Podría decirse que el proceso de diseño técnico es la piedra angular de los proyectos de desarrollo de productos, ya sean pequeños productos personalizados o instalaciones industriales de alta tecnología. Proporciona a los ingenieros directrices claras para planificar proyectos y realizar un seguimiento de su progreso. En este artículo, analizaremos en detalle el ciclo y el proceso de diseño técnico.
¿Qué es el diseño técnico?
Comencemos con una descripción general de qué es el diseño técnico. Una definición simple sería la aplicación de técnicas y principios de ingeniería para resolver de manera creativa y sistemática un problema de diseño.
Parece que incluso nuestra definición simple es un poco complicada. Por esta razón, los diseñadores dividen todo el proceso en diferentes etapas del proceso de diseño, lo que le da más claridad y estructura a su trabajo.
El ciclo de diseño técnico comienza en la fase de ideación y sigue el producto desde el prototipo hasta la producción, en el punto en que está listo para su lanzamiento al mercado.
Proceso de diseño técnico
Las siguientes secciones analizan las fases individuales del proceso con más detalle.
Definición del problema
Definir el problema es el primer paso y probablemente el más importante en el proceso de diseño. En esta fase, el equipo de desarrollo se reúne con los implicados en el producto, incluidos inversores, responsables de producción y el equipo comercial.
Los requisitos de diseño del producto se analizan en detalle y se comprenden claramente las expectativas de todo el grupo. Estos incluyen objetivos de alto nivel como funcionalidad del producto, requisitos estéticos, restricciones presupuestarias, limitaciones de materiales, calidad del producto, etc.
El planteamiento del problema proporciona a los diseñadores un marco para su trabajo. En consecuencia, se establecen objetivos para los pasos posteriores del ciclo de diseño y es común reconsiderar la definición del problema cuando surgen problemas.
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En la fase de investigación del proceso de diseño de ingeniería, los ingenieros realizan un estudio en profundidad del diseño. Esta fase implica una investigación exhaustiva para comprender el problema a partir de múltiples fuentes, como informes de literatura académica, consultas de diseño y principios de diseño técnico.
Esta investigación brinda a los diseñadores una visión específica del problema y crea la base para decisiones informadas. Al final de este proceso, los diseñadores son conscientes de los problemas que pueden encontrar y las ventajas que pueden aprovechar.
Requerimientos de diseño
Una vez completada la fase de investigación, los ingenieros pueden definir los requisitos del proyecto y traducir sus hallazgos en criterios específicos. Estos criterios son técnicos, específicos y mensurables.
Por ejemplo, en un proceso de diseño de ingeniería común, estos requisitos incluyen objetivos como peso, volumen, vida útil, seguridad del usuario y costo de fabricación del producto.
Estudio de viabilidad
Luego viene la fase de viabilidad. Esta es una fase crítica en el proceso de diseño que implica evaluar la practicidad y viabilidad de posibles soluciones. Los ingenieros evalúan sus ideas frente a limitaciones técnicas, ambientales, financieras y legales.
De esta manera, los diseñadores desarrollan una comprensión más integral del proyecto que va más allá de los aspectos centrales del diseño. Además, pueden identificar riesgos, desafíos y tecnologías potenciales que pueden ayudarlos a definir un camino práctico a seguir.
Además, garantizar la viabilidad de un proyecto suele ser también crucial para conseguir financiación de los inversores.
Creación de conceptos
Los proyectos realizables avanzan a la fase de desarrollo del concepto. Esta es una fase intensiva de lluvia de ideas en la que el equipo de diseño propone ideas para varios conceptos de diseño. Se pone énfasis en la creatividad y la resolución de problemas, y se anima a los miembros del equipo a encontrar todas las soluciones posibles al problema en cuestión.
La lluvia de ideas intensiva a menudo crea un conjunto de conceptos de diseño potenciales con los que el equipo puede avanzar.
Sin embargo, después de esta fase inicial, los diseñadores participan en discusiones sobre ideas específicas para descartar malas ideas y cambiar su enfoque hacia conceptos dignos de exploración adicional. Esta es una fase importante en el proceso de diseño, ya que las ideas con bajo potencial se filtran y el equipo gana claridad y orientación en su enfoque.
Primer borrador
Después de completar un concepto en el que se debe trabajar más adelante, los diseñadores ahora necesitan echar una mano. La fase de diseño inicial implica la creación de bocetos o borradores iniciales de la solución propuesta, centrándose en las características clave y los requisitos de diseño.
