-Libro Introduccion a la ingenieria y al diseño a la ingenieria-.pdf

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ÍNGENIE •;*. .ÁREA: INGENIERÍA CIVILISBN-10 968-18-0176-8ISBN-13 978-968-18-0176-2

e-mail: [email protected]

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INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Y ALcDISEÑO EN ,

LA INGENIERIATemas que trata la obra:

•Objetivo?

•Problemas de ingeniería

• Los orígenes de la ingeniaría moderna

•Cualidades del ingeniero competente

•Representación por modelos

•Optimización

•Computación

•El proceso de diseño: formulación delproblema

•El proceso de diseño: análisis del problema

•El proceso de diseño: la búsqueda desoluciones alternativas

•El proceso de diseño: la fase de decisión

•El proceso de diseño: especificación de unasolución; el ciclo de diseño

•Optimización de los métodos de resoluciónde problemas

• La ingeniería y la sociedad

•Oportunidades y retos

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DISEÑO ENLA INGENIERIA

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£í/OJ colosales estructuras, llamadasplataformas DeLong, se han propuesto

para colocar tubos portalrenes en el

fondo del Canal de la Mancha. Laprimer plataforma draga el fondoformando una zanja en la que la segundainstala tubos de concreto u hormigónde 150 m y llena de nuevo la zanja.

Estas plataformas pueden retraer mí

patas; “caminan’’ haciendo flotaralternadamente hacia adelante sus

cubiertas superior e inferior. Puedetenerse una idea del tamaño de lasestructuras observando el tamaño relativode los alojamientos de personal y de los

edificios de oficinas situados en el frentede la cubierta superior. Trenes de altavelocidad con vagones especialestransportarían autos y camiones parareducir el tiempo de recorrido yaumentar la capacidad del túnel. (Véaseuna interesante descripción de losdiversos tipos de sistemas de cruce

propuestos para el Canal de la Manchaen el artículo “An English ChannelCrossing” (Un cruce a través del Canalde la Mancha) de John O. Bickel,Civil Engineering, julio de 1964).Proyectos de esta magnitud son latendencia en la ingeniería moderna.Requieren el trabajo de muchosingenieros, cuesian millones o miles demillones de dólares y en ellos intervieneuna gran cantidad de personas.(Ilustración presentada por cortesía delCrupo de Estudios del Canal de laMancha formado por las empresasRaymond International Inc., DeLongCorporation, Ellison MachineCorporation, Kaiser Engineers, PeterKiewit Sons Co., Healy TibbittsConstruction Co. y Tavares Construction,Co., siendo consultores Parsons,Brinckerhoff, Quade y Douglas.)

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Lafayette CollegeEaston, Pennsylvania, E. IJ. A.

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Krick, EdwardIntroducción a la ingeniería y al diseño en la ingeniería = An

introduction to engineering & engineering design / Edward

V. Krick. -México : Limusa, 2006.

240 p. : il., fot. ; 17 cm.ISBN-10: 968-18-0176-8ISBN-13: 978-968-18-0176-2Rústica.1. Ingeniería - Diseño

•I. Paniagua Bocanegra. Francisco, tr.'.ll. Rascón Chávez.

Octavio, colab.

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( Dewey : 620. 0042 - dc21LC: IA147

r PrólogoC •

VERSIóN AUTORIZADA EN ESPAñOL DE LA OBRA' PUBLICADA EN

INGLÉS CON EL TÍTULO: . -AN INTRODUCTION TO ENGINEERING &ENGINEERING DESIGN© JOHN WILEY & SONS, INC. .

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C • COLABORADOR EN LA TRADUCCIóN:FRANCISCO PANIAGUA BOCANEGRAINGENIERO MECáNICO ELECTRICISTA POR LA FACULTAD DE INGE¬NIERíA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTóNOMA DE MéXICO.INGENIERO CONSULTOR Y ASESOR EDITORIAL EN EDUCACIóN

CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA.

AL PROFESOR(

Si está considerando este libro corno texto para un curso,insista en solicitar un ejemplar del manual para el profesor.El manual contiene descripciones, objetivos, problemas y otros

medios auxiliares para una introducción a la ingeniería. Poseeespecial importancia si se tiene interés en problemas de diseño*o proyecto. Prefiero presentar un problema de manera que seaproxime a los de la vida real, en vez de decir simplementea los alumnos “resuelvan el problema 2 del final del capítulo”.Por tanto, un cierto numero de problemas que aparentementedebieran estar en el libro se hallan en el manual, de modoque puedan darse a los alumnos en forma realista y motiva-dora. Estos son problemas de diseño a nivel de primer añode ingeniería, en forma de cartas, memorandos y medios se¬mejantes, que puedan reproducirse y repartirse.

En el capítulo 1 se han bosquejado los principales objetivosde este iibro. A continuación presentamos algunos comentariossobre tales metas que pueden interesar al profesor. Un objetivoes presentar la ingeniería a un joven que piensa iniciarse enesta carrera o que ya lo ha hecho. Hay por lo menos cincomodos de hacerlo. Estoy seguro que uno o más de ellos seránmuy significativos para el estudiante:

REVISIóN:OCTAVIO A. RASCON CHAVEZINGENIERO CIVIL, MAESTRO Y DOCTOR EN INGENIERíA. INVES¬TIGADOR DE TIEMPO COMPLETO Y PROFESOR DE PROBABILIDAD Y

ESTADÍSTICA DE LA DIVISIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES EN LA

FACULTAD DE INGENIERíA DE LA UNIVERSIDAD NACIONALAUTóNOMA OE MEXICO.

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( LA PRESENTACIóN Y DISPOSICIóN EN CONJUNTO DE

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Y AL.DISEÑOEN LA INGENIERÍA(SON PROPIEDAD DEL EDITOR. NINGUNA PARTE DE ESTA OBRA PUEDE

SER REPRODUCIDA O TRANSMITIDA, MEDIANTE NINGUN SISTEMA O

METODO. ELECTRONICO O MECÁNICO (INCLUYENDO EL FOTOCO-

PIADO, LA GRABACIÓN O CUALQUIER SISTEMA DE RECUPERACIÓN

Y ALMACENAMIENTO DE INFORMACIÓN). SIN CONSENTIMIENTO POR

ESCRITO DEL EDITOR.

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(DERECHOS RESERVADOS:

© 2006, EDITORIAL ÜMUSA, S.A. DE C.V.GRUPO NORIEGA EDITORESBALDERAS 95. MEXICO, D.F.C.P. 06040W 5130 0700

5512 2903.... [email protected]

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CANIEM NUM. 121

* Aunque la acepción académica en español de la palabra diseño indica sólo quees la delincación o trazo de alguna cosa, su significado se ha extendido en laactualidad a designar la acción y efecto de idear y planear la ejecución deobra o la creación de un objeto determinado, que es el sentido que tiene en inglésla palabra “design”. Como en castellano la palabra que inás concuerda con talsignificado es “proyecto” debiera preferirse ésta en vez de la primerÿ, pero, téc¬nicamente, su uso se ha limitado al proceso de calcular, dibujar y describir deta¬lladamente la construcción o fabricación de una cosa. Por lo anterior, creemos quees aceptable el empleo de la palabra diseño en el sentido de concepción mental oidea, y que conviene utilizar el término proyecto para designar la completa reali¬zación “en el papel” del objeto ideado. Así, pues, el orden lógico y natural delas principales etapas de una obra de ingeniería serían las de diseño, proyecto yconstrucción. (N. del T.)

HECHO EN MéXICOISBN-10 968-18-0176-8

ISBN-13 978-968-18-0176-2una

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(LA EDICIÓN, COMPOSICIÓN, DISEÑO E IMPRESIÓN DE ESTA OBRA FUERON REALIZADOS

BAJO LA SUPERVISIóN DE GRUPO NORIEGA EDITORES.BALDERAS 95, COL. CENTRO. MEXICO. D.F. C.P. 06040

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6 / PRÓLOGO(

1. Presentando estudios de casos de la ingeniería en acción.2. Describiendo el origen y la naturaleza de la ingeniería contem¬

poránea.3. Exponiendo los atributos más importantes de un ingeniero.4. Describiendo el proceso de diseño. El autor entiende por “diseño’’

la serie de actividades que principia con !a consideración He un pro¬blema y termina cuando se ha especificado o determinado com¬

pletamente una solución funcional, económica y satisfactoria en

cualquier otro sentido. Comprende el enunciado o definición del

problema, su análisis y síntesis, la invención de dispositivos, lapredicción del funcionamiento, el tomar la decisión de su ejecu¬ción, la optimización, las especificaciones, y, de hecho, la mayoríade las técnicas y habilidades que se consideran parte del méto¬do de la ingeniería. Al describir el proceso de diseño se describirála esencia de la ingeniería.

5. Haciendo intervenir al estudiante en el diseño.

En el libro opté por los primeros cuatro; un curso com¬

plementario utilizaría el quinto método.Otra meta es iniciar el desarrollo de la destreza del estu-

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Contenido (

(

1. Objetivos2. Problemas de ingeniería3. Los orígenes de la ingeniería moderna4. Cualidades del ingeniero competente5. Representación por modelos6. Optimización7. Computación8. El proceso de diseño: Formulación del problema9. El proceso de diseño: Análisis del problema

10. El proceso de diseño: La búsqueda de solucionesalternativas

11. El proceso de diseño: La fase de decisión12. El proceso de diseño: Especificación de una

solución; El ciclo de diseño13. Optimización de los métodos de resolución de

problemas14. La ingeniería y la sociedad15. Oportunidades y retos

9 111

diante en la representación por modelos, la aplicación de lascomputadoras, la optimización, el diseño y la selección del me¬

jor enfoque a cada problema que afronte. Se ha dado primor¬dial atención a estos propósitos debido a que son básicos y, en

mi opinión, no se describen satisfactoriamente a nivel intro¬ductorio en los libros de ingeniería. Existen libros satisfactoriosque tratan del manejo de la regla de cálculo, de la medición,programación para computadoras, experimentación, técnicasde expresión gráfica y otras habilidades de la ingeniería, perono acerca de las que se presentan detalladamente en esta obra.El libro proporciona un fundamento sobre el cual puedendesarrollarse tales aptitudes.

Otra meta a alcanzar es mejorar el conocimiento del estu¬

diante en relación con los fines de una educación en ingeniería.Tiene especial importancia para él, pero le resulta difícilapreciar los propósitos y la significación de los cursos que llevaen los dos primeros años. Muchos estudiantes no se percatande lo importante que es la comunicación verbal y gráfica. Yasí, se preguntan con frecuencia, “¿por qué debemos llevartantos cúreos de materias no técnicas?” y también sus nocionesde la forma en que los ingenieros emplean las matemáticas sonvagas. Sus aspiraciones se ven frustradas cuando no ven laimportancia de dichos cursos en la práctica de la ingeniería.En consecuencia, en este texto, se explican las forma? en quetales materias se relacionan con el trabajo de un ingeniero. Siexisten razones satisfactorias para cada fase de la instrucciónformal del estudiante de ingeniería, ¡entonces a toda costa

se debe hacérselas saber! Este libro puede ayudar a guiar alestudiante a través de los dos primeros años de su carrera, queson esencialmente formativos y de prueba.

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Bibliografía 223

(Principales ramas de la ingenieríaSimulación digital con computadorasUn análisis más riguroso de un problema

Apéndice A:

Apéndice B:Apéndice C:

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(Indice 239

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1(CAPITULO

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<Objetivos(

C¿ Qué es la ingeniería? ¿Cuál es el trabajo cotidiano de un

ingeniero? ¿Qué aptitudes son importantes para tener éxitoy satisfacción en este campo? ¿Cuáles son algunas de las áreasque proporcionarán excepcionales oportunidades y desafíos a

la habilidad de los ingenieros? ¿Cuáles son algunos de losprincipales beneficios que pueden tenerse de una educación en

ingeniería? Si el lector busca respuestas a estas preguntas, este

libro está dirigido a él.

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Si se es un aspirante a ingresar a una institución de estu¬

dios superiores, y se está en el proceso de investigar las carrerasa escoger, entonces uno debe hacerse esas preguntas y obte¬ner respuestas basadas en hechos reales. He dado mucha im¬portancia a este tipo de respuestas, debido a los malentendidoso conceptos erróneos que prevalecen. Los medios de informa¬ción y la mayor parte de la gente parecen no entender biencuáles son'

(

( v los papeles comparativos de los científicos y losingenieros. Asi mismo, muchos tienen todavía la imagen anti¬cuada de los ingenieros con “botas de campo y teodolito” y“tablero de dibujo”. Por supuesto, son de esperarse las nocio¬nes vagas y equivocadas, pues el público raramente ve a un

ingeniero en su trabajo. Podemos observar a un maestro y a

un médico en acción, pero no a un

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( ingeniero. No hay que. asombrarse de que sean erróneas muchas de las creencias y

generalizaciones populares acerca de la ingeniería. Sin em¬

bargo, es vital que se tenga información cierta y fidedigna; laelección imprudente de una carrera puede resultar costosa.

Debe investigarse profunda y cabalmente, considerar las fuen¬tes de información y estar bien enterado antes de elegir una

carrera de las muchas que hay en alternativa.Si el lector se halla estudiando ingeniería, también podrá

estar buscando contestaciones a las preguntas anteriores, en

especial si está cursando uno de los dos primeros años de la

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10 / objetivos cCAPITULO Z, -carrera. La mayoría de los cursos a este nivel tratan de las no¬

ciones básicas de química, física, matemáticas y materias se¬mejantes. Aunque son tan esenciales, son pobres indicadores.de lo que es la práctica de la ingeniería y, por consiguiente, no

debe cometerse el error de basar la decisión de una carreraen los cursos de los primeros dos años. No obstante, especial¬mente en este período se presentan cuestiones que preocupanal estudiante, como las de qué tan útiles son ciertas materiasque se cursan, si se tiene realmente lo necesario para ser unbuen ingeniero y qué especialidad se deberá seguir.

v Por lo tanto, este libro fue escrito para...• dar al lector una imagen realista de la ingeniería: lo que

es, lo que requiere y ofrece, y las actividades cotidianasque comprende;

• ayudarle a que decida si ésta es su carrera;• iniciar su desarrollo en determinadas habilidades frecueh-

temente empleadas por los ingenieros; con tanta frecuencia,por cierto, que una cierta familiaridad con ellas dirá allector una gran cantidad de cosas acerca de la práctica dela ingeniería;

• aclarar cuáles son los objetivos de una educación en inge¬niería, inclusive los propósitos de diferentes tipos de cursos;

• familiarizarlo con algunos términos ampliamente usados enla literatura y la conversación sobre la ingeniería;

• despertar su interés en la resolución efectiva de algunos delos problemas urgentes que afronta la humanidad.

(

Problemas de ingeniería

(

¿QUé es lo que constituye un problema? Este término se em¬

plea frecuentemente. ¿Qué significa? ¿Qué tienen en comúntodos los problemas? Es de sospecharse que las respuestas del

lector a estas preguntas sean vagas. Sin embargo, una descrip¬ción de la ingeniería es esencialmente una descripción de

problemas y de su resolución. En consecuencia, es necesarioestablecer ahora definiciones exactas de tales términos. Así,

pues, este libro comienza con una introducción a las caracte¬

rísticas generales de los problemas.Un problema proviene del deseo de lograr la transforma¬

ción de un estado de cosas en otro. Tales estados podrían ser

dos lugares cuya distancia habría que recorrer. El problemapuede ser el ir de una ribera de un río a la opuesta, de una

dudadla gua, de un planeta a otro. Otros problemas com¬

prenden la transformación de una forma o condición en otra,

por ejemplo, la de un pan común en tostado. En todoproblema hay un estado inicial de cosas; llamémoslo "estadoA«* Asimismo, hay otro estado que quien trata de resolver el

problema busca cómo alcanzar; designémoslo “estado B”. Ob¬sérvese que lo anterior ocurre en el caso de problemas perso¬nales, de comunicación, de negocios y, de hecho, en todos losproblemas (Fig. 1).

Una solución es un medio de lograr la transformacióndeseada.,- Un problema para el que haya sólo una soluciónposible es ciertamente raro;«en la mayor parte de los proble¬mas haj muchas soluciones posibles,| muchas más de las quehaya tiempo dé Investigar. Piénsese en los numerosos modosde viajar y en todas las posibles rutas con las que puedencombinarse para obtener medios alternativos para ir de un

punto a otro de la Tierra.Además, un problema involucra algo más que hallar una

solución;.requiere encontrar una forma preferible de lograr la

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(FIGURA 1.

Estado BEstado A

Espero que este libro logre tales metas. Por supuesto, ellector deberá hacer también su parte.

PapelPulpa demadera

Suma de

los númerosNúmeros por

sumar(

CosechasSemillas

Informaciónen la

mente delautor

La mismainformaciónen la mente

del lector

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Aspirante

a un

empleo

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El lectorcomo

estudianteen la

actualidad

El lectorcon su

título deingeniero

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cingeniería en acción / 1312 / problemas (le ingeniería

transformación'deseada; por ejemplo, el medio de transporteque sea el mejor con respecto al xosto, rapidez, seguridad,comodidad y confiabilidad. Una¡norma de preferencia paraseleccionar de entre varias soluciones se llama criterio.

Finalmente, es difícil imaginar un problemahaya restricciones a las soluciones. Una restricción es algo quedebe cumplir una solución. Ejemplos: un estudiante de secun¬daria ha decidido que la universidad a la que asista debeser coeducacional; ciertas características de las estructuras deedificios están especificadas por los reglamentos de construc¬

ción; luz, agua y nutrientes deben proporcionarse a una semi¬lla para que se transforme en planta._.Las rcstxicciones, Jos criterios, las alternativas y la carac¬terística dominanteíde cualquier problema —una transforma-

- ción— resaltarán en las siguientes descripciones de obras ydisenos de ingeniería.] El autor confía en que el lector se décuenta de ellos, puesto que como ingeniero debe ser capazde identificar las características básicas de los problemas quetenga que resolver.

( tiva de la inversion, el ingeniero terminará entonces su diseñotodo detalle.

Entre otras cosas, se le ha dicho que tal dispositivo tiene

que producir en un minuto la información de diagnósticodeseada; que no debe ser difícil de manejar y que ha de fun¬

cionar con la corriente eléctrica común. La gerenciaJquiere

qde ias especificaciones preliminares y las predicciones de

costos se terminen en dos meses.

Comentario. /El ingeniero considera que su problema con¬

siste en hallar ios medios más eficaces para transformar la

información de un paciente¡ (estado A) en un conjunto de

-probables enfermedades (estado B). El aparato que proyecte

debe satisfacer las restricciones (es decir, tiene que producirlos resultados en un minuto). Además,¡su solución debe ser la

mejor con respecto al costo de fabricación (un criterio) y

al atractivo para los compradores en potencia Jotro criterio)

que puedan ocurrírscle en los dos meses asignados al proyecto.

IJO anterior define su problema brevemente.Durante el diseño, [el ingenieroÿ en cuestión(utiliza

nocimientos e inventiva para idear una variedad de posiblessoluciones.;Una consiste en un cierto número de aparatos elec¬

trónicos del tamaño de máquinas de escribir situados en lasoficinas de los usuarios (Fig. 3). Con tales aparatos, los médi¬

cos o sus enfermeras transmiten la información de los smtomas

Unidades Iransmisoras-receptorasen las oficinas de diferentescon

usuarios del sistema(

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A otras unidadestransmisorasreceptoras

INGENIERIA F,N. ACCION

Un sistema de procesamiento de información. La ge¬rencia de la Computer Electronics Company cree que haymercado prometedor para un dispositivo dé procesamiento deinformación inventado por uno de sus- ingenieros. Tab má¬quina, que él llama' diagnosticadorj será de ayuda en el diag;nóstico de enfermedades humanas jen la forma siguiente: Elmédico examina a un paciente como lo ha hecho siempre y

una una unidad central de procesamiento de información que daservicio a varios usuarios, y reciben los resultados de ésta. Unaalternativa a este plan seria que cada usuario tuviese una uni¬dad procesadora independiente que efectuara todo el trabajoen su oficina. Algunas ventajas relativas de esas dos alternati¬vas son obvias, pero no es tan evidente lo que significarían en

dinero.

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©1©( luego comunica sus resultados al diagnosticador. La máquina

procesa esta información, entrega una lista tic padecimientose indica para cada enfermedad las probabilidades de qué sea

lo que aqueja al paciente (Fig. 2). Por ejemplo, en respuestaa un conjunto específico de síntomas y de cierta información

del paciente en particular (como edad, peso y hábitos),el aparato dice que hay 63 posibilidades en 100 de que elpaciente tenga la enfermedad A, 18 en 100 de que sea la B,y as! sucesivamente.

Antes--que dicha compañía fabrique tal aparato,,la geren¬cia debe estar convencida de que podrá obtenerse una ga¬nancia conveniente con él. Por lo tanto, el ingeniero queoriginó la idea ha sido comisionado para que proporcione lasespecificaciones preliminares de ese dispositivo y un pronósticode los costos correspondientes a la terminación de su diseñoy su manufactura. Si después de esta “primera aproximación”pareciera que la máquina podría ser desarrollada y fabricadaa un costo que finalmente produjera una recuperación atrac-

Iníormacióndel paciente El ingeniero también investiga métodos alternativos para

dar entrada a los datos y obtener los resultados en estas má¬quinas, modos alternativos de procesar los datos de los enfer¬mos con objeto de tener los resultados deseados y muchos tiposde componentes. Estas y otras posibilidades, en una variedad decombinaciones, darán un gran número de sistemas alternativos.todos los cuales serían factibles, pero no igualmente deseables.¡Tiene que evaluar tales sistemas y seleccionar el más ade¬cuado.

Durante la realización del diseño, el ingeniero trabaja conun número de personas con gran variedad de especialidades.Entre ellas hay es|>ec¡alistas en mercadotecnia, por quienesconoce las preferencias de un usuario potencial típico relativasa diversas características del producto. También consulta a

médicos diagnosticadores. Trabaja en estrecha colaboracióncon expertos en manufacturas para estimar cuál sería el costo

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acerca

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Procesadora central,( que sirve a

varias unidades

7 transmisoras-receptoras

U ingenien hizo que

un dibujante elaborara croquis o

esquemas de las principalesopciones que teníaa Jin de incluirlasla gerencia. Este es un esqu

del sistema centralizado del

FIGURA 3. El

Enfermedades yprobabilidades

de

en consideración,en su informe a

curación

diagnostiradoí.FIGURA 2.

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14 / problemas de ingeniería ingeniería en acción / 15

de fabricación de un modelo dado de su aparato. Trabaja

“ asimismo en forma directa con los ejecutivos de su firma, con

el personal del servicio telefónico en lo que respecta al empleode sus líneas para la transmisión de información, y con otra

gran cantidad de personas. Desde hace tiempo sabe que su

trabajo comprende más comunicación con la gente de lo queél pensaba antes de realizar su primera tarea de ingeniería..Ha llegado también a la conclusión de que, en genera!, losproblemas del trato con la gente son más susceptibles de causar

frustración o decepción que los problemas técnicos.La construcción de! aparato diagnosticador es una empresa

desafiante, una de las razones de esto es que tal sistema no

existe todavía en el mercado, de manera que el trabajo seriaverdaderamente original o precursor. Además, el proyecto escreación exclusiva del ingeniero desde el principio; no tienesupervisión directa y lo que haga durante los dos meses es

cuestión únicamente suya, pero se esperan los resultados. Estaes la clase de oportunidad que agradaría al lector, en especialcuando su creación, como la de que se trata, será de particularbeneficio al público. Pero no espere tal libertad y responsabi¬lidad hasta que tenga experiencia; el ingeniero de este pro¬yecto tenía ya nueve años de ella. El estudiante iniciará su

carrera trabajando en partes de proyectos relativamente pe¬queñas, bajo estrecha supervisión. La libertad de acción y la

responsabilidad vendrán con la experiencia. Esto es una suerte,

puesto que si se le encargara un proyecto como el anterioren los primeros años de su carrera, tropezaría con muchasdificultades.

Al concluir la investigación, el ingeniero presentará sus

recomendaciones por medio de un extenso informe escrito yun resumen verbal a los funcionarios superiores de su compa¬ñía. Incluirá predicciones de los costos relacionados con la

fabricación de su diseño. La importancia de esta informaciónpara el futuro del proyecto es obvia.

En el curso de sus investigaciones, el ingeniero desarrolló

y evaluó muchas posibilidades, seleccionando finalmente un

tipo de interruptor bastante ingenioso, mostrado en la figu¬ra 4, como la solución más prometedora. Consiste en dos.elementos metálicos planos llamados tiras o lengüetas, ence¬

rrados en un tubo de vidrio lleno de gas y cerrado hermé¬ticamente. En la figura se muestran las dos tiras idénticas, el

tub" de vidrio en que se introducen, las mismas tiras colocadasen su envoltura de vidrio liena de gas y sellada, y una vistaamplificada del punto de contacto. Para funcionar, el inte¬

rruptor se monta en una pequeña bobina electromagnética,que al ser energizada hace que las lengüetas entren en con¬

tacto y cierren un circuito eléctrico. Este dispositivo es nota¬

blemente rápido, muy confiable, no requiere mantenimiento

y, en muchos aspectos, es superior a cualquier otro interruptor

que se haya ideado hasta ahora. Sin embargo, una pregunta

muy importante que determinará si este nuevo interruptorpuede llegar a ser de utilidad a la compañía y a sus clientes,queda por ser contestada. ¿Podrá fabricarse económicamente

por millones?Para responder a esta pregunta se asignó a un equipo de

ingenieros la tarea de desarrollar, si fuera posible, un métodoeconómico para fabricar tales interruptores. La solución fuela notable máquina mostrada en la figura 5.

Comentario. El problema de ese equipo de ingenieros era

hallar el medio más económico de transformar los tubos de

vidrio, las tiras metálicas y el gas, en los interruptores espe¬cificados, produciendo millones de ellos. Era un gran desafiotecnológico el desarrollar una máquina que colocara las tirasen el tubo de vidrio y las alineara con las estrechas toleranciasrequeridas. No obstante, si estos millones de interruptores tu¬

vieran que ser hechos a mano, se necesitaría un pequeño ejér¬cito de trabajadores con un costo prohibitivo. De ahi que lautilidad del interruptor dependiera de la capacidad del grupoo equipo de ingenieros para desarrollar una máquina econó¬mica.

FIGURA 4.

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Tiras metálicas +

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Tubo de vidrio

+

Máquina de producción automática. En la empresa:BellTelephone System¡hay millones de interruptores en operación;Un largo y persistente trabajo de ingeniería ha hecho posiblesu funcionamiento durante años, efectuando billones de co¬

nexiones sin que sufran averías. No obstante, aún es posiblesu falla a causa de la humedad y las materias extrañas. Elcosto de aislar y remediar tales fallas, sumado al de tratar deprevenir las averías mediante complicadas medidas de mante¬

nimiento y limpieza, ha sido por años un problema importantede la compañía.'A uno de sus ingenieros se le pidió recomen¬

dar un medio para reducir dichos costos y mejorar la con¬

fiabilidad del sistemaÿ

El tamaño de laoracióneamien

las tiras soncríticos

(y elto de

sepalin

Como en todo trabajo de ingeniería, durante este proyectoleí aspecto económico estuvo bajo constante vigilanciaÿ Perió¬dicamente el grupo se detenía a revaluar las probabilidadesde poder producir una máquina económica. Si al principioo en cualquier momento del proyecto, hubiera parecido queun método de fabricación que pudiera desarrollarse resultaríaprohibitivamente costoso, el inventor del dispositivo hubiesetenido que volver a buscar otra solución al problema —una

con menor costo de manufactura.El ingeniero que proyectó el interruptor está especializado

en el desarrollo de aparatos empleados en sistemas telefónicos.

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mhiFIGURA 5. Máquina automática para

hacer interruptores de tiras o lengüetas,a razón de más de un millón por año.Funciona según el principio de uncarrusel. I.a torrecilla rotatoria, que

contiene 18 idénticos cabezales demontaje, gira, y a medida que lo hace,el interruptor va tomando formagradualmente. En estaciones sucesivasalrededor de la periferia de la tórrela se

van colocando los tubos de vidrio, seintroducen las lengüetas metálicas decontado, se alinean y se fija suseparación, se inyecta el gas. se cierranherméticamente los tubos y luego sale elinterruptor terminado. IA>S interruptores

pasan después a la sección de pruebasde la máquina donde se miden suscaracterísticas físicas y eléctricas. Los que

no resulten satisfactorios son desechados.Además, sobre la base de esas mediciones,la máquina se autoajusta para corregir lacausa que ocasiona intenuptores

defectuosos. For ejemplo, si la máquinaempieza a producir interruptores con

separación excesiva de sus contactos,

entonces la máquina lo detecta y ajustael mecanismo fijador de la separaciónpara corregir el defecto y volver a

producir interruptores correctos. Talesprocesos de detección y corrección delas causas de defectos en los interruptores

realizadas por la máquina misma, sinayuda de un operario humano, es un

ejemplo de automatización. (Cortesía

de Western Electric Company.)

Los ingenieros que posteriormente se asignaron al proyectodesarrollaron los medios de fabricar los intenuptores. A ellossuele llamárseles ingenieros de proceso o de fabricación. Miem¬bros de equipos o grupos de diseño como éste, generalmente,son expertos en ramas auxiliares. En este caso particular, unoestá especializado en el comportamiento y conformación delvidrio, otro en el comportamiento de elementos de máquinasy mecanismos, otro en los fenómenos eléctricos y magnéticos, yasí sucesivamente. Es vital una estrecha colaboración entre losmiembros de un equipo de ingeniería; debe haber un altogrado de interacción entre los conocimientos, ideas y decisionesde los. diversos especialistas que se concentran en diferentesaspectos de un problema. Un miembro de tal grupo, general¬mente llamado ingeniero jefe del proyecto (o ingeniero desistemas), desempeña de manera primordial las funcionesde coordinador de las actividades de los otros, con objeto deasegurar que todas las partes del sistema final estén apropia¬damente relacionadas entre sí.

Cuando el grupo creyó que había desarrollado la máquinamás económica, su propuesta tuvo que especificarse en com¬

pleto detalle para que los técnicos y obreros pudieran construirun prototipo de la máquina. Los ingenieros tenían la respon¬sabilidad de supervisar la construcción de dicho protipo. Ha-

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liaron, durante el período de construcción, que era necesariohacer algunas modificaciones a su diseño original. Cuando elmodelo estuvo terminado, supervisaron las pruebas de la má¬quina y se establecieron modificaciones adicionales del diseñocomo resultado de tales pruebas de producción. Finalmente,después de un largo período de pruebas y perfeccionamientos,se consideró lista la máquina propuesta. Las especificaciones

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FIGURA 6. Página de les apuntes

de uno de los ingenieros delequipo de diseño, que muestramediante las figuras trazadas lasdiversas alternativas, comienzos en

fabo, reuniones, detalles, pasos delprocedimiento y las comunicacionesque intervienen en el desarrollode la máquina mostrada en laFIGURA 5. (Cortesía deWestern Electric Company.)

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ingeniería en acción / 1918 / problemas de ingeniería

Uno de los proyectos consiste en desarrollar un convertidor

que pueda utilizarse en casa. El ingeniero encargado de tal

proyecto evalúa actualmente un prototipo (Fig. 7). Su diseño

tiene una gran ventaja: además de desalar el agua, la puri¬

fica. Lo que entra al sistema es' agua salada o con impurezas

.dé otra clase; la que sale es agua desmineralizada y pasteuri-

zada. Por. lo tanto. Ital convertidor será útil en las casas, en

pequeños establecimientos comerciales, en pequeñas unidades

militares en campaña, y a bordo de embarcaciones. ¡Es eíi

y sencillo,ÿrequiere muy poco mantenimiento o atención y no

necesita agua hirviente o un tanque o recipiente a presión.Comentario.. |E1 hallar un método para convertir el agua

de mar o salada en agua dulce no es el problema! la destila¬

ción. se conoce desde hace siglos. |;El problema es encontrar

un medio para transformar grandes cantidadeside dicha agua

salada en agua útil a un costo aceptable para un número im¬

portante de compradores en potencia.El desarrollo de ese convertidor estuvo basado parcialmen¬

te en los conocimientos técnicos y científicos del ingeniero (es

decir, aplicó lo que había aprendido en sus cursos de física

y química), y parte en su capacidad inventiva. No pudohaber desarrollado tal máquina sin entender los fenómenos deevaporación y condensación, el comportamiento de delgadascapas o películas de líquido, los procesos térmicos, y otros

hechos científicos. Sin embargo, estos conocimientos por sí so¬

los no hubieran bastado para producir el aparato creado. I.aidea de los discos rotatorios intercalados entre placas conden¬

sadoras estacionarias, la configuración particular de ésta y otras

características únicas del mecanismo, son productos del procesollamado invención. Tales cosas no se hallarán en manuales o

i textos, sino que son fruto de los poderes creativos de la mente.

Cierta cantidad de trabajo y talento de ingeniería se aplicóa esta máquina. Se evaluaron muchos sistemas diferentes de

conversión; se emplearon horas y horas en pruebas, y fuenecesaria una investigación considerable. El resultado de este

extenso proceso de desarrollo fue un dispositivo muy bienrealizado técnicamente, que tendrá éxito financiero y será va¬

lioso como medio de servicio público.¿Por qué fue necesario este intenso trabajo de ingeniería?

El dispositivo parece muy sencillo. Y en realidad lo es, perotal sencillez es engañosa. Induce a subestimar el esfuerzo, elingenio, el trabajo analítico y la investigación que se aplica¬ron a su creación. Si todo esto no hubiese sido puesto en él,el resultado probablemente sería más complicado y, en conse¬cuencia, más impresionante a la vista de los profanos, pero nomás eficaz. De hecho, la versión más complicada sería más

completas del modelo prototipo, en su versión final, fueronelaboradas por los dibujantes, de manera que pudieran cons¬

truirse otras máquinas iguales. Como resultado, el interruptormás efectivo quedó disponible para uso general a razón de

muchos millones de piezas por año (Fig. 6).No obstante, ¡a tarea no había terminado aún. Los inge¬

nieros siguieron trabajando sobre su creación, observando su

funcionamiento, recomendando los cambios de oiseño apropia- •

dos y evaluando el producto de su ingenio, de modo que otros

proyectos pudieran beneficiarse con su experienciamáquina.

Desalador doméstico dé agua. Como resultado de la dis¬minución del caudal disponible de agua dulce y del rápidocrecimiento efe la demanda He ésta,(el problema de suministrar.cantidades suficientes de agua potable ha llegado a ser impe¬rioso., El desarrollo de fuentes económicas de agua potablees un problema de ingeniería cuya importancia es de gran

alcance.Fuentes prometedoras de agua dulce son el mar y los man¬

tos subterráneos de agua salobre situados en muchas regionesdel mundo. Anticipándose en esa actividad a las oportunidadestanto comerciales como humanas o de servicio a la población,la (General Electric Company está desarrollando un

para convertir dicha agua salada en agua dulce.|Lotiene gran importancia para los consumidores de agua dulce

municipales, industriales, militares y domésticos del mundo.

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20 / problemas de ingenieríaingeniería en acción / 21

#susceptible de fallas, de mayor costo de fabricación y, quizá,de precio demasiado alto para su venta.

Puente-túnel de la Bahía de Chesapeake. |Una notableobra de ingeniería es la estructura de 29 kilómetros que se

extiende a través de la Bahía de Chesapeake (Figs. 8 y 9). Esel paso fijo de cruce de mar navegable de mayor longitudconstruido porJel hombre. Esta estructura, (cuyo costo fue de140 millones de dólares] es una combinación de caballetes o

armaduras transversales, puentes y túneles que soportan ungran tránsito de vehículos y resisten el embate de las olas ylas mareas.

Comentario. Como sucede con frecuencia, esa obra fuediseñada por’una firma de ingenieros consultores cuyo negocioconsiste en proyectar este tipo de estructuras. Dicha firma fueencargada de seleccionar el sitio de la obra, diseñar la estruc¬

tura y supervisar su construcción. Se impuso una restricciónno usual a la naturaleza de la obra mencionada, a saber, no

debería pasar sobre los principales canales de navegación, por¬que un puente u obra semejante podría ser bombardeado yde'jar atrapados en la bahía a los barcos de la Armada delos Estados Unidos. Por consiguiente, era necesario construirpasos por debajo de los canales, empleando túneles subma¬rinos de tres kilómetros de longitud, en sitios en donde en

circunstancias ordinarias se hubieran construido puentes.Un punto que vale la pena destacar es la cuidadosa aten¬

ción que los ingenieros deben dar a los medios para construirsus obras. De hecho, especialmente en casos como éste, losprocedimientos de construcción son una parte de tanta impor¬tancia en el problema como lo es el diseño de la estructura

misma. Después de examinar las figuras 10 a 14, en sucesión,se verá claramente lo que eso significa.

Los pilotes de apoyo de los caballetes, las piezas transver¬

sales, las losas de la calzada o carretera, las secciones de tú¬neles y otros componentes se prefabricaron por métodos deproducción en masa en tierra firme, donde la construcciónpuede efectuarse ron menos dificultad y a menor costo. Elempleo de componentes prefabricados es un método de cons¬

trucción que obviamente afecta las características de la propiaestructura. Aquí, como en la mayor parte de los problemas deingeniería, existe una fuerte interdependencia entre las carac¬

terísticas físicas de una estructura y los medios para construir¬la; cada elemento afecta significativamente al otro. Además, eldiseño de equipo especial de construcción, tal como el “mons¬truo de dos cabezas”, fue parte muy importante del problema.En este proyecto, el costo del equipo y la mano de obra re¬

queridos para preparar, transportar y colocar en su sitio la

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piedra, el concreto u hormigón, la arena y el acero alcanzóun valor de muchos millones de dólares. (La inversión en elequipo de construcción empleado en esta obra, fue aproxima¬damente de 15 millones de dólares.) Por tanto, la factibilidadeconómica de una empresa como ésta depende en gran parte k

de la capacidad y habilidad de los ingenieros para diseñaruna estructura que reduzca al mínimo el rosto He su cons-

trucrión y que satisfaga, a la vez, todos los requisitos funcio¬nales, y para idear métodos económicos para lograr su rca-

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. r.Desarrollo de un aeroplano. Durante los últimos cuatro

años un grupo de¡siete ingenieros de diseño ha estado des¬arrollando un nuevo tipo de aeroplano llamado VTOLj (delinglés Vertical Take-Off and Landing, es decir, un aeroplanode despegue y aterrizaje verticales). Los resultados de sus tra¬

bajos se muestran en las Figs. 15 a 20.Comentario. Ese grupo de diseño ftenia que desarrollar un

aeroplano que tuviese suficiente empuje (o fuerza propulsiva)para ascender verticalmcnte y después desplazarse horizontal¬mente a velocidades competitivas, sin llegar al caso de tener

un avión que prácticamente fuera puro motor. Otro desafioa su ingenio provenia del hecho de que en la posición estacio¬naria de vuelo el aparato tiende a inclinarse y los vientos

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FIGURA 16. Avión VTOLvolando en posición estacionaria.Este aparato puede moverseverticalmente hacia arriba o haciaabajo, o bien desplazarse como un

helicóptero utilizando las tres

hélices de levantamiento, una en

cada ala y la tercera en la proa.Una vez en el aire se cambia lainclinación de las aulas tipo

persiana situadas bajo losventiladores de ala, de manera que

Se desvíe hacia atrás ¡a corrientede aire de las hélices, produciendoasí una aceleración horizontal.Cuando la velocidad de la aeronave

es suficiente para el vueloaerodinámico normal consustentación por las alas, se cierranlas guías de persiana y la nave

vuela como un aeroplano dereacción ordinario, de altavelocidad, a unos 800 kilómetros(500 millas) por hora como

velocidad de travesía. Las hélicesson impulsadas por los mismos dosmotores de reacción que propulsanal aeroplano en su vuelohorizontal. (Fotos de! aviónVTOL por cortesía de RyanAeronautical Company)

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c36 / problemas de ingeniería algunas generalizaciones / 37

(transversales tienden a desplazarlo de su posición horizontal.Por lo tanto, se necesitaba un sistema complicado para man¬tener la estabilidad del avión. En el diseño del aeroplanoVTOL los problemas de estabilidad son de los más arduos,pues requieren mucha destreza matemática y el frecuenteempleo de computadoras.

El equipo de ingenieros debía experimentar con modelosde diversas clases (Figs. 18 y 19). Por consiguiente, entre otras

cosas, lo anterior significa que tenían que ser expertos en ins¬trumentación, experimentación e interpretación de datos.

Por curioso que parezca, aun cuando este proyecto se harealizado hasta el punto en que los modelos de trabajo se hanprobado en vuelo durante muchas horas, la compañía fabri-cánte no tiene todavía un comprador definido parnave. El Ejército de los Estados Unidos ha financiado elproyecto, pero la compañía no tiene ninguna garantía de quevenderá algún día un aparato VTOL. Lo que tal empresarecibirá en el futuro por sus esfuerzos depende de lo bien querealicen su trabajo los siete ingenieros, y de los diseños queobtengan las compañías competidoras.

Empresas arriesgadas como ésta son cada vez más frecuen¬tes. Una compañía vislumbra una oportunidad distante en al¬gún tipo de creación o producto de la ingeniería, que en elpresente esté considerablemente más allá de las posibilidadestécnicas. Comienza luego a desarrollar su competencia técni-

el área asignando un equipo de ingenieros al diseño deuno o más modelos experimentales, como fue el caso delVTOL. Los trabajos de desarrollo son financiados a veces pororganismos militares o de otra clase; en ocasiones la propiacompañía costea tales trabajos con la esperanza de que lainversión efectuada lleve algún día a la obtención de contra¬tos provechosos. A menudo, una empresa lleva a cabo talesproyectos paralelamente con compañías competidoras, origi¬nando así las cada vez más frecuentes “grandes competenciasde ingeniería” que se ven en los últimos años. Ejemplos: elavión supersónico de transporte, el avión a reacción “Jumbo”,el satélite de telecomunicaciones y el sistema de control detránsito por computadora para grandes ciudades. En cadaejemplo varias empresas están en competencia técnica, queesperan que finalmente les reditúe beneficios. Esto añade unelemento que incita y causa incertidumbre en el proyecto a

los ingenieros participantes.

o carencia que indudablemente puede satisfacerse mediante

un dispositivo físico, una estructura o un proceso. En esta

etapa es probable que las cosas sean vagas o confusas. Por

ejemplo, la gerencia de una compañía fabricante de automó¬

viles ha decidido que debe prepararse para ofrecer en el

mercado un automóvil eléctrico, a fin de no quedar a la zaga

de sus competidores. Su cuerpo de ingenieros tiene ya su co¬

metido. En términos generales, !a gerencia de la empresa ha

especificado las características deseadas del nuevo producto,

tales como la variedad aproximada de precios y la potencia

nominal. La tarea restante consiste en diseñar un vehículo que

satisfaga las condiciones de funcionamiento dadas. Esto es tí¬

pico de los trabajos de ingeniería que se asignan. A un inge¬

niero se le indica la función o propósito general que debe rea¬

lizarse y, quizá, algunos requisitos vagamente especificados ypreferencias para una solución. Tales especificaciones o con¬

diciones funcionales suelen ser seleccionadas por sus superio¬

res o por el cliente, frecuentemente en colaboración con el

ingeniero. Por tanto, la tarea primordial de éste es traducir

vago enunciado de lo que se requiere, en un conjunto de

especificaciones concretas de un medio satisfactorio para al¬

canzar el objetivo propuesto.

Invariablemente hay numerosas formas de lograr el pro¬

pósito especificado, muchas de las cuales, si no es que la ma¬

yoría, son desconocidas para el ingeniero al principio de su

proyecto. A él le corresponde descubrir y explorar un ciertonúmero de posibilidades. Los conocimientos que ha adquiridopor su preparación y experiencia son una fuente importante.pero no la única de tales soluciones; también tiene que em¬

plear su ingenio. Al evaluar las diversas posibilidades debe

confiar excesivamente en su juicio o criterio personal, el que

utiliza en vez de efectuar una investigación exhaustiva de todaslas alternativas (algo que obviamente no tiene tiempo de rea¬

lizar) . El juicio o criterio personal, que se adquiere con la

experiencia, es un exigente aspecto del trabajo diario deingeniero. La capacidad creativa necesaria para inventar solu¬ciones, y el criterio utilizado en su evaluación, significan quela práctica de la ingeniería tiene más de arte que lo que ellector podría haber supuesto.

