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LOS PROBLEMAS DE DISEÑO EN INGENIERÍA:
CONCEPTO Y FORMULACIÓN
NELSON VÍLCHEZ.
6 12 18 24 30
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL CENTROCOORDINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA
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- EDUCACIÓN FORMAL Y FORMULACIÓN DE PROBLEMAS
- SENSIBILIDAD DE LA CALIDAD DE LAS SOLUCIONES RESPECTO A LA FORMULACION DEL PROBLEMA
- FORMULACIÓN: UNIVERSO DE BÚSQUEDA DE DE SOLUCIONES
- FORMULACIÓN DE PROBLEMAS Y METODOLOGIA DE DISEÑO (INTEGRACIÓN).
INTRODUCCIÓN
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3
INTRODUCCIÓNN
EC
ES
IDA
D I
NS
ATIS
FEC
HA
PROBLEMA 1
PROBLEMA 2
PROBLEMA N
•• •
••
•• ••
•• •
••
•• ••
•• ••
••• •
•
• •
•• •
•
SOLUCIONES
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*DESARROLLAR NUEVO PRODUCTO PARTIENDO DE NECESIDAD INSATISFECHA.
SEÑALAR VIAS PARA ESTRUCTURAR FORMULACIONESÓPTIMAS EN EL CONTEXTO DEL
DISEÑO CONCEPTUAL*
OBJETIVO DEL TRABAJO
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DEFINICION OPERATIVA
CONCEPTO DE PROBLEMA DEDISEÑO EN INGENIERÍA
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NECESIDAD INSATISFECHA
INDENTIFICAR SISTEMA A
CREAR SISTEMA B
NECESIDAD SATISFECHA
AFECTAR SISTEMA A
SISTEMA A SISTEMA B
SIS
TEM
A
AM
BIE
NTA
L
DEFINICION OPERATIVA
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VARIABLES FUNDAMENTALES
ASPECTOS IDENTIFICABLES EN TODOS LOS PROBLEMAS
DE DISEÑO.
ENFOQUE CONCEPTUAL
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E.I.S.B. Estado inicial sistema básico
E.F.S.B. Estado final sistema básico.
S. a D. Sistema a diseñar (B)
S.A. Sistema ambiental
S.B. Sistema básico (A)
VARIABLES FUNDAMENTALES
ABREVIATURA DENOMINACIÓN
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LIMITACIONES DEVARIABLES FUNDAMENTALES
DESCRIPCIONES O VALORESQUE PERMITEN IDENTIFICAR
DICHAS VARIABLES(EJEMPLO SEGUIDAMENTE)
ENFOQUE CONCEPTUAL
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Deformados
Rectos
Máquina
Taller de servicio.
Ejes bombas pozos profundos
E.I.S.B.
E.F.S.B.
S. a D.
S.A.
S.B.
LIMITACIONES DE VARIABLES FUNDAMENTALES
(EJEMPLO)
Limitaciones
Diseñar una máquina para enderezar ejes de bombas de pozos profundos en
taller de servicio
V.F
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- Indican sistemas involucrados y función de máquina a diseñar
- Crean universo de soluciones permitidas o deseadas
- Dejan fuera de consideración gran número de opciones de soluciones
- Describen solución de manera generalizada
- Definen problema específico que se intenta resolver.
LIMITACIONES DE VARIABLES FUNDAMENTALES(IMPORTANCIA)
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LIMITACIONES DEVARIABLES FUNDAMENTALES
INCLUIR LA CANTIDAD ÓPTIMA DE INFORMACIÓN PARA ANALIZAR Y
COMPARAR FORMULACIONES
DEFINICIÓN PRECISA
(EJEMPLOS, A CONTINUACIÓN)
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Deformados
RectosMáquina de bajo costo
Taller de servicio
E.I.S.B.
E.F.S.B.S. a D.
S.A.
S.B.Ejes bombas de acero inoxidable
de pozos profundos
LIMITACIONES DE VARIABLES FUNDAMENTALES
(MUCHOS DETALLES)
Limitaciones
Diseñar una máquina de bajo costo para enderezar ejes de acero inoxidable de bombas
de pozos profundos en taller de servicios
V.F.
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Deformados
Rectos
Máquina
Taller de servicio
Ejes
E.I.S.B.