Además, estos diseños también son una buena manera de comunicar sus intenciones e ideas de diseño a equipos no técnicos. Este es un aspecto importante del diseño técnico, ya que la comunicación entre equipos es necesaria para garantizar el progreso y la transparencia en el proceso.
Estos borradores iniciales sirven como punto de partida para futuras mejoras en fases posteriores.
Optimizar proyectos y dibujos técnicos.
Al final de la fase de diseño inicial, los diseñadores suelen pasar por un largo proceso de eliminación para determinar el diseño exacto con el que quieren seguir adelante. Sin embargo, en este punto del proceso de diseño de ingeniería, el diseño original aún está lejos de ser un diseño funcional.
Por lo tanto, la fase de diseño detallado y optimización cierra la brecha entre el diseño conceptual y funcional. Primero, se agregan los detalles necesarios en el primer borrador. Se determinan las dimensiones, se seleccionan los materiales, se determinan las tolerancias y se definen las configuraciones/limitaciones del ensamblaje. Estas son actividades fundamentales de diseño mecánico que garantizan la funcionalidad y seguridad de un proyecto de ingeniería.
Los ingenieros utilizan dibujos técnicos para consolidar y comunicar toda esta información dentro y entre los equipos. Tras el dimensionamiento también se puede realizar un estudio de optimización. Esta es una buena práctica de diseño e ingeniería. El objetivo es maximizar el rendimiento del producto encontrando la mejor configuración de los insumos del proyecto (dimensiones, orientación, ajustes técnicos, etc.).
Desarrollo y prueba de prototipos.
La fase de desarrollo y prueba del prototipo consiste en llevar el diseño del producto a una forma funcional y tangible. En esta etapa del proceso de diseño, se utilizan varios métodos rápidos de creación de prototipos, como la impresión 3D o el mecanizado CNC, para producir prototipos funcionales del diseño.
Después de la producción, los ingenieros realizan pruebas rigurosas para identificar defectos y áreas de mejora. Las pruebas pueden incluir pruebas de falla, pruebas de fatiga, pruebas de sobrecarga, etc. Todas estas pruebas tienen como objetivo simular el entorno de trabajo real del producto y comprobar si el diseño funciona eficientemente en estas condiciones o no.
Esta fase suele ser muy iterativa, ya que cada ciclo de prueba revela nuevos problemas que requieren revisiones de diseño. La transición del diseño conceptual al diseño final requiere tiempo y paciencia por parte del equipo de diseño.
Además, esta fase del ciclo de diseño también incluye un estudio en profundidad del diseño para la fabricación. Este análisis se centra en ajustar el diseño para garantizar la compatibilidad con los procesos de fabricación. Por ejemplo, las esquinas interiores afiladas se pueden redondear para un cómodo mecanizado CNC.
Al final de la costosa fase de desarrollo y prueba del prototipo, el diseño está completamente listo para la producción en serie.
Producción
La fase final del proceso de diseño es la producción. Luego de esta fase, el equipo lleva el producto al mercado y llega a manos de los usuarios finales. Por lo tanto, esta es una fase crítica ya que los errores son inaceptables y los riesgos altos.
Como parte del diseño técnico, el equipo de diseño envía su trabajo al departamento de producción. Luego, el equipo de producción crea un plan de fabricación basado en factores como tiempos de entrega, procesos de fabricación seleccionados, análisis DFM, requisitos de calidad y cantidad, y disponibilidad de materiales.
Por ejemplo, si la cantidad de producto es pequeña, el equipo de producción se centrará en métodos de producción de lotes pequeños, como el mecanizado CNC o la fundición al vacío, en lugar del moldeo por inyección o la fundición a presión.
Después de la producción, los productos pasan por un sistema de pruebas de calidad donde se verifican requisitos como tolerancias dimensionales y de forma, calidad de la superficie y tratamientos térmicos.
La mayoría de las empresas trabajan con un umbral de calidad predefinido. Por ejemplo, una empresa que opera en el nivel 6-sigma debe garantizar que se produzcan menos de 3,4 defectos por millón de oportunidades. Estos 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 técnico.
Habilidades importantes que necesita dominar para el diseño técnico
El diseño de ingeniería es un campo en crecimiento con muchas oportunidades para los jóvenes profesionales. Está en constante evolución e incorpora disciplinas afines a su amplio cuerpo de conocimientos. Esto pone de relieve el hecho de que los ingenieros de diseño deben mantenerse actualizados con la tecnología moderna para seguir siendo competitivos.
Aunque el desarrollo del ciclo de diseño técnico es un campo amplio, destacaremos algunas de las habilidades esenciales de los diseñadores.