En casi todo proyecto de ingeniería hay un aire de ur¬

gencia. A menudo se fija una fecha límite para obtener una

solución, y usualmente hay presiones que urgen a tener resul¬tados tan pronto como sea posible. En consecuencia, el inge¬niero, por lo general, debe recomendar una solución muchoantes que haya tenido tiempo de descubrir todas las posibi¬lidades.

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(ALGUNAS GENERALIZACIONES

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38 / problemas de ingeniería algunas generalizaciones / 39(

El grado en que intervienen consideraciones económicas en incapacidad de mantener relaciones personales satisfactoriaslos trabajos de ingeniería difícilmente puede ser exagerado. Si puede llegar á ser un severo obstáculo para el éxito de un

la sociedad ha de beneficiarse con las creaciones de un inge- ¡ngeniero. ~

niero, éstas deben ser soluciones que los usuarios a quienes se . jÿas relaciones humanas de un ingeniero.no terminan aquí.destinan puedan adquirir. Además, una.empresa privada no yna parte importante de su trabajo consiste en. descuhrir yinicia una aventura que no tenga una prometedora posibili- evaluar necesidades humanas; por ejemplo, la necesidad dedad de rendir un atractivo rédito a la inversión. En los orga¬

nismos de servicio público se requiere también un valor satis¬

factorio de la razón de beneficio a costo. Aun cuando una

solución lograda por un ingeniero pueda desempeñar admira¬blemente la función propuesta, tal solución se desechará si no

produce una ganancia neta al negocio o a la sociedad. En .

consecuencia, el ingeniero debe tener un marcado interés en.loscostos: el costo de desarrollar, y el de realizar y el de utilizar

J

(

nuevas fuentes de agua dulce o potable, y los tipos, capacida¬

des y. cantidades ,de purificadorés de agua que se requieran.Además, debe tener interés en la aceptación de sus soluciones

por el público y, por lo tanto, debe familiarizarse cotí elmodoen que la gente utilizará sus obras, la forma en que reaccio¬

nará ante ellas y las características preferidas por los usuariospotenciales. También es de su responsabilidad prever e inte¬

resarse en los efectos- de sus-obras o-creaciones sobre la gente,'

a gran escala; por ejemplo, la influencia del puente-túnel en

la vida de la población que lo utilizará. Así, pues, el ingenieroestá fuertemente comprometido con las necesidades sociales,así como con la aceptación y efectos de sus obras.

Su relación con la gente y con los asuntos económicos

(

{

su solución.A un ingeniero debe interesarle la productibilidad de sus .

creaciones, tanto desde un punto de vista técnico (¿puedehacerse realmente?), como económico (¿podrá hacerse a un

costo admisible?). Los proyectistas del puente-túnel de la Ba¬

hía de Chesapeake consideraron cuidadosamente los efectos de significa que una gran parte de sus problemas no son técnicosdiferentes rutas y características estructurales posibles sobre - (pero ciertamente no son más fáciles), más de lo que cree lael costo de construcción de la obra. De manera similar, se es- gente común. (Quizá convenga que el lector tenga presentepera que el proyectista del diagnosticador especifique un dis- esto; ¡e ayudará a entender por qué debe cursar un ciertopositivo que pueda fabricarse en grandes cantidades a un “

precio admisible para el comprador en potencia y que propor- t

cione utilidades a la compañía.En la mayor parte de los problemas de ingeniería hay

objetivos o metas conflictivas. Tal vez el fabricante de auto¬

móviles quisiera que su auto eléctrico fuese cómodo, seguro, avión VTOL. Tal hecho es, probablemente, el motivo de unpotente, ligero y de bajo costo, y que tuviera además gran concepto erróneo común acerca de la ingeniería. Como elcapacidad de carga, pero no podría obtener todo esto. El auto resultado del trabajo de un ingeniero es un dispositivo, unano puede ser el mejor en todos esos aspectos. Si el proyectista ? estructura, una máquina o un mecanismo, la gente cree quehace todo lo posible para obtener la velocidad y potencia má- l los ingenieros pasan la mayor parte de su tiempo trabajandoximas, tendrá que sacrificar algunas otras cosas, probablemen- | en esas cosas, como un mecánico, un reparador de televisoreste en comodidad, precio y capacidad. Y así sucedería también > o un técnico de laboratorio. Pero éste no es, generalmente, elsi tratase de hacer de su diseño lo último en lo referente a > caso. Un ingeniero suele realizar la mayor parte de la reso-

cualquier característica de funcionamiento. Al final, el inge- lución de problemas con trabajo abstracto. Trabaja muchoniero tendrá que hallar el mejor balance entre los criterios [ más con información (es decir, examinando hechos y obser-en conflicto. Esto no es tarea fácil. , vaciones, calculando, pensando y comunicando ideas) que con

La comunicación o contacto con la gente requiere la ma- ¡ cosas u objetos tangibles. Además, los técnicos son usualmenteyor cantidad del tiempo de trabajo de un ingeniero, mientras i los encargados de construir los prototipos de las obrasque el estar sentado ante su mesa o tablero de dibujo le con- i dones del ingeniero cuando es necesario, de manera que éste

tiempo mucho menor de lo que generalmente se tiene pocas ocasiones de “trabajar con las manos”. Así, pues,el trabajo en ingeniería es muy diferente de lo que cree lamayoría de la gente. Y, lo que es más importante, un jovena quien le guste desarmar automóviles, construiraparatos electrónicos o jugar con substancias químicas, proba-

(

(

!% (

(Knúmero de materias no técnicas.)

En general, el resultado del trabajo de un ingeniero es

algo tangible: un aparato físico, una estructura o tin proceso,como lo ilustran el diagnosticador, el desalador de agua, la -máquina productora de interruptores, el puente-túnel y el (i

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(o crea-

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piensa. Una sorprendente proporción de su tiempo se empleahaciendo consultas, dando instrucciones, contestando pregun¬tas, proporcionando consejos o recomendaciones, intercam¬

biando ideas y buscando aprobación. Consecuentemente, la

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(y reparar

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fcc

40 / problemas de ingeniería algunas generalizaciones / 41

blemente no tendrá más éxito o hallará más satisfacciones errel trabajo de ingeniería que otra persona sin esas inclinacionesinnatas.

La mayor parte de las obras de ingeniería descritas én este|libro son sistemas complejos, en vista de los miles de compo- '?•nentes que contienen y las complicadas intérrelaciones exis- ftentes entre éstos. Como consecuencia de tal complejidad, quees bastante típica de los trabajos de ingeniería actuales, y de 4. En i.asi todos ¡es casos un ingeniero debe proponer unala amplia variedad de clases de conocimientos que se requie- '

ren para los proyectos, muchos probiemas.de ingeniería son -manejados por equipos de ingenieros de diversas especialida, v

.1des. El caso en que un solo ingeniero diseña completamente .1 ' . ¿qué sacrificios deberán hacerse?, ¿qué tendrá que aban-aparato o estructura, es cada vez más raro (y tal individuo \ donar y que a un perfeccionista le agradaría no omitir?)

muy raramente está recién egresado de la escuela de ingenie- > 5, Descríbase un proyecto de ingeniería, siguiendo en elría). Por ejemplo, intervienen cientos de ingenieros en el di- ¿ mayor grado posible los estudios de los casos presentadosseño de una nave espacial, que se dividen en equipos: uno en este capítulo. Deberán incluirse cosas tales como lasencargado de diseñar el subsistema de propulsión, otro del : circunstancias que originaron el proyecto, los problemassubsistema de dirección o guía, y asi sucesivamente para mm ?. difíciles o poco comunes que se encontraron, el resultadochos subsistemas más. s final y los beneficios consiguientes. Proyectos que pueden

A medida que se vean y se lea acerca de obras de ingeniería elegirse: cambio de lugar del templo de Abu Simbelnotables, y a menudo asombrosas, se llega a la conclusión de (por la construcción de la presa de Asuán, en Egipto) ;que no todo el trabajo de ingeniería que está detrás de ellas ; laminador de alta velocidad, controlado automáticamen-es desafiante y refinado. Una cierta cantidad de ese trabajo te, para la fabricación de láminas o planchas de acero;carece de atractivo alguno y es una actividad tediosa y car- sistema de tránsito rápido para el área de la bahía de Sangada de detalles, pero este tipo de trabajo se halla en la Francisco; sistema de reservación de asientos basado eningeniería y en cualquier otra ocupación. Por supuesto, los computadoras; en líneas de aerotransporte; el avión a

dibujantes y los técnicos libran al ingeniero de una parte de reacción “Jumbo”; los satélites de comunicaciones “In-esa tarea. Asimismo, las computadoras realizan, cada vez más, telsat”; una planta de energía nuclear; el puente de Ve-muchos de los cálculos repetidos o rutinarios que anterior- rrazano-Narrows.mente tenían que hacer “a mano” los ingenieros, pero no es

posible escapar completamente de esas labores.(En la página 223 pueden hallarse obras de referencia

para éste y otros capítulos, cuya lectura se sugiere).

yeito, para llegar a la solución. (Por ejemplo, en la ma¬

yoría de los casos el proyectista tiene que resolver el con¬

flicto, maximizar el número y la efectividad de las

. funciones que realizará el dispositivo y minimizar su costo' de fabricación.) Para este fin se podríá elegir una cámara

fotográfica, un aparato doméstico o una herramienta

eléctrica.(

solución a un problema en un lapso bastante limitado.¿Cuáles imagina usted que sean las consecuencias de esta

restricción? (Por ejemplo, ¿de qué puede echar mano?,

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( Ejercicios

1. Tómense tres problemas usuales del hogar, de la escuelao de otro lado, y defínanse en función de los estadosAy B.

2. ¿Qué supone usted que hace un ingeniero cuando deberesolver un problema y no hay teoría científica sobre laque pueda basar su solución?

3. Considérese un dispositivo o un estructura comunes, e in¬téntese descubrir algunos de los objetivos conflictivos que jprobablemente haya tenido que afrontar quien los pro-

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I (

3CAPITULOí

i

Los orígenes de

la ingeniería moderna

(

(

EL HOMBRE siempre ha dedicado mucho trabajo al desarrollo

de dispositivos y estructuras que hagan más útiles los recursos

naturales. Inventó el arado para hacer que el suelo fuera más

'(

(i productivo y pudiera rendir más alimentos; la sierra, para• transformar la madera del árbol en objetos útiles; el molinoí de viento, para convertir en trabajo útil ias fuerzas de los vien¬

tos; la máquina de vapor, para transformar en trabajo mecá¬

nico la energía latente de los combustibles. Estos y miles de

otros aparatos, máquinas y estructuras,

de una incesante búsqueda. En los primeros tiempos, a medidaque las diversas ocupaciones iban desarrollándose, aparecieron,

i junto con los sacerdotes, médicos y maestros, los expertos de-; dicados a crear los dispositivos y obras mencionados. A esos- primitivos ingenieros se debe la creación de armas, fortifica-: ciones, caminos, puentes, barcos y otras obras y artefactos. Su

* actividad puede rastrearse fácilmente hasta la época de losantiguos imperios, y las evidencias de sus notables obras per-

| sisten todavía, especialmente las calzadas, acueductos y obrasde defensa construidas por los romanos.

Tales hombres fueron los predecesores del ingeniero de la| era moderna. La diferencia más significativa entre aquellos!; antiguos ingenieros y los de nuestros días, es el conocimiento; en que se basan sus obras. Los primitivos ingenieros diseñaban

puentes, máquinas y otras obras de importancia sobre la basede un conocimiento práctico o empírico, el sentido común, la

j experimentación y la inventiva personal. El “saber hacer” erauna acumulación de experiencias adquiridas principalmente

i por medio del sistema del aprendizaje, y a la cual contribuía; “da individuo. En contraste con los ingenieros de nuestros

| días, los antiguos practicantes carecían casi por completo delconocimiento de la ciencia, lo que es explicable: la cienciaprácticamente no existía.

I

<son los resultados

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(43

(

los orígenes de la ingeniería / 4544 / los orígenes de la ingeniería

En el siglo xtx los ingenieros se dieron cuenta de la poten-La ingeniería permaneció, esencialmente, en ese estado du¬rante mucho siglos. En el Renacimiento el nivel de refina- cjal¡dad que este cuerpo creciente de conocimientos científicosmiento aumentó, pero aún durante el período del desarrollo , ofrecía para la resolución de los problemas prácticos de la

de la maquina de vapor, en el siglo xvm, los creadores de humanidad, y comenzaron a aprovecharlo. Con este cambio

máquinas y estructuras se apoyaban muy poco en la ciencia: tan importante, como es el extenso empleo de los principiosLa evolución de la máquina de vapor ilustra el estado de la científicos para la resolución de problemas, la ingeniería an¬

ingeniería en.ese lapso (Fig. 1) . La máquina de vapor, pateu- tigua evolucionó hasta su forma moderna.

tada en 1769 por James Watt, fue una de la serie de máquinas Si se supone que la ingeniería contemporánea, es simple-

cada vez mejores que se inició, aproximadamente, un siglo mente una extensión de la ciencia, como consideran erró-

antes. Watt hizo una importante mejora que incrementó en neamenté algunos autores, no se percata uno de un punto

gran medida la eficiencia (o rendimiento) de la máquina de muy importante y se tiene una falsa imagen de la profesión.

vapor, y condujo finalmente a su extensa utilización: En la Los ingenieros ya existían mucho antes de que hubiera un

máquina de Newcomen, antecesora de la de Watt, el vapor cuerpo o conjunto significativoÿconocimientos científicos, y -

que movía el émbolo se condensaba en el cilindro misitio. Esto fungían entonces, igual que en la actualidad, como los ex¬

limitaba en alto grado la eficiencia, porque en la carrera Frtos de ,a sociedad Para la creación de sus más ampkjai

ascendente convenía que el cilindro estuviera caliente, mien- obras: aparatos, maquinas, construcciones y procesos. Poste¬

tras que en la descendente era mejor que estuviese frío. En las riormente el más amplio conocimiento humano del mundo

circunstancias existentes no había ni lo uno ni lo otro. Wat, ««> produjo un significativo cambio en este campo La in¬

geniería de nuestros días se enfrenta esencialmente a los mis-

a dePapinen 1690

Idei

PaVapor

11—Cilindro

y émbolo

iociado deagua Iría1a( a de

¿averyen 1698f.

( Condensacióndel vapor

rodL_..

vacioucirpara p

(

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añadió una cámara de condensación separada, y tal cambio , , , ,constituyó una importante ventaja. (Por supuesto, en vista del llP0S de Poemas, pero la cenca se utiliza, ahora en

tiempo que ha pasado, esta mejora actualmente parece simple forma amP1,a en la alucón de tales problemas. Obsérvese,,r. r ,, , - i ti 11 i • i sin embargo, que la capacidad inventiva, el criterio expen-

y obvia, pero tardo muchos anos el llegar a ella en el siglo , , - , . ’ . • f ,7 ’ r , , , ., , , mentado y los conocimientos empíricos ayudan mucho todavíaxvm.) ror lo tanto, la evolución de esta maquina esta mar- . • , , , , • . ,

7 ... i • r J a solucionar los problemas de ingeniería.cada por una sene de mventos acumulados realizado, por

un cerfano leHsrno entre la evoluc¡ón de ,a ¡muchos hombres. Cada uno se baso en su ingenio, en las

niería ,a dp ja medicina Los esperialistas en ,a curaciónaportaciones de sus predecesores y en la exploración por tan-

de cnfenncdadcs han evolucionado desde muy remotasteo, a veces durante períodos de anos o decadas Tales m- épccas Los predecesores de los médicos de hoy practicarongenieros no sabían nada acerca de la actividad molecular, las durante muchos s¡glos ,0 que era esencialmente un arte; norelaciones cuantitativas entre la temperatura y la presión del habia ningún ruerpo de conocimientos científicos en quévapor y muchos otros hechos científicos. f fiar. En tiempos relativamente recientes la bacteriología, la

í fisiología y otras ciencias biológicas se desarrollaron hasta for¬mar un cúmulo considerable de conocimientos científicos, y

frieron impedimentos en su trabajo, puesto que teman poco ’ los méd¡cos comenzaron a aplicarlos en el tratamiento de losconocimiento de la ciencia, situación que existió hasta tiempos problemas de la salud.relativamente recientes, lodo esto ha cambiado. En el siglo por consiguiente, los médicos y los ingenieros son especia-pasado y en lo que va del presente, el conocimiento cientí- j¡stas en resolución de problemas; sus orígenes se encuentranfico ha florecido con una inmensa acumulación de información. en las profundidades de la historia, y son ellos quienes final-E1 conocimiento humano de la estructura de la materia, los mente, y en forma lógica, han asumido la responsabilidad defenómenos electromagnéticos, los elementos químicos y sus aplicar un cierto conjunto de conocimientos científicos. Siem- Ellos hacen lo 9ue deben

relaciones, las leyes del movimiento, los procesos de transmisión pre han estado orientados hacia la resolución de problemas, y hacer;

de energía y muchos otros aspectos del mundo físico, ha au- lo están aún. Su motivo primordial es resQlver el problema emplean la Ciencia cuando

mentado enormemente. Mucho de lo que se enseña ahora en que tengan a mano. Si por casualidad se enfrentan con un es opÿcable,

los cursos de física de secundaria y preparatoria, era deseo- ¡ problema para el cual el conocimiento científico no da solu-'ntu¡ción cuando es útil,

nocido cuando Watt desarrolló su máquina de vapor y, no ción, de todos modos intentarán resolverlo. (¡Un cirujanoobstante, el contenido de esos cursos es sólo una fracción de i se apartará de un paciente en la mesa de operaciones si en-

lo que se sabe en la actualidad. cuentra una situación para la cual la ciencia no le dice qué

iy(

Aguafría

% — Embolo

Cilindro

( ralo deewcomonen 1712

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Caldera

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La ingeniería actual. Los ingenieros de la antigüedad su-(

Aparalode Wallen 1769

Caldera

( FIGURA 1.

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y elnotanteo cuando es necesario.

Charles L. Best

r

los orígenes de la ingeniería / 4746 / los orígenes de la ingeniería I <tiene que hacer!) E! médico y el ingeniero tienen un trabajoique realizar, y llegarán a lajolución de un problema mediante '

la experimentación, el sentido común, el ingenio, o quizá otrosmedios, si los conocimientos científicos de la época no cubren*.la situación que se presente. Asi pues, el ingeniero no existe1 •

solamente para ¡a aplicación de la ciencia, sino que existe para 5* •

resolver problemas, y en tal acción utiliza los conocimientoscientíficos disponibles. í

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k iDiferenciación, entre la ciencia y la ingeniería. Es difí-cil lograr una plena apreciación del papel que desempeña laj_ingeniería si no se comprende la diferencia -básica entre la cien- . -cia y la ingeniería. Estas difieren en los procesos básicos carne. "

ténsticos de cadá~una (investigación versus diseño), los obje¬tivos de interés que tienen día a día, y el producto findprimario (conocimiento versus obras y aparatos físicos).

La ciencia es un cuerpo de conocimientos; es específica-'.mente el conocimiento humano acumulado de la naturaleza.'Los científicos encaminan sus trabajos primordialmente amejorar y ampliar tal conocimiento. Buscan explicaciones úti- Lles, clasificaciones y medios dé predecir los fenómenos natu-

'

rales. En la búsqueda de nuevos conocimientos, el hombre de;

ciencia se embarca en un proceso llamado investigación, y en feste empeño consagra mucho de su tiempo a las siguientesactividades. V

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iFIGURA 2. Rile es, sin duda, el mayorradiotelescopio del mundo. Es un

reflector de malla de alambre sostenidopor una oquedad natural de las montañasde Puerto Rico. IMS señales de radaroriginan en un transmisor movible yse reflejan hacia el espacio ultraterrestre.Dichas señales rebotan en los planetas yestrellas, y retoman como ecos, queen¡ocados por el reflector sobre elreceptor. Tales ecos son analizados luegopor los científicos para obtener nuevosconocimientos sobre el Universo. Este esun notable ejemplo de una obra deingeniería que la prensa llamacomúnmente una proeza científica. Enrealidad, esta obra es un instrumentocientífico empleado en radioastronomía,cuyo diseño y construcción son verdaderasproezas de la ingeniería. Turrón ingenierosquienes determinaron el sitio para este

radiotelescopio: ellos lo proyectaron y,de hecho, fue un ingeniero el queconcibió la idea básica. Se mencionaesto no porque tos científicos y losingenieros se disputen el crédito de laobra, sino porque los tipos de trabajocomprendidos en el diseño y utilizaciónde este instrumento son completamentediferentes, lo cual es importante pata losjóvenes que planean sus carreras.(Cortesía del

factos mediante el proceso creativo llamado diseño (en con¬

traste con la actividad principa! del científico: la investiga¬ción). Algunos de los intereses primarios del ingeniero, a

medida que realiza ese proceso, son la factibilidad económica,la seguridad para la vida humana, la aceptación del públicoy la manufacturab'ilidad de sus obras. Por el contrario, losintereses primordiales de un hombre de ciencia, cuando de¬sempeña sus funciones, son la validez de sus teorías, la repro-ductibilidad de sus experimentos y lo adecuado de sus métodospara observar los fenómenos naturales.

La formulación de los principios de la inducción electro¬magnética que llevó a cabo Faraday, fue una aportación a

la ciencia. El empleo de ese conocimiento en el diseño degeneradores eléctricos es ingeniería. Cuando el hombre descu¬brió y entendió la fisión nuclear en los años 30 de este siglo, se

logró un importante descubrimiento científico. La aplicaciónde tal conocimiento en el diseño de reactores nucleares útileses ingeniería. Lo anterior no quiere decir que personas queesencialmente son científicos nunca proyecten instrumentos o

resuelvan problemas, o que personas que llamaríamos inge¬nieros no realicen ninguna investigación en la búsqueda de

•Formulación de hipótesis para explicar los fenómenos na- p:turales.

•Obtención de datos con los cuales poner a prueba las teorías|formuladas.

•Concepción, planeamiento, preparación y ejecución de ex¬

perimentos.•Análisis de observaciones y' deducción de conclusiones.•Intentos de describir los fenómenos naturales en el lenguaje

de las matemáticas.•Intento de generalizar lo que se ha aprendido.•Comunicación de sus descubrimientos por medio de artículos

y publicaciones diversas.

(

“ (

son(

1Los científicos exploran lo

que es y los ingenieros crean

lo que nunca ha sido.Theodore von Kármán

(

El objetivo primario del hombre de ciencia es el conoci¬miento como un fin en sí mismo.

En contraste, el producto final del trabajo de un ingenieroes usualmente un dispositivo físico, una estructura o un pro¬ceso. Sin ninguna duda, el giróscopo, el satélite meteorológico,el radiotelescopio, el electrocardiógrafo, la planta de energíanuclear, la computadora electrónica y el riñón artificial, sos

productos de la ingeniería. El ingeniero desarrolla estos arte-

(

Cornell Center forRadiophysics and Space Research.)

(

(

(

jc\

48 / los orígenes de la ingenieríalos orígenes de la ingeniería / 49

(las soluciones a sus problemas. La clave de la diferenciaciónes saber qué es un objetivo primordial y qué es un medio para

llegar a un fin. Los ingenieros que producen medios prácticospara convertir agua salada e impura en agua potable, empden una investigación destinada a obtener más conocimientossobre los procesos fundamentales que intervienen. Sin embar¬go, se ocupan en tal investigación con objeto de resolver su

problema. "La meta es el desarrollo de un proceso económicode transformación del agua. Véase la Fig. 2.

Cuando un vehículo espacial reingresa a la atmósfera te¬

rrestre a muy altas velocidades, se genera calor suficiente parafundir cualquier metal conocido. Por tanto, fue necesario quelos ingenieros que diseñaban tales vehículos realizaran una

investigación para encontrar un material capaz de resistir elintenso calor. El conocimiento resultante es un subproductode sus trabajos para producir con éxito un vehículo de rein¬greso a la atmósfera.

Resumen. La ingeniería, como existe en la actualidad, es

principalmente el resultado de dos desarrollos históricos quehasta mediados del siglo xrx no estaban esencialmente rela¬cionados. Uno de ellos fue la evolución, en el transcurso delas diversas épocas, de un especialista que desde entonces

fungió como el experto de la sociedad para la creación decomplicados dispositivos, estructuras, máquinas y otras obras.El otro desarrollo es más reciente: el acelerado crecimientode los conocimientos científicos. Aunque su conjunción es re¬

lativamente reciente, ya ha producido un importante cambioen la ingeniería. En contraste con la situación del pasado, la

ingeniería moderna comprende más ciencia y menos arte,

aunque éste está presente todavía en la forma de creatividady criterio personales.

2. Tarde o temprano, alguna persona le pedirá que le ex¬

plique cuál es la diferencia entre un científico y un in¬

geniero. ¿Qué diría usted en este caso?

3. Cuál sería su reacción ante esta definición: “La ingenie¬ría es la aplicación de la ciencia”.

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(Ejercicios

1. Escríbase un artículo sobre uno de los siguientes temas:

( Las aportaciones de la ingeniería durante la épocadel Imperio Ropiano.El desarrollo de la máquina de vapor por medio de la

máquina patentada por Watt en 1769.Los puentes y acueductos de la antigua Roma.La evolución de las fuentes de energía, desde el tra¬

bajo de esclavos hasta la energía atómica.El desarrollo de la dínamo, a partir de los descubri¬mientos de Faraday.

a)

( b)

(d)

c «)

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I

(

. 4CAPITULO(

(

!ICualidades del

ingeniero competente (

(

(EL éXITO que e! lector llegue a tener en la ingeniería depen¬derá principalmente del conocimiento basado en hechos que

haya adquirido, de las habilidades que haya desarrollado, de

su actitud y de su capacidad para continuar su automejora-

miento. Este capítulo describe lo que se debe tener en estos

cuatro aspectos para llegar a ser un ingeniero competente.

Quiero destacar que todo lo anterior se aplicará al lector den¬

tro de unos diez años, por ejemplo, y no en

su graduación en la universidad, ni ciertamente ahora. Se

describirá lo que el estudiante debe tener actualmente, máslo que añadirán los años de estudios profesionales, más los be¬neficios obtenidos de cierta experiencia en la práctica| de laingeniería.

Ahora consideremos una buena razón para estar familia¬rizados con las cualidades de un ingeniero competente que se

resumen en la Fig. 1. Una educación en ingeniería tiene porobjeto realizar una aportación de importancia al desarrollodel lector en estas áreas. La cabal comprensión de esta vistapanorámica es conveniente porque le permite al lector ser unsocio más efectivo de sus maestros y, por lo tanto, aumentar

notablemente los beneficios que obtenga de su educación.

(

(el momento de

(

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(

CONOCIMIENTO BASADO EN HECHOS <Una parte muy importante de la educación formal de un

estudiante es la relativa a las ciencias físicas, principalmentefísica y química, como lo indica el número de cursos sobreestas materias que figuran en los planes de estudios de inge¬niería. Para crear dispositivos, estructuras y procesos comple¬jos, un ingeniero debe tener un conocimiento fundamental delas leyes del movimiento, de la estructura de la materia, delcomportamiento de los fluidos, de la transformación de laenergía y de muchos otros fenómenos del mundo físico.

Ciencias físicasbásicas / ;

( i

(SI

( '

(

cconocimiento basado en hechos / 53

52 / cualidades del ingeniero competente( El cuerpo de conocimientos relativos a “dónde” y a “cómo”

aplicar los principios de la ciencia se denomina ciencia apli¬

cada. La aplicación benéfica del conocimiento científico fun¬

damental a los problemas prácticos del mundo, requiere algo

más que la mera noción de los hechos básicos. Cuando se está

enfermo no se desea ser atendido por un.hombre cuya única

. calidad sea un conocimiento de la fisiología y la química

básicas. Lo mismo sucede con la ingeniería; hay un gran

' > paso entre ios principios básicos de las cienciás físicas y ¡os

dispositivos útiles. La educación formal de un ingeniero debe

dotarlo de los medios para cubrir esa deficiencia. Por.tanto,

una vez que se está familiarizado con las ciencias físicas básicas,

se debe llevar un cierto número de cursos dedicados a su

aplicación. Un ejemplo de ciencia aplicada es el análisis de

circuitos eléctricos, que trata de la aplicación del conocimiento -

de los fenómenos eléctricos fundamentales (carga eléctrica,

ondas electromagnéticas, corriente o flujo de electrones, etc.)

a la comprensión y cálculo de los circuitos eléctricos. Otras

ciencias físicas aplicadas se enseñan en cursos con títulos tales

como termodinámica, mecánica de sólidos, mecánica de flui¬

dos y propiedades de materiales.Lo anterior es, principalmente, “experiencia comunicada”.

Es difícil imaginar una obra de ingeniería que esté basada por

completo en los principios científicos. La mayor parte de losdiseños se basan, en parte, en los conocimientos científicos y,

necesariamente, en la experiencia y la inventiva. Durante mu¬

chos años, numerosas ideas, prácticas y observaciones, aun¬

que no estuviesen fundadas en principios científicos, han de¬mostrado por la experiencia que son bhenas y generalmenteútiles. Todo ese material se ha registrado y perpetuado, y

constituye un acervo de conocimientos empíricos en el que se

apoyan extensamente los ingenieros. Una parte de la educa¬ción formal de un estudiante de ingeniería se dedica al estu¬

dio de esos cpnocimientos, ordinariamente en los cursos sobrediseño en los primeros y últimos años de la carrera. Los cursos

sobre el diseño y el proyecto en la ingeniería tratan princi¬palmente de la aplicación de las ciencias y los conocimientosempíricos a la resolución de problemas, así como al desarrollode métodos y técnicas para tal resolución.

Especialización en la ingeniería. En la práctica se acos¬

tumbra adquirir especialización en cierto grado, sobre todoporque se requieren grandes y substqncialmente diferentescuerpos de conocimiento para resolver distintos tipos de pro¬blemas. Es virtualmente imposible que un ingeniero sea com¬petente en el diseño de puentes y de equipo de televisión yde motores a reacción y de plantas metalúrgicas y de máqui-

Cienciasfísicasbásicas

FísicaQuímicaOtras

FIGURA t. Villa panorámicade elle capítulo. -

Electricidad básicaTermodinámicaMecánica de los sólidos

Cienciasfísicasaplicadas( .

<a). Etc.Conocimientos

reales

(

Conocimientosempíricosordenados

(

(

SociologíaLiteraturaOtros

conocimientoscEtc.

¿Qué es lo que uningeniero debe tener?c

DiseñoInventivaCriterioMatemáticasSimulaciónExperimentación

Deducción de conclusionesComputación electrónicaOptimización

Búsqueda de información

PensamientoComunicaciónTrabajo en común con otras personas

Conocimientos empíricoscodificados(

(b)Destreza

o capacidaden las siguientes'

áreas:

(

(

(

(

( Interrogantes

Objetivas

ProfesionalesDe mente abierta fsín prejuicios)

(c)Aptitudes

(

((d)

Capacidadde superación continua(

Pero el conocimiento de las ciencias físicas básicas es ape¬nas suficiente. Sí un ingeniero ha de resolver problemas, tieneque estudiar también las ciencias físicas aplicadas y un cuerpocodificado de conocimientos empíricos. A continuación expli¬caremos lo anterior.

(Ciencias físicasaplicadas

(

54 / cualidades del ingeniero competente habilidades del ingeniero / 55

nana textil. En consecuencia, es inevitable tener alguna espe¬cialidad. Por lo tanto, durante la última parte de su programade estudios profesionales, probablemente el lector se especia¬lizará en alguna rama de la ingeniería. Hay muchas de donde Ielegir; las principales se describen en el Apéndice A. En el \contenido de los cursos de diseño de nivel superior, es donde fdifiere primordialmente la educación en las diversas ramas >

de la ingeniería. El estudiante de ingeniería eléctrica estudiael funcionamiento y el diseño de'máquinas eléctricas, aparatos t

de comunicación, sistemas de distribución de energía, etc,. además¡ tiene que ser capaz de hablar con ellos inte-mientras que el estudiante de ingemería civil aprende lo re e- i ,;„enternente, de trabajar con ellos y de entender sus pro-rente a estructuras, sistemas de abastecimiento de agua, pía-

blemasneación de ciudades, y materias relacionadas. Asimismo, los i . Una educación superior es una preparación para algo másestudiantes de otras especialidades de la mgen.ena se concern 1 _ tener un medio de yivir; es una preparación para vivir.tran en materias pertenecientes a sus campos. I En consecuencia¡ los. estudios de un. ingeniero no deben

Aunque la especial.zacion, según las lineas tradicionales, esI.concentrarse enteramente en la ciencia y la ingeniería.

todavía común en la educación en ingeniería, la mayor parte . £a educación ampiia, pre ara motiva a mostrar unde los problemas encontrados en la practica requieren del verdadero interés por la sociedad en la que se influirá me-conocimiento de dos o mas de las ramas tradicionales de la .d¡ante ,as obras realizadas. no h argument0 m4s pÿ.ingemena como se demostró en los estudios de casos del ca-

roso extender la educación de un ingeniero a las hu-pitulo 2. El diseño de un proceso químico industrial, natu- manidades y las ciencias sociales. El importante asunto delraímente requiere un conocimiento considerable que, por tra- ¡nterés soda] de un ¡ngenier0 merece una os¡ción a rtedicion, es una parte de la instrucción de un ingeniero químico lo tanto> el capítulo 14 se dedica a él.asi como algunos de los condimentos adquiridos por los inge-

nieros electricistas, industriales y mecánicos. Como resultado, Deb¡do principalmente a estas razones, por lo menos elun ingeniero debe trabajar con frecuencia en estrecha cola- veinte fX)r cicnt0 del plan de estudios de ingeniería a nivelboracón con otros ingenieros de especialidad diferente a la fesionai * reserva a los cursos de'humanidades (literatura,suya, y el mismo tiene que emplear conocimientos de otras idiomaS) fi|osofía, etc.) y de ciencias sociales, tales como so¬ramas de la ingeniería. Por lo tanto, suele darse cuenta que dología) historia econoinía.en el trabajo real su conocimiento debe traspasar las fronterastradicionales de su especialidad. Por esta razón, principalmen¬te, los estudiantes de ingeniería tienen que llevar algusos de especialidades de ingeniería diferentes de la suya.

Observemos que hay varios aspectos importantes, no téc¬nicos, del desarrollo intelectual de un estudiante de ingeniería.Para ser profesionalmente competente, su caudal, de conoci¬mientos debe extenderse más allá de las ciencias físicas y la

ingeniería. Debe abarcar materias tales como economia, teoríadel Gobierno, psicología, sociología y humanidades. Esta am¬

plitud de conocimientos es importante por diversas razones.

<terés sobre el capital y otros asuntos económicos. Constan¬

temente se verá envuelto en decisiones económicas. Para

enfrentarse a tales decisiones con eficacia debe estar tan

consciente de los costos y las ganancias como el hombre

de negocios.

•Tendrá que trabajar con personas de muchos campos de

actividad; por ejemplo, economistas, contadores, políticos,sociólogos, psicólogos, abogados y dirigentes sindicales. Debe

darse cuenta de las contribuciones que puede hacer esta

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HABILIDADES DEL INGENIEROnos cur-

E1 lector tendrá que aplicar sus cpnocimientos con ayudade las habilidades, principalmente mentales, resumidas en laFig. 1(6), que explicaremos a continuación.

Supóngase que está encargado de desarrollar un nuevosistema de control de tránsito para una ciudad. Tal trabajose realizará

OtroS-conocimientos

Habilidad en diseño

por medio de un proceso llamado diseño, que esel procedimiento general por el que se convierte el enunciadovago de lo que se desea, en el conjunto de especificacionesde un sistema que sirva para el propósito deseado. El diseñoes la parte medular de la ingeniería; todo lo que se efectúapara resolver un problema se hace mediante ese procedimiento.La habilidad en la ejecución de tal proceso es tin importante

para dedicarle cinco capítulos 'de este libro.La idoneidad que se tenga en el diseño dependerá gran¬

demente de la capacidad inventiva, de modo que ésta es tam-

l

/•Se deben conocer los “hechos económicos de la vida”. Para

que un ingeniero sea apreciado debidamente por quien lo

emplee y sea de provecho a la sociedad, tiene que darsecuenta de la importancia y los aspectos intrincados de lasutilidades o ganancias, costos, relaciones entre precio y de¬

manda, rédito a la inversión, depreciación, cargos por in-

(Capacidad inventivacomo

(

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c habilidades del ingeniero / 5756 / cualidades del ingeniero competente

bién una importante cualidad. Utilizándola, se podrán idear J ¿e cálculo y otros medios auxiliares semejantes, cons i yenvarios bosquejos de sistemas de control de tránsito, los cuales » ja habilidad en la computación o cálculo.se evaluaráaposteriormente para determinar cuál es el mejor. Siempre se busca la solución óptima (o sea, a mejor j. . . ..Esta evaluación debe hacerse de preferencia mientras las ideas j Optim*ÿ*®" es un Ormino que x aP''ca a' Pfÿ650 e a Ca"

están aún “en el papel”. Se verá por qué; difícilmente sería j la solución óptima; la destreza o habilidad a este respecto

posible-ensavar las posibilidades en condiciones, reales ideadas ¡ es ciertamente importante. . ,de los sistemas de control de tránsito. Las pruebas en el cam- A medida que se arrecientan los cúmulos de conocimientos Aptitud parapo requerirían dinero, tiempo y paciencia del público en de- disponibles, también aumentan la deseabilidad y la cificu.tad utilizar las fuentesmaria. Un método para predecir el funcionamiento/de las ¡ en ¡3 búsqueda de información relativa a un pro tma. nr e m ormacion

soluciones alternativas es el uso del criterio personal, otro soil j ¡0 tanto; cada vez es más importante el poder uti izar e icaz

las matemáticas y otro más es la simulación .(es decir, la '

mente las fuentes de información. Podría pensarse que no ayexperimentación en que se utiliza un substituto del objeta real, nada de trabajo de ingeniería en este aspecto de la activi a ,

la prueba aerodinámica de un modelo de aeroplano pero se puede desaprovechar una gran cantidad e va losa

- en un- túnel de viento) . Probablemente el lector utilizaría los información y perder mucho tiempo si no se esta a íestra o

tres- métodos o habilidades en el problema del control detránsito.

cDestreza enc

c

como enBuen criterio

(al respecto.

La habilidad de pensamiento no deberá desperdiciarse en

ningún trabajo que se realice. Una de las principales metas pensamiento

de una educación en ingeniería, es el vigorizar las aptitudes de

razonamiento, análisis y otras capacidades mentales. Aunque

no hay muchas ocasiones en que puedan discutirse abierta¬

mente tales procesos en el curso de la educación en ingeniería,

uno de los objetivos esenciales de la mayor parte de los cursos

es el contribuir al desarrollo de la habilidad de pensamiento.tratan explícita-

Aptitud matemática Habilidad deSe tiene que experimentar, lo que significa que hay que

saber cómo preparar un experimento con el fin de obteneruna cantidad máxima de información confiable con un míni¬mo de tiempo y costo. En la experimentación y en muchasotras fases del trabajo habrá que utilizar la destreza o habili¬dad de medición.

Muy relacionada, con la medición y la experimentaciónestá la aptitud para deducir conclusiones inteligentes a partirde observaciones. Aun cuando las mediciones son de natu¬raleza simple, la acertada interpretación de ellasdirecta como podría creerse. Esto és así debido a la variaciónincontrolable en las características de- todos los materiales,objetos y dispositivos, junto con el hecho de que ningún sis¬tema de medición es perfecto y que la mayor parte de lasconclusiones deben basarse en muestras relativamente peque¬ñas de observaciones. Tales circunstancias complican el proce¬so de deducción de conclusiones. En general, el ser humano esnotoriamente inepto para obtener conclusiones, como lo de¬muestra repetidamente el hecho de llegar con frecuencia aconclusiones erróneas acerca de sus semejantes. La tendenciapoco sana a deducir conclusiones incorrectas que se tiene pornaturaleza, es probable que persista hasta la práctica de laprofesión, a menos que se adiestre la mente para combatirla.Para ello, es muy importante aprender a conocer las diversasfuentes potenciales de error que intervienen en el proceso dededucir conclusiones, las limitaciones de las muestras peque¬ñas, el papel que juegan el azar, la incertidumbre y losprejuicios, y la importancia de evaluar cuidadosamente lafiabilidad de la evidencia disponible.

Una computadora digital es tma poderosa herramientapráctica. La habilidad para utilizarla, para manejar la regla

Habilidad en lasimulación defenómenosc

c Destreza en laexperimentación

( El hecho de que estos procesos rara vez se

mente, puede crear confusión; sin embargo, es indudable que

la “capacidad de pensar” es una mercancía altamente apre¬

ciada en el mercado de los empleos.No hay que subestimar, como lo hacen muchos futuros Aptitud de

ingenieros, la importancia de la aptitud en la comunicación.

Se debe ser capaz de expresarse clara y concisamente si se

aspira a ser un buen ingeniero. Probablemente la manera más

eficaz de que el lector se convenza de la importancia de la

aptitud en la expresión oral y escrita, además de que lo apren¬

da por propia experiencia, sería que escuchase las muchas

peticiones hechas por quienes emplean a los ingenieros, y por

los ingenieros mismos, para que se dé más atención a esas ma¬

terias en las escuelas de ingeniería. La aptitud en la

nicación comprende la capacidad de expresarse matemática y

gráficamente. La destreza en la expresión gráfica, que es la

capacidad de presentar información en forma de dibujos, es-

buena expresión de

c no es tan

Ccomunicación

cc(

Destreza en lamedición

comu-(

(Aptitud para llegara conclusionesinteligentes

quemas y gráficas, es esencial para una

las ideas.La capacidad de trabajar eficientemente con otras perso- Aptitud para

ñas es de importancia obvia. La práctica de la ingenieríacomprende muchas relaciones con numerosas personas; si no con |Q gentese es capaz de mantener relaciones de trabajo cooperativo con

ellas, se estará en dificultades.

con-

Habilidad en lacomputación

( .

<ícapacidad para continuar el automejoramiento / 5958 / cualidades del ingeniero competente

(profesionista y debido a tal confianza, este último tiene laobligación de desempeñar sus servicios con apego a la ética.Como la mayor parte de las obras de un ingeniero afectandirectamente el bienestar de mucha gente, el público confíaen que sus diseños serán seguros y, de un modo u otro, útilespara el bienestar de la humanidad. El público espera tambiénrecibir el justo servicio por lo que ha pagado.

La obligación profesional comprende algo más que limi¬tarse a vivir de acuerdo con la confianza depositada por aqué¬llos a quienes se sirve y que resultan afectados por las obrasrealizadas. Incluye también:

•Insistencia en considerar a fondo un proyecto hasta tener

una solución bien fundamentada.•El deseo de sostenerse en esa solución con el objeto de apro¬

vechar la experiencia que se tuvo con ella.•La firme voluntad de mantenerse informado de las mejores

prácticas o procedimientos y de los últimos adelantos, yutilizarlos.

•Un sentido de responsabilidad hacia los colegas que se ma¬nifieste en las acciones, en los intentos de mejorar las con¬diciones del grupo profesional al que se pertenezca, y ladisposición para intercambiar información “no clasificada”con otras personas de la profesión.

•Mantener en estricta reserva las ideas no patentadas, losprocesos secretos, los métodos de características únicas o es¬peciales, etc., que proporcionan a nuestro cliente una ven¬taja sobre sus competidores.

•Un anhelo de contribuir al mejoramiento de la humanidadmediante obras y consejos.

De mucha importancia para determinar el valor que se

pueda tener como ingeniero, es la cualidad de poseer unamente abierta a lo nuevo y diferente. Una mente flexible esuna gran ventaja. Hay que ser receptivo a las nuevas teorías,a las nuevas ideas y a las innovaciones en la técnica.

Hay otras aptitudes y habilidades que requiere la inge¬

niería, pero las ya descritas son las principales y deben bastar

para poner de manifiesto que para practicar la ingeniería se

necesita un cierto número de ellas. En los capítulos del 5 al

13 se' discutirán con más detalle cinco de esas aptitudes o

habilidades. No se debe entender con ello que las restantes

carecen de importancia. Las que se seleccionaron lo fueron i

por la necesidad de ampliar su conocimiento, puesto que no >

se han publicado explicaciones de introducción satisfactorias .

acerca de ellas, mientras que existen útiles libros sobre expe¬

rimentación, medición, comunicación gráfica y otras habili¬

dades a las que no se han dedicado capítulos completos en

este libro.

