El Diseño de Ingeniería Explicado: Proceso y Pasos

El proceso de diseño de ingeniería es posiblemente la piedra angular de los proyectos de desarrollo de productos, ya sean productos personalizados a pequeña escala o equipos industriales de alta tecnología. Proporciona a los ingenieros directrices claras sobre cómo planificar proyectos y hacer seguimiento de su progreso. En este artículo, hablaremos en detalle sobre el ciclo y el proceso de diseño de ingeniería.

¿Qué es el Diseño de Ingeniería?

Comencemos con una visión general de qué es el diseño de ingeniería. Una definición simple sería la aplicación de técnicas y principios de ingeniería para resolver un problema de diseño de forma creativa y sistemática.

Como puede parecer, incluso nuestra simple definición es un poco compleja. Por esta razón, los diseñadores dividen todo el proceso en varios pasos del proceso de diseño de ingeniería, lo que añade claridad y estructura a su trabajo.

El ciclo de diseño de ingeniería comienza en la etapa de ideación y lleva el producto del prototipo a la producción, momento en el cual está listo para entrar al mercado.

Proceso de Diseño de Ingeniería

Las siguientes secciones profundizan en cada etapa del proceso.

Definición del Problema

La definición del problema es el primero, y posiblemente el más importante, de los pasos del proceso de diseño de ingeniería. En esta etapa, el equipo de ingeniería se sienta con las partes interesadas del producto, lo que incluye a personas como inversores, gerentes de producción y el equipo de ventas.

Los requisitos del diseño del producto se discuten en detalle y las expectativas de todo el grupo se comprenden claramente. Esto incluye objetivos de alto nivel como la funcionalidad del producto, los requisitos estéticos, las restricciones presupuestarias, las limitaciones de material, la calidad del producto, etc.

La definición del problema proporciona un marco en el que los diseñadores basan su trabajo. Los objetivos se establecen para los pasos subsiguientes del ciclo de diseño de ingeniería en consecuencia, y es común volver a revisar el planteamiento del problema si surgen inconvenientes.

Investigación

En la fase de investigación del proceso de diseño de ingeniería, los ingenieros llevan a cabo un estudio en profundidad del proyecto. Esta fase implica una investigación exhaustiva para comprender el problema desde diversas fuentes como revisiones de literatura académica, consultas de diseño y principios de diseño de ingeniería.

Esta investigación da a los diseñadores una perspectiva específica sobre el problema y prepara el terreno para una toma de decisiones informada. Al final de este proceso, los diseñadores son plenamente conscientes de los problemas que pueden encontrar y de los aspectos positivos que pueden aprovechar.

Requisitos de Diseño

Una vez completada la fase de investigación, los ingenieros pueden definir los requisitos de diseño traduciendo sus hallazgos en criterios específicos. Estos criterios son técnicos, específicos y medibles.

En un ejemplo común del proceso de diseño de ingeniería, estos requisitos incluyen objetivos como el peso del producto, el volumen, la vida útil, la seguridad del usuario y los costos de fabricación.

Estudio de Viabilidad

A continuación viene la fase de viabilidad. Es una fase crítica en el proceso de diseño de ingeniería que se centra en evaluar la practicidad y viabilidad en el mundo real de las soluciones potenciales. Los ingenieros contrastan sus ideas con las restricciones provenientes de los aspectos técnicos, ambientales, financieros y legales.

Al hacerlo, los diseñadores desarrollan una comprensión más amplia del proyecto más allá de los aspectos centrales del diseño. Además, pueden identificar riesgos potenciales, desafíos y tecnologías que pueden ayudarles a definir un camino práctico a seguir.

Es más, garantizar la viabilidad del proyecto suele ser crucial para asegurar también la financiación de los inversores.

Generación de Conceptos

Los proyectos viables entran en la fase de generación de conceptos. Esta es una etapa intensiva de lluvia de ideas donde el equipo de diseño propone ideas para diferentes conceptos de diseño. El enfoque está en la creatividad y la resolución de problemas, donde se anima a los miembros del equipo a encontrar todas las posibles soluciones al problema en cuestión.

La lluvia de ideas intensiva generalmente conduce a un conjunto de conceptos de diseño potenciales con los que el equipo puede seguir adelante.

Sin embargo, después de esta etapa inicial, los ingenieros de diseño tienen discusiones específicas sobre las ideas para descartar las malas ideas y dirigir su enfoque hacia los conceptos que vale la pena explorar más a fondo. Es una fase importante en el proceso de diseño de ingeniería, ya que se filtran las ideas de bajo potencial y el equipo gana claridad y dirección respecto a su enfoque.

Diseño Inicial

Después de finalizar el concepto con el que se va a proceder, los diseñadores ahora necesitan poner manos a la obra. La etapa de diseño inicial consiste en crear esbozos preliminares o borradores iniciales de la solución propuesta, con un enfoque en las características clave y los requisitos de diseño.

Además, tales diseños también son una buena manera de comunicar la intención y las ideas de diseño a los equipos no técnicos. Este es un aspecto importante del diseño de ingeniería, ya que la comunicación entre equipos es necesaria para garantizar el progreso y la transparencia en el proceso.

