz de obtener resultados satisfactorios.

De modo general, la gestión de un proyecto se compone de los siguientes cinco grupos de procesos:

Inicio, son los procesos que se utilizan para comenzar el proyecto, definir los objetivos y autorizar al director a llevarlo a cabo.
Planificación, se utilizan para desarrollar el detalle de la planificación, este detalle debe ser suficiente para establecer líneas base contra las cuales se gestiona la implementación del proyecto y contra las que se mide y controla el desempeño del proyecto.
Implementación, son los procesos que se emplean para realizar las actividades de la gestión del proyecto y para apoyar la producción de los entregables de acuerdo con los planes de proyecto.
Control, se emplean para seguir, medir y controlar el desempeño del proyecto con respecto al plan del proyecto, de manera que se puedan tomar acciones preventivas y correctivas, así como realizar las solicitudes de cambio, cuando sean necesarias, para lograr los objetivos del proyecto.
Cierre, son los que se utilizan para establecer formalmente que el proyecto está concluido y proporcionar las lecciones aprendidas para que sean consideradas e implementadas según sea necesario

Responsabilidades del ingeniero

De modo general, el ingeniero mecánico debe satisfacer las necesidades de los usuarios y de las partes interesadas, ya sean estos la administración, los clientes, los usuarios, etc., y se espera que lo haga de una manera competente, responsable, ética y profesional. Cuando se trabaja en un problema de diseño es importante que se desarrolle un enfoque sistémico, que incluya los siguientes elementos:

Entender el problema, fundamental para poder resolverlo.
Identificar la información conocida, a partir del enunciado perfeccionado del problema.
Identificar la información desconocida y formular estrategias para su solución, estableciendo aquello que se debe determinar y en su orden, con el fin de llegar a una solución del problema.
Establecer todos los supuestos y todas las decisiones, ya que, de modo general, los problemas de diseño reales no tienen soluciones únicas, ideales y cerradas.
Analizar el problema, utilizando una estrategia de solución junto con las decisiones y supuestos, que ejecute el análisis del problema.
Evaluar la solución, en cada uno de sus pasos, es decir, observando la forma en que los cambios de estrategia, decisiones, supuestos y ejecución podrían modificar los resultados, ya sea de manera positiva o negativa.
Presentar la solución, utilizando las habilidades de comunicación necesarias para explicar lo que se ha diseñado a la audiencia.

Aprendiendo el arte

Entrar en el mundo del diseño no siempre es algo sencillo, más aún cuando se habla de algo tan complejo como el diseño mecánico. Esta carrera con notas de ingeniería tiene como base conceptos tanto matemáticos como artísticos. Por esta razón el profesional de esta área debe estar al tanto en tendencias y en como aplicar las mismas en su labor.

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