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ACTITUD DEL INGENIERO

. (Ciertas cualidades que deben emplearse en la resolución

de problemas no son ni conocimientos de hechos reales, ni ha¬

bilidades. En conjunto constituyen lo que se describe mejorcomo una actitud o punto de vista del ingeniero. Tales cua¬

lidades se resumen en la Fig. 1(c).Cultive una actitud interrogante, una curiosidad por el

“cómo” y el “por qué” de las cosas. Esa actitud le permitiráobtener mucha información útil y numerosas ideas apr

chables. Parte de esa actitud proviene de la curiosidad, y

parte de un cierto escepticismo que inclina a desconfiar de la

utilidad de una cierta práctica, de la validez de un “hecho”,de la conveniencia de determinada característica o de la ne¬

cesidad de un elemento particular. El dudar acerca de diver¬

sos “hechos, requisitos, características”, etc., para hacer que

“se prueben por sí mismos”, especialmente cuando son asuntos

o conceptos de gran arraigo, realmente puede resultar muy

provechoso.En el curso de un proyecto típico es posible que uno sea

el foco o centro de opiniones parciales o con prejuicio, y de

presiones de intereses especiales. Además, habrá que afrontar

muchas situaciones que deben su existencia a la costumbre

más que a la razón. Al hacer frente a prejuicios, presiones y

tradiciones, hay que esforzarse en tener objetividad al realizar

evaluaciones y tomar decisiones.Se espera que un ingeniero

profesional hacia su trabajo, hacia la gente a quien sirve, ha¬

cia aquellos a quienes afectan las soluciones halladas por él, y

hacia sus colegas, en la manera tradicional de las profesiones.El verdadero profesionista sirve a la sociedad como

perto en relación con un cierto tipo de problema relativamente

complicado. En estas circunstancias, el cliente confía en el j

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Actitudinterrogante

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¿POR QUE?¿POR QUE?¿POR QUE?

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Mente abierta ysin prejuicios

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IObjetividad

CAPACIDAD PARA CONTINUAR ELAUTOMEJORA1VIIENTO

Cuando se egresa de la escuela o facultad de ingeniería,no se tienen todas las características descritas en este capítulo.El recibir el título de ingeniero (o de licenciado en ingeniería)marca sólo el fin del principio. La educación formal recibidaproporciona un sólido comienzo en un proceso de desarrollo alargo plazo. Después de eso, depende de uno mismo el conti¬nuar su desarrollo intelectual, si se aspira a llegar a ser unverdadero ingeniero y a disfrutar de una fascinante carrera,plena de satisfacciones.

( :Actitudprofesional

verdadera actitudasuma una /

(un ex-

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(60 / cualidades del ingeniero competente

descripción resumida de la ingeniería / 61( A medida que el conocimiento sigue acumulándose con

rapidez creciente y los problemas técnicos son cada vez máscomplejos, la aptitud y la inclinación a acrecentar continua¬mente lo aprendido en la escuela se vuelven más importantes.Los medios para ese incremento ininterrumpido son la expe- •

rienda, los libros y revistas, las conferencias, las visitas a obrasy plantas industriales, las publicaciones comerciales y los cur¬sos de postgraduados. Aun cuando usted fuera un ingeniero. '

completo en él'momento de la graduación, todaéía sería ne¬cesario continuar el aprendizaje, porque muchas de las .cosasaprendidas en la escuela se vuelven anticuadas en relativa- .

mente pocos años. Limitándose a una actitud pasiva, uno sólollegará a ser finalmente algo más qué un “ingeniero, de ma¬nual” (llamado así porque los problemas relativamente ruti¬narios que se le presentan pueden resolverse en 'su mayor partehojeando manuales y catálogos). La necesidad de mantenerse

al día uno mismo es cada vez más imperiosa, porque la rapi¬dez con que cambian los conodmientos y las técnicas crececonstantemente.

Desde luego, el automejoramiento continuo, además de seruna obligación profesional, es una buena inversión en el sen¬tido financiero. El sueldo que se obtenga y la rapidez con quese ascienda a diferentes puestos, dependen en parte de lainclinación y aptitud para mantenerse profesionalmente a tono

con los tiempos.

materias raramente se tratan en forma explícita, el des-estas

arrollo en estos aspectos es un objetivo de la mayor parte(de los maestros.

cValor de la educación en ingeniería

Las cualidades resumidas en lá Fig. 1 son, en gran parte,.

responsables de la reputación que han alcalizado los inge¬

nieros como solucionadores -de problemas. El éxito que se tenga

en obtener tales cualidades determina la eficacia de Uno como

ingeniero, y las satisfacciones y retribuciones que se reciban

en el ejercicio de esta profesión.:—; -La familiarizaeión de -un ingeniero con las ciencias puede

concentrarse en las ciencias físicas y matemáticas, pero cierta¬

mente no debe limitarse a ellas. Tal familiarizaeión se debe

extender a las ciencias sociales y puede comprender aun las

ciencias biológicas. Así, pues, la educación formal de un inge¬niero usualmente debe abarcar las ciencias naturales y sociales,la tecnología y las humanidades, y tiene que ser, por cierto,

una educación muy amplia. Esto es muy importante, pues la

amplitud de conocimientos es deseable, y en la actualidad no

puede considerarse amplia una educación si no comprende la

tecnología. En nuestra civilización, la’ tecnología ha llegado a

ser una potente fuerza queJnfluye notablemente en los ne¬

gocios, el Gobierno, la educación y la organización militar.Obsérvese que las habilidades y las actitudes no pueden

adquirirse de la misma manera que los hechos. ¿Podrá una

persona desarrollar repentinamente una actitud interrogante,

sólo con leer en qué consiste y saber que debe poseerla? Se *-

requiere algo más que eso; se necesita una disciplina mentalejercitada durante un largo tiempo. Obsérvese también que,

aunque las habilidades y actitudes requieren más tiempo y

esfuerzo para adquirirlas que el conocimiento de hechos reales,son igualmente difíciles de perder. Además, el conocimientocientífico y técnico especializado es susceptible de volverse

anticuado a medida que se hacen nuevos descubrimientos. Y

también, al cambiar uno de empleo, puede ya no necesitarse

el conocimiento especializado que se. ha adquirido, pero las

habilidades y aptitudes que se adquieren de una educaciónen ingeniería serán de valor en casi cualquier campo. Estos

son los beneficios de “uso general”

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OBJETIVOS DE LA EDUCACION EN INGENIERIAcObservando la Fig. 1 pueden preverse los principales obje¬

tivos de una educación en ingeniería:(

1. Impartir una parte significativa del conocimiento de he¬chos reales que se requerirán.

2. Proporcionar un buen comienzo en el desarrollo de lashabilidades y aptitudes para la ingeniería.

3. Ayudar a conformar las actitudes o puntos de vista.4. Proporcionar los medios y la motivación necesarios para

proseguir el automejoramiento.

Los cursos o partes de los cursos que contribuyen a lograrel primer objetivo serán evidentes. Esto se cumple tambiénen el caso del desarrollo de algunas habilidades, tales comolas que se adquieren en la instrucción sobre el manejo de laregla de cálculo o en los cursos de-análisis gráfico. Pero losesfuerzos para desarrollar la habilidad de pensamiento, la ap¬titud para trabajar con otras personas, la objetividad, la mente

sin prejuicios y otras actitudes, no son tan obvios. Aunque

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( DESCRIPCION RESUMIDA DE LA INGENIERIA

Los capítulos 2 a 4 proporcionan el fundamento de esta

definición: “La ingeniería es la aplicación de ciertos cono¬

cimientos, habilidades y actitudes, principalmente a la creación

cc( M

(

(

62 / cualidades del ingeniero competente

5de obras y dispositivos físicos que satisfagan necesidades y de¬seos de la sociedad.”

El primordial interés de la ingeniería en la aplicación, más'que en la generación de conocimientos, fue destacado en elcapítulo 3. Los conocimientos, habilidades y actitudes de la'ingeniería se han descrito en este capítulo. Los ingenieros sonprincipalmente creadores de artefactos u objetos físicos o tan¬

gibles: aparatos o dispositivos, estructuras y procesos. Son res¬ponsables de Ja creación de estas cosas, es decir, de su ideación . 1

o diseño y de la dirección de su construcción. Tales objetos !

se producen en respuesta a necesidades y deseos de la sociedad(sería ingenuo pensar que se tengan que satisfacer, sólo las

_neces¡dades).

CAPITULO«

(

Representación

por modelos (

CEjercicios

1. Suponiendo que está usted en una escuela de ingeniería,cada materia que cursa ahora tiene por objeto contribuira su desarrollo con respecto a algunas de las cualidadesdescritas en este capítulo. Analice el contenido y realiza¬ción de cada curso; separe o identifique los tipos de co¬

nocimientos, habilidades y actitudes que aparentementeel curso tiene por objeto desarrollar en usted.

2. Haga una lista de los aparatos, estructuras y procesoscreados por cada una de las ramas principales de la in¬geniería, descritas en el Apéndice A.

3. Haga una lista de 15 obras de ingeniería cuyo diseño pro¬bablemente haya requerido del talento de ingenieros dedos o más ramas principales de la ingeniería. Identifiquelas ramas que usted cree intervinieron en el desarrollo de

- cada obra enlistada.4. Tarde o temprano su novia le preguntará inocentemente:

“¿Qué es justamente la ingeniería?” Como de seguro notendrá usted este libro a la mano para leer la respuesta,su explicaciónnecesariamente tendrá que expresarse en suspropias palabras y en los términos más sencillos posibles(no hacemos ninguna consideración acerca de la inteli¬gencia de la joven). ¿Cómo le explicaría a ella lo que esla ingeniería?

<Representaciones físicas (o ¡cónicas), gráficas y esque¬máticas. Los siguientes objetos tienen algo en común: un

tren de juguete, un globo terráqueo, una estatua y un modelode un aeroplano. Cada uno de ellos es una representación tri¬dimensional de una realidad física. Hay también la represen¬tación bidimensional, ejemplificada por una fotografía, un

croquis o una copia heliográfica. Como estas representacionesen dos y tres dimensiones guardan semejanza física con losobjetos de la vida real, se denominan representaciones físicasoicónicas * En la ingeniería se emplean frecuentemente talesrepresentaciones no simbólicas; es evidente que la mostradaen la Fig. 3 es una valiosa ayuda para quienes tratan de vi¬sualizar o imaginarse cómo sería en realidad la estructura re¬

presentada en 27 horas de complicados planos.• Luego se tienen las conocidas representaciones gráficas, tal FIGURA I.

;Cómo se ilustran en las páginas 73 y 74. El lector ya estará.familiarizado con la utilidad de las gráficas y diagramas**para visualizar las relaciones y las magnitudes relativas.

Un esquema suele representar, en forma simbólica, un ob¬jeto real. El esquema de un circuito eléctrico y la Fig. 2 sonrepresentaciones esquemáticas. Otros ejemplos aparecen en laspáginas 72 y 84. En cada caso una configuración de líneasy símbolos representa la disposición estructural o el compor¬tamiento de un objeto real. Un esquema como el de la Fig. 3

efectivamente, de gran ayuda para quienes diseñan el sis-

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* Del griego eikon, imagen. (N. del T.)

** En español el término “diagrama” no significa lo mismo que

I *1 inglés diagram, sino que designa una gráfica o representación geo¬métrica que sirve para ilustrar una ley de variación, demostrar una

‘ proposición o para obtener determinados valores numéricos de lasrelaciones entre variables. Por ejemplo, un diagrama presión-volumen,un diagrama entalpia-entropia (de Mollier), etc. (N. del T.)

FIGURA 2. (

(63

representación por modelos / 6564 / representación por modelos

'

(fc es una constante cuyo valor numérico debe ser conocidotambién). Por medio del empleo de las matemáticas puecfenrealizarse predicciones de muchos otros fenómenos naturales,así como también del comportamiento de dispositivos,, estruc-

« turas y proceses construidos por el hombre. Utilizando el sis-c tema de reglas y convenciones prescritas por las matemáticas, y

i. asignando símbolos para representar las propiedades impor-

- ¿antes del objetó real, las expresiones matemáticas puedent manipularse hasta obtener predicciones útiles de lo que debe

. esperarse según determinadas condiciones.Las matemáticas proporcionan un repertorio de represen¬

taciones matemáticas ya hechas (una función parabólica, una

función exponencial, etc.)-. La instrucción matemática tam-

bien permite a uno deducir expresiones especiales que se adap¬tan a situaciones que no pueden representarse satisfactoria¬mente por las funciones matemáticas mencionadas. Tal habili¬dad es muy importante.

Las matemáticas constituyen un poderoso método derepresentación. Son un medio eficaz para la predicción y un

lenguaje conciso y universalmente comprendido para la comu¬

nicación. Sus procedimientos y reglas las hacen ser un medio

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cFIGURA 4. Representaciónesquemática del contenido deeste capitulo.(

%FIGURA 3. Representaciónicónica del diseño propuesto parauna instalación productora deoxígeno. Este modelo para mesa

da a los proyectistas a diseñartuberías de modo que sean

accesibles para su mantenimientoy reparación. También se utilizacomo medio de visualizacióngeneral que les sirve a ellospersonas a quienes deben expsu diseño. (Cortesía deAir Products and Chemicals, lnc.)

Modelos(representaciones)

ayulas ¿11c

.' £c y a las

blicari iffii Principales tipos de modelos

usados por los ingenierosPrincipales formas en

que los ingenierosemplean los modelos

tema que representa, en especial porque contiene tantas partes

e interconexiones. Como puede imaginarse, a medida que se

complican los dispositivos, estructuras y procesos de la inge¬

niería, aumenta el empleo que tiene que hacerse de los esque¬mas o croquis en el diseño de tales sistemas, y para comunicaro informar de su construcción y funcionamiento a otras per¬sonas.

EsquemáticosFísicosConcepciónde ideas

Parainstrucciónc

Gráficos Matemáticos ParaParac comunicación control

Simulación/ ParapredicciónIRepresentaciones matemáticas. La expresión matemática

indicada al margen es también una representación. La letra

m representa la masa de un cierto gas, T representa su tempe¬

ratura, p la presión ejercida y V el volumen ocupado por el

gas. Estas letras representan en conjunto lo que sucede a una

de tales propiedades cuando se produce un cambio significa¬tivo en otra. Esta representación matemática es un medio depredecir el valor de una propiedad cuando se conocen losvalores de las otras tres; por ejemplo, para saber cuál será elvalor de V correspondiente a valores particulares de m, T y p

Analógica DigitalFísica Procedimiento básico paradesarrollar modelos

para predicciónc Participativa(se aplica a todas lasformas de simulación)

y _ mkT¿Cómo deben verselas discrepancias

entre los modelos ylos objetos reales?

( P

c No competitiva Competitiva(de juegos)

(

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í .aí

66 / representación por modelos urepresentación por modelos / 67

de razonamiento extremadamente útil. ¿Podría imaginarse el

problema de tratar de desarrollar sólo con palabras algunosde los razonamientos lógicos y operaciones que se realizan sin

dificultad con el simbolismo matemático? Además, el conoci¬miento de las ciencias matemáticas beneficia también nuestra

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Al; FIGURA 6. Estanque en el que seensayan modelos de embarcacionestransoceánicas para determinar sumaniobrabilidad y excelencianáutica. El carro que remolca ymaneja los modelos corre a lolargo de un puente de 11.28metros, que también es movible.Máquinas especiales producen olasde tamaño y frecuenciadeterminados. Esta instalaciónsimuladora permite a losingenieros navales predecir elcomportamiento real en el mar delos barcos del diseño propuesto.(Fotografía oficialArmada de los E. U. A.)

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Iffos-s Ficfitv 7. Vista con corles de

una gran cámara en la que se

reproducen artificialmentealgunas de las condiciones que se

encuentran en el espacio ultra¬terrestre. En esta escena, un

modelo prototipo de tamañonatural de un gran vehículoespacial tripulado se somete a

pruebas en el interior de la

cámara. (Una de las condicionesultraterrestres que se omiten es la

falla de peso o ingravedad que,

como puede suponerse, no es fácilde reproducir.) (Cortesía deLummus Company.)

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68 / representación por modelos representación por modelos / 69

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1*. LFIGURA 9. Vista de un simuladoranalógico. En 'este ejemplo, el aguase comporta en forma análoga alaire y sirve como medio para laexperimentación. El dispositivosimula el flu** del aire por losólabes difusores (representados

por ¡os .objetos en forma de cuña)en la sección del compresor tie '

una turbina de gas

El agua -que contiene un tintehace que la trayectoria del flujosea fácilmente observable, y se -_ difujide desde-el centraba _un _milésimo de la velocidad del gas

i/uc representa. Experimentandocon formas, ángulos y localiza¬ciones diferentes de las cuñas, losinvestigadores podrán saber cómomaximizar la eficacia de esta partede la turbina. (Cortesía delloríng Company.)

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se llama simulación analógica, y la otra recibe el nombre de

simulación digital.Un ejemplo de simulación analógica es el dispositivo elec¬

trónico utilizado por el ingeniero que diseña un sistema de

control de tránsito. Circuitos eléctricos especiales representan

las arterias de tránsito urbano, mientras que impulsos o pulsoseléctricos representan los vehículos. Con tal simulador, el in¬geniero experimenta con diferentes sistemas de control de

tránsito. En este caso los impulsos eléctricos se comportan en

forma análoga a los automóviles que se mueven en la ciudad,aun cuando los pulsos y los conductores eléctricos no se ase¬

mejen en forma alguna a los autos y las calles.En el simulador analógico de la Fig. 9, el agua se comporta

análogamente al aire. Permite a los proyectistas de turbinasde gas ensayar sus ideas rápidamente y a bajo costo. Por tanto,

en la simulación analógica se emplea un medio que se com¬

porta análogamente al fenómeno real, como vehículo paraexperimentación. La electricidad es el medio más frecuente¬mente usado. Por ejemplo, la tensión eléctrica (o voltaje)podría representar la presión del vapor en un simulador ana¬

lógico eléctrico de una planta de energía de vapor.La simulación digital puede entenderse mejor con un ejem¬

plo. Una universidad que afrontaba una gran cantidad deproblemas de estacionamiento de automóviles contrató a un

ingeniero consultor para resolver la situación. Una de sus ideasconsistió en separar a los conductores de auto que utilizanregularmente sus sitios de estacionamiento durante las horas

capacidad de pensar clara y lógicamente. En vista de la granutilidad de las matemáticas como medio de predicción, comu¬

nicación y razonamiento, resulta comprensible la gran impor¬tancia dada a esta materia en la educación en ingeniería.

FIGURA 8. Parte de un modeloa escala, el r.iayor que existe yque se extiende sobre 81 hectáreas,representa al río Mississippi y sus

afluentes desde Sioux City, loica,hasta el Golfo de México. Estesimulador se utiliza para predecirlos efectos locales y para todo elsistema de presas, canalesderivadores y otras obras hidráu¬licas en proyecto. (Fotografía delEjército de los Estados Unidos.)

Simulación. Una representación ¡cónica puede utilizarse parapredecir el comportamiento del objeto real correspondiente.Un modelo de una aeronave en proyecto se somete a la acciónde corrientes de aire de alta velocidad en un túnel de viento,a fin de predecir cómo se comportará un aeroplano verdaderode ese diseño en un vuelo real (véase la Pág. 34). Lo que eltúnel de viento y el modelo de avión son al ingeniero aeronáu¬tico, las instalaciones de la Fig. 6 lo son a los proyectistas o

diseñadores de embarcaciones transocéanicas, y las instalacio¬nes de la Fig. 7 lo son a los proyectistas de astronaves. Esteproceso de experimentación en que se utiliza una representa¬ción de un objeto real recibe el nombre de simulación. Cuandolos experimentos se efectúan con representaciones ¡cónicas,como los de las Figs. 6 a 8, el proceso se llama simulación

física o icónica.Hay otras dos formas de simulación, pero en estos casos

las representaciones sobre las que se realizan los experimentostienen sólo semejanza funcional o de comportamiento, en vez

de física, con los objetos reales. Una de dichas representaciones

(

(

(

\ í

TO / representación por modelos representación por modelos / 71

de trabajo (que de aquí en adelante llamaremos “usuarios *regulares” o “de 9 a 5”, es decir, de las 9.00 a las 17.00) de

aquellos que. los utilizan sólo esporádicamente (o sea, unas

pocas lloras uña mañana, toda la tarde del día siguiente, úna 20

hora la mañana del subsecuente, etc.). A los usuarios regularesse les destinarán sitios o espacios específicos y permanentes, en „

tanto que a los usuarios esporádicos sé les agrupará y asig- x 15-

nará un lote donde se estacionarán en cualquier espacio dis- o

ponible. El ingeniero considera que el número de usuarios ¿

esporádicos puede rebasar la capacidad (o número de espa-. ,| ¡o

cios) del lote, con un riesgo despreciable de qtie dicho lote 2

"H" 1 i(N (

- Tofal de- 100 dias6ÿ

(s:1

<N

(0404

(.8 de los-100 días

llegue a resultar insuficiente. No obstante, observemos que tal

- -jdea-no ha sido puesta a pruebá. ¿Cómo podría verificarse la

hipótesis? " •

Una forma será determinar un lote especial, destinarlo

sólo a usuarios esporádicos y observar luego lo que sucededurante un periodo significativo. Esto sería demasiado costoso,

complicado y requeriría mucho tiempo. Una alternativa lógicaa este experimento realizado directamente sería ensayar la

teoría mediante simulación, lo que hizo el ingeniero. En esa

simulación supuso un lote de 20 espacios al cual se asignaron25 automovilistas. Su procedimiento y resultados se describenen las Figs. 10 a 14, que deben consultarse antes de proseguir.

La gráfica de la Fig. 11 es un resumen de 100 máximos

diarios. Cada máximo diario fue determinado como se explicaen la Fig. 10. Aquí es donde es evidente el valor de la simu¬lación. Obsérvese que en sólo uno derios 100 días simuladoshubo rebase del cupo del lote de estacionamiento, aun cuandose asignaron 25 automovilistas a un lote de’20 espacios. Ade-jnás, en el mismo período, en solamente 4% de los días losmáximos diarios excedieron de 19 autos estacionados, y úni¬camente en 8% de los días el lote hubiera sido insuficiente si

fuera de 18 espacios. Por lo anterior es evidente que puedeasignarse un número de usuarios de estacionamiento de tipoesporádico, mayor que el número de espacios del lote, lo queresulta en una mejor utilización del mismo y en pocos incon¬venientes para los usuarios. Por otra parte, el cliente puededecidir qué probabilidades de que.haya exceso de demandaserá tolerable, y entonces puede utilizar su gráfica para de¬terminar cuántos usuarios pueden asignarse a un lote dado sinexceder esa probabilidad. Supongamos que los funcionariosde la universidad indican que es admisible que el lote resulteinsuficiente el 25% del tiempo. Para no exceder de este valorhay que proporcionar 16 espacios para un grupo de 25 usua¬rios del tipo esporádico. (No deberá alarmamos este 25%; aun

cuando el lote se ocupe totalmente, ya que sólo uno o dos

a

I (I FrT ..ó t- . IIS10 20

I (Número de espacios

Si necesarios para25 conductores

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42

III FIGURA 11.

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72 / representación por modelos representación por modelos / 73(

A partir de una encuesta el ingeniero estima $¡ue la probabilidadde que un conductor de auto no utilice el estacionamiento en un ciertodía, es de 8 en 100. Esta probabilidad de “no'se usa” de 0.08 se tomaen consideración utilizando’ una especie de ruleta provista de una

flecha giratoria {véase la parte superior de *sta figura). La base delaparato es un disco marcado como, una gráfica circular (véase lasiguiente figura) que tiepe un sector de “no se usa” de 28.8°(= 0.08 X 360°). La flecha se hace girar para cada uno de los 25conductores de auto con el fin dr determinar si utilizará el estacio¬namiento ese día. Si la flecha se attiehe sobre ei sector de “no se

usa*’, el hecho se registra en la tabla y se da vueltas a la flecha denuevo. Si se detiene dentro del sector de “sí se. usa”, se procede alsiguiente paso.

*'--No se usa

CNo se usa

/( (a)

rSe usa“Se usa

C00

%3 15 I I II I I i I TTTI i i MMili

.La probabilidad de que llegue un automovilista al estacionamiento

no es la misma durante todo el día. Para determinar cómo cambia la- frecuencia de llegadas con la hora del día, se hicieron algunas obser¬

vaciones reales. Esos datos [Fig. 13(6)] se transportaron a la gráficacircular de esta figura, en la que cada sector es proporcional a labarra correspondiente de la primera gráfica. En la simulación se davueltas a la flecha para obtener una hora de llegada (T*) para cadaauto, y tal valor se registra en la tabla.

O)

cr

( s> 10

LI4%;iS 5

rúj s i üo>; SEl tiempo (P) que permanece un auto en el estacionamiento de¬

pende de la hora en que llega. Para entender la naturaleza de esta

relación se midieron algunos “tiempos de estacionamiento” [Fig. 13(c)],y se trazó una recta ajustada a estos datos. A partir de la ecuaciónde tal recta puede calcularse el tiempo de estacionamiento esperado,o más probable, P«, conociendo la hora de llegada del auto. (P, es eltiempo medio de estacionamiento para muchos autos que lleguen a

una hora determinada del día.) P*se calcula para cada auto una vez

que se ha obtenido (mediante el aparato de flecha giratoria) su horade llegada.

I I I I I ¡Mill| ' I M

C | gI S s s ii¡| §¡i § § § I 8 I 3 §

Hora del díaTa

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Pt= 10.2 -%7„

En la gráfica [Fig. 13(c)] puede apreciarse que los tiempos realesque los autos permanecen en el estacionamiento varían considerable¬mente respecto a los tiempos esperados (es decir, respecto a la línearecta). Esto se toma en cuenta en la simulación. Se midió la desvia¬ción vertical de cada punto a partir de la recta (considerándolapositiva arriba de ella y negativa abajo). La gráfica inferior [Fig.13(d)] resume tales medidas. Cada una de estas desviaciones se anotóen una papeleta y se puso en una urna. En la simulación se escogeal azar una papeleta, se registra en la tabla el valor de D y se ladevuelve al tazón.

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114 15 16 1712 139 118 10

0& 1 P.M.

( Hora de llegada (ÍTa)2j-O

15

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s 10DA continuación se suma ese valor de D al tiempo de estaciona¬

miento esperado (P«) para obtener el tiempo real (P).(c) -o(

5 5I2La hora de salida (T¿) de un auto determinado se calcula su¬

mando a la hora de llegada su tiempo de estacionamiento real.(§ n . i ' I I I ! 1][ +2.0 +2.50 +0.5 +1.0 +15

Desviación (¿>) de los puntos individuales con respecto a Pe-20 hrs -1.5 -l.o -0.5

(FIGURA 13. El indicador rotatorio se utiliza para reproducir el elemento deazar asociado a los eventos. El empleo de tal dispositivo y el procedimientode sacar números de una urna son equivalentes. Estos y otros modos de efectuarselecciones al azar, a partir de una colección de números, seapropiadamente Procedimientos de Montecarlo.

FIGURA 12. Esta serie de pasos se repite 25 veces para completar la simulaciónde un día de operación del lote de estacionamiento. A continuación sesimulan los días uno por uno hasta que se haya sintetizado una suficientecantidad de experiencia en la operación de este lote hipotético de estacionamiento.Los resultados correspondientes a un día simulado se muestran en la FIGURA 14.

ra= ra + p

<denominan

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74 / representación por modelos representación por modelos / 75

1ElI? 1Máximo por dia

(15 automóvilesen el estacionamientoÿ

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20No se usa

FIGURA 16a. Vista de un centro de control de tráfico aéreo. Enfrente de cada controlador hay unapantalla de radar en la que aparecen los puntos o marcas usuales que representan las posiciones,identidades y altitudes de los aeroplanos situados en su área de control. Cada controlador transmiteinstrucciones por radio a los ariones que están en su zona de responsabilidad y recibe informes o

reportes de ellos. A un observador casual esta escena le parecería bastante real. Sin embargo, los“pilotos” con quienes estos controladores están comunicándose se hallan en la sala contigua.(FIGURA 16b).

Hy 4

y H25 y

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7:30 8 9 10 11 12 1 2 3 4AM

mFIGURA 14. Representacióngráfica de un día de operaciónsimulada del lote de estacionamiento.El número máximo de autos sedetermina observando el númeromáximo de barras que se traslapansimultáneamente.

usuarios, por lo general, resultarán afectados y habrá otros

estacionamientos adonde puedan ir.)Así, pues, por medio de la simulación el ingeniero pudo

evaluar los efectos de un método de sobreasignación antes deefectuar ningunos cambios reales y tuvo algo con qué respal¬dar su proposición cuando la presentó a su cliente. Tal si¬mulación tomó tres días de un empleado; la reunión de losdatos y la selección del procedimiento requirieron otros dosdías. Por lo tanto, en cinco días fue posible sintetizar 100 díasde experiencia, con lo que se ilustra la capacidad de la simu¬lación para “comprimir el tiempo”.

La simulación digital consiste en la experimentación conun modelo digital. Es un proceso en términos de números, queresulta notablemente poderoso no obstante su sencillez. Debi¬do a que es una serie de operaciones numéricas ejecutadaspaso a paso, puede realizarse por medio de una computadora,según se explica en el Apéndice B. Lo anterior es muy conve¬niente, pues la ejecución con lápiz y papel es laboriosa y toma

mucho tiempo. De hecho, si no se contara con esta máquinapara hacer las manipulaciones numéricas altamente repetitivas,la simulación digital resultaría prohibitivamente costosa paramuchas aplicaciones potenciales.

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OíQ¡'(fe) yConirolador

FIGURA 166. ¿t'ilotos y aeroplanos: rues no, precisamente, pero en lo que concierne a los contro¬

ladores le tráfico de la FIGURA 16a, sí lo son. Cada persona de esta sala está desempeñando el

papel de un piloto y el aparato especial situado frente a ella es su “aeroplano”. A medida que“vuela” >egún ¿a plan de vuelo (o sea, destino, curso y altitud determinados) manipulando loscontroles de su tablero o consola, tal información se transmite por conductores eléctricos al equipot e radar de un controlador, en donde origina que el punto luminoso se mueva de manera real poi

It pantalla. Las conversaciones usuales entre controlador y piloto se efectúan mediante sistemas tele¬fónicos conectados entre las ios salas. (Cortesía de la Agencia Federal de Aviación de los F.U.A.)

Imagendel radar

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representación por modelos / 77f\r

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FIGURA 17a. £í/¿ astronauta, qua aparece maniobrando su vehículo espacial durante el encuentrocon otra nave, puede volver a casa a las 5 p.m., lo mismo que los otros empleados de una compañíaaeroespacial, puesto que se halla realizando su misión en un simulador de laboratorio.

I

, FIGURA 18a. ¿Es esto la pista deun aeropuerto en la noche? No, no

exactamente, pero en efectoparece muy real.

f•J

(a)V.

X5)

3 IFIGURA 186. La escena anteriorse tomó en este edijiciopor la noche desde la “cabina deavión” mostrada. Esta cabina se

mueve hacia arriba y hacia abajo,hacia uno y otro lado y a lo largode la nave del edificio, en

respuesta al manejo de loscontroles por el í,pilolo>>. Las lucesde pista visibles en la FICURA 18aestán situadas en el piso de dichanave. Esta instalación de 300metros de longitud se utiliza parasimular aterrizajes cuando hayniebla, con objeto de predecir laefectividad del alumbrado y deotros sistemas de dirección o guía.Un sistema rociador produce una

niebla de la densidad deseada.(Cortesía del Instituto delTransporte e Ingeniería de Tránsitode la Universidad de California y de laAgencia Federal de Aviaciónde los E. U. A.)

*

VjmM

.

.

iráCabina

(6)B u ••v

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FIGURA 176. El efecto mostrado en la FIGURA 17a se obtiene proyectando separadamente imágenesde la Luna y de la astronave sobre una gran pantalla semicircular situada enfrente del vehículodesde el cual se ha fotografiado la escena de dicha figura. A medida que el astronauta manipulasus controles, la escena enfrente de el cambia apropiadamente, dándole la ilusión de movimientorespecto a la Luna y al otro vehículo. En una sala adyacente, unaun modelo tridimensional de la Luna, capta la imagen que aparece en esta gran pantalla. La cámarase mueve en respuesta al manejo de los controles realizado por el astronauta. Un sistema de tele¬visión de circuito cerrado similar proyecta al vehículo sobre la pantalla. Despegues, aterrizajes yvuelos orbitales pueden simularse para saber qué pueden y qué no pueden hacer los astronautas.(Cortesía de la Boeing Company.)

concámara de TV, enfocada sobre

Luces(b)

o

cómo utilizan los modelos / 7978 / representación ¡. r modelos

competencia. La simulación participativa sirve para efectuarpredicciones y para fines de entrenamiento. La mayor parte

de nosotros preferirá de seguro que un piloto novel cometa sus

errores de aprendizaje en un simulador que reproduce realis¬

tamente los controles y las condiciones de un vuelo verdadero.Las consecuencias de una equivocación en un vuelo real pro¬bablemente serán infinitamente peores que el simple sonidode un fuer**- zumbador.

La simulación digital con computadora ha llegado a serrecientemente muy popular en la práctica de ¡í“ingeniería. Su

- aplicabilidad se ilustra por la siguiente lista de usos: simu¬lación del comportamiento de partículas atómicas, de vuelosespaciales, de tránsito aéreo y urbano, de sistemas económicosy de operaciones militares mundiales.

Serhumano

Resultados Decisiones

Simulación participativa. Es posible hacer que intervengandirectamente seres humanos en Una simulación, como se ve enlas Figs, 16a y 166. * . .

Estos “pilotos” y “aeroplanos” constituyen un gran simu¬lador, el cual es utilizado por los controladores de tránsitoo tráfico aéreo para simular operaciones de control de trán¬sito. El funcionamiento es como sigue. Sobre la base de lasituación del tráfico aéreo en la zona de jurisdicción del con¬

trolador, como aparece en su pantalla de radar, aquél toma

las decisiones y las comunica a los “pilotos” apropiados. Estosresponden manipulando sus controles. Las maniobras resultan¬tes de sus “aviones” se manifiestan en la pantalla del contro¬

lador. El controlador continúa con sus decisiones e instruccio¬nes, y los “pilotos” prosiguen con sus respuestas, creando unasituación que es muy realista, por lo menos para los contro¬

ladores. Tales simulaciones se han utilizado, por ejemplo, parapredecir el efecto o influencia que tendrá un aeropuerto pro¬puesto para aviones de reacción, sobre las rutas aéreas exis¬tentes, y para prever el impacto de los aviones de transportesupersónicos sobre la fluencia del tráfico y los controladoresaéreos.

Simulador

Así, pues, un ingeniero puede experimentar con represen¬taciones icónicas, analógicas o digitales con objeto de hacerpredicciones acerca del funcionamiento de los objetos reales.Este proceso, la simulación, es un medio para sintetizar expe¬riencia operando un modelo durante cierto tiempo, a fin desaber cómo funcionará el objeto real. Lo anterior suele superarla experimentación con el citado objeto real en varios aspec¬tos; cuesta menos, requiere menos tiempo y permite a los in¬genieros ejercer un control más estricto de sus experimentos.

Formuladorde decisiones.

azules

ResultadosDecisiones

Simulador

Modelos. Las representaciones descritas en este capítulosuelen llamarse modelos en la literatura técnica y en las comu¬nicaciones de ingeniería. El ingeniero habla ordinariamentede modelos gráficos (en vez de representaciones gráficas), mo¬delos esquemáticos, etc. Esto requiere ampliar el significado ointerpretación de la palabra modelo más allá del conceptoordinario. Para un ingeniero un modelo es algo que describela naturaleza o comportamiento de un objeto real. Tal des¬cripción la puede efectuar por medio de palabras, números,símbolos, esquemas, gráficas y diagramas, etc., o bien pare¬ciéndose al objeto representado o comportándose como él.

Puede tomar un cierto tiempo el poder apreciar totalmentela generalidad de este concepto. Una vez que empiece uno a

comprender, se verá claramente que todos los siguientes sonmodelos en el sentido en que se emplea este término por cien¬tíficos e ingenieros: una imagen mental de una persona, deuna experiencia o de una cosa; la concepción humana de lanaturaleza de la luz; la teoría de Darwin, la de Einstein o

cualquier teoría; las palabras perro, bastón, libro, piedra ycasi cualquier otro sustantivo; una descripción verbal del fun¬cionamiento de un mecanismo; una partitura musical; una

fórmula química. De este modo uno no se asombrará al oírmencionar o hablar del modelo de Darwin, del modelo ondu¬latorio de la luz, o del modelo del lector sobre la ingeniería.

Decisiones Resultados

d°dmuladorecisiones

(b)

FIGURA 19.

En muchas simulaciones intervienen directamente personascomo tomadores de decisiones, en esa misma forma general,como lo ilustran las Figs. 17 y 18. (Otro ejemplo puede verse

en la Fig. 17 de la Pág. 212.)Otras ilustraciones: en las operaciones militares reales los

comandantes comunican sus decisiones a una computadora y

reciben de ella los resultados de tales decisiones; pilotos, ope¬rarios de lanzamiento de proyectiles o cohetes, conductores de

vehículos, etc., practican sus trabajos en simuladores. El pro¬cedimiento es el mismo en cada caso: el ser humano toma

decisiones y las comunica al simulador, el cual devuelve losresultados de esas decisiones por medio de imágenes o señalesvisuales, indicadores, etc. Sobre la base de estos resultados la

persona hace nuevas decisiones, y este ciclo de eventos se

repite una y otra vez.

Puesto que un ser humano participa directamente, el autor

ha dado el nombre de simulación participativa a este tipo desimulación. Si dos o más personas compiten entre sí en una

simulación participativa, dicha acción se denomina juego o

i

-Tiempo

(«)

COMO UTILIZAN LOS MODELOS LOS INGENIEROS 0 Tiempo transcurrido

<*>Para pensar. Un modelo puede ser una valiosa ayuda cuan¬

do se trata de visualizar la naturaleza o comportamiento de FIGURA 20.

i

(

80 / representación por modelos cómo utilizan los modelos / 81

un sistema o de un fenómeno que la mente sola encuentradifícil de captar. Hay circuitos eléctricos, sistemas de fabri¬cación, procesos químicos y mecanismos tan complejos queun modelo esquemático o de otro tipo es esencial para sucomprensión. Los modelos ¡cónicos, esquemáticos y gráficos

especialmente útiles para proporcionar una vista compacta,global y simplificada del conjunto. Con frecuencia, al pensaren un fenómeno físico el ingeniero bajía expedito y ventajosoconsiderarlo en función ue un modelo. Por ejemplo, un inge¬niero experimentado suele considerar una corriente eléctricaalterna como una onda senoidal en forma de gráfica, en vezde como el movimiento de electrones en un conductor {Fig.20(a)]. Uno puede pensar en una ráfaga o golpe de vientoen los términos vagos de una sensación de fresco en la cara;pero el ingeniero que diseña aeroplanos o puentes de granclaro, probablemente pensará en el viento considerandográfica [Fig. 20(6)]. A menudo son estas abstracciones las quelos ingenieros manipulan en su pensamiento. Una de las metasde la educación en ingeniería es desarrollar la capacidad depensar en los fenómenos físicos en términos de abstraccionesútiles.

las consecuencias, de construir un solo muelle de descarga en

función de los retardos de las barcazas. Puede actuar en forma

similar para otras alternativas, tales como disponer de dos

muelles o emplear más equipo de descarga para deducir el

tiempo respectivo, con objeto de'hallar la mejor solución. Por

•supuesto, todo esto se hace mientras la terminal existe sólo en

él papel, y ahí reside la utilidad y el poder del modelo pre-

dictivo.El caso recién descrito es típico; al resolver problemas, los

ingenieros deben evaluar la mayor parte de las soluciones alter¬

nativas mientras están todavía en la etapa conceptual. Los

modelos son extremadamente útiles para este propósito; per¬

miten al ingeniero hacer las predicciones requeridas del fun¬

cionamiento de la solución, sin tener que crearla físicamente.Por manipulación de los modelos matemáticos y de simulación,

es posible evaluar soluciones enmenos tiempo y conmenos costo

y riesgo que los que requiere ordinariamente la experimenta¬

ción con el objeto real; sin embargo, se obtiene una mayor

exactitud que la que usualmente es posible si se utilizara sólo el

juicio o razonamiento. Es poco factible que el ingeniero que

diseña la terminal de carga construya un modelo a escala na¬

tural de cada sistema que considera, de modo que pueda hacer

experimentos con el fin de determinar qué es lo mejor. ¿Y

podría imaginarse la rapidez con que la industria aeroespacial

consumiría pilotos de pruebas si no utilizara tan extensamente

la simulación? En ésta y en muchas otras situaciones los costos

de los experimentos con un objeto real son muy elevados, y a

pesar de ello los riesgos o peligros son demasiado grandes para

confiar sólo en la opinión. Los modelos predictivos son una ex¬

celente solución de compromiso o transacción en tales casos.

Para control. Cuando se desarrolla unmodelo para fines de

predicción, el ingeniero desea que las predicciones del modelo

concuerden lo más posible con lo que ocurra finalmente. Sin

embargo, en algunos casos ocurre lo contrario; se desarrolla un

modelo y se obliga a que la situación representada se adapte

a él. Los planos de un edificio constituyen un modelo, y por

supuesto el edificio se construye de acuerdo con el modelo. La

trayectoria de vuelo que debe seguir un vehículo espacial para

alcanzar su objetivo se calcula cuidadosamente de antemano.

Tal trayectoria de vuelo planeada es un modelo, y se,emplean

sistemas muy complicados para hacer que la trayectoria real

se apegue al mismo.

Para el adiestramiento. La mayoría de los modelos que son

útiles para la comunicación lo son también para la instrucción.Sin embargo, no son tan evidentes el valor y la creciente popu-

( M;

(

c

(una

C

(

(Para la comunicación. Por supuesto, toda la comunicaciónse realiza mediante modelos. El autor de este libronica con el lector por medio de símbolos, fotografías, croquisy esquemas. Además de estos medios usuales de ayuda parala comunicación, los ingenieros utilizan frecuentemente lasmatemáticas, gráficas y diagramas, y modelos operantes, enespecial cuando son complejos los sistemas y fenómenos quedesean comunicar. Imagínese el tratar de describir con pala¬bras solamente el sistema esquematizado en la Pág. 66.

Para la predicción. El proyectista de una estación terminalde carga ferroviaria, aérea y marítima, debe predecir el tiempoque tienen que esperar las barcazas o lanchones para ser des¬cargados, con el fin de determinar si un solo muelle será sufi¬ciente. Este sería un problema trivial si se conocieran la horade arribo o llegada y el tiempo de descarga para cada barcaza.Pero no es así, las horas de llegada son impredecibles y lostiempos de descarga varían considerablemente de barcaza abarcaza. De ahí que el ingeniero dependa de un modelo mate¬mático (fórmula al margen) para efectuar sus predicciones. Apartir de sus datos estima que el intervalo medio o promedioentre llegadas de los lanchones es de 5.7 horas y que el tiempomedio de descarga es de 3.1 horas. Substituyendo estos valores

modelo, calcula que el tiempo promedio de espera seráde 3.7 horas. El ingeniero utiliza este modelo para predecir

se comu-

c(

77Te =

Ta-Ts(donde

Te = tiempo medio (o

promedio) de espera(horas)

Ta = tiempo medio entrearribos o llegadas delas barcazas (horas)

T-t = tiempo medio paradescargar una barcaza(horas)

(

(

(

(3.1)* en suTt = = 3.7 horas5.7— 3.1

< -

r

82 / representación por modelos el modelo y el mundo real / 83

laridad de la simulación participative como medio de adiestra-miento, en especial donde la inversión en equipo es muy alta olas probables consecuencias de equivocaciones son graves. Estaes la razón por laque se emplea la simulación tan extensamenteen el entrenamiento de pilotos, controladores de tráfico aéreo yastronautas. Estos últimos y todo el personal clave de tierrarepiten muchas veces sus actividades espaciales por medio dela simulación en el laboratorio, antes de la cuenta regresiva realy del despegue. Asimismo, el perscnal que atiende y opera lossistemas de cohetes (o missiles) de defensa y ataque tiene unamínima oportunidad de practicar en' forma rea}, y sin embargodebe alcanzar un

solución es la simulación.En resumen, el concepto de modelo es poderoso tanto en.su

utilidad como en su capacidad de unificación. Lógicamentere-'laciona muchas de las asignaturas importantes que constituyenla educación en ingeniería, y ayudará al lector a captarclaridad la importancia de los diversos cursos para la prácticade la profesión. La aptitud del ingeniero para capitalizar estatécnica de pensamiento, comunicación, predicción, adiestra¬miento y control, es verdaderamente importante.

jas ideal, existen diferencias entre el gas ideal y el gas real. „Sin embargo, esos_ modelos proporcionan predicciones útiles.