E.F.S.B.
S. a D.
S.A.
S.B.
LIMITACIONES DE VARIABLES FUNDAMENTALES(POCOS DETALLES)
Limitaciones
Diseñar una máquina para enderezar ejesen taller de servicio
V.F.
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E.I.S.B.Con conocimiento impreciso del
flujo de agua
E.F.S.B.Con conocimiento más preciso
delflujo de agua
S.B. Operador
LIMITACIONES DE VARIABLES FUNDAMENTALES(EXPLÍCITAS Y TÁCITAS, Ejemplo)
Limitaciones
Diseñar un sistema para medir el flujo de salida en una planta de tratamiento de agua
V.F.
S. a D.
S.A.
Sistema para medir flujo de salida
Planta de tratamiento
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AMPLITUD FORMULACIÓNDE UN PROBLEMA
CONCEPTOCANTIDAD DE SOLUCIONES INCLUIDAS
EN FORMULACIÓN DE PROBLEMA
EJEMPLO“SISTEMA PARA CONSERVAR ALIMENTOS”
INCLUYE MÁS SOLUCIONES QUE“NEVERA DOMÉSTICA”.
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Mantiene el S.B. en unestado determinado.
Cambia el S.B. de unestado a otro
TRANSFORMADOR
ESTABILIZADOR
CLASIFICACIONSISTEMAS A DISEÑAR
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- ESTABILIZAR S.B. EN ESTADOS ÚTILES
- TRANSFORMAR S.B. PARA ALCANZARESTADOS ÚTILES
ESTADOS ÚTILES DELSISTEMA BÁSISO
CONCEPTO
CONDICIONES DEL S.B. QUE PERMITENUTILIZARLO PARA SATISFACIÓN DE
NECESIDADES HUMANAS
OBJETIVOSDEL PROCESO PRINCIPAL
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Estados anterioresAntes de interacciónentre S.B. y el S. a D.
Después de interacciónS.B. y el S. a D.Estados posteriores
DEFINICIÓNESTADOS SUCESIVOSDEL SISTEMA BÁSICO
Inicio interacciónS.B. y el S. a D.
Estado inicial
Estado finalFin interacciónS.B. y el S. a D.
Estados intermediosDurante interacción
S.B. y el S. a D.
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ESTADOS SUCESIVOS DELSISTEMA BÁSICO
DIFERENTES CONDICIONES POR LASCUALES PASA EL SISTAMA BÁSICO.
CONCEPTO
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Pieza estampadaa temperatura
ambiente
Pieza estampadacaliente
Trozo cilíndrico atemperatura
ambiente
Barra cilíndrica
Trozo cilíndrico atemperatura de
estampado
Estado inicial
DESCRIPCIÓNESTADOS
Estado final
Estadointermedi
o
Estado anterior
Estado posterior
ES
TA
DO
S S
UC
ES
IVO
S D
EL
SIS
TEM
AB
ÁS
ICO
(EJE
MP
LO
) DISEÑAR UN SISTEMA PARA ESTAMPAR, A PARTIR DE
TROZOS CILÍNDRICOS, PIEZAS DE BRONCE EN LA EMPRESA X
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ESTADOS DE EQUILIBRIO DELSISTEMA BÁSICO
CONCEPTO
DESPUÉS DE FINALIZAR EL PROCESO PRINCIPAL, SISTEMA BÁSICO PERMANECE ESTABLE
AL INTERACTUAR CON EL AMBIENTE
ESTADOS DE EQUILIBRIOY ESTADOS ÚTILES
SE ESTUDIARÁN SEGUIDAMENTE LAS RELACIONESENTRE ESTOS ESTADOS DEL SISTEMA BÁSICO.
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RUPTURA VÍNCULOSENTRE S.B. y S. a D
NUEVOS VÍNCULOSENTRE S.B. y S.A.