Tales diseños iniciales sirven como punto de partida para un mayor refinamiento en las próximas etapas.

Optimizar el Diseño y el Dibujo de Ingeniería

Al final de la etapa de diseño inicial, los diseñadores generalmente han pasado por un largo proceso de eliminación para identificar el diseño exacto con el que quieren avanzar. Sin embargo, en este punto del proceso de diseño de ingeniería, el diseño inicial todavía está lejos de ser un diseño funcional.

Por lo tanto, la etapa de diseño detallado y optimización cierra la brecha entre el diseño conceptual y el funcional. Primero, el diseño inicial añadirá los detalles requeridos. Se finalizan las dimensiones, se eligen los materiales, se determinan las tolerancias y se definen la configuración/restricciones de ensamblaje. Estas son actividades de diseño mecánico de fondo que garantizan la funcionalidad y seguridad de un diseño de ingeniería.

Los ingenieros utilizan dibujos de ingeniería para consolidar y comunicar toda esta información dentro y entre equipos. Después del diseño, también se puede realizar un estudio de optimización. Esta es una buena práctica de diseño e ingeniería. Su objetivo es maximizar el rendimiento del producto encontrando la mejor configuración de las entradas de diseño (dimensiones, orientación, ajustes de ingeniería, etc.).

Desarrollo y Pruebas de Prototipos

La fase de desarrollo y pruebas de prototipos se centra en transformar el diseño del producto en una forma tangible y funcional. En esta etapa del proceso de diseño de ingeniería, se utilizan varios métodos de prototipado rápido como la impresión 3D o el mecanizado CNC para fabricar prototipos funcionales del diseño.

Después de la producción, los ingenieros utilizan pruebas rigurosas para identificar fallas y áreas de mejora. Las pruebas pueden incluir pruebas de falla, pruebas de fatiga, sobrecarga, etc. Todas estas pruebas apuntan a simular el entorno de trabajo real del producto y a verificar si el diseño puede funcionar eficientemente en esas condiciones o no.

Esta fase suele ser muy iterativa, ya que cada ciclo de pruebas revela nuevos problemas que requieren rehacer el diseño. El paso del diseño conceptual al diseño final toma tiempo y paciencia por parte del equipo de diseño.

Además, esta fase del ciclo de diseño de ingeniería también incluye un estudio en profundidad de diseño para la fabricación. Este análisis se centra en afinar el diseño para garantizar la compatibilidad con los procesos de fabricación. Por ejemplo, las esquinas internas afiladas pueden redondearse para un mecanizado CNC conveniente.

Al final de la laboriosa fase de desarrollo y pruebas de prototipos, el diseño está completamente listo para pasar a la producción por lotes.

Producción

La fase final del proceso de diseño de ingeniería es la producción. Después de esta etapa, el equipo lanza el producto al mercado y llega a manos de los usuarios finales. Por lo tanto, es una etapa crítica, ya que los errores no son asumibles y hay mucho en juego.

En el contexto del diseño de ingeniería, el equipo de diseño transmite su trabajo al departamento de producción. El equipo de producción luego prepara un plan de fabricación basado en factores como los plazos, los procesos de fabricación elegidos, el análisis DFM, los requisitos de calidad y cantidad, y la disponibilidad de materiales.

Por ejemplo, si la cantidad de producto es baja, el equipo de producción se centra en métodos de producción de bajo volumen como el mecanizado CNC o la fundición al vacío en lugar del moldeo por inyección o la fundición a presión.

Después de la fabricación, los productos pasan por un sistema de control de calidad donde se verifican requisitos como las tolerancias dimensionales y de forma, la calidad superficial y los tratamientos térmicos.

La mayoría de las empresas trabajan con un umbral de calidad predefinido. Por ejemplo, una empresa que opera con niveles 6-Sigma debe asegurarse de que haya menos de 3.4 defectos por millón de oportunidades. Tales requisitos ayudan a mantener la calidad de fabricación.

Finalmente, el equipo de producción empaqueta los productos y los entrega al departamento de cadena de suministro.

Este punto marca el final del ciclo de diseño de ingeniería.

Habilidades Importantes que Dominar para el Diseño de Ingeniería

El diseño de ingeniería es un campo en crecimiento con mucho margen para los jóvenes profesionales. Está en constante evolución y absorbiendo disciplinas relacionadas en su amplio cuerpo de conocimiento, lo que subraya el hecho de que los ingenieros de diseño necesitan mantenerse al día con la tecnología contemporánea para seguir siendo competitivos.

Si bien el desarrollo del ciclo de diseño de ingeniería es un tema amplio, destacaremos algunas de sus habilidades fundamentales para los ingenieros de diseño.

Conocimiento de Ingeniería

El primer y principal requisito para convertirse en un talentoso ingeniero de diseño es adquirir conocimiento de ingeniería. Esto incluye tener un firme dominio de temas como el diseño de máquinas, los sistemas térmicos y de fluidos, la fabricación y el CAD. Esta lista puede continuar, pero destacamos algunos de los temas principales para una visión general básica.