El hecho de que existan discrepancias entre un modelo y un

objeto real, carece en sí de importancia. Lo que importa es si

el resultado final, la predicción, es o no satisfactorio para el

propósito particular considerado.

Las hipótesis simplificadoras se hacen por buenas

F.n numerosos casos, si nú se prescinde de muchos de los íac-

de complicación, resultaría virtualmente imposible de-

Esio si:

Susferish'cas |Ob/e/o

| real(Modelol

coinciden enun grado. --L!y

razones.

tores

sarrollar un modelo predictivo utilizable. Además, muchas

discrepancias son de consecuencia práctica despreciable; el

eliminarlas haría al modelo más complicado y costoso,- y[' mejoraría casi en nada la exactitud. Algunas de las discre-

"páñeias Filtre el modelo del lote de estacionamiento y el.objeto

real podrían eliminarse,' pero el modelo tomaría entonces más

tiempo para quedar establecido y funcionar y, en consecuen¬

cia, sería más costoso; el pequeño aumento en exactitud no

justificaría estas desventajas. También podríamos añadir asien¬

tos y otros accesorios a un modelo de aeroplano construido

para las pruebas en el túnel de viento, pero tales cosas no

infuirían sobre las características aerodinámicas del modelo:

basta con construir un modelo totalmente sólido, o sea, no

hueco, y esto es ciertamente menos costoso. Los factores com¬

plicados y costosos, de poca importancia y consecuencia, se

ignoran u omiten en la. construcción de un modelo por las

razones explicadas.

álto grado de perfección en sus tareas. La enco¬no

Objetoreal

Modelo

con

O esto

Modelo y

objeto real

EL MODELO Y EL MUNDO REAL

FlOURA 21.Algunas realidades relacionadas con la operación de un lotede estacionamiento de autos en una universidad han sido ig¬noradas (es decir, se prescindió de ellas) en el modelo desimulación descrito anteriormente. Por lo que se refiere al mo¬delo, el estado del tiempo no tiene efecto alguno sobre la pro¬babilidad de que un conductor utilice su auto; sin embargo,sabemos que no ocurre así en la vida real. Además, algunascaracterísticas del modelo del lote de estacionamiento

(

Desarrollo de modelos predictivo». El siguiente procedi¬miento general para el desarrollo de un modelo predictivo es

de gran importancia en la ciencia y la ingeniería. Se resume

en la Fig. 22.

1) Un modelo que sea potencialmente satisfactorio parael trabajo de predicción emprendido ha de ser desarrollado o

seleccionado. Puede ser un modelo preparado especialmentepara el problema de que se trate, tal como el modelo parasimular operaciones en un estacionamiento, o bien uno selec¬cionado de una variedad de modelos “ya hechos”, como en eldel siguiente ejemplo. Un ingeniero ha seleccionado un modeloen un libro, considerando que permitirá predecir satisfacto¬riamente la deflexión o flecha (d) de ciertas vigas que ha

especificado para una estructura (Fig. 23). A continuaciónveamos algunas hipótesis importantes que se relacionan con

este modelo:

•La carga F se aplica en un solo punto.

•El material de que está hecha la viga es enteramente homo¬géneo.

no sonciertas en el objeto real. Por ejemplo, en el modelo era posibleque se produjese un tiempo de permanencia negativo (no fuetomado en cuenta si es que ocurrió), lo cual obviamente nosucede en la vida real. Tales discrepancias entre un modeloy el objeto real correspondiente son inevitables. Se hallan entodo modelo.

Asimismo, existen tales discrepancias en el caso del modelousado en la página 80 para predecir el retardo medio expe¬rimentado por las barcazas que esperan para ser descargadas.De acuerdo con el modelo, la cuadrilla de descargabaja más rápidamente cuando el número de barcazas que es¬peran es más grande, y la probabilidad de que arribe unlanchón es la misma a toda hora del día. Sabemos que talescondiciones no se verifican en la vida real. En el caso de laecuación de la página 63, llamada ecuación de estado de un

no tra-

(

(

r84 / representación por modelos el modelo y el mundo real / 85

debe su relativa simplicidad a dichas hipótesis.) Las discre¬

pancias son causa de consideraciones; el ingeniero desea saber¬

la exactitud de las predicciones de este modelo y cuán ade¬

cuado espera las aplicaciones que tiene en mente. Antes que

utilice el modelo en su trabajo, deberá evaluar sus predicciones.2) Por lo tanto, el siguiente paso será obtener algunas

observaciones del mundo real con las que puedan compararse

las predicciones. En este ejemplo las observaciones de lo que

ocurre realmente se obtienen de experimentos de laboratorio.

Se aplican diferentes cargas a vigas con distintos valores de

i,E, W y H, y se miden las flechas resultantes en las vigas.Luego, utilizando esos mismos valores de L, E, W y H, el

ingeniero calcula las flechas en el modelo. Asi pues, para cada_

conjunto de condiciones ensayado se tiene una flecha- pronos¬

ticada o predicha y una flecha observada, y pueden repre¬

sentarse en una gráfica los resultados predichos y los medidos

u observados. Cuanto mayor sea la dispersión de los puntos

situados en una gráfica como la de la Fig. 24(a), es decir.cuanto más débil sea la correlación entre los valores predichosy los observados, menor será la capacidad predictiva del mo¬

delo; véase la Fig. 24(6).3) Ahora bien, el ingeniero debe interpretar estos resul¬

tados y tomar una decisión. Tiene dos alternativas principales:(1) aceptar el modelo como está y utilizarlo, o (2) repetireste proceso de tres etapas, comenzando con un intento de

perfeccionar o refinar el modelo matemático propuesto o em¬

pezar con un modelo diferente, matemático o de otra clase.

Esta decisión depende primordialmente de la situación en

que han de usarse las predicciones. Cuando los costos de loserrores son muy elevados, especialmente cuando están en pe- -

ligro la vida y la integridad de seres humanos, las prediccionestienen que ser bastante exactas y precisas. En otras situacionespueden aceptarse predicciones razonablemente menos exactas.

En consecuencia, lo adecuado de un modelo no puede ser eva¬

luado independientemente de la aplicación particular que se

le dará. Por lo tanto, no debe intentarse juzgar la magnitudde la dispersión de los puntos de la gráfica de la Fig. 24(a), a

menos que se tenga información concreta acerca de la manera

en que se utilizarán las predicciones.No debe esperarse la perfecta capacidad predictiva mos¬

trada en la Fig. 25, que es una gráfica hipotética, por variasrazones. Los puntos no caerán nunca sobre una línea recta

porque las hipótesis se violan inevitablemente en cierto gradosiempre que se aplica un modelo. Las predicciones perfectas,sin ningún error, son inalcanzables. Además, hay un ciertoerror en la medición de los valores empleados en el modelo,

(

<( 7>i

F (carga enkilogramos)V.

( ,Construyase o selecciónese

un modelo

Muro(

4H3 yewH* </

d (valor por pronosticar)ki

( 0 Obténganse»observacionesdel 'mundo real',comparables a laspredicciones del

FIGURA 23.

( modelo

Repítase el ciclo de eventos,sobre la hipótesis de que esposible efectuar prediccionesmejores y más económicas,

ediante el perfeccionamiemodelo.

iniome

del( ’i

Interprétense los resultados 4de la comparación y decídase, J,con base en la discrepanciaentre los resultados pronosticados y los observados, lo quepuede conducirlo a:

(a)

TT

01(i

02

! I

i»,(

i

i( 0 2O.lFinalícese el

una maFlecha medidaproceso, porque

lyor exactitud de lanecesaria en los pronósticos.se reflejaría en un perfeccio¬namiento antieconómico del

((b)FIOURA 22. Modelo esquemático

de un proceso fundamentalempleado en el desarrollo demodelos predictivos.

El modelo no tiene

la cualidad de pronosticarmodelo.

(.o

•La carga F se aplica gradualmente y no con choque o im¬pacto.

•La viga se mantiene perfectamente rígida en su extremo

fijo.•El peso de la viga es despreciable.

c

I •

O:cResultado medido

Es obvio por estas hipótesis que hay un cierto número dediscrepancias entre el modelo y la situación real. (El modelo

(FIGURA 24.

(

86 / representación por modelos el modelo y el mundo real / 87

por ejemplo, F y E. Obsérvese también que la deflexión pre¬dicha se compara con la flecha medida (es decir, observada),.no con la real. Por consiguiente, parte de tal dispersión delos puntos es atribuible a errores de medición. No se atribuya .toda la culpa al modelo.

Obviamente, a medida que más tiempo se gasta en elintento de perfeccionar un modelo, su costo de desarrollo con¬

tinúa aumentando. Tales costos son de interés para el •uge-

niero. Bajo la piesión que suele haber para mantener ios cosics

bajos y producir resultados tan pronto como sea posible, na¬

turalmente que no debe invertirse en el refinamiento de los '

modelos,más tiempo del necesario para los fines propuestos.

Toda esta materia corresponde a la optimización de los mé- .todos de resolución de problemas, que es eLcontenido del

capituló 13. • ‘ • ’ •

dique las hipótesis para las cuales habrá probablementeuna desviación significativa de la situación real.

. 4. Desarrolle un modelo para predecir .el tiempo que nece¬

sitará usted para leer algunos trozos.de diversos tamaños

y tipos. La mayor parte de las predicciones proporcionadaspor tal modelo deberán estar dentro de más o menos un

veinte por ciento de' su tiempo real de lectura. Explique{• por qué el tiempo real. y . el predicho para una lectura

determinada Coinciden muy raramente

5. Una gran empresa ferroviaria planea concentrar varios desus patios de clasificación de carga en un solo patio gran¬de nuevo. Los trenes de carga que lleguen al patio pro¬puesto han de ser clasificados por medio del sistema usualde “joroba” ilustrado en la Fig. 26. El horario de llegadade trenes se ha seleccionado tentativamente como se mues¬

tra en la tabla 1. Antes de que se construya el nuevo patio,el proyectista o diseñador tiene que determinar si una

joroba de clasificación de trenes puede acomodarse a este

horario. Debe predecir también la demora promedio delos trenes que llegan y la longitud de las vías de espera ne¬

cesarias para los trenes que aguardan su clasificación. Parapredecir cuál será el resultado, considerando el horariodado, el ingeniero simulará la operación del proceso declasificación.

Para este fin ha obtenido ciertos datos de los registrosordinarios llevados por la compañía y de la observaciónreal en los patios existentes. La información se resume en

las tablas 2 y 3 y en la Fig. 27.

El modelo permiteosticer de manera perfecta

I1

Tabla 1Horario de llegada

de trenes

12:17 A.M.12:49

4:34 P.M.

6:38L28 7:10

Resultado medido 1:36 7:591:51 8:22

FIGURA 25. 2:20 9:159:552:35

10:0410:4911:0311:42

2:48Resumen. Muchos de los modelos que se han mencionado:ecuaciones matemáticas, modelos de tres dimensiones, gráficas,esquemas, etc., son viejos conocidos del lector. En estos casos,lo que probablemente resulta nuevo es el punto de vista, a

saber, que estas cosas tienen algo en común, como lo expresael término modelo. Sin embargo, la situación podría ser muydiferente respecto a la simulación; en este caso probablementesi se ha aprendido algo nuevo, en especial tratándose de lasimulación digital, que es sorprendentemente útil y simple. Depaso diremos que no hay nada antiguo en la simulación digi¬tal; es obvio que es una técnica relativamente nueva, pues las

computadoras digitales son bastante recientes. De manera quesi el lector sabe algo sobre esta técnica, o, mejor aún, si es

capaz de efectuar simulaciones digitales, tendrá una gran ven¬

taja sobre los individuos de mayor experiencia en su campo.

3:19(3:49

4:3011:515:57

9:11

(

(

Tabla 2. Datos de llegada de trenes. Desviaciones (enminutos) con respecto a la hora fijada en el horario

Ejercicios

1. Examine usted otros libros de texto que use actualmente,(o que haya utilizado antes) e identifique tres ejemplos decada uno de los siguientes tipos de modelos: ¡cónicos, grá¬ficos, esquemáticos y matemáticos. Una breve descripciónverbal de la ilustración será suficiente. Indique el libro yla página en que halló cada ejemplo.

2. ¿En qué hipótesis se basa la ecuación de estado de un

gas ideal (pág. 64)? Como los gases reales no satisfacenalgunas de estas hipótesis, ¿serán utilizables las prediccio¬nes proporcionadas por este modelo? Dé una explicación.

3. Elija un modelo predictivo en otro libro de texto e iden¬

tifique todas las hipótesis que le correspondan. Luego in-

+2* +13 +2 +6 +9+8 +11 +4 +5 +13

+12 +8 +6 +2 +21-6 +5 +9 +15 +17

0 + 1 +5 +7 +9

+4 +14 +10 +10 +3 (+6 -3 +12 +5+8-2 +17+6 +12 -4

(+ 1 +2 +6 +5 +8

+3 +3+11 +6+2

+10 +5 +19-7-1

+22 +10+1 -8 +6- +4 +16 +3 +7 -2

* El signo más indica que el tren llegó2 minutos tarde.

retraso. Por ejemplo, en este

i

(<9 *et

(

(el modelo y el mundo real / 8988 / representación por modelos

(Tabla 3. Datos reunidos del tiempo de clasificación<1

( Tiempo declasificación

(min.)

Número devagonesdel tren

Número devagones

del tren

Tiempo de

clasificación(min.)

Torre de controlVías de espera paralos trenes que llegan

jijjjiijjj-ijjjjmHmi

. .y;;a(

114100117

35.4 34.0113iii¡i-i-i 33.9 29.7121C .

' ::::::::::tT35.7129 32.3

toroba ¡iitI j irinirtt 33.9 127.108 40.1

( 11634.9 36.7117Vista superior34.2 135 41.112336.0 121109 34.1

Patio declasificación( 37.9 124128 36.1

36.9 109135 34.839.4 122 37.8124

( 34.2 127 36.2118

«¡fea 37.4 110112 32.8

(

Vista lateral

El lector efectuará una simulación digital del procesode clasificación. Para este objeto:FIGURA 26. Vista simplificada

del sistema de clasificación en que

se muestran las vías de esperadonde los trenes que van llegandoaguardan para ser clasificados, lajoroba de una sola vía por la que

han de pasar todos los vagones y elpatio de múltiples vías en que se

forman los nuevos trenes.

a) Forme una hoja de tabulación. La Fig. 29 proporcio¬na el comienzo.

b) Para cada tipo de datos a partir de los cuales debanhacerse selecciones al azar, utilice un método diferen¬te. Dos de estos métodos de Montecarlo se han des¬crito en este capítulo; un tercero se da en el Apén¬dice B.

c) Demuestre su procedimiento simulando por louna docena de clasificaciones de trenes, empezandocon el tren de las 4.34 P.M.

d) Explique detalladamente con palabras, esquemas, etc.,el procedimiento que haya establecido.

e) Describa las hipótesis hechas por su modelo, e indi¬que aquéllas que usted sospeche habrán de ser elimi¬nadas si las predicciones de su modelo no son satis¬factorias.

/) Suponga que su modelo de simulación ha sintetizadocuatro días de experiencia con el horario propuesto, yque los tiempos de espera de clasificación de los tre¬

nes se han acumulado, dando el resultado que semuestra en la Fig. 28. ¿Qué puede usted indicar a lagerencia de la empresa ferroviaria sobre la base de es¬tos resultados?

g) Dibuje un esquema de flujo (llamado también reo-

grama o “diagrama de flujo”) de un procedimiento

(

(

FIGURA 27. Datos del tamaño olongitud de trenes para una

muestra de 100 trenes de llegada.Este tipo de modelo gráfico, unhistograma de frecuencias, es unmedio muy útil de resumir un grannúmero de valores numéricos.Indica, por ejemplo, que 7 de los100 trenes tenían 116 carroso vagones.

menos(

(

(15

!a Histograma de frecuencias

de tiempos deespera simuladospara 100 trenes

m

i »10Io -S 'o

*to

5

n i i

2® 5

0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 55 6.5

Horas de espera

Otei Hr Etc.

iz:( Pin Í5ÉVÍ

FIGURA 28.Cr)lT)NO>—«COlONOTÿrOin

or 05 oí o o o o o(Número de vagones (.V)

(

(

90 / representación por modelos

6CAPITULOque pueda seguir una computadora digital para eje¬cutar esta simulación. (Véase el Apéndice B.) (

(TABULACION PARA LA SIMULACION DE CLASIFICACION DE AUTOS

Origen de losvalore-

de tiempo

(Tiempo- Trenes

T,4:34 6:38 7:59 8:22Horario

propuesto7:10

(Hora de llegadaprogramada) OptimizaciónP.M. P.M. P.M. P.M.P.M.

D

(Desviación de lahora programada)

CUANDO SE ajusta el dispositivo de enfoque de unos binocu¬lares interviene un proceso que el ingeniero llama optimiza¬ción. En tales casos hay un criterio (la nitidez de la imagen)que defiende de una segunda variable (la distancia entre laslentes), que se ajusta o manipula a fin de maxirnizar el cri¬terio. El valor óptimo de la variable manipulada es aquel queproduce este máximo. Asi pues, el ajuste óptimo de las lenteses el que produce la imagen más nitida o mejor definida.

Esta es una situación que suele presentarse. En cada caso

hay: a) una variable dependiente, llamada criterio, en la queinfluye una variable manipulada, y b) un valor de esta últimapara el cual la variable dependiente es máxima, y que recibeel nombre de valor óptimo (Fig. 1). La variable que se ajustaen cada uno de estos casos tiene un valor óptimo con respectoal criterio indicado:

- I (Ta ti

ITa = T, + D(Hora de llegada U

ureal)

~oiTc (o l.§(Hora en que empiezala clasificación)

c

A (

N

Valormáximo

del criterioiI (I l

Tiempo de espera lU

k=Valor óptimoO (Distancia

entre lentesFIGURA 29.

Variable manipulada

Intensidad de inyección decombustible

Temperatura ambientePrecio asignadoRapidez de ejecución

del trabajo

Criterio

Eficiencia (o rendimiento)de un motor

Comodidad del cuerpohumano

Ingresos totalesTrabajo total realizado

6. Desarrolle un modelo de simulación digital del juego debéisbol.

FIGURA 1.

(

(El concepto de valor óptimo es importante en la ingeniería.Hay una solución óptima para casi todo problema. De hecho,cada característica específica de una solución tiene un valoróptimo. Por ejemplo, existe un tamaño y forma óptimos parael asa de una cafetera con respecto a la facilidad de manejo,una combinación óptima de las armas que una nación debetener en existencia, un proceso óptimo para refinar petróleo,y una mezcla óptima de los ingredientes del concreto u hor¬migón con respecto a su resistencia. Por lo tanto, el concepto

(

(

(

(91

(

**

(

optimización / 9392 / optimización

dañase la fruta, pero probablemente sería íaa lenta y

que nadie la compraría. Asimismo, la máquina podría hacerse

casi perfectamente segura, pero a un costo tal que pocos com¬

pradores potenciales podrían adquirirla; y así sucesivamente

para todos los criterios. En consecuencia, el ingeniero modifica

su diseña hasta lograr lo que cree que es el óptimo equilibrio. ‘entre los criterios confl‘c*>vcs.

La Optimización « un. proceso de transacción, y llega a

ser muy complicado cuando hay más de dos criterios conflic¬

tivos o cuando' éstos no pueden ponerse o expresarse en tér¬

minos numéricos. Sin embargo, es un proceso necesario si la

solución final ha de ser óptima. En un caso relativamentesimple se realiza más o menos como sigue. Para determinar elmejor equilibrio entre la rapidez de recolección y el grado dedaño a la fruta, el ingeniero debe conocer las relaciones entre

estos dos criterios. Sobre la base de la experiencia previa y de

alguna experimentación directa, estima que el daño dependeaproximadamente de la velocidad, como se indica en la Fig. 3.

Con ayuda de este modelo, el ingeniero puede predecir el gra¬do en que puede reducirse el daño a la fruta al sacrificar una

cierta parte de la velocidad, o lo que costará un incrementodado de ésta en función del daño. En el curso de tales con-

. sideraciones el ingeniero determina cuánta velocidad habrá

que sacrificar para reducir los daños, con objeto de alcanzarla transacción óptima. Este “toma y daca” entre los criterios,a fin de lograr el mejor equilibrio, se llama apropiadamenteproceso de transacción.

costosade valor óptimo se presenta en casi todos los aspectos del tra- .

bajo de un ingeniero. Guía sus acciones y decisiones; sirvecomo meta tanto para las soluciones que obtiene como para .la forma en que llega a las mismas.

La optimización es el proceso de buscar el valor, la con-

dición o la solución óptimos. Desafortunadamente, en la ma¬

yor parte de los problemas de ingeniería la optimización es ;

mucho más compleja y consume más tiempo que e¡ simple caso

del enfoque de unos binoculares. Esto ocurre principalmentedebido a los numerosos criterios conflictivos.

Los criterios conflictivos, aunque no se les haya llamadopor este nombre, ciertamente no son nuevos para el lector. .

Ya los ha manejado al tratar _de_ sintonizar un_programa de

Sonido televisión cuando la imagen más clara y el'mejor sonido rio se

producen en la misma posición del sintonizador (Fig. 2). Lasposiciones óptimas para la claridad de la imagen (0¡) y laclaridad del sonido (O,) no coinciden; la posición que es

óptima con respecto a la claridad de la imagen es subóptimapara el sonido, y viceversa. En esta.situación hay que efectuaruna transacción entre dos criterios conflictivos, claridad deimagen y claridad de sonido, que son conflictivos en el sentidode que a medida que se trata de mejorar la situación con

respecto a un criterio, es probable que se empeoren las cosas

con respecto al otro. El punto entre 0¡ y O, en que se fije laposición del sintonizador, dependerá de la importancia relativaque tengan para uno la claridad de la imagen y la claridaddel sonido. Puesto que diferentes personas asignan distintosgrados de importancia a estos dos criterios, las posiciones queelijan no coincidirán.

Esta situación, los criterios conflictivos y la necesidad dehallar una transacción o un justo equilibrio entre ellos, abundaen los problemas de ingeniería. Sin embargo, generalmente elconflicto existe entre muchos criterios. Considérese el caso deun ingeniero que diseña una máquina para cosechar o reco¬

lectar frutas. Entre los criterios que debe considerar están lavelocidad o rapidez con que la máquina recolecta la fruta,la seguridad de las personas que estén cerca de ella, el gradode daño causado a los frutos y los costos (de construcción, deoperación y de mantenimiento o conservación). El ingenierono puede especificar una máquina que tenga la máxima ve¬

locidad, a menos que no considere ninguna objeción al costo

y ningunas medidas acerca de la seguridad personal y losdaños a la fruta. Pero los probables compradores de la má¬quina sí tendrán en cuenta tales características. De ahí que se

tenga que sacrificar cierta velocidad para ganar una reduc¬ción del costo, del daño a la fruta y del peligro a las personas.Por otra parte, también podría diseñarse una máquina que no

(

(

(

(-y!00%

"O

1II

II-8( Imagen8I( _«Jl'

1

Op OsPosición

180°

O Rapidez de lalección del fruto

de la perillade sintonización reco

FIGURA 3.FIGURA 2.

de transacción es bien conocidoTransacciones. El procesopor el ingeniero experimentado. Casi todas sus decisiones com¬

prenden transacciones, y muchos de tales cambios son difícilesde hacer. Algunos ejemplos ayudarán a ilustrar lo anterior.

El hacer que un proyectil autopropulsado (missile) balísticosea más destructivo, parece un asunto sencillo: sólo habría queaumentar el tamaño de la bomba o carga explosiva que lleva.Pero tal aumento añade peso y el cohete ya lleva su máximacarga útil, de modo que para compensar la mayor carga deexplosivos se tendría que sacrificar el alcance del proyectil

•(reduciendo su carga de combustible), o su capacidad de darprecisamente en el blanco (reduciendo su equipo de guía o

dirección), o bien, su aptitud de poder penetrar las defensasenemigas (reduciendo los dispositivos de penetración que lle¬va). Deberán hacerse transacciones entre estos criterios hasta

- que se logre la situación óptima.Al tender un cable telefónico submarino en el fondo del

(Costo total

(

Costodel cable$

Costo de roturas

0 Flojedad del cable

océano, las probabilidades de ruptura se minimizan si se pro¬porciona la menor tensión o estiramiento posible. Pero esta FIGURA 4.

optimización / 9594 / optimización

máquina tengan las diferentes velocidades y grados de daño.

Quizás la mayor parte de los usuarios asignen un valor consi¬

derable a la alta velocidad de recolección, y estén dispuestos

a tolerar un porcentaje bastante elevado de fruta dañada con

tal de obtener esa rapidez. Una vez \ ;e el ingeniero conozca

los valores relativos asignados a los criterios, podrá determi¬

nar las tiansacciones que deba hacer para optimizar el diseño

totah

falta de tensión (o flojedad) aumentaría la cantidad de cablenecesaria. Si el cable se tiende con demasiada tirantez, lasconsecuencias son las contrarias (Fig. 4). Por lo tanto, hayque efectuar una transacción.

Sucede generalmente que los motores de combustión inter¬na baratos tienen mayores costos de operación (por combus¬tible, mantenimiento, reparación) que los caros. Por consi--giúcn'te, el comprador a menudo encuentra ventajoso hacer unsacrificio Ln el precio de compra para obtener una gananciaen el costo de operación. Este tipo de situación de transac¬

ción es familiar al lector.Se pueden ver claramente algunas de las transacciones que

deben hacerse en el diseño de un sistema de transporte masivode alta velocidad, en el que son importantes criterios talescomo la rapidez de transporte, la seguridad, la comodidad yexclusividad de las localidades, la capacidad de carga, la con-

veniencia y el costo de la construcción./

La asignación de un valor relativo (importancia, peso) a

un criterio se llama comúnmente decisión sobre el valor. En

la ingeniería estas decisiones son difíciles de tomar, en parte

porque el ingeniero debe prever el valor asignado por otras

personas a un criterio dado, a menudo un grupo encargado

de ello. Por ejemplo, los proyectistas de un cepillo mecánico

pata dientes tuvieron que determinar si una proporción im¬

portante de los usuarios potenciales estarían dispuestos a pa¬

gar X dólares más para evitar la inconveniencia y el peligro

de un cordón de conexión directa a una salida eléctricade 115 volts.

Las decisiones sobre el valor nunca son más difíciles que

cuando se refieren a la vida humana. El proyectista de un

sistema de carreteras debe considerar criterios tales como costo

m

•c

o

Wm-i

de construcción, capacidad, seguridad, durabilidad y facili¬dad de mantenimiento. El costo de construcción y la seguridadson criterios conflictivos. El ingeniero podría especificar una

barrera o muro divisorio virtualmente impenetrable parauna carretera doble de alta velocidad con cuatro vías, aumen¬

tando así en 750,000 dólares, por ejemplo, el costo de construc¬

ción total y reduciendo en dos tercios los accidentes fatales.¿Vale la pena el costo de la seguridad adicional? Algunaspersonas que pagan impuestos aprobarían el gasto extra con

tal que se pudiera salvar una vida. Otras reaccionarían en "gforma diferente, como lo indica la ausencia de tales barrerasen muchas carreteras de cuatro pistas.

Este dilema de “dinero versus vida” es solamente uno de ~Elos muchos casos en los que no es factible cuantificar los cri- „terios en unidades de medida usuales. Los dólares o los pesos |son unidades convenientes, pero muchos criterios no puedenexpresarse en términos monetarios, siendo la seguridad de la “

vida humana un ejemplo conspicuo. De hecho, muchos crite¬rios, como la seguridad, son difíciles de medir en ningunasunidades. Sin embargo, la seguridad es un criterio que debeser tomado en cuenta en la mayor parte de los problemas deingeniería. El resultado inevitable es que un ingeniero tieneque tomar algunas decisiones sobre el valor muy penosas o

difíciles.

'iÉÿHgSrf"TÍ i !

iFIGURA 3. Reflector de unaantena de radio empleada para elrastreo y la comunicación convehículos espaciales en cualquierpunto del sistema solar. Algunastransacciones importantes se

hicieron en su diseño. Por ejemplo,el alcance de la antena puedeaumentarse haciendo más grandeel reflector, pero el mayor tcmañodificultaría el dirigir o apuntar laantena, especialmente por elaumento de la vibración causadapor los vientos. Los proyectistastuvieron que efectuar una difíciltransacción para lograr un

equilibrio satisfactorio entre elalcance y la dirigibilidad de laantena. (Cortesía de laNASA.)

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Decisiones sobre el valor. El ingeniero no puede alcanzarlas transacciones óptimas entre los criterios antes de conocer laimportancia relativa de cada uno (recuérdese el ejemplo dela sintonización de un televisor). El conocer las relaciones en¬

tre la rapidez de recolección y el daño causado a la fruta,ayudará en forma limitada, hasta que el ingeniero conozcala importancia relativa que para los usuarios potenciales de la

1i3020O

S {velocidad media, mph)

(FIGURA 6.

(

(

96 / optimización optimización / 97( Procedimiento de optimización. Un ingeniero de tránsito

(a) realiza un estudio que tiene por objeto maximtzar el numero

de vehículos que pueden pasar por los túneles de alta circu¬

lación en la ciudad de Nueva York. No, este asunto no es cosa

de simplemente aumentar la velocidad de tránsito dé los ve-

h:culos. El lector sabe, lo mismo que el ingeniero, que los

conductores de autos aumentan la separación o distancia entre

sus vehículos a medida que elevan su velocidad. De hecho,(ó) eí proyectista tiene datos (Fig. 6) de una muestra de un gran

número de conductores que indican que la distancia entre ve-

C = número de vehículos por hículos aumenta más rápidamente que la velocidad de trán-

hora sito- Por tanto, si se hace que los automovilistas circulen

mayor rapidez, tratando de que un número mayor por hora

túnel, el mayor éspaciamiento tendrá el efecto

Lo anterior hace sospechar al ingeniero que hay

cierto valor óptimo de la velocidad, es decir, un valor que

maximiza el número de vehículos que pueden circular por

hora en un túnel. Procede así a explorar esta posibilidad del

modo siguiente.A partir de sus datos de distancia o espaciamiento y velo¬

cidad, el ingeniero deduce el modelo matemático (a). En éste,

D es la distancia media entre vehículos y V es su velocidad

media. Convierte luego ese modelo en la ecuación (c) que

describe el efecto de 5 (la variable manipulada) sobre el nú¬

mero de vehículos por hora (el criterio) que.pasan por el

túnel. El modelo matemático (c) se llama una función de

criterio; describe-la forma en que el criterio es función de una

o más variables manipuladas.Para determinar qué valor de ó hace máximo a C (o sea,

qué velocidad permitirá que pase el mayor número de vehícu¬

los por el túnel en un«intervalo dado), el ingeniero substituyeuna serie de valores tentativos de velocidad en la ecuación(c) y calcula los valores resultantes de C. Los resultados apa¬recen en la tabla.1. Se emplean valores de 5 múltiplos de 10para determinar la localización general del máximo de C, yluego se explora una “región limitada de interés” alrededorde las 20 millas/hora (mi/h), substituyendo valores de 5incrementos de 1 mi/h. La conclusión del ingenierosigue: 21 mi/h es la velocidad óptima con respecto a! cri¬terio de número de vehículos por hora.

A la misma conclusión puede llegarse aplicando el cálculodiferencial. La función de criterio, ecuación (c), se derivarespecto a 5:

0.324D =

42.1 - 5

D = distancia (en millas porvehículo)

5 = velocidad (en millas porhora) con

¿ÿ(millas /hora)Q =

___D (miüus/vehículo)

es como

concon

Combinando las ecuaciones pasen pocontrario.

un(a) y (b): d°

= 130.0—2(3.1)5 = 130.0-6.25un

(d)5 dS T 7 Tc =

I]\dc J~I\Cds'° / I

0.324Obsérvese que dC/dS es la rapidez con que C varía con

respecto a 5 (su rapidez de cambio), y es también la pen¬diente de la curva de la Fig. 9. Es claro que tal pendienteresulta distinta para diferentes valores de 5. En el vértice dela curva, en donde C es máximo, la pendiente es cero. Por lotanto, la velocidad óptima es el valor de V para el cual

42.1-5

C = 130.05-3.152 (c)

(/

_j

Ts(

Función de criterio1

Valor óptimo

5 (millas por hora)(

O

dCo/

-TT- = 0 (e)oIOOOdS FIGURA 9.

11 Pero

Ti dCo — = 130.0—6.25 (/)(1i

O ¡O 20 30 40

S (millas por hora)Tabla 1

En consecuencia.(Valores

resultantesdeC

(vehículos por hora)

FIOURA 7.0 = 130.0-6.255 = 21

( Valorestentativos S(millas por hora)

(e)o ° o(

Así, pues, el valor óptimo de 5 es 21 mi/h.*Estos métodos alternativos de llegar a la velocidad ópti

de los vehículos ilustran dos procedimientos básicamente dis-

* Esta ilustración se basa en estudios efectuados por la Autoridaddel Puerto de Nueva York, como se informa en el artículo "Theinfluence of Vehicular Speed and Spacing on Tunnel Capacity”(Influencia de la velocidad de tránsito y distanciamiento de vehículos«obre la capacidad de un túnel), de Edward S. Olcott, JOURNALOF THE OPERATIONS RESEARCH SOCIETY OF AMERICA(Revista de la Sociedad de Investigafción de Operaciones de losEstados Unidos), Vol. 3, No. 2, Mayo de 1955.

o o1350 —Primer conjuntode valorestentativos(Fig. 7)

99010o11

i!

o 136020(111030

24040

1300- 133618Valorestentativossiguientes(Fig. 8)

135119. *13632111Ai—1—1—' 18 20

S (millas por hora)

13602222 24135023133424

FISURA 8.

(

98 / optimización optimización / 99

tintos para buscar una solución óptima. Uno de ellos recibeel nomfire de método iterativo (o numérico). En general con¬siste en lo siguiente, utilizando la tabla 1 para ilustrarlo:

nar la velocidad óptima de- circulación por túneles. Con fre¬

cuencia el modelo se deduce mediante el cálculo diferencial,procediendo generalmente como sigue:

|. Se obtiene una función de criterio, por ejemplo, laecuación (c). Aunque el criterio se mide a menudo en unidadesmonetarias, no es necesario que sea asi. Puede ser »•> númerode pasajeros transportados, una cierta cantidad dekilogramos, una eficiencia o rendimiento, etc.

2. A continuación, mediante el cálenlo diferencial u otro medio,la función de criterio se convierte a una forma que proporcionedirectamente el valor óptimo de la variable manipulada.

Seguramente que el lector querrá saber por qué algunoutilizaría el método iterativo en vez del analítico, ya que éstees más directo. Esta es una buena pregunta, y hay una buenarazón para tal empleo, a saber, que en muchos casos el métodoanalítico resulta demasiado difícil matemáticamente, y el mé¬todo iterativo queda como el único procedimiento práctico.Además, en muchos casos el ingeniero desea saber qué tan

sensible es el criterio a las desviaciones de una variable conrespecto a su valor óptimo, y el método iterativo proporcionausualmente tal información en forma conveniente. Obsérveseen la tabla 1 que se pierde muy poco, en términos de ve¬hículos por hora, si la velocidad media se aparta ligeramentedel valor óptimo de 21 mi/h. Si la velocidad media fuera25 mi/h, habría sólo una pérdida de 4% en vehículos porhora, lo cual no es inconveniente. Esta información es útilporque sería difícil intentar el control de una velocidad mediaa 21 mi/h y, por lo tanto, al ingeniero le interesa saber quésacrificio en el número de vehículos por hora tendría que ha¬cer si intentara controlar la velocidad a un valor superior.Una investigación de esta clase, con el fin de llegarlas consecuencias de no fijar una variable en su valor óptimo,es un análisis de sensibilidad (Fig. 11).

Los métodos de optimización iterativo y analítico ilustra¬dos anteriormente no pueden utilizarse tanto como sería de¬seable en la ingeniería. Debido a la preponderancia de criteriosno cuantificables, tales como el atractivo estético, o a la in¬tervención de un gran número de variables o a la falta detiempo, los ingenieros suelen tener que confiar en procedimien¬tos que son menos formales, menos cuantitativos yobjetivos que los descritos. Con frecuencia utilizan una varie¬dad de métodos diferentes en sus trabajos de optimización,variando considerablemente la combinación particular deprocedimientos de un problema a otro (tanto así que es ilu¬sorio que un autor generalice más allá de lo que se dice aquí.)

El valor óptimo como una meta, Un objetivo importanteen los trabajos de ingeniería es el “valor óptimo”. En el diseño,

c = /(V)

<donde

1. El ingeniero supone para la variable manipulada un valor que .a su juicio es óptimo, o bien puede elegir una variedad devalores que parezcan prometeúores. (Se. seleccionaron cuatro

• velocidades.)2. Luego predice qué efecto tendrá el valor o }ns valores

supuestos \S) ?.obre el criterio. (La ecuación (c) se utilizó

para este objeio.)3. Aprovechando este sondeo exploratorio, selecciona uno o más

valores nuevos de la variable manipulada. Es de esperarse

que «1 nuevo o los nuevos valores (S) estarán más cerca

del valor óptimo que los tomados originalmente. (Los valoresde C para el primer- conjunto de valores de S en la tabla 1,indican que la S óptima debe estar en la vecindad de 20 mi/h.Por lo tanto, se seleccionó un valor de S = 18 para el

siguiente ensayo.)

4. El ingeniero predice, como antes, el efecto sobre el criterioy selecciona un nuevo valor de ensayo si es necesario.

C es el criterio, y Ves la variable manipulada

Tanto en el método iterativocomo en el analítico lafunción efe criterio puedecontener más de una. variablepor optimizar.

(

íValor inicialmentesupuesto para

la variableque se optimiza

Entrada

C = HV„V1,

1 (

Pronosticador

(C para 18 mi/h es menor que para 20 mi/h, de manera que

S = 19 se eligió para el siguiente ensayo.)Ensáyese

otrovalor Salida

Este ciclo de eventos se continúa hasta que el ingeniero esté

satisfecho con su estimación del valor óptimo. (Así pues, los

valores de S = 21, ó = 22, etc., se ensayaron sucesivamente

hasta que el ingeniero se convenció de que la C máxima se

produce a 21 mi/h.) Gráficas como las de las Figs. 7 y 8 son

complementos útiles o substitutos de un resumen tabular como

el de la tabla 1.El método iterativo de optimización es básicamente un

proceso de aprendizaje acelerado. Mediante una serie de apro¬

ximaciones sucesivas el ingeniero se acerca gradualmente al

valor óptimo de una variable manipulada. La función del

“predictor” consiste en decir al ingeniero qué efecto tendrá

sobre el criterio un cambio exploratorio en la variable opti¬mizada, de manera que el ingeniero pueda aprender o mejorarsu conocimiento de esto y aproximarse más al valor óptimoen el siguiente ensayo (Fig. 10). El “predictor” puedemodelo matemático o de simulación, un experimento de la

vida real sobre un prototipo, o el juicio del ingeniero. El mo¬

delo matemático de la página 80 que sirvió para predecir el

tiempo medio de espera de las barcazas, fue utilizado en esa

forma; lo mismo se hizo con los modelos de simulación des¬

critos en la página 69.La otra de las dos técnicas básicas para hallar un valor

óptimo se denomina método analítico. En este caso un modelomatemático proporciona directamente el valor óptimo, comolo ilustra el segundo procedimiento utilizado para determi-

Efectosobre elcriterio

¿Se alcanza iel valoróptimo?No

i

a conocer

si(

FIGURA 10. (

(ser un

Criterio ímenos c

(

(Variable

analizadaV

Valoróptimo

(

FIGURA 11.

(

(

100 / optimización

7el ingeniero busca la solución óptima de un problema y seesfuerza en lograrlo por medios óptimos. Sin embargo, obser¬vemos que no se ha dicho que la obtiene sino que la busca.Aunque la solución óptima es casi siempre una meta, cierta¬mente no siempre es una realización. Muchos problemasreales son demasiado complicados para que pueda hallárselesuna solución óptima en un lapso razonable. En muchos casosei tiempo requerido sería más largo que la vida dei problema.Casi siempre muchos otros problemas esperan la atención delingeniero, y con frecuencia llega a ser más ventajoso o lucra¬tivo para él atacar uno de éstos que continuar buscando lasolución óptima del problema original hasta encontrarla. Asípues, en la práctica se trata solamente de avanzar hacia lasolución óptima, buscando continuamente mejores solucionesen forma progresiva hasta que resulte más conveniente de¬dicar los esfuerzos a otra cosa.

CAPITULO

cY

( .•

X .

Computación

CEL LECTOR ha estado desarrollando su aptitud para calculardesde los días preescolares, de manera que tal aptitud es bienconocida. Sin embargo, los cálculos hasta ahora efectuadoshan sido en su mayor parte mentales, generalmente con ayudade lápiz y papel, lo cual constituye el método lógico paratrabajos breves. Pero en la ingeniería muchos trabajos decálculo son de tal magnitud que conviene estar preparadopara utilizar métodos más rápidos. No sería deseable estar

equipado sólo con pico y pala para realizar trabajos que re¬

quieren un tractor. Por lo tanto, en la escuela de ingenieríaaumentarán sus aptitudes para el cálculo de manera que com¬

prendan la regla de cálculo, la computadora digital y, pro¬bablemente, también, la computadora analógica y la calcula¬dora de escritorio. En esta forma el lector quedará dotado deun equipo de elementos de cálculo adecuado para trabajosque van desde una simple operación aritmética, hasta cálculoscolosales que comprendan millares de operaciones repetitivasy sistemáticas.

En este capítulo se describirán las formas en que los inge¬nieros emplean las computadoras digitales. No se debe llegara la conclusión de que otros sistemas de cálculo carecen deimportancia. Sin embargo, hay numerosos libros sobre progra¬mación de computadoras y de manejo de la regla de cálculo,por lo que, en el espacio limitado disponible, en esta obra setratará lo que falta en la literatura técnica corriente, y quees una introducción a la forma en que se emplean las compu¬tadoras en la ingeniería.

Los ingenieros utilizan las computadoras de tantos modosque se necesitarían más páginas que las de este capítulo sólopara enumerarlos. Afortunadamente la mayor parte de talesformas pueden clasificarse en un'número razonable de tipos,como se muestra en la Fig. 1. En general, la computadora se

Ejerciciot

1. Para dos de los siguientes dispositivos, estructuras o pro¬cesos, describa usted los criterios que considere importantesy que los proyectistas tenían que haber considerado. Iden¬tifique los criterios que parezcan ser conflictivos y, por lo

tanto, aquellos entre los cuales probablemente tuvieronque hacerse transacciones.

a) Un enlace entre dos carreteras dobles que se cruzan.

b) Un buque transoceánico de lujo, de gran tamaño.c) Una mano artificial.d) Un automóvil.e) Una máquina para hacer lámparas eléctricas.f) Una fábrica completa para la manufactura de refri¬

geradores.g) Cualesquiera de los estudios de casos descritos en el

capítulo 2.

2. Cite diez casos bien conocidos en los que haya obviamenteun valor óptimo para una cierta variable con respecto a uncriterio establecido. (Ejemplo: existe una rapidez óptimade lectura con respecto al conocimiento total asimilado.)