Conocimientos de ingeniería
El primer y más importante requisito para convertirse en un diseñador talentoso es adquirir conocimientos de ingeniería. Esto incluye una comprensión profunda de temas como ingeniería mecánica, sistemas térmicos y de fluidos, fabricación y CAD. Esta lista podría continuar, pero resaltaremos algunos de los temas clave para brindar una descripción general básica.
Por supuesto, los requisitos de conocimientos pueden cambiar según la industria del diseñador. Es una buena práctica identificar sus intereses desde el principio y comenzar a desarrollar esas habilidades específicas para tener una ventaja.
Solución creativa de problemas
El diseño consiste en encontrar soluciones creativas a problemas complejos. Un diseñador debe tener la capacidad creativa para encontrar soluciones innovadoras a problemas técnicos. Además, estas soluciones también deben cumplir requisitos de diseño específicos y cumplir con los estándares de diseño.
Como puedes imaginar, puede resultar difícil generar ideas que no sólo sean nuevas y creativas, sino también técnicamente prácticas. Por lo tanto, los aspirantes a diseñadores deben participar en proyectos de diseño para mejorar sus habilidades y ser buenos en su trabajo.
Comunicación y trabajo en equipo.
Como hemos visto, el proceso de diseño técnico no es fácil. Rara vez una persona puede encargarse sola de toda la carga de trabajo. Por lo tanto, cuando se trabaja en un proyecto de dibujo técnico, es común trabajar en un equipo de empleados técnicos y no técnicos.
Por tanto, la comunicación y el trabajo en equipo son una de las habilidades más importantes para ingenieros y fabricantes. Si trabajan bien juntos, pueden apoyar muy bien a su equipo. Los miembros del equipo contribuyen a la carga de trabajo, se complementan y mantienen el respeto.
La comunicación también es una habilidad fundamental en el trabajo en equipo. Existen innumerables situaciones en las que una comunicación ineficaz puede causar problemas. Por ejemplo, no comunicar los requisitos de calidad al departamento de producción puede tener graves consecuencias en forma de productos defectuosos.
Diseño técnico y diseño de fabricación.
En esta sección final, nos gustaría abordar el tema del diseño de ingeniería y el diseño de fabricación. Ambas áreas están estrechamente vinculadas y trabajan juntas para que un producto sea exitoso.
El proceso constructivo ha sido explicado detalladamente en los apartados anteriores. Como hemos visto, implica numerosos pasos y roles claramente definidos para los ingenieros de diseño en cada etapa.
El Diseño para Manufactura, en términos simples, es una especialidad que se enfoca en hacer que un diseño sea fácil de fabricar. Esto se hace cambiando el diseño para que su funcionalidad permanezca sin cambios, pero la producción se vuelve más barata y rápida.
Un ejemplo común de análisis DFM es el uso de esquinas internas redondeadas, eliminando ranuras estrechas y profundas y evitando paredes delgadas en el mecanizado CNC para garantizar una mejor calidad de la superficie y un desgaste mínimo de la herramienta. Esto no cambia la usabilidad del producto, pero reduce drásticamente el desperdicio de piezas, los tiempos de ciclo y el desperdicio de material.
WayKen apoya su proyecto de ingeniería, desde el prototipo hasta la producción
Concluyendo
El proceso de diseño técnico es sin duda una excelente manera de resolver problemas de diseño. Los diferentes pasos del proceso de diseño técnico hacen que todo el proceso sea muy sistemático y fácil de entender y ayudan a los equipos de diseño a organizar mejor su trabajo.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es importante la creación de prototipos en el ciclo de diseño técnico?
La creación de prototipos es fundamental para validar el diseño técnico antes de pasar a la producción en serie. Debido a la complejidad de los proyectos de diseño técnico, es de esperar que se produzcan errores. En la fase de creación de prototipos, estos errores de diseño se eliminan y los diseñadores pueden mejorar el diseño a lo largo de las iteraciones.
¿Qué herramientas se utilizan para la construcción técnica?
En proyectos de ingeniería se utilizan muchas herramientas como CAD, CAE, FEM, aprendizaje automático, análisis del ciclo de vida, etc. La elección exacta de las herramientas de ingeniería depende de la etapa específica del proceso de diseño de ingeniería y del tipo de proyecto.
¿Cómo encontrar el fabricante adecuado para la construcción técnica?
Los factores que debe considerar al elegir un fabricante de diseño de ingeniería incluyen la capacidad de fabricación, la calidad del servicio, el costo, la disponibilidad de materiales y el servicio al cliente.