Por supuesto, dependiendo de la industria específica del diseñador, los requisitos de conocimiento pueden cambiar. Es una buena práctica identificar sus intereses desde el principio y comenzar a desarrollarse en esas habilidades específicas para tomar ventaja.

Resolución Creativa de Problemas

El diseño consiste en encontrar soluciones creativas a problemas complejos. Un ingeniero de diseño debe tener la capacidad creativa de idear soluciones novedosas a los problemas de ingeniería. Además, estas soluciones también deben estar en línea con los requisitos de diseño establecidos y deben obedecer los estándares de diseño.

Como puede imaginar, puede resultar difícil pensar en ideas que no solo sean nuevas y creativas, sino también prácticas desde una perspectiva de ingeniería. Por lo tanto, los aspirantes a ingenieros de diseño deben someterse a proyectos de diseño para pulir sus habilidades y volverse buenos en su trabajo.

Comunicación y Trabajo en Equipo

El proceso de diseño de ingeniería no es simple, como hemos visto. Una sola persona rara vez puede manejar toda la carga de trabajo sola. Por lo tanto, es común trabajar en un equipo de personas técnicas y no técnicas mientras se trabaja en un proyecto de diseño de ingeniería.

Por lo tanto, una de las habilidades más importantes que deben tener los ingenieros y fabricantes es la comunicación y el trabajo en equipo. Si es un buen colaborador, puede llevar muy bien a su equipo. Los miembros del equipo aportan su parte de la carga de trabajo, complementan las capacidades de los demás y mantienen el respeto.

De manera similar, la comunicación es una habilidad clave para el trabajo en equipo. Hay numerosas situaciones en las que una comunicación ineficaz puede causar problemas. Por ejemplo, no poder comunicar los requisitos de calidad al departamento de producción puede tener graves consecuencias en forma de productos defectuosos.

Diseño de Ingeniería y Diseño para la Fabricación

En esta última sección, nos gustaría abordar el tema del diseño de ingeniería y el diseño para la fabricación. Ambos son campos altamente interrelacionados que trabajan juntos para hacer que un producto sea exitoso.

El proceso de diseño de ingeniería se explicó completamente en las secciones anteriores. Como vimos, tiene numerosos pasos en el proceso de diseño de ingeniería y roles claramente definidos para los ingenieros de diseño en cada paso.

El diseño para la fabricación, en palabras simples, es un campo especializado que se centra en hacer que un diseño sea conveniente de fabricar. Esto se hace alterando el diseño de tal manera que su funcionalidad permanezca inalterada, pero se vuelva más barato y rápido de producir.

Un ejemplo común de análisis DFM es el uso de esquinas internas redondeadas, la eliminación de ranuras profundas y estrechas, y evitar paredes delgadas en el mecanizado CNC para garantizar una mejor calidad superficial y un mínimo desgaste de las herramientas. Esto no cambia nada sobre la utilidad del producto, pero disminuye drásticamente los rechazos de piezas, los tiempos de ciclo y el desperdicio de material.

Sendot Technology Apoya su Diseño de Ingeniería – Del Prototipo a la Producción

Los diseños de ingeniería se optimizan para la viabilidad y eficiencia de la fabricación, minimizan los posibles desafíos de producción y reducen los plazos de entrega y los costos. Como una empresa de fabricación rápida profesional, Sendot Technology mejora el proceso de diseño de ingeniería ofreciendo soluciones avanzadas de producción y fabricación para satisfacer necesidades específicas. Con el apoyo de Sendot Technology, puede identificar y abordar posibles problemas de producción desde el principio, garantizando transiciones más fluidas del diseño a la producción.

Conclusión

El proceso de diseño de ingeniería es sin duda una metodología sobresaliente para trabajar con problemas de diseño. Los diversos pasos del proceso de diseño de ingeniería hacen que todo el proceso sea muy sistemático y fácil de seguir, ayudando a los equipos de diseño a organizar su trabajo de una mejor manera.

Preguntas Frecuentes

¿Por qué es importante el prototipado en el ciclo de diseño de ingeniería?

El prototipado es crucial para validar el diseño de ingeniería antes de que pase a la producción a tiempo completo. Debido a la naturaleza compleja de los proyectos de diseño de ingeniería, se espera que ocurran errores. La etapa de prototipado descarta tales fallas de diseño y permite a los diseñadores mejorar el diseño a lo largo de las iteraciones.

¿Qué herramientas se utilizan para el diseño de ingeniería?

El diseño de ingeniería utiliza numerosas herramientas como CAD, CAE, FEM, aprendizaje automático, análisis del ciclo de vida, etc. La elección exacta de las herramientas de ingeniería depende del paso del proceso de diseño de ingeniería y de la naturaleza del proyecto.

¿Cómo encontrar el fabricante adecuado para el diseño de ingeniería?

Algunos de los factores que debe considerar al elegir un fabricante para el diseño de ingeniería incluyen las capacidades de fabricación, la calidad del servicio, el costo, la disponibilidad de materiales y el servicio al cliente.