(

(

(

(

c

(

(

c 101

c

(

102 / computación uso de las computadoras en el diseño / 103(

varias semanas la localización de informes de trabajos efec¬

tuados sobre esos asuntos en diversos sitios, buscando en

bibliotecas, leyendo reportes, preguntando a personas, estable¬ciendo correspondencia, comunicándose por telófono o via¬

jando directamente. Y después de todo este trabajo podríahabei pasado por alto algunos sistemas de importancia, send

llámente porque hay tantas referencias dispersas, y porque una

búsqueda realmente exhaustiva sería demasiado costosa y pro¬longada.

Esta es la manera en que se atacan la mayor parte de los

•problemas de ingeniería. Las búsquedas de información sonlaboriosas; Generalmente el ingeniero realiza una búsqueda ra¬

zonable y luego procede a resolver el problema que tiene a

mano, aceptando el riesgo d6 qüe esté "haciendo otra vez eltrabaja de alguien que resolvió ya en parte o totalmente su

mismo problema. En sus propias circunstancias le resulta anti¬económico proceder en otra forma.

Pero la computadora viene al rescate, permitiéndole querealice la búsqueda en la forma siguiente. El ingeniero hacelistas de palabras claves, es decir, de la clase de palabras quetendría en mente si buscara en una biblioteca. En este caso ten¬

dría dos listas que contendrían palabras como éstas:Envía dichas listas a un centro de computación para que

se utilicen en la búsqueda de los archivos de aplicaciones decomputadoras. Tales archivos consisten en cintas magnéticasque contienen descripciones resumidas de toda aplicación delas computadoras que se haya dado a conocer al público. Lacomputadora revisa las cintas e imprime toda descripción quecontenga por lo menos una palabra de la lista No. 1 y por lo

de la No. 2, proporcionándole también en esta for¬ma al ingeniero la información que necesita acerca de losdetalles. En una media hora tendrá éste un conjunto muchomayor de referencias que el que pudiera obtener por los mé¬todos acostumbrados. (Obsérvese que en este ejemplo el inge¬niero utiliza la computadora en su solución y como mediopara llegar a ella.)

Tales sistemas de búsqueda de información no se utilizanampliamente todavía, pero puede verse por qué están en des¬arrollo. Dichos sistemas minimizarían la costosa repetición delos trabajos para resolver problemas, librarían a los ingenierosde tener que escudriñar “montañas” de libros y reportes téc¬nicos, y harían el trabajo en forma rápida, barata y exhaustiva.

Registro», registros, registros. En todo departamento deingeniería hay enormes archivos de planos y dibujos que mues¬tran los diseños realizados anteriormente en el departamento,precisando los detalles de todas las obras, estructuras, elemen-

Aplícaciones de lascomputadoras por el Ingeniero

Como herramientapara resolverproblemas

En las solucionesque produce Lista No. 1 de

palabras clavesInstitutoEscuelaUniversidadEstudiante

/// '

. (/En almacenamiento

recuperacióninformación

Búsqueda de Sinformación

Dibujo Donde hay demasia¬dos objetos

de í

Lista No. 2 depalabras clavesAdmisionesFacturación o

cuentas

Mantenimientode archivos

InventarioMantenimiento

de registros" Inscripciones

SimulaciónArchivo

Donde el trabajoano, eslado lento

Comoarchivista

Como bi¬bliotecario

humdemasi

Reducciónde datos

Optimizacióniterativa (

(Procesamiento

de lainformación

Resoluciónde ecuaciones (

utiliza como un instrumento (tal como el teodolito y la reglade cálculo) para obtener soluciones de problemas. También es

empleada por los ingenieros en muchas de sus soluciones, porejemplo, como parte del sistema guiador de un vehículo espa¬cial. A continuación se ilustrará lo anterior.

FIGURA 1. Vista panorámica delcontenido de este capítulo.

menos una

USO DE LAS COMPUTADORAS EN EL DISEÑO

La computadora está interviniendo notablemente en la

práctica de la ingeniería. Rápidamente se convierte en un me¬

dio indispensable para la resolución de problemas y paraauxiliar al ingeniero en varias formas. (

Búsqueda de información. Un ingeniero diseña un siste¬ma de información integrado para una universidad. Tal sis¬

tema, basado en computadoras, procesará planes de estudios y

asignaturas, preparará horarios, manejará cuentas, centralizaráregistros de estudiantes, dará algunas instrucciones y realizará

multitud de otras funciones útiles. El ingeniero conjetura

(

(una

que los sistemas para atacar varias partes de este problema ya

han sido producidos en muchas otras instituciones y compa¬ñías por diversas personas, pero, ¿cómo podría saber quiénesson y qué es lo que han creado? Podría llevarle fácilmente

(

(

(

de las computadoras en el diseño / 105104 / computación uso

tos de máquinas, etc., que se han proyectado. Un ingenieroque diseña un motor eléctrico considera qué cojinetes debellevar. Sabe que estos elementos han sido diseñados por otraspersonas del departamento y también que pueden adquirirseen cualquier cantidad de los proveedores. Antes de meterse enlas dificultades de diseñarlos él mismo, averigua de cuálespuede disponerse con la esperanza de que algunos serán ade¬cuados; pero no desea gastar horas buscando en archivos lle¬nos de planos y hojeando los catálogos de los fabricantes oabastecedores de cojinetes. Sin embargo, esto era exactamentelo que tenia que hacerse antes de que se pudiera utilizar unacomputadora. Actualmente hay un sistema que requiere sóloque se le indique aproximadamente qué tipo de elemento, ocomponente se busca, y en unos pocos minutos dice qué eslo que fabrica la compañía y qué tiene que comprarse parasatisfacer las necesidades. Tal sistema actúa como el archivogeneral del departamento de ingeniería, almacenando la ma¬yor parte de la información que anteriormente se guardabaen archivadores, libros de registro, catálogos y -armarios deplanos y dibujos. Contesta la mayoría de las preguntas en se¬gundos, si no es que en fracciones de segundo. En muchas em¬

presas no existen todavía dichos sistemas, pero, repetimos, essólo cuestión de tiempo su adopción.

Reducción de datos. Los ingenieros suelen tener grandescantidades de datos que han de ser reducidos a una formaútil; por ejemplo, cientos de medidas de un experimento. Loscálculos de promedios y medidas de variabilidad, ajustes decurvas, pruebas estadísticas, etc., generalmente son tardados ytediosos si se hacen a mano. La computadora hace tal trabajorápidamente.

Resolución de ecuaciones. Por fortuna, las operaciones ma¬temáticas más comunes pueden ser ejecutadas por una compu¬tadora. Algunas de ellas, como la resolución de ecuacionessimultáneas con muchas incógnitas, tomarían horas o días sise efectuaran a mano. A diferencia de las ecuaciones que sehallan usualmente en los libros de matemáticas, las que se en¬cuentran en la práctica son a menudo muy laboriosas deresolver. La ecuación y = axb de un libro quizá aparezca como

y = 1.378A2 3 en la práctica. Como resultado, el cálculo serámuy tardado. Considérese el problema de hallar el valor de x

que equilibre la ecuación x — l.3le02u dentro de un 1 porciento. Esto tomaría cierto tiempo utilizando lápiz y papel.Puede verse entonces la importancia que tiene una compu¬tadora para los ingenieros como medio de resolución de ecua¬

ciones.

I OH****.'FOR

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-"RCMIIC (IT KOSIOC

yn» TCST

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«CtCRCRROIOOR»,

:vSTOT

•SCHEDULELBS TEST GUIOE

FIGURA 2a. Este tubo de rayos

catódicos (TRC) furmite que

una computadora presente

información alfanumérica. Elusuario se comunica con lacomputadora mediante el tecladode máquina de escribir o la plumaluminosa que tiene en la mano.

Por ejemplo, este médico puede

indicar cuáles de las pruebas que

aparecen enlistadas en la pantalladesea efectuar en un paciente,sólo con apuntar a ellas con lapluma. (Cortesía de laBurroughs Corporation.)

-

w '1,

(

lfi§l FIGI/RA 2b. Esta combinacióncomputadora, TRC, hombre ypluma luminosa, puede realizarcosas notables. Lr. persona puededibujar con la pluma sobre’lasuperficie del tubo y lacomputadora recordará lo que se -haya dibujado y lo reproducirásobre la pantallaque se le pida.Mejor aún, la computadora puedemanipular estos dibujos. Porejemplo, es capaz de mostrar elobjeto en diferentes perspectivas,girarlo o amplificarlo, según se leindique por medio de la plumay el teclado. En esta vistaparticular, el operador ha oprimidoel botón de “supresión de líneas ’que le permite señalar una líneacualquiera y hacer que se borrede la pantalla y la memoria de lacomputadora. (Cortesía de losLaboratorios de Investigaciónde General Motors.)

( 48!ÍP M:W

siempre(

*

(i m( !¡~ A

ilo visto en laOptimización iterativa. Recuérdese, por

página 96, que este procedimiento puede llevar mucho tiem¬po si se ejecuta a mano. De hecho, la optimización por los

métodos iterativos formales no era posible antes que existieran

las computadoras. Actualmente puede aprovecharse plenamen¬te esta poderosa técnica en la ingeniería.

(

(

(

106 / computación utilización de las computadoras en obras de ingeniería / 107

La “computadora dibujante”. Con equipo auxiliar es po¬

sible ahora que uno se comunique gráficamente con una

computadora. Este notable y significativo adelanto empiezaapenas a influir en la práctica de la ingeniería, pero dentro

de algunos años serán muy grandes la importancia y la utili¬

dad de la técnica gráfica de computadora.Puede verse en las Figs, de la 2 a la 5 que este sistema

tiene verdaderamente un gran potencial de utilidadEsta lista de las formas en que los ingenieros emplean ac¬

tualmente las computadoras en su trabajo cotidiano no está

completa. Es sólo una muestra para dar una idea de la utili¬dad de estas,máquinas.

FIGURA 3. Estas fotografías de“antes y después” de la pantallamostradas en la FIGURA 26, ilustranalgunas de las posibilidades de estesistema. Cuando el ingenierotermina su trabajo y quiere hacerun registro permanente de lo queaparece en la pantalla, puedelograrlo indicando al sistema que¡o almacene, y en este caso podrátenerlo de nuevo en la pantalla en

'ualqúier momento. Tambiénpuede hace* >,Le la computadoradé instrucciones a una máquinagraficadora con coordenadas X-Ypara que trace un dibujó a tinta,o bien, puede obtener una copiapermanente por .medios fotográficos.(.Cortesía de los Laboratorios deInvestigación de General Motors.)

1DAC-I DAOI

BB

iL

i-'

í

DAC-I DAC-I UTILIZACION DE LAS COMPUTADORAS ENLAS OBRAS DE INGENIERIA

Dese a lacomputadora lo siguiente:

Cambio de vistas(

En general, si un ingeniero incorpora una computadora en

el sistema que diseña, la razón es que su solución requierecuando menos uno de los siguientes medios:

1. Un medio económico de almacenar información.2. Un medio económico de procesar información.3. Un medio de manejar información a velocidades a las que

sólo una computadora es capaz de hacerlo.4. Un medio de rastrear o seguir muchos eventos o variables que

interactúan y cambian concurrentemente, en situaciones en

que la computadora es el mejor medio, si no el único,de lograrlo.

Esto requiere una explicación más detallada.

Almacenamiento y recuperación de información.conservación de conocimientos, de modo que puedan ser ha¬

llados de nuevo sin un tiempo y un costo exagerados, es un

problema crítico en la mayor parte de los campos de la acti¬vidad humana. Lo mismo sucede en la medicina, el derecho,los negocios, la educación y el Gobierno, así como en la inge¬niería. El cerebro, los libros y los archivos, que son los medioscomunes de almacenar información, son cada vez más inade¬cuados en muchos casos. Pero la computadora tiene una me¬

moria que es notablemente confiable, amplia y rápida. Y en

esto reside su gran futuro.

La humanidad tiene dos tipos principales de problemasde almacenamiento de información. Uno se refiere a la con¬

servación de conocimientos generales (por ejemplo, todo elconocimiento científico), que en la actualidad se halla típica¬mente en las bibliotecas. El otro tipo comprende la informa¬

ción privada (por ejemplo, los archivos con los datos de losasegurados de una compañía de seguros), que en la actualidad

ÉÉ1ÿ1D> ü (

} .4

FIGURA 4.

*T:

Modificar

La

yellsle dará

o

d Simulación. Una técnica que se extiende rápidamente es lasimulación digital con computadora (Apéndice B). Es posiblerealizar experimentos rápida y económicamente en las compu¬tadoras, teniendo un control completo del experimento. (Ellector sabrá por qué los ingenieros recurren a la computadorapara efectuar simulaciones digitales, especialmente si ha tenidoque hacer una de ellas a mano.)

d

I

utilización de las computadoras en obras de ingeniería / 109108 / computación

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M

(«) Palabras clavese almacenan en los archivos de las oficinas de las empresas, de

dependencias gubernamentales o de instituciones diversas. Las

computadoras son medios excelentes para realizar ambos tiposde trabajo; en la ingeniería se emplean frecuentemente en lassoluciones a problemas de almacenamiento de información, en

especial cuando se deben buscar grandes cantidades de datoscon frecuencia. A continuación daremos algunos ejemplos de

aplicación.

i(

Concordancia

/Cinta\( magné- ]V tica )ü#(

Almacenamiento y recuperación de conocimientos ge¬nerales por medio de la computadora. Lo que los inge¬nieros están creando para ellos mismos al respecto (pág. 103),pueden hacerlo también para otros. Por ejemplo, los repre¬sentantes de un Gobierno estatal solicitaron a una firma deingeniería un sistema más eficaz para almacenar y buscar lainformación jurídica del Estado, que comprendía todos los es¬

tatutos y decisiones de la Corte o tribunal. La parte medularde la solución a este problema es una computadora provista de

equipo complementario y programas especialmente prepara¬dos.

Programadel computador-AFIGURA 5. Suministrándole una

serie de números que sitúen lasesquinas de un objeto romocoordenadas X-Y-Z, este sistemade computadora elaboraráimágenes de televisión de dichoobjeto en cualquier perspectiva ya la escala que se desee. Comopuede cambiar vistas hasta unas30 veces por segundo, da la ilusiónde movimiento del observador

k

S| . s<-/Mmmm

/'Cinta i

magné-

k tica )(

Computadora

con

respecto al objeto o de éstecon respecto al observador, o deambos casos a la vez. Vistas comolas mostradas aquí pueden hacersecambiar continuamente en

respuesta al movimiento decontroles típicos de avión,permitiendo así practicar losaterrizajes sobre este portaviones,cuya imagen se ve en colores.Obviamente este sistema es deenorme utilidad en la simulación.(Cortesía de General ElectricCompany.)

IAhora bien, los abogados, jueces y legisladores pueden, por

ejemplo, utilizar este sistema para buscar los estatutos o dis¬posiciones legales del Estado con objeto de separar todas lasleyes que pertenezcan a un asunto dado, tal como el de ,losnarcóticos. Para este fin se emplea,una cinta magnética espe¬cialmente preparada (que recibe el nombre de cinta de con-

B2FIGURA 6.

<(

utilización de las computadoras en obras de ingeniería / 111

cordancia). Contiene todas las palabras significativas que apa¬

recen en las disposiciones legales e identifica todo estatuto en

el que se emplea una palabra en particular. Supóngase que

un abogado desea saber qué disposiciones o estatutos contienenalgo acerca de la educación de niños impedidos. Prepara en¬

tonces,listas de palabras claves y las somete a la computadoramediante tarjetas perforadas. La computadora procesa la cintade concordancia e imprime los números de todas las disposi¬ciones legales que contengan las palabras educación, retrasado

y niños (o sinónimos de ellas) . Be hecho, imprimirá tambiénlos estatutos mismos correspondientes si así se le indica.

Almacenamiento y recuperación de información priva¬

da. Con frecuencia se pide a los ingenieros que ayuden a

algunos hospitales a resolver sus problemas de costos, escasez

de personal y manejo de información. Esto último es proba¬blemente lo de mayor importancia; en un hospital se gasta

mucho tiempo en registrar, archivar, intercambiar y revisarinformación; el trabajo de mantener registros es muy arduo,y los registros de pacientes ocupan miles de metros cuadrados.

Un equipo de ingenieros que fue llamado para resolverun “problema de información” de un hospital ideó el sistemade computadora descrito en la Fig. 7. Las posibilidades ybeneficios son impresionantes. Tal sistema mantiene un registroal minuto para cada paciente, contesta preguntas en pocossegundos, comprueba que no haya anomalías ni errores en las

recetas, recuerda a las enfermeras cuándo hay que administrarlos medicamentos e indica a la cocina las cantidades de cada

tipo de alimento que se necesitarán para el siguiente serviciode comidas.

El lector quizá se pregunte si hay posibilidad de que ocu¬

rran retardos objetables debido al gran número de usuariospotenciales. Tal dificultad es virtualmente imposible en vistade la velocidad de la computadora y de la forma en quefunciona el sistema. Examina todas las terminales muchas ve¬

ces por segundo en forma sucesiva. Cuando encuentra una

terminal en la que hay un solicitante (llamémoslo usuario A),la computadora dedica 1/20 de segundo a su solicitud (quepuede ser de archivar, proporcionar o procesar información).Si termina con el trabajo de A en ese intervalo, como es muyprobable, tanto mejor. Si no lo hace, pone a un lado dichotrabajo, por decirlo así, y prosigue la búsqueda de otras ter¬

minales activas (o sea, con solicitud de servicio). La explora¬ción, por supuesto, toma un tiempo despreciable. Si no hayninguna otra terminal que necesite atención, la máquina re¬

gresa de nuevo con el usuario A, y le dedica otro veinteavode segundo. Luego sigue la exploración, pero supongamos

110 / computación

Almacena los registros delos pacientes; se tieneinformación disponibleen cualquier terminal

A

Disco paraalmacenamientode información

Admisiones Cobranzas

1-0 1-0

Computadora I%% 5ÿ (

Solicitudes de pruebas

CirugiaLaboratorios - fAnálisis de datos

Memoriaauxiliar

1-01-0MedicionesResultados de pruebas

Itl sill! H-„e.l' S s

tt&(

'X Registrador Completa eltrabajo de A

Farmacia Usu/"° BuscadorA í

. Despreciable __Tiempo

Dietética % (%i-o1-0

eoSag

Gran número de estas terminalesestán situadas en las áreasde atención de los pacientes

(1-0<«)

I

I

N Usuario AFIGURA 7. Sistema “compu- -tadorizado” de archivo maestro

para un hospital. Desde cualquierade las terminales situadas en

diversos puntos del hospital, una

persona autorizada puede añadir

información al registro de un

paciente o extraer informaciónde dicho registro. Ejemplos de lostipos de datos que este sistemaalmacena, procesa y transfiere se

indican con las flechas. En elrecuadro se múestra el equipo que

se usa en una estación típica deentrada y salida. Esa computadorapuede servir también como elcorazón de un sistema de vigilanciade pacientes, que pone alerta alpersonal de un hospital cuandoun cambio en el pulso, latemperatura, etc., de una personagravemente enferma requiere su

atención. (Foto cortesía deBurroughs Corporation.)

( ( ComputadoraG

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Ti

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taSpiI D-

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tu (¡S;

FIGURA 8.

c

utilización de las computadoras en obras de ingeniería / 113

autos, tiendas de pedidos por correo, escuelas y otros casos en «

que haya necesidad de un manejo a gran escala de registros.La computadora está destinada a ser el “gran archivo maes¬

tro” de la sociedad. De paso diremos que todavía está porreatizarse la mayoría de las aplicaciones de almacenamiento yrecuperación de información mediante computadora.

Procesamiento económico de información. Gen frecuen¬cia el ingeniero incorpora una computadora en su solución,debido a que es el medio más barato para procesar informa¬ción en el problema considerado. En el tipo anterior deaplicación de computadoras, el almacenamiento de informa¬ción era de primordial importancia, mientras que el procesa¬miento era incidental."Aquí sucede lo contrario. Probablementesean de este tipo la mayor parte de las aplicaciones de compu¬tadoras con las que se está familiarizado. Lo anterior se explicapues ése es el empleo más común y del cual se oirá hablar másfrecuentemente.

Cuando se tiene que efectuar un número muy grande deoperaciones repetitivas sobre la información, es probable queuna computadora sea el medio menos costoso de hacer taltrabajo. Por esta razón, una empresa de energía eléctrica pre¬para 120,000 cuentas de cobro cada mes utilizando una compu¬tadora, una gran compañía elabora por computadora su nó¬mina de pago de sueldos de 15,000 empleados y la Oficina delCenso emplea computadoras en su trabajo. La repetitividadsobresale en todos estos ejemplos. En cada caso, las personaspodrían hacer el trabajo pero se requeriría un gran númerode seres humanos.

112 / computación

ahora que halla una terminal activa, en la cual un usuario Btiene trabajo para ella. Concede a B un veinteavo de segundo,explora, y si no halla ninguna otra terminal activa, retornacon el usuario A. Y así sucesivamente. Incluso si la mayorparte de las 30 terminales estuviesen activas simultáneamente,lo cual es muy improbable, el trabajo de A se terminaría tan

rápidamente que éste tendría la impresión de que él habíaerapVado exclusivamente la computadora, aun cuando en rea¬lidad la compartió con otros usuarios.

Este modo de operación, llamado de tiempo compartido, esun adelanto relativamente reciente en el campo de las compu¬tadoras. El lector seguramente oirá mucho de él y quizá sientasu influencia. Creer que existe un sistema como éste requiereque se tenga plena conciencia de la fantástica rapidez deuna

computadora. Realmente atiende a los solicitantes de servicioen forma sucesiva, pero cambia de uno a otro tan rápidamentey termina su trabajo en tan poco tiempo, que da la impresiónde que atiende a todos simultáneamente.

La memoria intermedia (Fig. 7) es un ingenioso dispositivo,sin el cual resultaría impracticable la compartición de tiempo.El usuario A tardó 7 segundos en escribir a máquina su soli¬citud de información acerca de unpaciente. Afortunadamente,en ese tiempo su máquina de escribir no se comunicó directa¬mente con la computadora, sino que su mensaje fue a lamemoria intermedia, donde quedó almacenado hasta que Aoprimió la tecla de fin de mensaje. Luego, cuando la explo¬ración de la computadora llegó al usuario A, la memoria in¬termedia transmitió el mensaje a la computadora en unos

cuantos milisegundos. Esto es excelente, pues libra a la rapi¬dísima y costosa computadora del lento proceso de mecano¬grafía. La memoria intermedia funciona entonces como un“compresor” o acortador de tiempo con respecto a los men¬

sajes que llegan. Sirve también de “expansor” o alargadorde tiempo en el sentido inverso, de manera que el mensaje de0.2 milisegundos que recibe de la computadora lo transmitea la máquina de escribir (o unidad impresora) a una velocidadadecuada para esta última. Como puede verse, este dispositivointermedio que establece comunicación entre el hombre y lamáquina es realmente de inestimable valor.

Esta aplicación de la computadora como archivo centralautomático de un hospital, ejemplifica el uso que se ha dadoen la ingeniería a las computadoras como sistemas para ma¬

nejar las reservaciones de pasajes en una línea aérea, las cuen¬tas bancarias y los registros de un inventarío. Estos sistemas son

precursores de los sistemas de archivo que en lo futuro seránusuales en las compañías de seguros, agencias de alquiler de

V

c Compu¬tadora

(

¡Zas! ¡Pul!

. (Memoriaauxiliar(

7 seg5 segc(

Dispositivo deentrada y salida

(

&c

FIGURA 9.

(

(

(Cuando sólo la computadora es lo bastante rápida. Enlos dos tipos de aplicación de computadoras descritos anterior¬mente, el hombre y la máquina compiten por efectuar eltrabajo de que se trate, y la computadora triunfa porque es

más económica. Pero en algunos casos no hay alternativa po¬sible; el hombre sencillamente no puede responder con lasuficiente rapidez. Veamos un ejemplo.

Algo que puede ser un cohete balístico intercontinental(ICBM) es detectado por el radar y se ve que va dirigidohacia los Estados Unidos. No hay tiempo que perder. Lanaturaleza del cohete debe ser verificada y hay que tomar una

decisión acerca de su intercepción, todo en medio de gran pri¬sa. Desafortunadamente no hay tiempo para volar y aproximar.se a identificar el objeto; esos días han quedado muy lejos. Elúnico método práctico ahora consiste en rastrear el objeto porradar y, sobre la base de esa información, computar su velo¬

cidad y destino probable; luego, rápidamente, hay que ver si

(

(

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(

(

(114 / computación utilización de las computadoras en obras de ingeniería / 115

puede ser alguna de las aeronaves o naves espaciales no ene¬migas que se sabe pueden estar en el área. Con esta informa¬ción se tiene que tomar una decisión: olvidarse del intruso,esperar o interceptarlo. Todo esto hay que realizarlo en unospocos segundos; únicamente una computadora es capaz de talrapidez. Si se lanza un cohete interceptor, su dirección cons¬tituye otro desafiante problema que sólo la computadora puedemanejar (Fig. lí))_ .

En este upo de aplicación de las computadoras sobresale .

notablemente la rapidez con que suceden las cosas. Ciertosprocesos de fabricación, como el del laminado del acero paratransformar gruesas planchas de este metal en láminas o placasdelgadas, se efectúan a tan alta velocidad que es imposible

_que seres humanos los controlen. Asimismo, en un sistemapara evitar choques entre aeroplanos los tiempos de reacciónhumanos son demasiado largos. En éstos y en un número cre¬ciente de otros ejemplos, los ingenieros tienen que recurrir alas computadoras para que ellas hagan el trabajo.

puesto, característico de los sistemas de computación de tiempocompartido.

Algunos procesos de manufactura se asemejan al control

del tráfico aéreo, en el sentido de que comprenden gran nú¬

mero de variables (temperaturas, presiones, velocidades, etc.)

que están interrelacionadas y sujetas a cambio frecuente. .Nin¬

gún ser humano o grupo de personas puede afrontar tales

situaciones al mismo tiempo. Análogamente, en las operaciones

.militares modernas a gran escala se tienen demasiados encuen¬

tros, objetos en movimiento, localizaciones, eventos, suminis¬

tros, etc., que resultan excesivos para la mente humana. Es

muy notable en tales situaciones el gran número de eventos.

variables o condiciones interrelacionados y cambiantes, que

sobrepasan la capacidad de la mente humana para captarlos

todos a la voz. Una computadora no tiene problema para ha¬llarlos ...Resumen. En general, cuando un ingeniero incluye a una

computadora en su solución a un problema, es al menos por

de las cuatro razones recién expuestas. En algunos casos

no hay alternativa; sólo una computadora puede realizar el

trabajo. Pero, en la mayor parte de las aplicaciones, el pro¬

blema es de naturaleza económica: el ingeniero compara

costos y halla que la computadora es, con mucho, el medio

costoso. El proyectista del sistema de preparación de

(

(

FIGURA II. Una vez por segundola computadora recibe informacióndel ladar acerca de la posición derada aeroplano en su región decontrol de tránsito aéreo.Almacena tal información en

forma de coordenadas X-Y-Z. I.oque se muestra anuí es el"archivo" de la computadoracorrespondiente al Vuelo A7I5para dos segundos sucesivos. Lacomputadora realiza lo mismo coniespecio a otros aviones que esténl»a)o su control en ese tiempo,cambiando su atención tapida¬mente de un aeroplano al siguiente.La máquina puede hacer más que

simplemente almacenar posiciones.Por ejemplo, puede predecirdónde estará cada aeronave en

un futuro cercano, como se ve

en las columnas de posicionespredichas. Realiza esto utilizandolas posiciones presentes e

inmediatamente anteriores de losaviones para calcular su velocidady tumbo. Con esos datos calculadónde estará un avión 5 y 10segundos después. En esta formala computadora puede prever

situaciones potencialmentepeligrosas y poner alerta alpetsonal de control de tránsito.Los controladores de tráfico aéreopueden solicitar a la computadoiaque presente gráficamente esa

información en sus pantallas,inclusive las posiciones predichas,tanto para determinadosaeroplanos, como para todos losaviones de su área.

I

(FIGURA 10. Para interceptar ydestruir un ICBM que penetre loslímites de defensa, se tiene que

predecir la trayectoria del intrusoy calcular la posición de un puntode intercepción, que es probableque esté a cientos de kilómetrosde JU posición presente. Así, pues,el interceptor tiene una trayectoriacalculada que tiene que seguirhasta el punto de encuentro.Desgraciadamente hay fuerzas quetienden a apartarlo de su curso.Por lo tanto, es necesario detectarpor radar las desviaciones conrespecto a ¡a trayectoria fijada,calcular las correcciones de cuiso

necesarias y transmitir estasinstrucciones de dirección oguiamiento al interceptor. Estasucesión de pásos: detectar laposición, calcular las correccionesy transmitir las señales, prosiguecontinuamente. El sistema guiadordebe reaccionar en microsegundosen vista de la velocidad delproyectil teleguiado de 28,000km/h. Mientras sucede todo loanterior, el radar continúadetectando el movimiento delintruso y la computadora

“actualiza” su predicción de latrayectoria del misil y la posicióndel blanco. En consecuencia, elinterceptor tiene que ser ditigidohacia un punto variable deimpacto. Y eso no es todo. UnICBM sin duda estará acompañadode cientos de señuelos inofensivoso falsas señales. Los objetos realesdeben ser clasificados en brevelapso. Tales obstáculos complicantodo el proceso considerablemente.Una cosa es absolutamente cierta:estos cálculos no pueden ser

realizados en el debido tiempo porpersonal que ocupe varios edificiostotalmente llenos.

una {Demasiadas cosas que vigilar. Supóngase que hay 30 aero¬planos en el aire alrededor de un aeropuerto. ¿Cómo podríaun hombre vigilar el movimiento de todos? ¡Es imposible!Pero una computadora sí puede (Fig. 11). Para cualquierobjeto práctico la computadora vigila el curso de todos losaviones continua y simultáneamente. Sin embargo, en realidadconcentra su atención en uno.de ellos a la vez, cambiándolade uno a otro y actualizando su conocimiento del paradero decada uno con una frecuencia más que satisfactoria. Este pro¬ceso de vigilancia o exploración a alta velocidad

í

(menoscuentas de la empresa de energía eléctrica comparó los costos

totales de elaborar las cuentas utilizando calculadoras de es¬

critorio, máquinas de contabilidad y una computadora, y halló

que con ésta el costo era mínimo.

Las principales clasificaciones de los usos de las compu¬

tadoras (págs. Ill a 115) no son todas inclusivas, ni mutua¬

mente exclusivas. Es posible hallar una aplicación de las

computadoras que no pueda colocarse en ninguna de esas ca¬

tegorías, ni hay objeto alguno en intentar hacerlo. El principalobjeto de este sistema de clasificación es servir de ayuda prác¬tica al lector para que enfoque su atención en aplicaciones de

computadoras que son potencialmente convenientes. Inciden-

es, por su-

(Trayectoria

pronosticada:-

(IntrusoInterceptor

/ (

R II ffAIIí*= r M%I!

f O

Vuelo A715Vuelo A715

y// 1 rrT - 27+5 7+107-2 7-1 77—2 7-1 7 7+5 7+10#ii

8.948.40 7.95

26.96 26.912.08 2.03

8.858.94 8.49 8.04

27.03 27.02 26.97 26.92

2.14 2.14 2.14

9.03 8.94

27.03 27.02

2.14 2.14

x 9.12 9.03

y 27.04z 2.14 2.14

Computadora 27.0227.01 í2.14Información 2.13Radar Radar

Decisiones

Posiciones, 1 y 2 Posiciónsegundos antes actual

Posicionespredichas-

(b) 7= 9:22:03(A) 7=9:22:02

(

(

c 116 / computación el futuro / 117

( talmente, por esas mismas razones básicas, tales máquinas se

emplean en la mayor parte de las actividades intelectuales,incluyendo la medicina, los negocios, el Gobierno, la educacióny las ciencias. Por consiguiente, el estudio de éste capítuloproporciona una apreciación de la forma de empleo de lascomputadoras en cualquier campo.

Supongamos que el lector tiene que predecir los esfuerzos en

una estructura que diseña. Dispone de un modelo matemáticocaprichoso e imaginario para efectuar el trabajo, pero le to¬

maría varios días de cálculo el resolver a mano el problema.Tiene también un modelo simplificado que requerirá mediahora de cálculos a mano. El lector sabe qué modelo estaríainclinado a utilizar, aun cuando el mác simple sea menosexacto. Desde luego, compensaría ia incertidumbre de sus

predicciones sobre los esfuerzos utilizando en su diseño fac¬tores de seguridad relativamente grandes. Pero ahora, con lacomputadora, es posible que emplee el modelo más complicadoy aproveche la oportunidad de hacer predicciones más exac¬tas y con factores de seguridad reducidos.

La computadora está ayudando a los ingenieros a hacerun mejor empleo de lo que se sabe, como se ilustra en la pá¬gina 102, aunque apenas empieza a avanzarse en este aspecto.

Finalmente, la computadora ha ampliado grandemente “lacapacidad de realizar” del ingeniero. Muchos de los más no¬

tables logros del hombre en la astronáutica, la fuerza motriznuclear, el aerotransporte y las telecomunicaciones, hubieransido imposibles de alcanzar o, por lo menos, hubieran tomadomucho tiempo, sin las computadoras.

(

(

:(EFECTOS GENERALES DE LAS COMPUTADORASSOBRE LA INGENIERIA

La computadora tiene.ahora gran influencia en la inge¬niería. Por un lado ha producido un empleo más extenso delas matemáticas. Un antiguo practicante de la ingeniería po¬dría decir al. lector: “No hay que preocuparse por todas lasmatemáticas que se tienen que aprender en la escuela de in¬geniería; la mayor parte de ellas no se necesitarán en el tra-'bajo.” Pero hay que tener cuidado, porque las cosas han cam¬biado. Antes del invento de las computadoras muchas técnicasmatemáticas muy refinadas servían principalmente para quelos matemáticos demostraran sus proezas en las aulas y en loslibros. El uso práctico de tales técnicas estaba severamente

restringido a causa de la gran cantidad necesaria de horas-hombre para resolver las ecuaciones. Ahora este obstáculo hasido eliminado. Es posible aplicar actualmente una ampliavariedad de poderosas técnicas matemáticas, puesto que lacomputadora hará todas las laboriosas operaciones con rapidezy a un costo razonable.

La computadora está reduciendo a un mínimo el trabajorutinario, repetitivo y tedioso del ingeniero. Dese.una rápidamirada a las páginas 102-106 y obsérvese que en todos los casosla computadora reduce impresionantemente el número reque¬rido de horas-ingeniero. Ciertamente este cambio ha sido muybien recibido. No indica que el ingeniero ya no tenga que hacercálculos con lápiz y papel, ni dibujar o buscar en archivos,todavía tiene que hacerlo, pero ya no lo hará por períodosprolongados. La computadora hace en los cálculos de inge¬niería lo que un tractor realiza en los trabajos de construcción.

La capacidad de ahorro de trabajo de la computadoraproduce otro beneficio. Antes de que hubiera estas máquinas,los ingenieros frecuentemente se veían obligados a hacer sim¬plificaciones burdas e inconvenientes en sus modelos matemá¬ticos y de simulación. Hay una razón muy'práctica para talsimplificación: obtener ecuaciones que puedan resolverse ymodelos de simulación que puedan manipularse “a mano” en

un lapso razonable. Lo anterior es esencialmente prácticocuando se está bajo la presión de tener que resolver un pro¬blema lo más rápido posible, lo cual es típico en la ingeniería.

rcc •.

cc

cEL FUTURO

(Los efectos ya descritos de la computación de tiempo

compartido sobre la ingeniería, dan un indicio de la graninfluencia que tendrán las computadoras. Imaginémonosdepartamento de ingeniería con varios cientos de ingenierosdistribuidos en muchas oficinas y edificios. Tienen a su servicioun sistema de computadora de tiempo compartido con 40 ter¬

minales de entrada y salida, situadas de modo que todo inge¬niero tenga acceso conveniente a la computadora. Todas lasestaciones incluyen un teletipo, algunas tienen equipo gráficosimilar al que aparece en la Fig. 2, otras tienen dispositivosde lectura de cintas y tarjetas, y otras cuentan con graficadorase impresoras. Desde su terminal un ingeniero puede iniciarbúsquedas de información, solicitar datos de los archivos de¬partamentales, resolver ecuaciones y hacer casi cualquierque haya de ser realizada por la computadora. Puede escribirun programa de computadora, ensayarlo, “limpiarlo” (qui¬tarle los defectos y equivocaciones) inmediatamente después,y cuando ha obtenido un programa utilizable da instruccionesde almacenarlo a la computadora. Todo el que quiera empleartal programa puede solicitarlo así desde cualquier terminaly lo tendrá a su disposición inmediatamente.

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(

118 / computación el futuro / 119

Este sistema puede tener terminales a miles de kilómetrosde distancia, en oficinas secundarias u otras divisiones de lacompañía, ligadas a la gran computadora central por mediode líneas telefónicas. Tal compartición de una computadorapor una compañía permite contar con una máquina más gran¬de y de mayor capacidad, en vez de adquirir un cierto núme¬ro de máquinas de menor tamaño v distribuirlas en la empre¬sa. También permite que todos los ingenieros de la compañíacompartan información técnica y programas de computadoraen forma conveniente y rápida. Tales sistemas son posibles,pero están todavía muy lejos de ser una cosa común.

Por supuesto, mucho de lo que los ingenieros hagan conlas computadoras en el futuro dependerá de la comparticiónde tiempo. Es muy difícil que un ingeniero se pase toda lamañana frente a una terminal gráfica bosquejando diversosdiseños, obteniendo diferentes vistas de sus dibujos, haciendocálculos, etc., si su actividad requiere la atención completa deuna computadora que vale un millón de dólares. Pero no es

así; en las cuatro horas que el ingeniero trabaja ante su ter¬

minal realmente utiliza sólo 12 minutos del tiempo de lacomputadora, en forma de muchas pequeñas operaciones quetoman fracciones de segundo. Durante el resto de las cuatro

horas la máquina está a disposición de las otras 39 termi¬nales.

para un sinnúmero de detalles, y tal memoria no se llena deinformación inútil, pues cuando se le ordena olvidar, lo haceinstantánea y completamente.

A medida que se mejoren las computadoras y sus progra¬mas, las máquinas librarán a los ingenieros cada vez más detrabajos repetitivos y rutinarios, permitiéndoles tener,más tiem¬po para el pensamiento creador y analítico. Asi, pues, la fron¬tera entre lo que los seres humanos hacen mejor y lo que lascomputadoras hacen mejor se desplaza gradualmente, pero en

beneficio del ingeniero.

(

( '

fEjercicios

1. Escriba usted un artículo sobre uno de los temas siguien¬tes, describiendo lo que la computadora puede hacer porlos ingenieros y qué oportunidades y retos existen en elárea que seleccionó.

a) Técnica gráfica de computadora.b) Control numérico.c) Almacenamiento y recuperación de información me¬

diante computadora.d) Simulación digital mediante computadorae) Compartición de tiempo.

(

La revolución de las computadoras en la ingeniería apenasha comenzado. Habrá muchas nuevas aplicaciones y numero¬

sas ampliaciones de las existentes. Incidentalmente, ningunade las aplicaciones descritas aquí ha llegado a su término;todas están en la etapa evolutiva. De modo que hay un abun¬dante número de oportunidades y retos tecnológicos para elestudiante actual.

Es útil considerar a un ingeniero y a la computadora que

utiliza como una sociedad en la que se complementan el hom¬bre y la máquina, realizando cada uno las funciones para las

que está mejor adaptado. El ser humano no tiene substituto en

la invención, el razonamiento, el reconocimiento de configu¬raciones y el aprovechamiento de la experiencia. Se adapta

rápidamente a una notable variedad de trabajos. Es insupe¬rable para trabajos relativamente cortos, debido a que su tiem¬

po de preparación (o sea, el necesario para tener a la manolápiz y papel) es generalmente breve.

En contraste, la computadora realiza los trabajos repetitivosy rutinarios con eficacia y precisión, sin fastidio o fatiga,aproximadamente en una millonésima del tiempo requeridopor los seres humanos. Necesita que se le den instruccionesuna sola vez, y después las sigue cualquier número de vecessin apartarse de ellas ni un ápice. Tiene una memoria perfecta

1

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(

c(

8.( CAPITULO

(

(

El proceso de diseño:

formulación del problema(

(

(

A CONTINUACIóN presentamos el procedimiento general pararesolver un problema de ingeniería:(

Comprensión deun problemapor resolver

•Formulación del problema: el problema de que se trate se

define en forma amplia y sin detalles.

•Análisis del problema: en esta etapa se le define con tododetalle.

•Búsqueda de soluciones: las soluciones alternativas se reú¬nen mediante indagación, invención, investigación, etc.

•Decisión: todas las alternativas se evalúan, comparan y se¬leccionan hasta que se obtiene la solución óptima.

•Especificación: la solución elegida se expone por escrito de¬talladamente.

(

(Formulacióndel problema

Análisisdel problema

( Elproceso

dediseño

Investigación

Este procedimiento de cinco fases, el proceso de diseño, se

describirá en éste y en los siguientes cuatro capítulos.El proceso de diseño abarca las actividades y eventos que

transcurren entre el reconocimiento de un problema y la espe¬cificación de una solución del mismo que sea funcional, eco¬

nómica y satisfactoria de algún modo. El diseño es el procesogeneral mediante el cual el ingeniero aplica sus conocimientos,aptitudes y puntos de vista a la creación de dispositivos, es¬

tructuras y procesos. Por tanto, es la actividad primordial dela práctica de la ingeniería. Cualquier cosa que sea lo quediseñe un ingeniero; ya sea un generador de energía nuclear,un vehículo submarino, un sistema bélico, una presa, una

prensa de imprenta, una planta procesadora de alimentos o

un corazón mecánico, realizará ese trabajo mediante el mis¬mo proceso básico de diseño. Ahqra presentaremos un detalla¬do modelo verbal de este procedimiento.

( Decisión

( Especificación

(

(

(Solución

:ompletomcntcespecificada

(

(FIGUH I.

( 121

(

}

formulación del problema / 123122 / el proceso de diseñoí

FORMULACION DEL PROBLEMA

Sacosalmacenados¿Se intentaría resolver un problema sin saber en qué con¬

siste? Seguramente que no; sin embargo, esto es exactamente

lo que uno está inclinado a hacer y que difícilmente puede. conducir a una resolución efectiva. Lo que verdaderamente

tteríe sentido es conocer tanto el problema que se trata deresolver cómo saber si vale *jhc:pena resolverlo, antes de lan¬zarse a considerar los detalles. También es conveniente tener

una vista panorámica del problema desde el principio, por¬que uña vez que uno se sumerge en los detalles es material¬mente imposible tener una amplia perspectiva. Por lo tanto,los objetivos principales de la formulación de un problemason-definir en-términos-generales en que consiste, determinarsi merece nuestra atención' y obtener uña buena perspectivadel problema cuando sea más oportuno y fácil hacerlo. Esobvio que éstas son cosas que deben conocerse al principio.Esta importante fase del proceso de diseño, un hecho cuyaimportancia no se ve con claridad, requiere sólo una pequeñaparte del tiempo total dedicado a un problema.

Raramente se le presenta el verdadero problema al inge¬niero; más bien, él mismo debe determinar en qué consiste.Esto suele ser difícil porque su naturaleza a menudo es encu¬bierta por mucha información sin importancia, por las solu¬ciones que se emplean corrientemente, por opiniones queoriginan confusión y por las formas tradicionales y desventa¬josas de considerar un problema. Tal situación es empeoradapor el hecho de que en la escuela se acostumbra presentar los -problemas a los estudiantes de manera absolutamente ajena a

la realidad, de modo que los ingenieros noveles carecen de lapráctica y la aptitud necesarias para definir los problemas.En vista de tales circunstancias y de las consecuencias de una

definición descuidada e ineficaz de un problema, correspondeal lector empezar ahora a desarrollar su habilidad en la formu¬lación de problemas reales.

)

(¡¡¡Tolva para' mezclado

.: •

•..'J

BásculaB§7c§jp

Pila desacos vacíos

Cosedora

Vagoneta

(-:.

f_Camión g¡| í

El operario C dobla y cose laboca del saco.[T) Pila de sacos por llenar

(Elÿ operarioÿ levanta de la pila uryaco El operario D toma el saco y lo pone

© cóntroíandoÿanuaNentHa0rap¡d€z*de’ t*> La vagoneta cargada se lleva al almací

descarga.