SISTEMA BÁSICOALCANZA
ESTADO FINAL
FIN DE PROCESOPRINCIPAL
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SISTEMA BÁSICO NOPERMANECE EN ESTADO
FINAL
SISTEMA BÁSICO ENDESEQUILIBRIO CON SU
AMBIENTE
S.B BÁSICO PASA DE FORMANATURAL AL ESTADO ÚTIL
SISTEMA BÁSICOPERMANECE EN ESTADO
FINAL
SISTEMA BÁSICO ENEQUILIBRIO CON SU
AMBIENTE
ESTADO FINAL COINCIDE CON ESTADO ÚTIL
NUEVOS VÍNCULOS DEL S.B.CON EL SISTEMA AMBIENTAL
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FORMULACIÓN DE PROBLEMAS DEDISEÑO
PROCEDIMIENTO
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FORMULACION DE PROBLEMAS DEDISEÑO
- ESTUDIO DE SITUACIÓN PROBLEMÁTICA
- BÚSQUEDA DE ALTERNATIVAS PARA LA FORMULACIÓN
- SELECCIÓN DE MEJOR FORMULACIÓN
PROCEDIMIENTO
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- NECESIDADES A SATISFACER
- CONJUNTO DE INDIVIDUOS AFECTADOS
- INTERACCIONES ENTRE SISTEMAS QUE DETERMINAN CARENCIAS, MOLESTIAS O
INSATISFACCIONES
- FORMA EN LA CUAL SE ESTÁN SATISFACIENDO PARCIALMENTE NECESIDADES INVOLUCRADAS
- EXIGENCIAS ADICIONALES DE PATROCINANTE.
ESTUDIO DE LA SITUACION PROBLEMATICA
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BÚSQUEDA DE ALTERNATIVASPARA LA FORMULACION
OBTENER VARIAS FORMULACIONES RADICALMENTE
DIFERENTES ENTRE SI.
PROPÓSITO
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1) VARIAS FORMULACIONES
2) LIMITACIONES DE VARIABLES FUNDAMENTALES
3) CONSISTENCIA DE FORMULACIONES RESPECTO A DEFINICION OPERATIVA
4) INFORMACIÓN SUPERFLUA EN FORMULACIONES
5) NUEVAS FORMULACIONES, CAMBIANDO VARIABLES FUNDAMENTALES.
BUSQUEDA DE ALTERNATIVAS PARA LA FORMULACION
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6) SISTEMA A DISEÑAR: GENÉRICO O MÁS ESPECÍFICO
7) AMPLITUD DE LA FORMULACIÓN
8) SISTEMA A DISEÑAR: ESTABILIZADOR O TRANSFORMADOR
9) ESTADOS DEL SISTEMA BASICO: ÚTILES, SUCESIVOS, DE EQUILIBRIO
BÚSQUEDA DE ALTERNATIVAS PARA LA FORMULACIÓN
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- ELIMINAR FORMULACIONES INCONSISTENTES CON DEFINICIÓN OPERATIVA DE PROBLEMA DISEÑO
- SELECCIONAR FORMULACIÓN QUE MEJOR CONCUERDE CON ESTUDIO DE SITUACIÓN PROBLEMÁTICA
PROCEDIMIENTO
SELECCIÓN DE LA MEJORFORMULACIÓN
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32
- DEFINICIÓN OPERATIVA: PODEROSO INSTRUMENTO DE ANALISIS DE FORMULACIONES
CONCLUSIONES - DESCRIPCIÓN GENERALIZADA DE SOLUCIÓN
- UNIVERSO DE SOLUCIONES DEL PROBLEMA
- VARIABLES FUNDAMENTALES Y LIMITACIONES DE VARIABLES FUNDAMENTALES (variables)
- CALIDAD SOLUCIONES: SENSIBLE A FORMULACIÓN ADOPTADA
- SOLUCIÓN ÓPTIMA MUY RELACIONADA CON FORMULACION ADOPTADA.
(ver esquema)
limitacions
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33
FIN
Inicio
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NECESIDAD INSATISFECHA
INDENTIFICAR SISTEMA A
CREAR SISTEMA B
NECESIDAD SATISFECHA
AFECTAR SISTEMA A
SISTEMA A SISTEMA B
SIS
TEM
A
AM
BIE
NTA
L
DEFINICION OPERATIVA
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DEFINICIÓN OPERATIVA DEPROBLEMA DE DISEÑO MECÁNICO
PROPÓSITO
- EXPLICAR ESTA DEFINICIÓN OPERATIVA
- ANALIZAR IMPLICACIONES DE DICHA DEFINICIÓN