El operario A pasa el saco lleno al B.

El operario B comprueba el peso ym agrega o quita material cuando esUJ necesario ajustarlo aproximadamente

a 50 kg

El operario B pasa el saco al C.

r-A Los sacos son apilados por losL°/ operarios E y F.d)VT7 Los sacos quedan almacenadosV hasta su venta.

Los sacos se cargan a un camión dedos a tres a la vez, mediante unmontacargas y luego se entreganal cliente.

FIGURA 2. Sistema actual dellenar, almacenar y cargar lossacos de alimento para ganado.$

<Un caso concreto. La dirección de una gran empresa quedistribuye alimentos para ganado está preocupada por el costo

relativamente elevado de manejar y almacenar sus productos.Se encargó el problema a un ingeniero para que tratase delograr una reducción significativa de los costos. En la actua¬

lidad los productos se colocan en sacos y almacenan comose indica en el esquema de la Fig. 2.

Una tendencia común es la dé tratar inmediatamente dehallar posibles mejoras a la solución existente (generalmentehay una). En este problema uno se siente inclinado a comen¬

zar por esrudriñar la solución descrita en la Fig. 2, buscando

mejoras que puedan hacer más económico el proceso. La per¬sona que haga esto, de inmediato tendrá que considerar cosas

tales como el equipo para llenar, pesar y coser los sacos, ladisposición de las instalaciones, las formas de transportar lospesados sacos, los medios de combinar las operaciones y otras

mejoras posibles.Lo anterior es exactamente lo que no se debe hacer al

atacar un problema: meterse inmediatamente en el procesode producir soluciones (lo cual tiene su momento adecuado,como se verá después) . Obsérvese que al proceder así se estátratando de generar o producir soluciones a un problema que

(

(124 / el proceso de diseño formulación del problema / 125

( Amplitud de ka formulación del problema que realice el

lector. En las formulaciones 2 y 3 se supone que el producto

está dentro de sacos en el estado B. En la 4 sólo se especifica

“el camión”, abriendo el problema a soluciones en que no

intervengan sacos. En la 5 únicamente se especifica "un me¬

dio de entrega” para el estado B, admitiendo así soluciones

adicionales en las qu

cia hacia una definición menos concreta de los estados A y B

continúa hasta que sólo se mencionan el productor y elsumidor, dejando la puerta abierta a una amplia variedad de

métodos de manejo, formas de transporte, tipos de empaque,

etc. Así pues, es evidente que a medida que son más gene¬

rales las especificaciones supuestas para los estados A y B, son

más numerosas y variadas las soluciones alternativas de que

puede disponer el proyectista. Hay que tratar de que la formu¬

lación sea tan general como lo amerite la importancia del

problema. El no seguir esta norma hará que campos enteros

de ventajosas posibilidades sean excluidos innecesariamente de

la consideración. La mayor parte de las personas que tra¬

ten de resolver el problema de los alimentos de ganado supon¬

drán automática e injustificadamente que el estado B son los

sacos apilados en el almacén, y terminarán todo el proceso de

diseño sin darse cuenta de que ellas mismas han limitado a ese

grado el problema.En la formulación 2, del estado B llega sólo hasta la pila

de sacos del almacén (Fig. 3). La formulación 3 extiende el

no se ha definido todavía. En realidad, este procedimientoresultará muy costoso para la persona que lo emplee.

NOTA. La solución de un problema no es el problemamismo. Lo anterior parece obvio y, sin embargo, probable¬mente el lector haría esto mismo: atacar la solución presentey no el problema. Hay una sutil, pero importantísima diferen¬cia entre desmenuzar o examinar la solución tratando deeliminar sus inconvenientes, y comenzar con una definicióndel problema y obtener metódicamente una solución adecuadamediante el proceso de diseño. A fin de cuentas, el segundoprocedimiento contribuirá en gran parte al funcionamiento

intervengan camiones. Esta tenden-( e no

con-(

¿Percibe el lector diferencias adecuado del diseño logrado.

en las soluciones que podrían —Ahonl* * sabrquéTís lo que no hay que hacer.(resultar de estas diversas

formulaciones?¿Qué debe hacerse? Precisamente al comenzar se debe ex¬presar en términos generales el problema particular, ignorandolos detalles por el momento y concentrándose en la identifi¬cación de los estados A y B (que pueden llamarse “entrada”y “salida” si se quiere). A continuación se dan algunas formu¬laciones alternativas del problema de los alimentos para ga¬nado.

(

Hallar el método más económico de : ..

1I Itenar pesar coser y apilar los sacos.2) Pasar los productos del depósito de mezcla (estado A) a los

sacos apilados en el almacén (estado B).3) Pasar los productos del depósito de mezcla a sacos en el

camión de entrega.

4) Pasar los productos del depósito de mezcla alcamión de entrega.

5) Pasar los productos del depósito de mezcla aun medio de entrega.

6) Trasladar los productos del depósito de mezcla alos depósitos de almacenamiento de los consumidores.

7) Trasladar los productos desde los depósitos de almacenamientode los ingredientes hasta los depósitos de almacenamiento delos consumidores.

8) Trasladar los productos desde el productor hasta el consumidor.

La formulación 1 es inaceptable, pues no identifica los estadosA y B y contiene restricciones: “llenar, pesar, coser y apilar”,

un problema. Obsérve¬se que estas restricciones son características de la soluciónactual. Las formulaciones de la 2 a la 8 son aceptables, perono son recomendables en igual grado. Esa disposición deformulaciones y el hecho de que las probables consecuenciasde seguir cada una sean completamente diferentes, planteauna importante cuestión que se conoce por “amplitud” de laformulación de un problema.

FIGURA 3. Formulacionesalternativas del problema dedistribución de alimentos paraganado que ilustran las

formulaciones progresivamentemás amplias de un problema.

(

( nu.

Estado B

Mezcladora de pienso Sacos de piensoapilados

en el almacén

(Estado B

9Sacos de piensocargados en el

ión repartidor

Mezclador» de pienso

( cam

fFormulación]

M

Estado B

Mezcladora di pienso Pienso descargadoen los depósitos

del cliente(

que no caben en la formulación de

(Estado BEstado .1

w’ienso descargadoen los depósitos

del cliente

Ingiiens

redientes delo en su origen

i

wm

MJ(

(

(

(

(

formulación del problema / 127126 / el proceso de diseño(

estado B hasta el camión y la 6 lo lleva hasta el consumidor.E« las formulaciones 7 y 8 se extiende el estado A. En cadauno de estos casos el problema se extiende o amplia deque abarque más del problema total. En general, debe tratarsesiempre de formular un problema de modo que comprenda oincluya tanto del problema total, como lo bermitan la situa¬ción económica y los límites de la organización. Cuanto másse divida un problema total en subproblemas que hayan de serresueltos por separado, menos efectiva será probablemente, lasolución total. Si la puesta en sacos de los productos se trata

problema, el transporte y el apilamiento en el alma¬cén como otro, el traslado hasta el consumidor como otro yla descarga de los camiones como otro más, el sistema de dis¬tribución de los productos que resulte finalmenteprobable que esté muy lejos de ser el óptimo. Al tratar este

problema con amplitud se tienen muchas probabilidades deobtener un sistema total

lación amplia de los problemas es que hay mayor probabilidadde obtener soluciones notablemente mejores. Hay grandes

oportunidades para los ingenieros capaces de atacar problen

en una forma amplia, fuera de la común. El siguiente estudio

de un caso ilustra lo que propugna el autor.

La ciudad X tiene un grave problema de estacionamientociento de su zona comercial está ocu-

(íasmanera

(

de autos. Cuarenta por

pada por estacionamientos. Esto ha impulsado a ios funcio¬

narios de la ciudad a contratar a un ingeniero consulto! para

diseñar un edificio de varios pisos que sirva para estacionar

600 autos. Será la primera de una serie de edificaciones se¬

mejantes que se construirán en el área congestionada.(Este problema urbano se presentó principalmente porque

varios años antes los solucionadores de problemas, con una

vista insuficientemente amplia del problema de la comunidad,

sugirieron la construcción de una red de supercarreteras, ha¬

ciendo que fuese muy rápido y sencillo viajar por automóvil

entre los suburbios y la zona central de la ciudad. El resultado

fue impredecible. Los residentes suburbanos aprovecharon el

túnel de alta velocidad que conducía al corazón de la ciudad

e inundaron de autos la zona comercial.)Antes de especificar los detalles de las instalaciones desea¬

das, el ingeniero dedica alguna consideración al problemapara el cual las edificaciones propuestas son supuestamente la

solución. (Obsérvese que al ingeniero se le dio la solución que

idearon los funcionarios de la ciudad para ese problema. Su

tarea consiste entonces en adaptar esa solución de manera que

sea estructural, económica y funcionalmente adecuada.) El

ingeniero visualiza el problema fundamental como el de tras¬

ladar una gran parte de la población de su lugar de residencia

sitio de trabajo. Hay una diferencia importante entre esta

co

es muy

-(muy superior a cualquier otro.

El detalle con que se especifiquen los estados A y B y laporción del problema total que comprendan, se denominaránen lo sucesivo “amplitud de la formulación del problema”. Laformulación 8 del problema de los alimentos para ganado esciertamente más amplia que la 2.

(

(Importancia de una formulación amplia. El ingeniero en¬cargado de este proyecto acertó al eliminar la limitación deutilizar sacos y, por lo tanto, abrió el problema a la posibilidadde manejar los productos a granel. Asimismo, su formulaciónabarcó la entrega al consumidor, lo cual despejó el caminopara entregar los alimentos a granel en los depósitos de alma¬cenamiento de los granjeros. El resultado fue que, después demuchos años de realizar el penoso trabajo de cargar y descar¬gar los pesados sacos llenos de alimento, los repartidores en¬tregan ahora el producto impulsándolo con aire a través de

manguera que va desde un camión de reparto especial,el cual es un gran “depósito sobre ruedas”, y que descargadirectamente en los depósitos de almacenamiento de los gran¬jeros. (Este sistema se asemeja mucho al procedimiento usualde entregara domicilio el gas o el petróleo combustible descar¬gándolo en tanques estacionarios.)

El tratamiento con amplitud de problemas que fueron ata¬

cados previamente por partes, puede dar excelentes resultados.Estamos rodeados de problemas que no han sido resueltos de

satisfactoria, principalmente porque sus solucionadoresrazonaron con la “estrechez de miras” ordinaria y tradicional.Lo anterior se aplica a la enseñanza, los negocios, la medicinay muchos otros campos, así como a la ingeniería. La razón deque el autor recomiende con particular insistencia la formu-

(

(

a su

formulación del problema y la solución restringida dada al

consultor. Su formulación amplia abre el problema a un gran

campo de soluciones prometedoras. Una es un sistema de trán¬

sito de alta velocidad. Por supuesto, en

lizada por el ingeniero nada impide la posibilidad de un tipodistinto de comunidad urbana que reduzca la necesidad del

una

esta formulación rea-

(

transporte en masa.El ingeniero cumple su deber ético.- Informa a los funcio¬

narios de la ciudad que en su opinión el aumentar la extensiónde los estacionamientos de la misma no es la solución corree-

(

(ta del problema y que se abstiene de diseñar las instalaciones

propuestas. En vez de eso, expone su consideración del pro¬

blema y algunas soluciones alternativas que se derivan de ella.sostenerla

manera

El adoptar una amplia perspectiva del problema y

cuando tal actitud es lo mejor para los intereses de su clientees una característica de un ingeniero profesional.

(

C

(

(

128 / el proceso de diseñoformulación del problema / 129

¿Con qué amplitud puede usted formular un problema?Esta es una decisión que usted tiene que tomar. Una formu-

problema es un punto de vista: la forma en queusted lo concibe. Puede consistir sólo en algunas ideas o unascuantas notas o apuntes escritos de prisa. No es irrevocable oinmutable; podrá ser cambiada si se considera necesario o de¬seable. En consecuencia; usted debe formular problemas conamplitud, pues es Su prerrogativa y, de hecho, su obligaciónprofesional. Si no se procede de este modo, uno se engaña así mismo y engaña a su cliente. Sin embargo, el idear unaformulación amplia de un problema es una cosa y el gradoen que uno pueda aplicarla en el resto del proceso de diseñoes un asunto completamente distinto. El cumplimiento cabalde una formulación puede ocasionar un conflicto directo conlas decisiones ya tomadas por su cliente o patrón, o bien puedeconducir a áreas de decisión que son de la responsabilidad deotras personas de la organización. El ingeniero encargado delproblema de la distribución de alimentos para ganado encon¬tró cierta oposición cuando intentó llevar a cabo su formu¬lación amplia en términos de “productor a consumidor”. Tuvoque persuadir a las personas responsables de las decisionescorrespondientes de que descartaran la idea de los sacos indi¬viduales, de cambiar los métodos de almacenamiento, de alte¬rar las normas o sistemas de ventas, etc. Él tuvo éxito, peropor una variedad de razones posibles alguien podría muy bienhaberle dicho que desistiera de sus propósitos, obligándolo aemplear una formulación más estrecha que fuera en contra

de los intereses de la empresa.El grado en que se justifique y pueda uno llevar a cabo

una formulación amplia de un problema dependerá dei al¬cance de nuestras responsabilidades o autoridad, de la impor¬tancia del problema y de la limitación (si la hay) de tiempoy dinero que se tenga para su resolución.

la fecha y algunas otras especificaciones. Todo esto constitu¬

ye la “entrada” a la caja negra. La “salida” es también infor¬

mación, bajo la forma de confirmación de la solicitud o

presentación de las alternativas disponibles. Para la etapa de

formulación del problema, lo que ocurra dentro de dicha caja

no se conoce o carece de interés; esto substituye a los detalles

que estamos tratando de evitar per ahora y, por lo tanto, es

la clave de su utilidad. La anterior es una valiosa forma de

considerar un problema de procesamiento de información o

cualquier otro tipo de problema. La sencillez del método

de la “caja negra” encubre su utilidad como ayuda para la

resolución de problemas.Quizás ya se le haya ocurrido al lector que hasta ahora

no se le han dado reglas concretas y rápidas para formular un

lación de un

( .

c

.(

(Agresorvencido,sin daño

A>re<or"djífhtjdo''Una nación agresora

(

( Agjfá¿diada

A¿uaCualquierfuente potable

FIGURA 5. Algunas formulacionesde problemas conocid( Materia

prima útilHojarasca, basura,

chatarra, etc.

os, que

de amplitudDeseos muestran su aumentoo mejortratar de

to de vista. Se debeualizar en cada

pun

(ejemplo los posibles beneficios dela formulación más amplia. (En elprimer caso la mejor perspectivade emplear medios no destructivosabre el problema a la soluciónpara someter o vencer agresores,

tales como los métodos paraincapacitarlos temporalmente o

inhabilitar sus armas.)

styert)

APasajeros

en su casas en laespera

PaSijerés enPassal

Pasajeros en sulugar de destinoúón

(

de operaciones ” ~

Vaca enfermaen el establode su dueño

Vaca en el establode su dueño;

operación terminada

c Automóvil coninsuficiente

tracción

Cádooar detragáón

guardadas

ISqdepáspuestas enla* 'uedas

Automóvilcon tracción

adecuadaSolicitud dereservación(

Métodos de formulación de un problema. Un problemapuede formularse verbal o esquemáticamente de modo satis¬factorio, ya sea en el papel o en la mente. En muchos casosbastarán unas cuantas

El mismo,con una buena

educación

thmismo,conÿddltuloPFÓteshmal

Joven al ingresar

a la universidad/_LApalabras (pág. 125), o quizá sea pre¬

ferible un esquema (Fig. 3). El método de la “caja negra”para visualizar un problema es una formulación esquemática.La utilidad de este enfoque puede ilustrarse aplicándolo a untipo de problema que suele definirse insatisfactoriamente: elde procesamiento de información (Fig. 4). Por ejemplo, unaagencia que realiza reservaciones de asientos para un vuelo oun teatro, es un sistema de procesamiento de información. Elcliente potencial va con el vendedor de boletos y le entregauna solicitud que comprende un cierto número de asientos,

I problema. Ningunas reglas se justifican. No existe cosa tal

como la formulación correcta de un problema determinado,pero sí hay, por cierto, reglas más o menos ventajosas o utili¬

zares. Lo mejor que puede hacer el autor es ofrecer guías o

pautas que ya ha seguido, y citar algunos ejemplos (la Fig. 5

puede ayudar). Corresponde al lector aprovechar esas guías

y su propia experiencia para desarrollar su aptitud de formu¬

lación de problemas.

Confirmación ocotización de

las alternativasdisponibles

FMURA 4.

(

{

130 / el proceso de diseño

9Resumen. Se ha dicho que un problema bien definido estáprácticamente resuelto. Aunque esto es exagerado, sirve paradestacar la importantísima naturaleza de esta fase delceso

CAPITULO

pro¬de diseño. Un problema puede formularse con distintos

grados de amplitud. Estos van desde una definición muy am-.plia que máximiza el número y el alcance de las alternativasque pueden considerarse, hasta una que ofrezca muy pocalibertad para elegir las posibles soluciones Entre estos límiteshay que hacer la elección.

La “entrada” que interviene en la fase de formulación esinformación, vaga’ y mezclada con hechos sin importancia

y confusos, acerca de lo que se necesita o se quiere. La “saloda”, una provechosa formulación del problema, se convierteen “entrada” para la siguiente fase del proceso de diseño, elanálisis del problema.

(


análisis del problemauna (

(UN FABRICANTE de aparatos domésticos ha decidido introducirtentativamente al mercado un nuevo tipo de lavadora de ropa.

Esta máquina ha de realizar las tareas usuales que se esperan

de ella y también servir como máquina de lavado en

el hogar. Además, la dirección de la empresa ha decididoque:

1. La máquina no debe-tener más de 75 cm de ancho, 95 cm

de alto y 75 cm de fondo.

2. Debe funcionar con corriente alterna de 115 volts y 60 ciclos.

3. Debe ser aprobada por los laboratorios oficialmente

autorizados.4. Su costo de fabricación no debe exceder de 125 dólares.

5. Debe servir satisfactoriamente para todos los 'materiales

textiles naturales y sintéticos.6. Debe ser a prueba de manejos equivocados.

El ingeniero encargado de diseñar esta máquina de uso

múltiple basó su anáfisis del problema en una considerable

cantidad de deliberaciones, investigaciones y consultas, espe¬

cialmente con altos funcionarios de la compañía y expertos

en mercadotecnia, quienes están en estrecho contacto con las

preferencias del consumidor (Fig. 1). Su análisis, mostrado

en la Fig. 3, se discutirá en los artículos subsiguientes.

Especificación de los estados A y B. En la formulación de

este problema es suficiente identificar el estado A simplementelas telas sucias, y el estado B como las mismas telas, pero

limpias (Fig. 2). Sin embargo, para resolver el problema es

necesario saber más acerca de la entrada y la salida. Por lo

tanto, durante esta etapa del proceso de diseño se determinan

las características cualitativas 'y cuantitativas de los estados

Ay B, como se muestra en la Fig. 3.

Oíros hechosy opinionesimportantesEjercicios

1. Identifique los estados A y B del problema principal delas siguientes personas. Haga todas las suposiciones quesean necesarias.

(Informaciónirrelevante,opiniones

tradiciones,

seco enSu

formulaciónde'

problema etc.

M/a) Un muchacho repartidor de periódicos,b) Un montañista.c) Un cocinero o cocinera.d) Un bombero.e) Un profesor./) Un reparador de televisores.g) Un alfarero o ceramista.

(Análisis

del problema (

(

2. Formule el problema para el que cada una de las siguien¬tes es una solución. (Por ejemplo, la entrada usualengranaje de cambios o “caja de velocidades” es un ejeque gira a una cierta velocidad, y la salida es otro eje quegira a una velocidad diferente.)

a) Un sistema público de amplificación de sonido.b) Una plancha eléctrica.c) Un aparato acondicionador de aire.d) Un sistema telefónico.e) Un oleoducto interestatal./) Una planta embotelladora.g) Un aeropuerto.h) Una refinería de petróleo.») Una barredora de nieve.j) Un tren de transbordo (o sea. el que viaja entre dos

líneas ferroviarias principales).

(a un

Definición detalladadel problema en función

de especificaciones,restricciones, criterios, etc.

{FIGURA 1.

Tÿlas

sucias(

(

como(

Telaslimpias

FIGUM 2. (131

(

T(

(análisis del problema / 133

132 / el proceso de diseño( Muy pocas características de los estados A y B son cons¬

tantes. La cantidad de ropa que ona persona ponga en una

lavadora variará de carga a carga, y lo mismo la clase de* las

telas, la cantidad y tipo de suciedad, etc. (Ejemplos de otros

problemas: la entrada de mineral de hierro a una plantasiderúrgica varia en su composición química; la salida de po¬

tencia eléctrica de una central generadora varía efectivamenteen un cierto periodo, etc.) Estas características dinámicas delos estados A y B se llaman variables de entrada y variablesde salida,respectivamente.

Generalmente hay límites para el grado en que puedenfluctuar tales variables; por ejemplo, “el peso variable deentrada de la carga no puede exceder de 8 kilogramos”, lo •

cual se expresaría simbólicamente por fUsJ-P, 5r 8 kg, siendo•Pe el peso de entrada. Esto se llama una limitación de entrada,

y la equivalente para el estado B se denomina limitación de

salida. Para que un ingeniero pueda resolver satisfactoriamenteun problema, deberá contar con estimaciones de confianza de

los valores de las variables y de las limitaciones de entrada

y salida.

Restricciones. Una restricción es una característica de una

solución que se fija previamente por una decisión, por la Na¬

turaleza, por requisitos legales o por cualquier otra disposiciónque tenga que cumplir el solucionador del problema. En con¬

secuencia, las decisiones mencionadas anteriormente (pág.131) aparecerán como restricciones en la Fig. 3. Cada una

limita las alternativas que se le presentan al solucionador del

problema. Algunas restricciones limitan su elección a un inter¬valo de valores: “la máquina no puede tener un tamaño ma¬

yor de 75 X 95 X 75 centímetros”; otras fijan una caracte¬

rística de la solución: “debe funcionar con corriente alternade 115 volts y 60 ciclos”. Asi, pues, soluciones mayores que75 X 95 X 75 cm son inaceptables y cualquier otro tipo defuentes de energía está descartado. Generalmente, tales deci¬siones las hace quien emplea al ingeniero.

No todas las restricciones son aceptadas por el ingeniero.Por ejemplo, es posible diseñar una máquina limpiadora quesirva satisfactoriamente para todos los tipos de telas, pero elcosto de idear y fabricar una máquina verdaderamente de uso

general seria muy elevado. El ingeniero cree que el precio

probable de venta de una máquina que sirva para todas las

telas es desproporcionadamente más alto que el precio pro¬bable de una que sirva para casi todas las telas. Está conven¬

cido de que la decisión de que “sirva para todas las telas”carece de fundamento económico. En estas circunstancias, elingeniero tiene que decidir si deberá aceptar esta restricción.

Entrada : telas sucias

Variables de entrada

Tamaño de la carga __ .Peso de la carga —Tipo de tela —Grado de suciedad —Tipo de suciedad — —

Limitaciones de entrada___

Nopuede ser mayor que 115 dm3--No puede ser mayor que 8 Kg--Ninguna

---Ninguna--Ninguna

o(

(

( Salida : telas limpias

Variables de salida Limitaciones de salida(Cantidad de suciedad-----No mis del 3 % del valor de entrada

Grado de encogimiento --No mis del 0.5%(

l Variables de solución

Tamaño de la pieza

Forma de la pieza

Método para desprender la suciedad

Método para separar la suciedad de las telas

Fuente de energía

Materiales de construcción

(

o(

( Restricciones,

No mayor de 76 x 92 x 76 cm

Hay que utilizar 115 volts de C.-A.

Debe tenerse la aprobación de los laboratorios de control(Underwriters' Laboratories)

Su cosfo no debe exceder de 125 dólares

Debe operar a prueba de equivocaciones(

(Volumen de producciónCriterios

(Atractivo de venta

Costo de fabricaciónFacilidad de manejo

Seguridad para el operario

ConfiabilidadFacilidad de mantenimiento y reparación

Electividad de limpieza

Peso

Ruido

Aproximadamente 300.000 unidades

O( Uso

Un promedio de 1500 cergei dórentela vida de la máquina

(

(

(FIGURA 3. Página del cuaderno de apuntes delingeniero, que muestra su análisis del problemade la máquina limpiadora de ropa.(

(

Canálisis del problema / 135134 / el proceso de diseño

o bien tratar de que la dirección de la empresa reconsidere yposiblemente revoque su decisión original.

Además, es evidente para el ingeniero que dos de las res¬

tricciones impuestas son incompatibles: una máquina de usogeneral que tenga un costo de manufactura de 125 dólares omenos. Una b ambas restricciones deberán eliminarse para quepueda obtenerse una solución.

Por consiguiente, el lector probablemente no tendrá queobservar o cumplir todas las restricciones impuestas, general-

con la anuencia de quienes las establecieron, pues al¬gunas no podrán ser atendidas y otras podrán satisfacersesólo a un precio exageradamente alto. Seria ingenuo suponerque todas las restricciones son decisiones óptimas que debenaceptarse a ciegas. La mayor parle de las decisiones hechaspor ejecutivos, Tngenieros y otros .grado. Esto resulta del elemento de azar inherente a la bús¬queda de posibles caminos de acción, del tiempo relativa¬mente corto disponible para tomar decisiones, del papel pre¬dominante que desempeña el criterio u opinión personal en latoma de decisiones de la vida real, de las muchas implicacio¬nes y consecuencias futuras que son imprevisibles, del gradoen que se subdividen generalmente los problemas y se atacancomo subproblemas relativamente independientes, y del hechode que pocas decisiones se hacen sobre una basé completamen¬te objetiva.

Por tanto, no hay que aceptar automáticamente todas lasrestricciones dadas. Muchas veces una provechosa innovacióndebe su existencia a un ingeniero que no aceptó a ciegas comosólida e irrevocable toda restricción.

si tales productos forzosamente tuvieran que

ser puestos en sacos,*aun cuando nadie expresó que tuviera

que ser así. El hecho de que las restricciones ficticias no se

establecen usualmente por deliberación consciente, es la prin¬

cipal causa de su elusividad. Si fueran enunciadas explícita¬mente, su naturaleza imaginaria y a menudo absurda, saltaría

a la vista. Volviendo al problema de los piensos o alimentos

para ganado, supóngase que se enuncian como restricciones

algunas de las características de la solución actual, aunque

no lo sean: “los alimentos deben ser puestos en sacos; los sacos

deben manejarse individualmente”. Estas no son más que ca¬

racterísticas del sistema actual que se expresan substituyendo

las expresiones simples “se ponen” y “se manejan” por “deben

ser puestos” y “deben manejarse”. La citada solución es causa

frecuente' de restricciones imaginarias autoimpuestas. Es muy

fuerte la tendencia a tomar equivocadamente lo que es por

lo que debe ser. Debido a que todo el mundo tiene tal ten¬

dencia y teniendo presente que la eliminación de una restric¬

ción ficticia suele hacer que el problema admita soluciones

más ventajosas, es muy necesario estar prevenido contra esta

equivocación.

Variables de solución. Las soluciones alternativas de un

problema difieren en muchos aspectos. Las correspondientesal problema de la máquina lavadora de ropa difieren en ca¬

racterísticas tales como tamaño, forma, método para quitar la

suciedad de las telas, tipo de mecanismo y materialesque se construye la máquina. Las formas en que pueden dife¬

rir vías soluciones de un problema se llaman variables de so¬

lución. La solución final de

especificado para cadamaño, una determinada forma, etc.

Es esencial que el lector se cerciore de que ha entendidobien el propósito de la determinación de las restricciones y

variables de solución. El objeto no es conocer todas las formas

de restricción, sino darse cuenta de cuáles son las formas en

que no hay restricción alguna, y posteriormente aprovecharesta libertad en la búsqueda de soluciones. Para ayudarlo en

esta empresa, se recomienda al lector que primero identifiquetodas las variables de solución y luego determine cuáles son

justificadamente fijas o limitadas.

Criterios. Los criterios qu

mejor diseño deben identificarse durante el análisis del pro¬blema. Realmente, los criterios cambian muy poco de proble¬ma a problema; el costo de construcción o fabricación, laseguridad personal, la confiabilidad, la facilidad de manteni-

(pág. 122) como

(

(

mente

(

subóptimas en ciertoM,||

í,

(

(

(

con los

(FIGURA 4

un problema consiste en un valor

una de tales variables: un cierto ta-(

Restricciones ficticias. Considérese el problema de unir losnueve puntos de la figura 4 por no más de cuatro trazos rectossin despegar la punta del lápiz del papel. Algunas personasno pueden resolver este problema y otras necesitan muthotiempo para ello, porque injustificada e inadvertidamente qui¬zás, descartan la posibilidad de prolongar las líneas más alládel cuadrado formado por los puntos. Se comportan como siesto no estuviera permitido, aun cuando no se mencionó nin¬guna restricción en el enunciado del problema. Esta exclu¬sión injustificada e indeseable de una posibilidad o de un

grupo de ellas perfectamente legítimas, es una restricción fic¬ticia.

<

(

(

La mayor parte de las restricciones ficticias no son deci¬siones explícitas para descartar ciertas posibilidades, sino queel solucionador del problema actúa automáticamente como sialgunas alternativas hayan de ser excluidas. Muchos procede¬rían a resolver el problema de los alimentos para ganado

utilizarán para seleccionar ele se

(

(

(

136 / el proceso de diseño análisis del problema / 137

a mano, estas condiciones serán de poca importancia mientras

la cantidad producida sea sólo de diez máquinas. Sin embargo,

un número de 300,000 es una cosa diferente, pues en este

caso el ingeniero estará fundamentalmente interesado en la

forma en que los diversos diseños afecten el costo de manu¬

factura. Tal número, que recibe el nombre de volumen de

producción, tiene un efecto significativo en el tipo de solución

que será óptima para el problema, y obviamente debt . cono¬

cerse antis de comenzar la búsqueda de soluciones.

Análisis del problema - forma general. El análisis del pro¬blema comprende mucho trabajo de reunión y procesamientode información. El resultado es una definición del problema,en detalle, como lo ilustran las Figs. 3 y 5, que se esperamaximice las probabilidades de hallar una solución óptima.*Ahora ya está uno listo para iniciar la búsqueda de tal so¬

lución.

miento o conservación y otros semejantes se aplican casi entodos los casos. Pero lo que sí cambia significativamente es laimportancia relativa de cada uno de estos criterios. De ahíque en la mayor parte de los problemas la tarea primordialdel ingeniero con respecto a los criterios es conocer la impor¬tancia relativa asignada a varios de ellos por los funcionarios,clientes, ciudadanos y otras personas interesadas. Esta infor¬mación es importante; el siguiente ejemplo ilustrará por qué.Supóngase que la seguridad personal ha de ser un criterio degran peso en el diseño de un nuevo modelo de cortadorade césped rotatoria. Sabiendo esto, el proyectista o diseñadorconsiderará un número mayor de diferentes materiales, meca¬nismos, tipos de cortadores, métodos de descarga, etc., quelos que consideraría de ordinario en su investigación. Uncriterio especialmente importante afectará a los tipos de solu¬ciones que se destacan en la búsqueda de alternativas, y este

hecho debe ser conocido antes que principie tal búsqueda.

Entrada, con las variables de

y estas limitaciones:I¡=0

0<I2< b

etc.

sVariables de solución(

S/.S2.SJ,-,SNCon esta$ restricciones:

i S,=f<7fiSj<A

( efe.

Utilización. Si un río ha de ser cruzado en un punto deter¬minado sólo en muy raras ocasiones, es obvio que un puenteno será la solución que minimice el costo total (suma de loscostos de diseño, de construcción y de utilización). Por otra

parte, si millones de personas necesitan cruzar el río por dichopunto en cierto tiempo, un bote de remos no será el métodopreferible en lo que respecta al criterio de costo total. El nú¬mero de veces que ha de repetirse la transformación asociadaa un problema adquiere cierta importancia siempre que elcosto total (suma del costo de llegar a una solución, del costo

de crearla físicamente y del costo relacionado con su uso)sea el punto de interés. Y, ¿cuándo no es éste el caso? Recor¬demos el problema de los interruptores de tiras metálicas(pág. 14). El lector puede imaginarse qué tipo de métodosde fabricación se utilizarían si únicamente se necesitaran al¬gunos cientos (en vez de muchos millones) de ellos.

Para que un ingeniero pueda resolver inteligentemente un

problema, debe determinar primero la utilización o uso espe¬rados, es decir, el grado en que ha de emplearse la solución,puesto que tal grado afecta fuertemente el tipo óptimo deésta. En el problema de la máquina lavadora la utilizaciónes de 1500 cargas de tamaño medio durante la vida o dura¬ción del aparato.

Volumen de producción. Supóngase que solamente van a

construirse 10 máquinas lavadoras. En estas circunstancias elproyectista se preocupa poco de la facilidad de fabricaciónde su creación. Si se especificaron piezas o componentes nousuales de alto costo y se requieren métodos de fabricación

Ejercicios para el capítulo 9

1. Suponga que usted está diseñando lo siguiente:

a) Una enlatadora de legumbres.b) Una estructura que cruce el canal de la Mancha.c) Un cable telefónico submarino transocéanico.d) Una planta de energía eléctrica que utilice carbón

como combustible.

¿Cómo formularía usted cada uno de estos problemas?¿Qué información concerniente a la entrada y a la salidareuniría durante su análisis de cada problema? En cada

caso, enumere algunos de los principales criterios que us¬

ted crea que deben emplearse. Identifique las variablesde solución más importantes en cada problema.

2. ¿Qué restricciones puede usted señalar en cada uno delos estudios de casos presentados en el capítulo 2?

Salida, con las variables de salida

0h°e,°3, - ,°Ny estas limitaciones:

°¡>jOs<ketc.(

Criterio " CUso “ UVolumen de producción * V

FIGURA 5. Resumen de los tiposde información que debenreunirse en el análisis de un

problema. luis letras minúsculasrepresentan los valores numéricos

(

que se tienen en un problema real.Dada esta información sólo resta

hallar la combinación de valoresmaximice( de St, Ss, Ss, SN que

a C y satisfaga todas laslimitaciones y restricciones.

(

(Ejercicios para los Capítulos 9 y 10

(Los siguientes problemas requieren tanto pensamiento crea¬tivo como definición del problema y, por consiguiente, son

apropiados para éste y el siguiente capítulo.)

* La nomenclatura del problema resumida en la Fig. 5 es ade¬cuada para su experiencia inicial de diseño. Sin embargo, finalmentepuede ser necesario un mayor rigor en el análisis del problema. Porlo tanto, en el Apéndice C se amplía el tema y se ofrecen métodosperfeccionados.

(

(

(

(

138 / el proceso de diseñoanálisis del problema / 139

(Atados de

en estantes pedido. Un análisis cuantitativo de los pedidos que se reci¬

bieron en un cierto lapso produjo los resultados de latabla 2.

Como ingeniero encargado de mejorar este procedi¬miento, ¿qué recomendaría usted? (El proceso debe rea¬

lizarse en la niisma parte del almacén que se empleaahora.) Dé usted una descripción adecuada de la dispo¬sición del'local de trabajo, del procedimiento y del equipeque proponga. También describa ¡a forma en que obtuvo

su solución, incluyendo la formulación y el anáfisis del

problema y las alternativas que consideró.

2. Las autoridades de una gran ciudad le han encomendadoa usted, en su carácter de ingeniero consultor, que elabore

las-especificaciones generales de un nuevo sistema de trán¬

sito, de alta velocidad y gran capacidad, para interconec¬tar las zonas central y suburbana. Esboce solamente lascaracterísticas generales de la proposición que presente.

3. En una clínica veterinaria se deben efectuar cierto nú¬mero de operaciones en caballos, vacas y toros. Como bien

puede imaginarse, el llevar uno de estos animales a una

mesa de operaciones es un problema realmente difícil.

Especifique las características generales de un dispositivoo sistema que usted recomiende para acostar (o tenderde costado) a estos animales en la mesa' de operaciones.

mapasabiertos Banco

HR (CD Fmpaque de cartónCD

t=D

(a *:

~~1 Sellado y etiquetado

CD

n B

\Pesado y franqueo

(1 Pilas de cajas

1— de mapas

e 0 2 4PiíS

<FIGURA 6. Procedimiento actualpara despachar los pedidosde mapas.

f Muro exterior- - ... -

!ÿÿÿÿ Patio de embarque

(1. Una parte de un gran almacén de una compañía petro¬lera está dedicada al almacenamiento, empaque y envíode mapas de carreteras a las estaciones de servicio paraautomovilistas. El procedimiento corriente está esquema¬tizado en la Fig. 6. Los mapas almacenados se sacan desus cajas (cada una tiene 8 paquetes de 25 mapas cadauno, o sea 200 en total), y una provisión limitada paracada estado se apila en los estantes descubiertos. El em¬pacador, con la nota de pedido en la mano, cumple lasolicitud del cliente tomando la cantidad de mapas deltipo requerido de los estantes y acomodándolos en unacaja de cartón sobre un banco. Una vez que surte elpedido, pasa la caja de cartón a la sección de pegadoy marbetado, y efectúa estas operaciones. Luego pasa lacaja o paquete a la sección siguiente para pesar el envíoy ponerle el porte postal o franqueo correspondiente. Acontinuación lleva el paquete listo para su remisión al pa¬tio de embarque. Con este método, un pedido normalrequiere en promedio un tiempo de 10 minutos para su

terminación. El salario del empleado es de $ 1.94 (dóla¬res) la hora, y se despachan aproximadamente 13,000pedidos al año.

Hay que tener en existencia doce mapas diferentes. Unanáfisis de los pedidos recibidos en un cierto período diolos resultados que se muestran en la tabla 1. Una estaciónde servicio no puede solicitar más de 500 mapas en un solo

1

cTabla 2

INúmero de mapas

solicitados enel pedido

Porcentajede pedidosrecibidos

Tabla 1(

Tipos de mapas Porcentajesolicitados en de pedidos

el pedido recibidos

0-50 7(

51-100101-150151-200'201-250251-300301-350351-400401-450451-500

111826311332

(1053684316 (541962167 l

14889

(10 4

31112 1

K

(

(

10(

CAPITULOc(

El proceso del diseño:La búsqueda

de soluciones posibles

C

(

(

C PROBABLEMENTE AL lector se le ocurrirán soluciones a medidaque define un problema, pero sólo como subproductos y no

como el objeto de sus esfuerzos. En esta fase del proceso dediseño se buscan activamente las soluciones posibles y uno selanza a lo que es una verdadera búsqueda o investigación,en la mente, en la literatura técnica y científica, y en el mundoque nos rodea. La vasta acumulación de conocimientos hu¬manos proporciona soluciones “ya hechas” para algunas partesde la mayoría de los problemas. El buscar tales soluciones esun proceso relativamente directo, que consiste en explorarnuestra memoria, consultar libros, informes técnicos, y aplicarprácticas existentes. Pero hay una segunda gran fuente desoluciones: las propias ideas, que son producto del procesomental llamado invención. Hay que confiar en alto grado enel propio ingenio para resolver los diversos aspectos de pro¬blemas que no son cubiertos por el saber técnico y científicoexistente. Desafortunadamente, el inventar soluciones no es un

procedimiento tan directo y controlable como el de buscar lassoluciones hechas; lo anterior puede reconocerse en nuestra

propia experiencia en la resolución de problemas: las ideasordinariamente no se presentan de inmediato cuando uno lasdesea. En consecuencia, vale la pena dedicar especial atencióna mejorar la capacidad inventiva de cada uno.

La inventiva es la facultad de una persona para inventaro idear soluciones valiosas. La inventiva del lector dependeráde su actitud mental, sus conocimientos, el esfuerzo que des¬arrolle, el método que emplee en la busca de ideas y de suscapacidades o aptitudes (cualidades heredadas que influyenen su inventiva). Obsérvese que uno mismo controla cuatro deestos cinco factores determinantes; por lo tanto, está dentrode nuestras facultades el mejorar nuestra capacidad inventiva.Uno puede en cierto tiempo mejorar sus aptitudes y aumentar

Un análisisdel problema

Fase deinvestigación

I(I

y

Una multitudde soluciones

y soluciones parciales

FIOUM l.

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141

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142 / el proceso de diseño la búsqueda de soluciones posibles / 14?

do a la herencia, pero también es cierto que todo el mundohereda alguna capacidad inventiva y que muy pocos explotantotalmente lo que tienen. Es muy probable que, en este as¬

pecto, uno en realidad no carezca de cierta inventiva natural.De manera que no debe preocuparnos si tenemos o no algunaaptitud especial para la invención, sino más bien uno debeproponerse utilizar al máximo lo que tiene. Vcámoslo de este

modo: si uno da por seguro que no tiene aptitudes creativas,probablemente vivirá por debajo de sus posibilidades. Sinuestra actitud es positiva —o sea, si uno sabe que tiene po¬tencialidades— entonces todo lo que hay que hacer es ¡utili¬zarlas!

puede mejorarsu inventiva?

¿Cómo(

(7. Use métodos

eficaces deinvestigación

5- Amplié susconocimiento

Tenga laactitud adecuada

i todouerzo

rongasu eMij

\4. Convicción dé

sier8.3 Confianza en si

mismo. Piense que-tiene inventiva

¡ queposi- Maximice el área !

de donde puedaseleccionar soluciones 1

Ahora hmuestreo

aga unefectivo

impre sonbles mejores

solucionesf

Otro aspecto de este asunto de la actitud mental es unimpulso permanente a hallar mejores soluciones. Raramente,si es que llega a suceder, se trabajará en un proyecto de inge¬niería en el que puedan determinarse todas las soluciones. Confrecuencia el tiempo disponible se termina antes de que seacaben las posibilidades. El ingeniero consultor que ideó unsistema de manipulación de equipajes para una terminal deaerotransporte, halló una variedad de métodos para transpor¬tar el equipaje de los pasajeros, numerosos sistemas de clasi¬ficación y muchos sistemas de reparto. Filialmente terminó su

búsqueda porque otros problemas esperaban su atención, no

porque hubiera agotado todas las posibilidades. Ni tampococreyó en ningún momento, durante el proyecto, que hubiesepensado en todas soluciones. Un ingeniero creativo, no im¬porta cuántas soluciones haya ideado, debe suponer, muy jus- El ingeniero tiene "hambretificadamente, que quedarán sin ser descubiertas muchas y de posibilidades"mejores soluciones. No sólo supondrá que existen, sino quetratará de, hallarlas en tanto el tiempo lo permita.

El primer paso, entonces, para llegar a tener mayor inven¬tiva es desarrollar una actitud positiva hacia la posibilidadde que uno pueda encontrar mejores soluciones a cualquierproblema que ataque. Cada vez que se determine una nuevasolución, dispóngase a encontrar una mejor, y continúese asíhasta que se vea uno obligado a desistir debido a una fechalimite para el proyecto, o a la presión de otros problemas quenecesiten su atención.

(12.Utilice los méto¬

dos de estudio delazar para descubrir

muchas posibilidades

10. Use métodossistemáticos par«

descubrirposibilidades

Evite preocupaciónprematura acerca

de los detalles

16.Evite una evalúación prematura

l! (13. Técnica degeneración oe ideas

Empleo devariables

de solución 1FIGURA 2. Esquema del

contenido de las páginas 142 a 149.Consúltese esta figura peñó-dicamente a medida que se lea.

Los números indican el orden 'en

que se describen estos temas.

14 Analogías

1 LOtrosOtros

(sus conocimientos. Asimismo, uno puede incrementar sus es¬

fuerzos y mejorar notablemente el método de búsqueda de

soluciones. Estas serán buenas noticias para todos aquellos

que no son,genios creativos de nacimiento, pues aunque la

aptitud personal no está bajo el control de cada uno de

nosotros, esto puede compensarse por medio de los cuatro fac¬

tores

siguientes se explicará cómo puede lograrse esto, lo cual se

resume en forma esquemática en la Fig. 2.

Mejoramiento de la inventiva. - La actitud correcta.

En primer lugar, uno debe creer que tiene la potencialidadde ser creativo. ¿Por qué tienen algunas personas notablemen¬

te más inventiva que otras? Quizás se piense que es porquenacieron asi. Pero, ¿quién puede decir cuáles son las contribu¬

ciones relativas de los cinco factores determinantes en la acti¬

vidad creativa de una persona en particular? Es imposibleestablecerlo. Una persona extraordinariamente creativa quizádeba sus cualidades no a que nació excepcionalmente dotada

sino a que su actitud, conocimientos y métodos son general¬mente buenos y a que trabaja con empeño. Puede ser que

unas cuantas personas tengan cualidades extraordinarias debi-

(

restantes, sobre los que sí puede influirse. En las páginas

(

(

Mejoramiento de la inventiva. - Ampliación de los co¬

nocimientos. Cuando se tiene una idea se combinan doso más porciones del conocimiento en una forma nueva parauno. Se trata de una reorganización de los conocimientos; unaidea no viene de la nada. Por lo tanto, cuanto mayor seanuestro caudal de conocimientos, mayor será la cantidad demateria prima de que podrá disponerse para producir solu¬ciones. Además, cuanto mayor sea el número de materias que

(

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la búsqueda de soluciones posibles / 145144 / el proceso de diseño

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Alas ¡nclinablesHélice en ducto s

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ti¡FIGURA 3. ¡A propósito desoluciones posibles! Además del

familiar helicóptero y delaeroplano descrito en la página 32,los diseños de aviones VTOLque se muestran en ésta y en lassiguientes páginas, también estánen estudio para usos militares y

comerciales. La historia es lamisma que para casi todo problemade ingeniería: más y másposibilidades. Es difícil librarsede ellas. Esta panorámica dealternativas posibles tiene porobjeto despertar la “conciencia”de las soluciones alternativas dellector. (Incidentalmente diremosque aún hay otros diseños deaeroplanos VTOL en estudio.)

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Avión de ala fija

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(Cortesía de Textron’s Bell Aerosystems Co.)(

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146 / el proceso de diseño la búsqueda de soluciones posibles / 147{

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Movimiento por chorrodesviado

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Rotores ocultables

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United Aircraft Corporation.)FIGURA 8.'

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J:148 / el proceso de diseño la búsqueda de soluciones posibles / 149

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Alas propulsorasRotores ¡ndinables

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FIOURA 9. (Cortesía de Bell Helicopter Co.)

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Motores de extrema

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Motores en fuselajeverticales

FIGURA 12.(Cortesía de Dormier GMBH.)

Vaina con cuatromotores verticales

de reacciónFIGURA 10. (Cortesía de Avions Marcel Darsault.)

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(

150 / el proceso de diseño la búsqueda de soluciones posibles / 151<abarquen tales conocimientos, mejores serán las posibilidades

de lograr ideas notables que sean también particularmenteefectivas (lo cual es una de las diversas razones para ampliarnuestro conocimiento).

La escuela no es la única fuente de tales conocimientos;las observaciones, la conversación, la lectura y otras formasde aprendizaje comunes son también muy importantes.

Mejoramiento de la inventiva. — Aplicación de mayoresfuerzo. Ocasionalmente una idea creativa se le puedeocurrir a uno cuando aparentemente no se pensaba ni se

tenía en cuenta un problema en particular. Pero hay una grandiferencia entre un efímero chispazo de ingenio y la produc¬ción constante y obligada de ideas y más ¡deas, para_resolverun problema determinado,en el tiempo disponible. Este tipode productividad requiere esfuerzo; difícilmente podrían ha¬llarse muchas personas realmente creadoras que no sean tam¬bién trabajadores de gran actividad. De ahí que para maximi-zar'nuestra inventiva uno tenga que estar dispuesto a realizarun gran trabajo.

X Espacio de soluciones- , XXxÿ «y,

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(Frontera resultantedel conocimiento

limitado del ingenierot

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X XAv*yx XX x V

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x /Y x X , x X /

Ax Axx

x* (X x XX' > X XX *X XXx k.r*XMejoramiento de la inventiva. - Empleo de métodos

eficaces de búsqueda. Es conveniente que se dedique cui¬dadosa atención al método de buscar soluciones. Esto se en-

X xx'

V X X x Xs'

XX X

x-XX x X

X X r* Xtenderá bien después de darse uno cuenta de lo que se estáinclinado a hacer en la resolución de problemas si no se atien¬de este aspecto. La siguiente analogía aclarará algunas de las

trampas, dificultades y defectos usuales de un procedimiento.Considérense las X de la Fig. 13, como puntos del espa¬

cio, suponiendo que cada uno es una solución a un problemaparticular. Supóngase que los puntos ampliamente separadosrepresentan soluciones radicalmente distintas. Probablemente,al tratar de hallar soluciones a un problema, se empezaría en

algún punto de este espacio y se avanzaría después progresi¬vamente hacia mejores soluciones, hasta que un límite de tiem¬po o perfección diera por terminada la búsqueda. Las limi¬taciones de la mente impiden este eficaz procedimiento. Dehecho, el proceso de indagación es -ordinariamente de tanteo

falta de direc-

5X X V

X‘ . X )XFrontera resultante

de restriccionesficticias

xXAxXX

Xx-xX

• ;V xX X- Frontera establecida

por restricciones .. genuinas

x-

Una razón podría ser que no se pone suficiente empeño.Otra posibilidad es que, en realidad, se buscan sólo modifica¬ciones de la solución presente, en vez de una variedad deideas básicamente diferentes.

Es muy posible también que aun si uno está trabajando cuidadosa atención ai m

, ’ r ”. . .... J ,., búsqueda). (Las fronteras delarduamente, el pensamiento siga un camino trillado debido espacio de soluciones se

a que la solución acostumbrada a un problema tiene un poder ulteriormente.)

natural de atracción, en especiál si dicha solución tiene un

uso de largo tiempo, o si uno está íntimamente familiarizadocon ella. Después que uno ha “vivido” con determinada solu¬ción durante cierto tiempo, ésta llega a convertirse en un

obstáculo formidable para el pensamiento creativo. Tal fami-liarización conduce a una inflexibilidad y limitación de pen¬samiento que origina la acumulación mostrada en la Fig. 13.En el mundo abundan los ejemplos; uno muy ilustrativo se

halla en la historia de los intentos del hombre para volar. La

FIGURA 13. La tray

las flechas representó

que se suele buscar unasolución

'ectoria con

a el modo' ennueva(ablema

viduoprol

indimenosa un

(que se sea un

extraordinario o se dedique una

cuidadosa atención alaique una

método de

<explicarán

y adolece de grados de regresión, ineficacia yción objetables.

Muy a menudo se parte de la solución actual, el punto Sde la Fig. 13, y se basa de un punto (o idea) a otro en laforma indicada p>or la trayectoria de las flechas. Obsérveseque los saltos tienden a ser relativamente pequeños, demodo que las ideas se acumulan indeseablemente alrededorde la solución actual. ¿Por qué las soluciones alternativastienden a asemejarse a la(s) forma(s) actual(es) de resolverel problema?

I

<(

(

(

(la búsqueda de soluciones posibles / 153152 / el proceso de diseño

que sirvan para guiar la búsqueda en áreas provechosas de <t

posibilidades que de otro modo podrían pasar inadvertidas.

Para este objeto se recomiendan dos tipos de medidas: a) FIOURA 15. Pátina del cuaderno

utilizar un sistema para dirigir la búsqueda en muchas áreas *He posibilidades, y 2>) emplear métodos que dirijan al azar pardales alternativas que creó

la búsqueda o la indagación. Ambos procedimientos son con- iZletaTrÓTcaL de

Venientes. solución principal clasificó sus

ideas en forma de vn árbol de

Métodos para introducir un sistema en la búsqueda. 'de ‘¡íhciiÿp-rlUn método excelente para lograr tener un sistema es concen- sistematizar la búsqueda puede

.1 . ., ... ... j ser muy benéfico; se recomiendatramos en las variables de solución, considerando una cada emplearlo con frecuencia.

solución con que el ser humano estaba familiarizado era elmovimiento de las alas de aves e insectos. Casi inevitable¬mente trataron de volar empleando todo tipo de sistemas “vo¬ladores” alados que no tuvieron éxito, y a menudo resultarondesastrosos. Con el transcurso del tiempo la humanidad liberósus pensamientos de la “influencia avasalladora” de lo laminar.

Otra causa de la acumulación de ideas es la tendencia aser conservador, pues se siente gran seguridad a! apegarseuno a procedimientos que han sobrevivido a muchos añosde uso. Este hecho, junto con la suposición frecuente de quegrandes inversiones en la búsqueda de soluciones son indesea¬bles o están prohibidas, le impulsa a uno a conformarse conuna solución similar a la existente. ;

__. _

Estas y otras tendencias nocivas inhiben la capacidad deinventar a menos que se tomen medidas para reducir al mí¬nimo sus efectos. A continuación veremos las medidas con lasque se puede maximizar el número y el valor de las solucionesalternativas que pudieran idearse para resolver un problemadeterminado. Son aspectos de método que ayudan a utilizarel máximo del potencial inventivo. (Se recomienda no dejarde relacionar el texto con el esquema de la pág. 142).

En primer lugar, maximícese el número y la variedad delas soluciones de las que pueda seleccionarse la que se busca.

Lo anterior se logra ampliando las fronteras (Fig. 13),que son establecidas por:

•Restricciones genuinas.—Es decir, algunas soluciones real¬mente están fuera de los límites.Conocimientos limitados.—Nuestro acervo mental de he¬chos, a partir de los cuales se obtienen las ideas, abarca sólouna fracción de todo el conocimiento.

•Restricciones ficticias.—Injustificada y quizás inadvertida¬mente se descartan algunas soluciones valiosas. En la mayo¬ría de los casos éste es el más restrictivo de los tres tiposde fronteras.

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c{ Sacudimiento

por sanidoVibración

t Rama

A mano Evita que larama se muevaPor aspira

MecánicoJalón ación( Uno,

Métodos deseparación I\r

Tira la madentro del

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Por resistencia eléctricaPor llamaCon "soplete"

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!>'*-Vista

superior I( Con escalerade tijera I

-( .-m-Expansión

Y -FijoSobre ruedas .En camión

CO VistalateralCon andamio

portátil

i( Apoyadosobre elsuelo

.

-Y :Con plumamontada sobreun camión

De brazotelescópico

Métodos parallevar el separadora la manzana

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(

IFIGURA 14.HidráulicoDe tornilloDe tijera

Con elevadorportátil

T(

(De un globoDe una grúaSuspendido

(

iAmplíense los límites: elimínense las restricciones ficticias,depúrense las restricciones reales y compleméntense los cono¬

cimientos correspondientes al problema particular que se con¬

sidere.

SacoCaja

En unrecipiente

(De bandaDe tornilloCon transporte

PorIran:auto

Luego aprovéchese en su totalidad el espacio de solucio¬nes ampliado; búsquese en él efectivamente. Para lograr loanterior hay que explorar todas las áreas de posibilidades quefundadamente puede suponerse contienen la solución óptima,y no sólo la región que rodea inmediatamente la solución pre¬sente. A menos que uno sea un individuo excepcional, paralograr ese objetivo se necesitará ayuda, en forma de medidas

( sportadorimá Vista

lateralJ Por succión„ conducto "l Por gravedad

l‘CCMétodos derecolección

o.

ÍTT’S’cÿ ~

\ :Con redCon bandas de tela en varias capas

Con bandeja con agua AgujeroSobre colchón de hule espuma para e/Sobre cama de chorros de aire tronco

;Tirarla yatraparla(

Agujerede salidi

Vistasuperior(

(

/

154 / el proceso de diseño la búsqueda de soluciones posibles / 155(

vez y tratando de crear muchas posibilidades paja cada una.Por ejemplo, un ingeniero encargado de diseñar un sistema

“mejorado de recolección de manzanas identificó tales varia¬bles de solución

participantes proporcionan ideas que son anotadas en un pi¬

zarrón. El propósito es acumular muchas ideas creando una

atmósfera que incite a cada uno a aportar todas las que le

vengan a la mente, sin que importe cuán absurdas puedan

parecer de momento. La evaluación y la ridiculización están

prohibidas. Después de cierta experiencia con esta técnica, el

grupo podrá lograr una fácil afluencia de ideas que propor¬cione un sorprendente número y variedad de soluciones.

Una razón por la que esta técnica es frecuentemente muy

fructífera es que el rápido flujo de ideas repetidamente dirige

los pensamientos de cada participante por diferentes canales.

En función del modelo (Fig. 3), la mente de cada persona

actúa o trabaja en el espacio de soluciones en forma aleatoriao al azar, obligando a dar “grandes saltos” hasta puntos dis¬

tantes y combatiendo así la tendencia al amontonamiento o

acumulación alrededor de un punto. Es elevada la probabi¬lidad de que algunas de estas excursiones lleguen a zonas de

bastante provecho.Si en un proyecto particular no interviene directamente

número suficiente de ingenieros para poder efectuar una

sesión de acopio de ideas, podrán llamarse otros que estén en

diferentes proyectos para que en una

aproximadamente aporten sus i

miento. Lo anterior puede ser muy ventajoso, puesto que

proyecto puede aprovechar las opiniones de un gran número

de ingenieros sin quitarles demasiado tiempo.Las analogías proporcionan otros medios al azar para di¬

rigir nuestros pensamientos por nuevos caminos. El examen

de las soluciones de problemas análogos puede ser fructífero.

Por ejemplo, si el problema se refiere a la propulsión de un

vehículo bajo el agua, podríamos considerar cómo se despla¬zan los peces, cómo los insectos se mueven a través del agua

o por el aire, cómo las lombrices se mueven a través del

suelo, y la forma en que las máquinas voladoras hechas por

el hombre son propulsadas en el aire. Ejercicios mentales de

este tipo suelen conducir “por el azar” a provechosas posibili¬dades.

(como el método para desprender la fruta del

árbol, los medios de acercar el separador ,a las manzanas,el método para reunir las frutas ya cortadas, la fuente deenergía, etc. A medida que él se concentraba en la variabledá solución “método.de separación”, buscó primero métodosbásicos de separación y luego versiones específicas de cadauna de las alternativas básicas (Fig. 15):. Esta es una prácticaexcelente, pues minimiza la;probabilidad de que el ingeniero

advierta un gran conjunto de prometedoras posibilidades.Luego se concentró sucesivamente én otras variables de solu¬ción, tratando de' acumular el mayor número de posibilidadespara rada una, siempre trabajando desde lo general a lo par¬ticular o específico.

De ahora en adelante nos referiremos a las alternativas deuna variable de solución como soluciones parciales. En la si¬guiente fase del proceso de diseño el ingeniero evaluará estassoluciones parciales y las combinaciones de ellas, quizásbinando y revaluándolas numerosas veces, hasta que haya ob¬tenido una solución completa que sea la mejor combinaciónde soluciones parciales.

Hay otras maneras de introducir un sistema en la búsquedade soluciones. Pueden hacerse interrogaciones acerca de diver¬sas características del problema y de las soluciones producidas.(¿Por qué hacerlo? ¿Por qué hacerlo de este modo? ¿Porqué? ¿Por qué?) Se puede concentrar uno metódicamente encada criterio, tratando de obtener todas las formas posiblesde minimizar el costo de construcción, luego las maneras demaximizar la confiabilidad, y así sucesivamente con todos loscriterios importantes. Es posible ser sistemático o metódico alcombinar soluciones parciales, al solicitar sugerencias, alminar la literatura técnica y científica, etc. El árbol de alter¬

es un medio eficaz para sistematizar el pen¬samiento. También puede ser conveniente cualquier otra formade organizar las ideas o pensamientos y las investigaciones, demanera que se ponga a consideración una amplia variedadde soluciones básicamente diferentes.

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recom- un

reunión de una hora

< iideas mediante este procedi-un

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(

exa-

nativas (Fig. 15)

(

(Terminación prematura de la búsqueda. Hay una ten¬

dencia a suspender la busca de soluciones antes de que sea

necesario o deseable hacerlo. Lo anterior es probable que

suceda si prematuramente se encarga uno de los detalles o de

la evaluación de las soluciones. Por consiguiente:

No hay que enfrascarse en los detalles antes de lo ne¬

cesario. Supóngase que se empieza por considerar los deta¬

lles de la primera idea “buena” que se tiene. Para todos los

fines prácticos la búsqueda de soluciones habrá terminado

Métodos aleatorios. Hay algunos métodos predominante¬mente aleatorios o al azar para llevar la mente a lo que deotra manera sería territorio inexplorado. Un ejemplo notablees.la técnica de la sesión de acopio de ideas que consiste enlo siguiente: Una media docena.de personas aproximadamentese reúnen para producir soluciones a un problema. El directordel grupo describe o expone el problema, y a continuación los

(

(

ccí

(

(una súplica de originalidad / 157

Ahora es oportuno revisar la página 142. Cerciórese de

que se ha entendido la importancia de las frases claves del

diagrama y reténgase el cuadro en la mente.

Quizás en alguna parte de esta exposición el lector ya se

haya preguntado: “¿Cuándo debemos detenernos y concen¬

trarnos en la evaluación de las posibilidades que hemos acumu¬

lado?” Esta es una buena pregunta. El idealista podría con¬

testar: “Cuando se haya encontrado la sohirión óptima”. Pero

esto podría tomar varios años, y además es bastante difícilsaber si se tiene tal solución. El pragmático contestaría: “Cuan¬do lo dicte mi límite de tiempo, o bien, si es cuestión mia, usarémi criterio para decidir cuando haya alcanzado un punto de

ganancia o utilidad decreciente”. El autor está de acuerdocon este último. Como tenemos que emplear nuestro criterio,se producirán diferencias de opinión y de normas de proce¬dimiento. Para ilustrar los extremos y ayudar a aclarar las

ideas se propone esta cuestión: ¿Qué sería preferible, tener más

alternativas de donde escoger pero menos tiempo para eva¬

luarlas, a riesgo de no poder seleccionar la mejor, o bien

dedicar más tiempo a evaluar exhaustivamente menos solucio¬nes y, por lo tanto, estar seguros de haber elegido lo mejorde esta muestra más pequeña?


( aquí, y se estará dedicando tiempo a los destiles cuando se

- deberían buscar otras soluciones básicamente distintas. Ade¬más, la preocupación en los detalles de uria solución dificultaseveramente la capacidad de pensar en otras soluciones nota¬

blemente diferentes. Asimismo, si uno cae presa de esta ten¬

tación y posteriormente se descubre una solución mejor, pro¬bablemente en forma injustificada quedará uno predispuestoen favor de la solución en la que ya se ha invertido tanto

tiempo en los detalles (¡y no sé piense que no se, es culpablede estol). Finalmente, muchas alternativas pueden evaluarsesatisfactoriamente mientras se hallan todavía en un estado deespecificación relativamente burdo; puesto que la mayoríade ellas serán rechazadas, ¿por qué desperdiciar tiempo en

sus detalles?

c

(

(Investigación . Decisión1

tvs.

tt Investi-I gación i

En consecuencia, pospónganse éstos hasta que lleguen a

ser necesarios para los fines de tomar una decisión. De hecho,es mejor formar sólo conceptos de solución en esta fase delproceso de diseño. (Un concepto de solución es la esencia,el espíritu o la naturaleza general de una solución particular.Su forma puede ser un croquis, unas cuantas palabras, una

frase o

Decisión i(

Se supone el mismo

tiempo total

( dos. Así, pues, las ideas mostradas en la pág. 153 son

conceptos de solución parciales.)

FIGURA 16.

(Evítese la evaluación prematura; tiene los mismos efectosnocivos que la preocupación prematura en los detalles. Estaes la fase de búsqueda del proceso de diseño; está seguida porla fase de decisión, en la que predomina la evaluación de al¬ternativas. Por lo tanto, las ideas no deberán quedar sin eva¬luación, pero no podrán descubrirse buenas ideas si uno se

preocupa en la evaluación cuando se debían estar buscandomejores soluciones.

No hay que apresurarse a juzgar las posibilidades. Lamayor parte de nosotros tiene tendencia a descartar ideas quecuando se nos ocurrieron

UNA SUPLICA DE ORIGINALIDAD

( En la ingeniería hay una enorme necesidad de pensadoresmás originales (y en todos los campos también). Hay dema¬siadas soluciones que son el producto de manuales o de prác¬ticas tradicionales que no tienen más virtud que su longevidad.

Muy pocas soluciones provienen de un pensamiento verda¬

deramente original. La inercia hace que se perpetúe una

multitud de soluciones deficientes en el mundo que nos rodea,dejando grandes oportunidades para el solucionador de pro¬blemas que confía intensamente en su propia inventiva.

Las soluciones tenderán a ser poco imaginativas si se

confía demasiado en el conjunto de soluciones “en existencia”o rutinarias que se han acumulado en el curso de los años.

El recurrir a esta fuente es tentador, pues es un camino de

mínima resistencia y proporciona soluciones en las que puedetenerse una confianza razonable. En general, cuanto más se

sepa acerca de una rama especializada del conocimiento, serámayor el número de soluciones rutinarias con que se estaráfamiliarizado y tanto más fácil será confiar excesivamente

en la fuente de soluciones de rutina. Un estudiante que se

enfrente a un problema de diseño en un campo del que sabe

muy poco se dirá: “¿Cómo puedo .resolver entonces este pro¬blema? No sé nada acerca de este asunto.” Escasamente se

(

(

parecían ridiculas, inútiles o des¬ventajosas. De este modo dejamos a un lado algunas valiosasposibilidades. ¿Por qué tal prisa? Lo que no parece factibleahora podría muy bien llegar a convertirse en una gran idea,de manera que conviene tener la mente abierta. En esta etapahay que considerar toda idea como candidato a una evalua¬ción posterior.

Esta descripción de las técnicas para mejorar la inventivadebe bastar para que el lector se convenza de que hay medidasútiles o constructivas que pueden tomarse. Las que se hanexpuesto son sólo una muestra, pues ciertamente hay otras. Elautor espera que el lector dedicará tiempo a explorar todala literatura técnica y científica sobre esta materia y queaprenderá otros enfoques.

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una súplica de originalidad / 159

c) Ideas de productos y servicios para el desarrollo in¬dustrial de una comunidad subdesarrollada. (Elprofesor proporcionará información general acerca dela comunidad y sus. recursos.)

d) El problema de las “arenas que se mueven” en las. v carreteras que cruzan desiertos.

e ) Innovaciones en la construcción de edificios residen¬ciales.

f) El problema del “acceso equivocado” en las carrete¬

ras dobles (un sistema “a prueba de topes” para im¬

pedir que algunos automovilistas entren a una carre¬tera por un paso de salida).


dará cuenta de que su ignorancia es un factor importante asu favor, por lo que respecta a la originalidad. Es muy pro¬bable que proponga algunos diseños de mucha imaginaciónsimplemente porque se ve obligado a hacerlo; conoce pocas oninguna de las soluciones, acostumbradas y, por lo tanto, norecurrirá a ellas.

Ahora bien, lo anterior no significa que nunca se debanutilizar los manuales o que los conocimientos muy especializa¬dos sean nocivos. Más bien lo importante es esto: recurrir alacervo de soluciones de rutina y a la propia capacidad paracrear soluciones originales; ambas fuentes pueden ser de granayuda. El artificio consiste en ser creativo a pesar de los cono¬cimientos técnicos especializados de uno, sin los cualespodría avanzarse en la ingeniería moderna.

Quienes emplean a los ingenieros están vitalmente intere¬sados en su desempeño, pues no contratarían a nadie que fuerasólo un almacén ambulante de conocimientos reales. Ellosdesean gente que los ponga en práctica, para crear dispositi¬vos, estructuras y procesos útiles. Se menciona lo anterioren parte porque en ocasiones, durante la asistencia a la escuelade ingeniería, puede tenerse la impresión de que la origina¬lidad no será necesaria ni apreciada. Aunque esto puede sercierto en algunas asignaturas, no suele ser el caso del mundoreal. El hecho de que haya amplias oportunidades de ejer¬citar los poderes creativos y de hacer aportaciones originalesdebe ser una buena noticia, pues muchos de los lectores con¬

siderarán este aspecto de la ingeniería como la parte mássatisfactoria de su trabajo.

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(

no

3. Para uno de los siguientes problemas identifique las va¬

riables de solución principales; luego origine tantas solu¬ciones parciales como pueda para cada váriable. Presén¬telas en forma de árboles de alternativas.

a) El problema del cruce del canal de la Mancha.b) Un reloj despertador para sordos.c) Un sistema de comunicación transocéanica.d) La remoción de la nieve de las calles de una ciudad.

e) El diseño de una máquina de escribir.

(

<

t1

Proyectos

1. Una firma de ingenieros consultores ha recibido una idea

de una compañía constructora de barcos que piensa in¬

troducir al mercado una flota de submarinos de carga sin

tripulación, guiados automáticamente. La compañía cree

que la idea es prometedora y ha encargado a la firma

consultora que prosiga su exploración. Los consultoreshan de proporcionar una descripción general del sistema

que ideen. Por el momento no se requieren especificacio¬nes detalladas. Suponga que usted es el ingeniero consultora quien se encargó elaborar el informe.

2. Las tiras metálicas (pág. 15) se deslizan por un conduc¬

to que va desde el dispositivo alimentador hasta el meca¬

nismo de posición final. Cuando salen del alimentador

están orientadas al azar, pero tienen que “embonar” en

el punto de montaje. Por lo tanto, hay que intercalar un

dispositivo orientador entre el alimentador y el mecanismode posición. Diseñe uno. (Las dimensiones de las tiras

son aproximadamente de 1% X %6 X 14o plg.)3. El grupo de los funcionarios administrativos de una uni¬

versidad desean un mejor sistema para estacionar autos

dentro de ¡ésta. El sistema debe desfigurar lo menos posible

\1

(Ejercicios

1. Se ha pedido anteriormente más originalidad en las solu¬ciones. Inicíese la formación de un “registro” de ejemplosde lo que usted cree son soluciones especialmente origi¬nales a problemas de ingeniería. (Búsquense desviacionesradicales de todo lo que ha sido tradicional durante largotiempo; por ejemplo, el “dispositivo de bola rebotadora”de la máquina de escribir Selectric de la IBM.)

2. Con un grupo de estudiantes (de preferencia de 8 a 10),origínense tantas soluciones como se pueda en una sesiónde acopio de ideas de 20 minutos, para uno de los si¬guientes problemas. Uno de los participantes debe anotar

todas las ideas en el pizarrón.a) Formas de obtener más ideas.b) Nuevas' aplicaciones de acumuladores o baterías re¬

cargables. (¿Puede usted dar al fabricante unas 75aplicaciones?)

/

(

(

(

(

(

(160 / el proceso de diseño

11( el paisaje, tener capacidad para un 25 por ciento más deautos y no debe requerir que miembro alguno del perso¬nal directivo estacione su auto a más de 100 metros de susitio de trabajo. La junta y la administración están con¬vencidos de que “mucho puede hacerse con un poco dedinero y algo de imaginación creadora”.

CAPITULO(

(


La fase de decisiónt

(

EN LA FASE de búsqueda se amplía el número y la variedadde las soluciones posibles, como lo indica la parte superior dela Fig. 1. Lo que se necesita ahora es un procedimientode eliminación que reduzca estas alternativas a la soluciónpreferible, el cual se representa en la Fig. 1 y se describe en

este capítulo.Inicialmente, las soluciones elegibles se expresan sólo en

términos generales, quizá con palabras o croquis. Después quehayan sido eliminadas las alternativas obviamente deficienteso de inferior calidad, con frecuencia por procedimientos deevaluación relativamente rápidos y burdos, se añaden másdetalles a las posibilidades restantes, las que se evaluarán me¬

diante métodos más refinados. Este proceso de depuración envarias etapas continuará hasta que surja la solución prefe¬rible. A medida que se avanza se evalúan diferentes combina¬ciones de soluciones parciales para determinar la óptima.

Fase deÁ Ai ÁV investigación

/ •PA \ vv (expansión)/Ap Ay A2 Af,

Ap A\ A2 A3 AX

Ap

C

(

iw i A

\ !1

(

rFase de 1

decisión(reducción)(

(El montador de llantas neumáticas. — Estudio de un

FIGURA I. Modelo de ¡as fasesde búsqueda y evaluación del

» de diseño. Cada símbolo A

una alternativa o

Un fabricante de autos había estado utilizando porcaso.

algún tiempo una máquina relativamente costosa para mon¬

tar las llantas en las ruedas de los automóviles antes del monta-

(procesorepresenta

solución parcial.

je final. Debido a un aumento en el número de montajes quehabia que efectuar, se pidió a'un ingeniero hacer algo paraincrementar la rapidez de la máquina. El resultado de su

trabajo fue un dispositivo nuevo y mucho más sencillo (Fig.2). Antes que él propusiera el aparato a la dirección de la

empresa, efectuó una completa investigación y la compara¬ción de su dispositivo y el existente. Los resultados se puedenver en la Fig. 3, que muestra los criterios sobre los que basósu decisión, el valor monetario de las alternativas con respectoa dichos criterios y el resumen tabular que realizó para fa¬cilitar la comparación. Este caso es extraordinario en el sentido

(

(

( 161

(

¿

la fase de decisión / 163

FIGURA 3. Esta es una páginadel informe final del ingeniero, en

que se compara el funcionamientode su dispositivo y el del aparatousado actualmente. El ingenieropredice que se necesitarán 750dólares para construir, instalar y

afinar su montador. Los costos

de tener un operario, demantenimiento, etc., también sehan predicho para los cinco añosen que el ingeniero espera que su

máquina será necesaria. Ha reunidodatos de costos equivalentespara el aparato existentey resumido estos costos en latabla (en la parte inferior de ella)

en forma de dos relaciones o

udarán a los


de que sólo comprende dos alternativas principales, pero sunaturaleza poco complicada lo convierte enjina fuente exce¬lente de ejemplos para la descripción que sigue.

El proceso general de toma de decisiones. Aunque losaspectos específicos varían de un caso a otro, en casi todoproblema hay que dar los cuatro pasos siguientes antes deque pueda llegarse a una inteligente decisión de diseño: 1)seleccionar ¡os criterios y determinar su importancia relativa;2) predecir el funcionamiento de las soluciones alternativascon respecto a tales criterios; 3) comparar las alternativas so¬bre la base de los funcionamientos predichos, y 4) hacerelección. -

1. Por lo general, elcriterio predominante es la razónbeneficio a costo, que es la utilidad esperada (en unidadesmonetarias) de una solución con relación al costo de crearla.En el caso del montador de llantas el beneficio es el ahorro engastos de operación producido por la máquina propuesta. Elcosto es el gasto total debido a su construcción e instalación.En el caso de una prensa o embalse hidroeléctrico la razónbeneficio a costo sería:

Máauinaactual

DispositivopropuestoTravesano Criterios

/oNj í Costos de construc-j \ ción, instalación yi lperfeccionamiento

P\ Inversión 0$7.50

(

y.Transportador móvil $ 23,000$600Operario

MantenimientoReparadoEnergía con

Total

900550Sabios deoperaciónten 5 aftas)

750250nes400sumida 0

25.050$1,200b

/A 1 <unacocientes que ayulectores a apreciar la ventaja

de la inversión de los 750 dólares.

Mejor

MejorConfiabilidadSeguridadIncuantificablesTransportador

Es evidente por qué fuefácilmente aceptado eldispositivo propuesto.

\C

$ 25,050-$ 1,200Ahorro en los gastos de operaciónBeneficio - 31.8n v.$ 750Costo Costos de construcción e instalación

n ($ 25,050-$ l,200)/5 años= 6.0Rédito anual sobre la inversión =

$750

FIGURA 2. a) Los bordes de lallanta se lubrican para facilitarsu deslizamiento sobre el aro de larueda. La llanta se colocasobre la rueda a un ángulo de 300

aproximadamente con respecto alaro, al acercarse al travesano obarra transversal del montador.

b) A medida que la llanta pasadebajo de la barra, es sujetadapor dos ruedas situadas para¬lelamente en el transportador.Estas ruedas son las únicas piezasmóviles del nuevo aparato ysirven para oprimir los bordesde la llanta para centrarla sobreel aro de la rueda.

c) El resto de la llanta es

forzado por la barra transversala quedar colocado sobre el arode la rueda.

mecánico, los ingenieros tuvieron que evaluarlos con relacióp

a los subcriterios, antes que pudieran predecir la razón total

beneficio a costo. Por consiguiente, tuvieron que evaluar dis¬

tintas fuentes de energía con relación a costo, confiabilidad,

' seguridad, etc. y, asimismo, tomando en cuenta diferentes ac¬

ciones de cepillado y diversos mecanismos, materiales, etc.

— 2. El predecir cuán bien resultará cada alternativa si es

adoptada, es la parte clave y más exigente del proceso de

toma'de decisiones. En el caso del montador de llantas pro¬

puesto, el ingeniero tenía que predecir su costo de construc¬ción, el tiempo necesario para su conservación o mantenimien¬

to, su confiabilidad, etc. Para hacer estas predicciones confió

principalmente en su criterio y en experimentos con un modelo

del dispositivo proyectado.Desde luego, los funcionamientos predichos deben expre-

las mismas unidades si han de ser acumulados y com-

fIngresos por la energía generada -+ganancias por la conservación forestal +

beneficios por la creación de sitios de recreo

Costo del terreno + costo de la construcción +gastos de operación + indemnizaciones por

perjuicios a las personas desalojadas.

El saber que una cierta máquina reducirá sus costos derecolección en X dólares por año no significará mucho paraun fruticultor hasta que conozca el costo de la máquina. Loscausantes de impuestos se interesan en algo más que los bene¬ficios que se deriven de un proyecto de obras públicas pro¬puesto; desean saber también cuánto irá a costarles su reali¬zación. Los inversionistas de cada uno de estos ejemplos deseanla máxima ganancia para su dinero, es decir, maximizar larazón beneficio a costo. Así, pues, un ingeniero rara vezexpone los beneficios atribuibles a una proposición sin indicartambién el costo de obtenerlos.

Por lo general, para estimar satisfactoriamente la razónbeneficio a costo debe evaluarse primero un cierto número desubcriterios. En conjunto estos subcriterios determinan el va¬lor de la razón beneficio a costo. Algunos de los aplicables aldiseño de bienes de consumo se indican a continuación. Porejemplo, al considerar diversos diseños de un cepillo dental

El criterio global, larazón costo-beneficio,

depende de (

íBeneficiostales como

gananciasy renombre,

los cualesdependen de

La funcionalidad

El buen aspecto

La confiabilidad

La facilidad de uso

El costo de operación

La seguridad

El mantenimientonecesario

Capitalque debeinvertirse

y quedepende de l

sarse en

parados. Por diversas razones la unidad más conveniente es

el dólar. En consecuencia, la Fig. 3 muestra los funcionamien¬

tos predichos expresados en dólares para los criterios en que

lo anterior es factible. Habrá siempre algunos criterios —los

incuantificables— que no se puedan expresar fácilmente con

números. Obsérvese que aunque en este caso era demasiado

y tardado medir la seguridad y la confiabilidad, el

Costos de fabricación(edificios, equipo.

mano de obra,material, etc.)

Costos dey almacena

enviómiento

costoso

ingeniero no las ignoró; las juzgó en términos cualitativos y

halló que reforzaban los razonamientos económicos para este

dispositivo.

Costos de repuestosy reparaciones

I

FIGURA 4.

I

(

para obtener sencillez en los diseños / 165164 / el proceso de diseño

gráficas, armas, etc., son relativamente fáciles de operar, re-*

quieren un tiempo mínimo de aprendizaje y difícilmentecausan confusión; en otros casos sucede lo contrario. Con

seguridad que ¿1 lector ya se ha encontrado ambos tipos.La disponibilidad' es la proporción de tiempo que una

máquina está en condiciones de ser utilizada y, por lo tanto,

en que no está “fuera de servicio” por reparación, manteni¬miento u otras formas' de atención. Esté criterio es especial¬mente importante cuando se ha invertido una gran cantidadde dinero en la máquina. Si se invierten 8 millones dé dólaresen un gran aeroplano comercial, es de desearse que su dispo¬nibilidad sea máxima. También es importante cuando la gente

depende en alto gradó de un sistema, como sucede con los

""servicios públicos de abastecimiento de agua, los sistemas de

cohetes de defensa y los ascensores de un edificio de 40 pisos.La confiabilidad, la operabilidad y la disponibilidad, junto

con criterios tales como la reparabilidad y la facilidad de

mantenimiento o mantenibilidad, son cada vez más impor¬tantes, a medida que las obras de la ingeniería moderna au¬

mentan en complicación y costo, y a medida que dependemosmás de ellas. Todo un sistema de producción depende del

aparato montador de llantas; el trabajo de una gran compa¬

ñía puede desbaratarse si su computadora principal deja de

funcionar por largo tiempo, y ya se sabe lo que sucede cuandoel sistema de energía eléctrica se interrumpe por unas horas.

Obsérvese que la confiabilidad, la operabilidad y la man-

tenibilidad de una solución, o sea, su costo total, dependende su sencillez. Tanto es así que uno se ve obligado a haceruna recomendación especial en pro de este criterio.

3. Para hacer una elección inteligente entre las alternati¬vas, éstas deben compararse significativamente con relación alos criterios. AI tratar los criterios para los que es factible hacerpredicciones monetarias, las cifras suelen tabularse o reunirsede manera que los costos y beneficios puedan compararse fá¬cilmente, como se muestra en la Fig. 3. Incidentalmente, esteejemplo, simplificado para nuestros fines, ilustra uno de los

.. varios "métodos, de hacer comparaciones económicas de alter¬nativas de ingeniería. Estos procedimientos se deducen de uncuerpo de conocimientos bastante extenso, de fundamentalimportancia en la ingeniería, que se llama generalmente.eco¬nomía de ingeniería.

Además de la descripción del procedimiento anterior, nopuede generalizarse mucho más sobre la toma de decisiones enla ingeniería. Variarán considerablemente de problema a pro¬blema las técnicas, destrezas y conocimientos que se empleen,según sean la complejidad y competitividad de las alternativas,la importancia relativa de la decisión y otras circunstancias.El proceso de decisión varía desde los procedimientos exhaus¬tivos más elaborados que comprenden medición, investigación,predicción y comparación de costos en alto grado, hasta elsimple juicio informal y rápido.

Algo más sobre criterios. Algunos términos comúnmenteutilizados en las discusiones de criterios de ingeniería, nece¬sitan más explicación. Un término que se emplea como sinó¬nimo de la razón beneficio a costo es el rédito a la inversión,que significa el provecho o utilidad producida por unainversión, considerada en relación con el monto de ésta. Otraalternativa es la razón eficacia a costo. (Estas expresionessiempre significarán la razón del primer término al segundo,por ejemplo, beneficio/costo o eficacia/costo.)

La confiabilidad tiene un significado muy concreto: laprobabilidad de que el elemento o sistema en cuestión no falledurante un periodo especificado bajo condiciones prescritas.(Ejemplo: la confiabilidad del cinescopio fabricado por laCompañía Zeon es de 0.95 durante un año de operación bajocondiciones “normales” de uso, vibración y temperatura.) Laconfiabilidad es especialmente importante cuando una falla odesperfecto sería costoso, como en el caso del amplificadorde un cable submarino transatlántico, tendido a 2,700 me¬tros de profundidad. Obviamente la alta confiabilidad es tam¬bién de vital interés para quienes trabajan en actividadesaeroespaciales.

La operabilidad se refiere a la facilidad con que un diseñodeterminado puede ser manejado u operadopor seres humanos.Algunas computadoras, lavadoras automáticas, cámaras foto-

Seleccione criterio(

Pronostique luncionamienlu

V<(

Decid,(

FIOUHA 5.

(

(

(

cRECOMENDACION PARA OBTENER SENCILLEZEN LOS DISEÑOS

Entre las diversas soluciones de un problema de ingenieríahabrá algunas que sean relativamente complicadas; otras se¬

rán bastante simples pero no menos eficaces que las máscomplicadas. El montador de llantas es un ejemplo excelente.La máquina existente era innecesariamente complicada, tenía60 piezas móviles y requería electricidad y aire comprimido.El nuevo dispositivo, por el contrario, tiene unas cuantas pie¬zas con movimiento y pocas cosas que pueden fallar o quenecesiten mantenimiento.

Esto es buena ingeniería. Como otro ejemplo, un satélite

artificial tiende a dar vueltas indefinidamente a medida querecorre su órbita; sin embargo, en ciertas aplicaciones unode sus lados debe permanecer apuntado siempre hacia laTierra. Así sucede con el satélite meteorológico, cuya cámara

(

(

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(

para obtener sencillez en los diseños / 167166 / el proceso de diseño

lanzamiento. De manera que, ¿ cómo podría extender un saté¬

lite una varilla estabilizadora, por ejemplo, de 22.5 m, una

vez puesto en órbita? En este caso, también se considerarondiversos sistemas muy complicados, pero la solución ideada

finalmente es bastante sencilla; véase la Fig. 7. Obsérvense

algunas de las virtudes de este simple “extensor de la varilla”,especialmente en contraste con la solución complicada que

hubiera podido desanudarse. Es muy compacto, ligero, alta¬

mente confiable, relativamente barato y requiere muy pocafuerza motriz. De hecho, la elasticidad o acción de resorte

del metal puede proporcionar la energía necesaria, de modo

que podría funcionar sin motor.

La sencillez de las soluciones adoptadas en estos tres casos

es por cierto impresionante. Como es usual, estas creacionesrelativamente simples son de fabricación económica, de fácil

y barato manejo y mantenimiento, y altamente confiables.

Asimismo, desde el punto de vista del orgullo profesional, lassoluciones que son notablemente sencillas son las más satis¬

factorias. En consecuencia, bien vale la pena esforzarse porconseguir la sencillez. No hay que conformarse hasta que se

hayan simplificado al máximo grado factible los mecanismos,circuitos, método de operación, procedimientos de conserva¬

ción y otras características de una solución. Por lo generalhay una gran diferencia entre una solución practicable en el

momento que es ideada y la misma solución después que hasido efectivamente simplificada.

En el capítulo 2 se señaló, cómo una solución hábilmentesimplificada tiende a decepcionar al ojo inexperto en lo quese refiere a la dificultad del problema y a todos los conoci¬mientos, aptitudes y esfuerzos que se emplearon en la solución.Lo anterior es particularmente cierto en los tres ejemploscitados. Es muy fácil subestimar crasamente lo que está bajoesta sencillez, en especial si uno no se percata de las solucionessupercomplicadas que pueden producirse (y de hecho se pro¬ducen). Cuando una solución nuestra ha alcanzado este es¬

tado decepcionantemente simple, puede considerarse, por logeneral, que se ha hecho un buen trabajo.

Una característica de una persona excepcionalmente crea¬

tiva en casi cualquier campo, es la sencillez en sus trabajos.Obsérvense las pocas líneas que requiere un buen dibujantede historietas o caricaturas para producir el efecto deseado, lasnotablemente pocas pinceladas en una buena pintura, las es¬

casas pero bien elegidas palabras que necesita un buen escritorpara expresar claramente su mensaje, las simples líneas en lasgrandes obras de arquitectura, o bien la gran sencillez delas tres obras de ingeniería recién descritas. En efecto, hay

i,,

- satéliteen órBita

••fl.

7.7/f Brazo'It tubular

í.Lentes dela cámara

\finM4 '

i¿0

' VAesSV ’’

\ -\

/,

FIOURA G. La atracción gravi-tacianal sobre el extremo máspróximo a la Tierra de la

--varilla estabilizadorOr mayóte en

ese punto que en ningún otro de labarra (la fuerza de gravedadvaría inversamente con elcuadrado de la distancia al centro

de la Tierra). Lo anterior haceque se incline ese extremo haciauna recta que va del satélite alcentro del planeta. El momento

estabilizador inducido por lagravedad hace que la estructuraadquiera la orientación verticaldeseada. En la posición A, laatracción gravitacional está en elproceso de orientar un satéliteque da vueltas todavía.Finalmente la estructura adquierela posición B y permanece en ella.En el lenguaje espacial lo anteriorse conoce como “método deestabilización de satélites porgradiente de gravedad ¡Ojaláesta sencillez prevaleciera en

todo el programa espacial!(Incidentalmente, puesto que no

hay resistencia del aire, el satélite

/

I.// .1.- ,

// /-Varilla de /estabilizaciónÿÿ

/ B/„ - Efecto de

la gravedad \ oI\

\

\Rodillosguias

Mj?f/ V /

/

%o / //

V'S

i® \// \m :

> / /

i/(

siempre debe estar dirigida hacia nuestro planeta. Consecuen¬temente, dicho satélite debe tener un sistema de orientaciónque le impida dar vueltas y lo mantenga en la posición co¬

rrecta. Una larga varilla fijada al satélite proporciona una

solución notablemente simple para este imponente problema,como se explica en la Figf-6.

Para apreciar plenamente ¡as virtudes de esta solución se

debe saber algo acerca de las alternativas. Son sorprendenteslos complicados sistemas que han sido utilizados o propuestos

para lograr este mismo objeto. Un sistema emplea sensores dehorizonte electrónicos junto con eyectores de gas. Esta soluciónrequiere gas comprimido y electricidad (el método del gra¬diente de gravedad que describiremos en seguida no necesitaninguna fuente de energía), tiene aproximadamente un nú¬mero de piezas 40 veces mayor, pesa casi cuatro veces más, su

costo es aproximadamente 50 veces mayor, ocupa mayor es¬

pacio y es considerablemente menos confiable que el sistemade gradiente de gravedad. Las ventajas de este último son

muy importantes, y se deben a la convicción de un ingenierode que “debe haber un procedimiento más sencillo”.

La varilla estabilizadora de un satélite puede tener desdeunos 7.5 metros hasta varias decenas de metros de longitud,y obviamente no debe sobresalir del satélite durante la fase de

1C(

Tiraen el carrete

de almacenamiento cse comportará como un péndulo

stjbre un pivote y oscilará,indefinidamente, a menos que se

l ngan medios de amortiguar taltscilación. Lo anterior puedelograrse con una pequeña pesafijada a la punta de la varillamediante un resorte helicoidal,de modo que la pesa salte haciauno y otro lado fuera de faserespecto a la varilla y, finalmente,anilla las oscilaciones. Es posibleque casualmente el conjuntosatélite-varilla estabilizadora quedeorientado en forma incorrecta,lo que significaría que suscámaras fotográficas o detelevisión quedarían apuntadashacia el espacio exterior. En este

caso se retraerá la varillaestabilizadora dejando que

vuelva a dar vueltas el satélite,luego se extenderá de nuevo y se

repetirá este proceso hasta que

evzntualmente la estructuraadquiera la orientacióndeseada.)

Engraneimpulsor

FIGURA 7. Este es el notablesistema diseñado para extenderun largo brazo tubularestabilizador desde un satélite en

órbita. Una larga tira metálica,de la longitud del brazo deseado,

fe trata de manera que su formanormal sea tubular. Luego seenrolla sobre un carrete, quedandosin doblez, y se instala en elsatélite. Una vez que éste está enórbita, una señal de radio poneen marcha un motor que

desenrolla la tira. A medida que

(

se va soltando, latirá recobra su

forma tubular, y cuando estátotalnnntS'extendida se convierteen el brazo estabilizador deseado.Pueden construirse así brazos o

varillas de decenas o centenas

de metros de largo.

(

(¿dónde entran los conocimientos científicos y técnicos? / 169

Whitney, Watt y otros de épocas precedentes. Todos fueroninventores, pero hay una gran diferencia en la cantidad y

tipo de conocimientos utilizados por los dos grupos.


c arte en la ingeniería y, según el criterio de sencillez, las tres

soluciones son completamente artísticas.A menudo una solución de ingeniería, que es especialmen¬

te simple en comparación con lo que realiza, se describe comoelegante. Puesto que la complejidad es lo contrario de la sen¬cillez, la elegancia será

cEjercicios

Se han descrito algunas elegantes soluciones a problemasde ingeniería. Halle usted cinco ejemplos más en el mundoque jo rodea. Escoja el que crea que esel más elegantede los cinco, y preséntelo a competencia con otros simi¬larmente elegidos por sus compañeros de clase. Una listade ellos se repartirá después y cada alumno clasificará porrango o calidad las soluciones de la lista. Asígnese el nú¬mero 1 a la solución que usted juzgue como láTrias ele-“

gante, el 2 a la que crea, va en segundo lugar, etc. Losresultados de la votación se tabularán y darán a conocer.

(Al autor de este libro le interesaría conocer los resulta¬dos.)

(1.

( Lo que ¡caliza utia soluciónLa complejidad de la soiución

(La complejidad de una solución con frecuencia puede esti¬marse satisfactoriamente contando sus piezas o elementos (re¬sistores, transistores, engranes, levas, etc.), pero la razón ante¬

rior que expresa la elegancia es difícil de cuantificar. Noobstante, el concepto de elegancia es útil.

(

(

(¿DONDE ENTRAN LOS CONOCIMIENTOSCIENTIFICOS Y TECNICOS?

(¿Podría cualquier persona haber ideado las soluciones des¬

critas para los problemas del montador de llantas, del extensor

del brazo estabilizador, y para la estabilización de satélites? Sino es así, ¿qué conocimientos especiales se requirieron? Unapersona hábil, sin ninguna instrucción en ingeniería, pudierahaber ideado el concepto de la solución que sirvió de base parael nuevo montador de llantas, pero difícilmente hubiera po¬dido especificar los detalles mecánicos de un dispositivo prác¬tico: En el caso del extensor del brazo estabilizador, un buenmecánico pudiera haber pensado el concepto de la solución,pero el ingeniero que fabricó el mecanismo funcional debiótener conocimientos especiales sobre metales, tratamientos tér¬micos, esfuerzos mecánicos, mecanismos y vigas en voladizo.Unicamente un persona familiarizada con los principios de lamecánica, los fenómenos gravitacionales, los sistemas oscila¬torios y otras cosas semejantes puede tener los medios necesa¬rios para idear, y luego realizar, la solución del gradientede gravedad.

El meollo de la solución en cada uno de estos ejemplos esla invención pura, un producto del ingenio de un ingeniero.Pero sin conocimientos técnicos y científicos especiales, hubie¬ra sido virtualmente imposible que una persona convirtiese laidea básica en una solución factible o viable en ninguno deestos casos. Aunque la invención es una necesaria y muy im¬portante parte del diseño en ingeniería, difícilmente es su¬ficiente.

Este análisis también hace destacar una importante dife¬rencia entre los ingenieros modernos y hombres como Edison,

(

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c

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12CAPITULO

'

<

HI proceso de diseño:

Especificación de una solución;

el ciclo de diseño

(

(

C

Los DATOS de entrada a esta fase son la solución elegida, partede ella en forma de croquis, apuntes, cálculos, etc., y gran

parte de ella todavía en la cabeza del proyectista. Además deser incompleto, este material está desorganizado y difícilmenteen condiciones de poder ser presentado a los jefes o a losclientes.

Falta describir con los detalles suficientes los atributos físi-las características de funcionamiento de la solución

IdeasCroquis !Ñolas

\ i (

Fase deespecificacióneos y

propuesta, de manera que las personas que deben aprobarla,los encargados de su construcción y quienes la manejarán yconservarán, puedan desempeñar satisfactoriamente sus fun¬

ciones. El hecho de que alguien distinto de nosotros por logeneral construya, opere y cuide nuestras obras, hace que ad¬quiera especial importancia la presentación cuidadosa porescrito y la comunicación exacta de ellas.

Los datos de salida de esta fase consisten usualmente de

7 V (

Modelofísico

Planos deingeniería Informe

dibujos del proyecto, un informe escrito y, posiblemente, un

modelo físico o icónico tridimensional. Los primeros de estos

medios de comunicación, que se llaman a menudo “los planos”simplemente, son dibujos de la solución cuidadosamente rea¬

lizados, detallados y acotados.El segundo medio, el informe técnico, suele ser un docu¬

mento bastante formal que describe la propuesta con palabras,diagramas y croquis. Este informe también describe el fun¬cionamiento de la solución y proporciona una evaluacióncabal de ella. Es por medio de estos informes como la aptitudde expresarse se manifiesta a la gente a la que queremos im¬presionar favorablemente.

A veces se complementarán los planos y el informe con

un modelo físico (pág. 64). Este es un medio de comuni¬cación efectivo y de gran ayuda para favorecer la aceptaciónde la propuesta por nuestros superiores, clientes y el público.

(FIGURA 1.

(

(

C

(171

(0

c(

172 / el proceso de diseñoproceso de diseño en retrospectiva / 173

( Es probable que esta fase del proceso, de diseño comprendadetalles considerables. Los dibujantes y otros auxiliares técnicospueden librarlo a uno de una parte de la carga; pero, en ge¬neral, usted debe especificar los tipos y propiedades de losmateriales con los que se construirá su obra, así como susdimensiones, métodos de unión o fijación, tolerancias y de¬talles esenciales semejantes.

tencia de un procedimiento particular de diseño, fjue a largo

ptazo da excelentes resultados, tanto en la calidad de las solu¬ciones como en el costo de llegar a ellas. Es cierto que aun

el más. deficiente enfoque para resolver problemas puede dar

ocasionalmente una solución aceptable, pues un elemento del

azar está comprendido en la generación de ideas. Además, elempleo de un enfoque óptimo no garantizará que las solucio¬

nes finales de todos los problemas serán mejores que las que

pudieran obtenerse .mediante procedimientos deficientes; Ladiferencia está en la probabilidad de obtener superiores resul¬

tados, de modo que la ganancia consistirá en el mejor desem¬

peño del lector en su trabajo, a largó plazo.Aunque hay un acuerdo general sobre la existencia de un

procedimiento óptimo de diseño y sobre sus principales carac¬

terísticas, las autoridades en la materia no concuerdan en los

aspectos específicos. Por ejemplo, todos los autores recomien¬dan que se empiece el ataque de un problema con una cuida¬dosa definición de éste. En este aspecto el autor no está de

acuerdo con la mayoría, sino que recomienda una definicióndel problema en dos etapas: el cuadro general primero y luegolos detalles. Alguno autores no dicen nada concreto acerca

de cómo definir un problema; otros recomiendan seguir un

sistema y una nomenclatura. El autor de este libro recomien¬da un sistema específico y ya ha dado buenas razones paraello. Se mencionan estas diferencias para que el lector estépreparado si ha de seguir estudiando más la materia del dise¬ño, lo cual es muy recomendable.

El proceso de diseño es una serie de etapas en la evolu¬

ción de la solución a un problema. El objeto de cada fase es

diferente; asimismo lo será el tipo de actividad en la resolu¬ción de problemas que predomine en cada uno. Sin embargo,estas etapas no tienen fronteras bien definidas, ni tampococonstituyen la serie ordenada de pasos concretos y bien defi¬nidos que esperaría el idealista. Hay cierta confusión a medidaque el énfasis pasa de una fase a la siguiente. Ocasionalmente,las soluciones se le ocurrirán a uno mientras la definición delproblema sea la actividad predominante; durante la fase de

búsqueda puede decidirse reformular el problema. Similar¬mente, es imposible no efectuar una cierta evaluación en lafase de búsqueda. El azar juega un papel significativo en

este proceso; nuevas informaciones y nuevas ideas se descu¬bren inesperadamente, se revelan consecuencias adversas y se

encuentran callejones sin salida. Todo esto da origen a irre¬gularidades y retrocesos, como se muestra en la Fig. 3.

En algunos casos el proceso de diseño estudia sólo las ca¬

racterísticas generales de la solución, tratando temporalmente

(

cÉL PROCESO DE DISEÑO EN VISTARETROSPECTIVA

‘ (

Probablemente el lector sea víctima de ciertos hábitos depensamiento que interfieren con su habilidad de resolver pro¬blemas. Si han de desechar tales Hábitos, tendrá que~trabajaren ello. Para.esto se requiere una disciplina consciente de lamente. El esfuerzo valdrá la pena, pues la retribución consis¬tirá en obtener resultados adecuados en la resolución de pro¬blemas profesionales y personales. Se le recomienda que dedi¬que cuidadosa atención a su técnica de diseño. Estudie yaplique el proceso resumido en la Fig. 2 hasta que sea algonatural para usted. Examine su enfoque y realice una auto¬crítica constructiva. Después que haya tenido experiencia,quizá desee modificar el procedimiento que se ha recomen¬dado, y adoptar otro que se ajuste mejor a sus necesidades ypreferencias. Lo anterior será excelente, pues significaría queestá prestando atención a sus métodos de diseño, lo cual esexactamente lo que desea el autor.

Una encuesta entre profesionistas y maestros de ingenieríaamantes del progreso, revela una creencia general de la exis-

(

c

(

( FIGURA 2. Fajes deldiseño que muestran

entradas y salidas de ct

ceso derobablesJase.

prolas

Ni(Ande|S'S

problema del Problema

/MR

Enunciado vagode lo quese quiere

Investi¬gación

Vista panorámicadel problema

Formulacióndel problema

(

jj/ J~, / Múltiplesr* .— /X soluciones

7 / I mente eni—' L_Lforma de

concepto

%(

7 Te"~ t

Detallesde la

ictónuestaa sr.Solu

BES DecisiónEspecificación preferida enforma burda

soluprop

(

(

(

(

174 / el proceso de diseño el ciclo de diseño / 175(

será retribuida con creces la inversión en ingeniería y otros

recursos para crear una solución. Antes de empezar a diseñar

una máquina para ensamblar o montar los interruptores de

tiras, los ingenieros deliberaron sobre las posibilidades de un

resultado ventajoso. La decisión para llevarlo a cabo se fundó

en su juicio, en la experiencia anterior en trabajos semejantes

y en la disposición a aceptar un cierto riesgo.

Formulación!I ¿*K (Análisis _. _

HHhflIniciacióndel proyecto

! - —Investigación

Decisión ,i

£ F*

Desde el momento en que romienza un diseño se pone

a prueba la hipótesis de que se producirá una soluciónventajosa. Esta cuestión se plantea repetidamente, aunqueno siempre en forma explícita, en el proceso de diseño: “Sobrela base de lo que se ha aprendido hasta ahora en el proyecto,

¿se tienen indicios de una utilidad suficientemente alta para

que se justifique la continuación?” Así, pues, en cualquier

momento desde su etapa conceptual hasta la de especifica¬ciones, un proyecto está sujeto a ser suspendido si la infor¬

mación acumulada indica que probablemente no se hallará

una solución conveniente según las condiciones actuales de la

tecnología.Por supuesto, al principio de un proyecto se sabe relativa¬

mente poco acerca de la probable solución final, de manera

que en esta etapa hay muchas incertidumbres y, por lo tanto,

un riesgo apreciable de estar equivocado al suponer que el

resultado es económicamente factible. A medida que se avan¬

ce en el proyecto se obtendrán soluciones alternativas, se

apreciarán otras posibilidades y adquirirá más importanciaalguna otra información sobre la cual basar una respuesta a la

cuestión siempre presente de la utilidad o conveniencia. Por

lo tanto, el riesgo de tomar una decisión equivocada es má¬

ximo al principio de un proyecto, y disminuye progresivamentea medida que se avanza y se acumula la información.

Las recomendaciones relativas a la factibilidad económicade los proyectos en perspectiva son una parte muy importan¬

te del trabajo de un ingeniero. Tales decisiones están lejos de

sencillas y, sin embargo, al ingeniero que ha cometido va¬

rios errores a este respecto no se le considera favorablemente.

XTerminacióndel proyecto

Tiempo Uanscurrido-

los subsistemas y componentes como “cajas negras”. Lo an¬terior se realiza a veces en un estudio de factibilidad, dondelos detalles se especifican solamente al grado necesario parapermitir al ingeniero predecir satisfactoriamente los costos dedesarrollar y producir el dispositivo, y pronosticar la acepta¬ción por los consumidores. El diseño detallado depende de laspredicciones favorables.

En el diseño de sistemas a gran escala se emplea un pro¬cedimiento similar debido a la complejidad del trabajo total.Un satélite de telecomunicaciones tiene numerosos subsistemasprincipales, cada uno con cientos o miles de elementos en loscuales interviene el trabajo de muchos ingenieros. En el diseñode tan complicado dispositivo, las características generales decada subsistema se especifican sin dar mucha atención a losdetalles de los componentes. Después que se hayan establecidotentativamente los aspectos más amplios del sistema total, seinicia a! diseño detallado de subsistemas y elementos. Se asignaun equipo de ingenieros a cada subsistema principal y a cadaequipo se le dan determinados datos de entrada y de salida,restricciones sobre tamaño, peso, etc., que se fijaron en la fasede diseño del sistema total. El diseño del sistema total y el desus subsistemas obviamente están muy relacionados, como su¬cede también con las actividades de los diferentes equipos.

La recurrente cuestión de la faelihilidad económica.Hay notablemente pocas cosas que el hombre no pueda lograr

el tiempo y el dinero suficientes. Rara vez el problemaconsiste en si un dispositivo puede ser creado para un fin de¬terminado. Es casi seguro que podrá realizarse si alguien estádispuesto a pagar el precio. La cuestión real suele ser la si¬guiente: ¿puede crearse una solución conveniente? Por lo tan¬

to, en la mayoría de los casos la factibilidad técnica no esun obstáculo, pero sí lo es la factibilidad económica.

La concepción de un diseñó implica la hipótesis de queuna solución al problema es factible económicamente y que

_ FIGURA 3. Representacióngráfica Je la distribución deltiempó de trabajo de un ingenieroen las fases del proceso de diseño

i proyecto. Talesrían

Cdurante un

gráficas va

diferentesestán relat

radicalmente paraproyectos; algunasivamente ordenadas,

mientras que otras serían muchomás irregulares que la de estafigura.

(

(

(

(

ser (

EL CICLO DE DISEÑO

El trabajo de un ingeniero rara vez termina al especificaruna solución; su responsabilidad se extiende ordinariamente

hasta la obtención de la aceptación de su diseño, la vigilanciade su instalación o construcción y su uso inicial, la observación

y evaluación del mismo durante su funcionamiento y la deci¬

sión (o bien, la ayuda para tal decisión) de cuándo sea acon¬

sejable un nuevo diseño. Estas funciones completan el ciclo

esquematizado en la Fig. 4.

con

(

(

(

(

(

(variedad de los problemas de diseño / 177176 / el proceso de diseño

Reactivación del proceso de diseño. La evaluación perió¬

dica de las soluciones en uso también proporciona una base

para decidir cuándo hay que diseñarlas de nuevo. Ninguna

solución a un problema práctico conserva indefinidamente su

calidad. Con el tiempo se descubren nuevos métodos, se pre¬

sentan nuevas demandas, se acumulan nuevos conocimientos,cambian las condiciones y se produce el deterioro físico. Enconsecuencia, se alcanza un punto en la vida de un diseño

en que es ventajoso buscar una mejor solución. Un departa¬

mento de ingeniería puede decidir inteligentemente cuándoemprender un

soluciones corrientes a los problemas de su campo.El ciclo de diseño se completa cuando, después de que

una solución a un problema se ha ideado y utilizado por varios

años, se da uno cuenta de que sería provechoso un nuevo

diseño, y entonces se inicia otra vez el proceso de hallar una

solución adecuada.

“Proyecto

(N c»*1 M

Formula¬ción

Problemanuevo *

IFacilitar la

aceptación dela soladóa 1

.i

(

! Déoste

“¡*ila.‘.tia aeH realización

fabricacióno instalación '

(II

1rediseño sólo si se revisan periódicamente lasI

Evaluadánde le

afectividad

Observación dela soluciónen servicio

Wanda deluso y fundena-miento inicial

< FIOURA 4." El ciclo de -diseño.Pruebas de servicio inicial

Acondicionamiento de la solución. No suponga que las so¬luciones ideadas serán adoptadas automáticamente, construi¬das en forma apropiada y utilizadas como se ha previsto. Mu¬chas cosas pueden ir equivocadas y hay que tomar medidaspara evitar esto, entre el momento que se especifica una solu¬ción y aquél en que se ha realizado.

Por ejemplo, se necesitan algunas disposiciones para ase¬gurar que la solución sea aceptada por la gente a quiencorresponda. Los ingenieros a menudo comienzanra con la errónea impresión de que si sus proposiciones sontécnica y económicamente correctas, serán naturalmente acep¬tadas.,Pero la ingeniería es por lo general una función jerar¬quizada en una organización, de manera

VARIEDAD DE LOS PROBLEMAS DE DISEÑO

EN INGENIERIA(Se describirán a continuación dos trabajos de ingeniería

para ilustrar la amplia aplicabilidad del proceso de diseño.

El trabajo A comprende el diseño de un dispositivo que

vierta directamente la palabra hablada en escrita. La entrada

será un mensaje verbal y la salida tiene que ser el registro en

papel de dicho mensaje. Tal dispositivo obviamente tiene valor

comercial.El trabajo B implica también un diseño. Un ingeniero está

empleado en una compañía que fabrica equipos eléctricos, ta¬

les como motores y transformadores, y monta estos elementos

en sistemas de potencia diseñados para satisfacer las necesi¬

dades particulares de clientes individuales. La mayor parte de

éstos son fábricas, refinerías, empresas tipográficas, etc. Un

cliente potencial, una compañía manufacturera de papel que

planea construir una nueva planta, ha solicitado al ingeniero

que se familiarice con el proceso de fabricación de papel, que

efectúe una cabal investigación de las necesidades de la em¬

presa y que diseñe luego un sistema eléctrico completo de

potencia adaptado al proceso. Al realizar lo anterior, el inge¬niero se basará naturalmente en los equipos fabricados por su

compañía y presentará al futuro cliente su diseño junto con

el precio del sistema. Si su sistema es comprado, supervisarásu instalación y permanecerá en contacto con su obra hasta

que el nuevo sistema esté funcionando normalmente.

El trabajo A trata principalmente de la concepción de

nuevo dispositivo. Hay un mínimo de experiencia anterior en

(con-

su carre-

(

(que los ingenieros

emiten sólo recomendaciones y no órdenes. Lo anterior, másla posibilidad de que haya diferencias de opinión, hace impe¬rativo el hecho de que hay que dedicar una cuidadosa atenciónal aspecto de lograr la aceptación de las propuestas.

Los ingenieros jóvenes son susceptibles a desanimarse des¬pués de que varias de sus proposiciones hayan sido rechazadas.Están inclinados a culpar a otras personas, a su organizacióny a cualquier otra persona o circunstancia, menos a ellosmismos. Pero lo cierto es que han subestimado la necesidadde una presentación adecuada de sus propuestas, de persuadira otros del valor de sus ideas, de tener un cierto compromisorealista respecto a algunas de las características de sus diseños

(

(

( propuestos, y de una cuidadosa planeación para reducir almínimo la oposición al cambio.

(Vigilancia continua. La vigilancia periódica de sus solu¬ciones en uso, es especialmente valiosa por su utilidad paramejorar futuros diseños. Raro es el ingeniero que no puedebeneficiarse por Ja observación de su obras puestas en servicio.

( un

C

(

(

<


13 'qué apoyarse; se requieren muchas ideas originales y puedeser necesaria la investigación.

El trabajo B trata primordialmente de la aplicación dedispositivos y elementos existentes a la satisfacción de las ne¬cesidades de clientes específicos. Para este tipo de trabajoel ingeniero puede utilizar un gran acervo de experiencia en eldiseño de tales sistemas para casos semejantes. Aunque cadasituación es diferente hasta cierto grado, el trabajo de diseñodifícilmente podría considerarse como exclusivamente original

Mientras que la principal dificultad del trabajo A provie¬ne de su naturaleza de obra única sin antecedentes, en el casoB consiste en adquirir un completo conocimiento de los requi¬sitos particulares de un cliente específico. La principal recom¬pensa ofrecida por el trabajo A es la oportunidad de crear algobásicamente nuevo para beneficio de la humanidad; en elcaso B, es la oportunidad de servir directamente a un clientey observar los resultados y la satisfacción experimentadapor él.

CAPITULO(

. (

Optimización de los

métodos de resolución

de problemas

Principlos dispnestructur,

En este exfremo laactividad es sutécnica e implicabastante Innovacióny exploración

La experiencia necesariapara guiar la resoluciónde proble

almente IDEARsitivos.

ras y procesos

mámente

(

mas es minima

EN EL CAPí TULO 6 se aplicó el concepto de optimización a las

soluciones de problemas de ingeniería. El concepto también es

aplicable a los métodos que emplea el ingeniero para alcanzar

tales soluciones, por ejemplo, los sistemas de medición, los

métodos de cálculo, los modelos, y el número y clases de téc¬

nicos que utiliza.Por ejemplo, hay un grado óptimo para el refinamiento

de un modelo. A largo plazo los errores originados por las

predicciones hechas con el modelo tendrán un costo aprecia¬ble. Lo anterior se debe a que se producen equivocaciones,fallas, accidentes, reparaciones y cambios cuando las decisionesse han basado en predicciones erróneas, o a que se necesitanaltos factores de seguridad para prevenir tales condicionesadvenas (por ejemplo, cuando se construye una viga con un

tamaño del doble del que predice una ecuación).Los proyectistas de una planta química confían en un mo¬

delo analógico para hacer predicciones en las que puedanbasar su diseño. Si después que la planta haya sido construidahay un pequeño desacuerdo entre el funcionamiento predichoy el real, tal situación es de poca importancia práctica y se

acepta como inevitable. En este caso es despreciable el costo

de la falta de correlación entre los resultados predichos y los

reales, como lo indica el punto 1 de la Fig. 1(a). Sin embargo,una discrepancia mayor revelaría que hubo algunas decisionesde diseño incorrectas, que se descubrirán después de la cons¬

trucción de la planta y darán lugar a costosas modificaciones.En este caso el costo de la discrepancia puede estar alrededordel punto 2. Un desacuerdo aún mayor puede resultar en algomucho más costoso, v.gr., una explosión, cuyo costo puedeestar en la región del punto 3. Para todos los modelos existeuna situación semejante. La gráfica indica lo que sucede ge¬neralmente al costo de los errores en las predicciones de un

(

(Estas dos clases de trabajo están cerca de los extremos de

una amplia variedad de tipos de actividades de diseño (Fig.5). En tal variedad quedan comprendidos trabajos tales comoel diseño de un vehículo interplanetario para pasajeros, unacortadora automática del cabello, una carretera a prueba deaccidentes, una fábrica, un automóvil, una planta de cemento,un puente y algún otro que se encuentre el lector. La soluciónde cada uno de estos problemas requiere la aplicación del pro¬ceso de diseño.

O

1II . (s

-S

(I1.I (

(3

Costo de losen las predicdel modelo

errorescciones

Principalmente APLICACIONde dispositivos, estructurasy procesos

Costo

(2

La actividad en esteextremo implica un mínimode innovación técnica (/

iLa experiencia necesariapara guiar la resoluciónde problemas es máxima

Grado derefinamiento

Capacidadpredictiva

Capacidadpredictiva

perfectanula

(Aumento del error

FIGURA 5. El diseño en ingenieríacomprende una gran variedado “espectro” de tipos de actividadesque sirven para satisfacer muydiversas necesidades.

Aumento del refinamiento(

FIOURA 1(a)

(179

(

c(

180 / optimización de los métodos selección de una “herramienta” / 181

modelo, a medida que un ingeniero refina éste y reduce dichoserrores. El costo disminuye con rapidez decreciente hasta al¬canzar finalmente un punto en el que los refinamientos adicio¬nales producirán un beneficio despreciable y no vale la penautilizarlos.

Hay otra buena razón para no intentar el refinamiento deun modelo hasta el punto en que la curva de la Fig. l(aV seacerca a la horizontal. El costo de desarrollar y aplicar unmodelo crece corno lo indica la curva de la Fig. 1(b). Estecosto aumenta con rapidez creciente porque, a medida que serealizan más esfuerzos para reducir el error en las prediccio¬nes del modelo, las mejoras adicionales son cada vez más di¬fíciles y tardadas de lograr. Lo anterior es generalmente cierto.

El grado óptimo de refinamiento, entonces, es el punto enque es mínima la suma de esos dos costos; véase la curva dela Fig. 1(c). Es antieconómico tratar de refinar un modelomás allá de ese punto.

La situación resumida por la curva de la Fig. 1(c) no esexclusiva de la representación mediante modelos. Se presentaen los sistemas de medición, en los métodos de búsqueda deinformación y eri la mayor parte de los instrumentos, técnicasy procedimientos que se emplean en el trabajo. En cada caso

hay un grado óptimo de refinamiento simplemente porque elpersonal de trabajo y otros recursos dedicados a tales fines senecesitan en otras actividades, y también porque un mayormejoramiento produce ganancias decrecientes. De hecho, porlas mismas razones básicas hay un número óptimo de horas-hombre para la resolución de un problema.

mente el medio adecuado. Muy posiblemente el método más

rápido y barato es el procedimiento ordinario de lápiz y papel,o bien, la regla de cálculo, la calculadora de escritorio o aun

la exploración a ojo de las cifras y la estimación de las can¬

tidades que se necesitan. Quizá, también, se pudiera dar ese

trabajo a un empleado. El punto es que hay numerosas alter¬

nativas -y se deber considerar antes de emprender una tarea

determinada.

Ya se ha dicho:Hay alternativas. Estos estudios de casos

de los métodos alternativos de resolución de problemas, ilus¬tran la naturaleza de casi toda técnica, procedimiento y dis¬

positivo que podrá emplearse. Se verifica lo anterior ya sea

que se trate de medir, predecir, calcular, comunicafT-ete. Y —como ninguna de las alternativas es óptima en todos los casos,

toca a uno considerar las posibilidades y hacer una seleccióninteligente antes de iniciar un trabajo dado. Pero, pongámo¬nos de acuerdo primero. Las escuelas de ingeniería actua¬

les, en general, no cumplen con la tarea de estimular al alum¬no a efectuar lo anterior, ya que no enseñan cómo. De

manera que incumbe al autor de este libro, a algunos profe¬sores que sí dan atención a este asunto y principalmente allector, el desarrollo de su aptitud para optimizar sus métodosde resolución de problemas.

Costodel deserty aplicaciórdel modelo

rollo:ión

I(

HCapacidadpredictive

Capacidadpredictiveperfecta

(

FIOURA 1(6)

(

( ur i!i criterio(.)+(b; /

\ //\6

/\\

( \

XCapacidadpredictiveperfecta

Capacidadpredictive

Cómo no hay que hacer la selección. En parte por faltade tiempo, no se le enseñan a usted en sus estudios superiorestodas las formas aceptables de resolver un tipo dado de pro¬blemas. Pero no hay que permitir que lo confunda a uno el

hecho de que se le enseñe sólo un modo de resolución; puedesuponerse de seguro que para cada problema existen alterna¬tivas que vale la pena considerar. Además, probablemente lomás sensato mientras se está en la escuela es resolver cada

(FIOUHA 1(C)

SELECCION DE UNA “HERRAMIENTA PARAEL TRABAJO”

Imagínese que está usted en su escritorio trabajando enun cierto problema y que en primer lugar tiene un sistema deecuaciones simultáneas que resolver. Es de esperarse que noproceda a resolverlas automáticamente, en la forma en que suprofesor le enseñó en la escuela; en vez de eso haga una pausay piense... ¿el método de substitución, el de substracción, el detanteos, los medios gráficos, los determinantes, la computado¬ra, algunos otros? Luego, para elegir la mejor de estas posi¬bilidades, considere el tiempo probable requerido por cadaprocedimiento, el costo del equipo utilizado y la exactitud ob¬tenida. Sobre la base de estos criterios juzgue qué alternativase adapta mejor a esta situación.

O bien, suponga que tiene un conjunto de números cadauno de los cuales debe elevarse al cuadrado, sumado, prome¬diado, etc. Desde luego, la computadora no es automática-

tipo de problema como se le haya enseñado, pero una vez

graduado se deben explorar todas las alternativas y utilizarlascuando sea apropiado. No hay que continuar por años resol¬viendo un tipo particular de problema con un método deter¬minado, sólo porque es el procedimiento que se aprendió en

la escuela. (Es muy probable que sea caprichoso y consuma

más tiempo del necesario en un determinado número decasos.)

(

(

(

Hay otras razones indeseables para resolver siempre un

tipo de problema de cierta manera. Una es el hábito o cos¬

tumbre, que por supuesto es el camino de menor resistencia.A menudo es mucho más fácil utilizar mecánicamente y a

ciegas el mismo procedimiento cada vez que se presenta un

tipo de problema que detenerse y razonar, considerar y quizáscambiar el método. Y no se piense que en la práctica de la

(

(

(

(

182 / optimización de lot métodos selección de una “herramienta” / 183(

ingeniería no hay manías, ni tampoco ingenieros que resuel-

problemas por métodos ultrarrefinados sólo con el fin deimpresionar a sus colegas. De seguro que algunos trabajos sonefectuados con una computadora cuando bastarían procedi¬

mientos más simples y baratos, sencillamente porque estas má¬

quinas están de moda y se causa una buena impresión. (Peroc¡¿" el autor se apresura a indicar que lo anterior no es propio

de la buena práctica de la ingeniería.)

Método depredicción

ven(

Construccióny prueba bajo

condiciones reales

Modelomatemático

Juicio Simulación

Criterio

Costo de lapredicción

Generalmente aumentaInformade enlr

Generalmente aumentaMedidfados d

onei.

e pruebas,fes conocidas.

stas

Errorresultadoconcondiciones supue

upira información

Cómo se debe hacer la selección. Primero, búsquense lasalternativas disponibles para el trabajo que > se tenga, luegoapliqúese un sólido criterio para elegir el enfoque que seaóptimo en la situación particular. Lo que el autor quiere decircon “sólido criterio” se ilustrará -en-el siguiente ejemplo. -

stardicii Generalmente aumenta

Tiempo necesario

4 Además tal juicio es rápido y de poco costo. En otros casos . FIGURA 3. Aieunas leneraiúacioneslos- modelos matemáticos o los distintos tipos de simulación

. . fc métodos de predicción. Estas soa

serán los procedimientos más adecuados. En ciertas circunstan- eso. generalizaciones, pero con

cias la construcción directa de una alternativa y su ensayo en “gi™. qÿ'to'Z'kZTcLiieadolas condiciones reales será el mejor método, aun cuando este método, cm respecto ai costo

j. , ii/i* error, el cual no podrá serprocedimiento suele ser muy cososo y tardado (obviamente evaluado hasta que se comiencen

que resultará prohibitivo en casos como el ejemplo de la ter- ° ía¡°‘ concretos. EnJ r general, cuando se traía de un

mínal de autobuses) . trabajo especifico de predicción,el autor considera estas alternativas

“Herramientas” elegantes. Hasta ahora hemos hablado de ie a Primero. . ., , , .. . . . comprueba que el juicio personal

optimización, razón beneficio a costo, alternativas y criterios, sea adecuado,- si no lo es, ¡nuesti.a

en lo que se refiere a su aplicación a los métodos de resolución mal‘m°l,ca‘'

de problemas. Otros aspectos descritos anteriormente en el li¬bro se aplicaron aquí también. Uno que es particularmenteapropiado es el concepto de elegancia (pág. 167) . Obsérveseque las recomendaciones' de sencillez y elegancia hechas porel autor se aplican tanto a lps métodos para lograr las solu¬ciones como a las soluciones mismas. En este sentido la ele¬gancia es la utilidad de una “herramienta” con relación a su

complejidad. Hay programas elegantes de computadora y otros

no tanto, y lo mismo puede decirse de los métodos de análisisde esfuerzos, procedimientos computacionales, métodos de me¬

dición, etc. Aunque quizá se piense que uno nunca utilizaríauna técnica o procedimiento innecesariamente complicado enel curso de la resolución de un problema, vale la pena men¬cionar este punto. Sin vacilación empléense computadoras o

matemáticas complicadas cuando sean los mejores medios parael trabajo que va a realizarse, pero hay que evitar ser como elindividuo que toma un tractor para hacer un trabajo de dosminutos que sólo requiere pico y pala.

Juicio humano; o m

matemde sim

odeloíloético; o rqpde

ulación; oconstrucción yprueba del obj

Proce¬sador Supóngase que se está diseñando una gran terminal de

autobuses que pueda manejar varios miles de vehículos de

transbordo por día. En particular, se desea predecir la capa¬cidad, las lineas de espera (o colas) de personas, los conflictosen el abordaje de los autobuses y la efectividad general de losdiferentes diseños considerados. Para este objeto se puede re¬

currir a uno o a varios de los siguientes métodos principalesde predicción: su propio juicio,simulación o los experimentos con el objeto real. Al elegir un

método para este trabajo se deben aplicar estos criterios:

•El costo de hacer la predicción, que depende de las horas-

hombre requeridas y de los medios utilizados. Esta es la

parte obvia.

•El costo del error en las predicciones, que depende de la

magnitud de tal error y de su influencia sobre la .situaciónconcreta. En un cierto caso un error podría no tener con¬

secuencias; en otro, el misino error podría originar pérdidasde vidas y daños a la propiedad.

•El tiempo absoluto necesario para hacer las predicciones.Un juicio puede formularse en unos cuantos segundos; la

construcción de un prototipo a escala natural para ensayarlo

en las condiciones reales, puede demorar semanas o meses

un proyecto.

efo reaI

í

i nformaciónde salida

C Predicción J(

modelo matemático, launFIGURA 2.

(

(

(

(

(La Fig. 3 muestra cómo se clasifican los principales mé¬

todos de predicción con respecto a estos criterios. Ninguna de

estas alternativas es la mejor para todos los casos, sino que

cada una tiene su propia aplicación. En algunos casos el juicio

personal es el método a utilizar; puede ser erróneo, pero al¬gunas veces el error relativamente carecerá de consecuencias.

Ejercicios

1. Después de leer este capítulo es seguro que usted tengaalgo inteligente que decir acerca del “procedimiento co-

{

(

cc

14184 / optimización de los métodos

CAPITULOrrecto comparado con el mejor procedimiento” para resol-ver un problema dado. Escriba un breve ensayo sobre eltema.

2. Hay un periodo óptimo (en días de calendario) para laterminación de un proyecto. Trácense las gráficas (no esnecesario usar escalas) que representen los principales cos¬tos conflictivos y el costo total. ¿Qué importancia tieneesto con respecto a los proyectos de ¡levar al hombre a laLuna y de) aeroplano supersónico de pasajeros, queambos programas de urgencia?

3. De uno de sus cursos actuales escoja un tipo particular detrabajo —de cálculo, de predicción, de medición, etc.—y describa el mayor número_que_pueda_de métodos alter¬nativos para hacer tal trabajo. Indique los criterios queutilizaría para elegir el mejor procedimiento.paraparticular.

(

La ingeniería

y la sociedad( son

c(

un casoLAS HERRAMIENTAS O medios de trabajo, las máquinas y las

construcciones generalmente tienen gran influencia sobre la

vida de los hombres; muchas de ellas han estado íntimamente

relacionadas con importantes eventos políticos, sociales, bé¬

licos y económicos de la historia. Por ejemplo, consideremos

las acciones recíprocas de índole comercial, cultural y política

entre diversas naciones cuando fueron apareciendo navios ca¬

paces- de atravesar los grandes mares; el incremento de la

productividad agrícola que resultó del reemplazo del arado

de madera por el de hierro; el efecto de la imprenta sobre la

preservación y divulgación de los conocimientos; el impacto

militar y político de la aparición de una nueva arma, tal como

la bomba atómica; la gran influencia social y económica del

automóvil. Los anteriores no son los únicos efectos de estos

artefactos, ni tampoco son ellos los únicos objetos que han

tenido importantes consecuencias para la humanidad.Los aparatos, estructuras y procesos tecnológicos creados

por los ingenieros de nuestros días no son diferentes en

aspecto. Tales obras influyen significativamente en el bien¬

estar físico y la seguridad personal del hombre, en su' locó-

moción, en la facilidad con que puede comunicarse, en la edu¬

cación que necesita, en la duración de su vida, en el tiempo,

contenido, exigencias físicas y estabilidad de su trabajo, en

sus actividades de recreo y en su ambiente físico. De hecho,

nuestros sistemas económicos, sociales, políticos y militares son

afectados y dependen notablemente de las obras de ingeniería.

Consideremos uno de estos aspectos, el ambiente físico. El

área urbana densamente poblada, con sus altos edificios, ins¬

talaciones, ruido, congestión de tránsito y aire contaminado;

las carreteras de alta velocidad; las obras hidráulicas, como

presas y canales. Todos estos son aspectos de nuestro ambiente

exterior del que la ingeniería es responsable en alto grado. Y

185.

(

(

(

(

c( este

(

(

(

(

(

(

(la ingeniería y la sociedad / 187186 / la ingeniería y la sociedad

Despepitadora de algodón obsérvese que se puede tener también un ambiente interiormuy próximo a lo ideal, indeffendientemente de cuales seanlas condiciones externas de iluminación, temperatura y hume¬dad. Los efectos de este ambiente artificial no son sólo físicos.Recuérdese que el comportamiento de una persona está deter¬minado en parte por lo que la rodea y, en consecuencia, losingenieros .influyen indirectamente sobre la conducta humanapor medio de las obras que alteran el ambiente de una co¬

munidad.El principal objeto: de esta descripción ha sido despertar

en el lector su “conciencia de los efectos”, es decir, hacer quese dé cuenta de los efectos tan profundos de las obras deingeniería. Todo lo que usted produzca como ingeniero ine¬vitablemente afectará a la gente, probablemente a muchaspersonas, en numerosas formas. Para desarrollar tal concienciase recomienda dedicar unos minutos a la Fig. 1, en la queaparece una lista de algunas de las muchísimas obras de inge¬niería que han afectado significativamente la vida de loshombres. Se sugiere reflexionar por un momento en cadauna, visualizando los efectos que usted sepa o pueda imagi¬narse fácilmente que han tenido sobre la gente.

La sensibilidad de un ingeniero al efecto de sus solucioneses importante por dos razones. La gente interviene directa¬mente en las obras que produzca, como usuarios, operadoresy conservadores de ellas. Así, son las personas quienes piloteanaeroplanos, utilizan los medios de transporte, reparan auto¬

móviles y manejan máquinas en las fábricas. De la efectividadcon que los diseños de uno satisfagan a la gente dependeráespecialmente el concepto que se formen de uno como in¬geniero.

Pero un aeroplano de reacción produce un ruido que mo¬

lesta a los habitantes de muchos lugares; la utilización demáquinas en las minas ha afectado a los mineros, a sus fami¬lias y a comunidades enteras; el puente de Verrazzano-Na-rrows ciertamente significa algo más para los residentes deStaten Island (que antes formaban una comunidad relativa¬mente aislada) que sólo un medio más conveniente de ir a

otras partes de la ciudad de Nueva York; la construcción deuna fábrica para manufacturar el desalador de agua (véasela pág. 19) en una zona semirrural afectará de seguro a esta

región, pues creará nuevos empleos, aumentará el tránsito yproducirá “inflación local”; un túnel o puente que cruce elcanal de la Mancha acentuará notablemente la interacciónde los pueblos de varias naciones. Así, pues, las obras de in¬geniería afectan indirectamente a la gente en diversas formas.También de los efectos secundarios, buenos y malos, de las

De manera que sus proyectossatisfagan mejor las necesi¬dades y gustos de la genteAeroplano

Motor eléctrico

¿Por qué?_ _

De manera que se puedan

predecir los efectos directo eindirecto de sus obras

Televisión

Fusil CONOCER lasociedad sobre la

que se influyeElevador (Estudiando materias tales

como Psicología y Sociología¿Cómo?'Estufa de gas

Computadora Debido a quelas obras deingenieríatienen extensosefectos sobrela gente,se debe:

Aprendiendo, para cada problema,las necesidades, preferencias,valores, etc., de los afectados

Radar

Linotipo

En las soluciones quese producenMáquina de vapor

FIGURA 1.

Por su participación en losasuntos públicos

TENER PRESENTEa la sociedad

En los problemas en los quese emplea el talento

soluciones que se creen, dependerá el juicio que tengan de FIOUHA 3.

como ingeniero. Si sus obras han de servir bien a la gente,4'

y usted ha de ser juzgado favorablemente en ambos aspectos,

deberá “conocer” la sociedad a la que afectarán sus soluciones

cuenta el bienestar de ella (Fig. 3).

Resumen del

Sociedad ,uno

(y tener en

Conozca al ser humano y su comportamiento individual

y social. Lo que la gente necesita, prefiere y tolera, debe

influir marcadamente en las características de sus diseños. Si

usted diseña una nuevo sistema de tránsito de alta velocidad

"para una población y busca satisfacer al mayor número de

personas, es conveniente que conozca sus necesidades y deseos.

¿Adonde querrá viajar la gente y en qué momento? ¿Quéprivada o aislamiento

(ConocimientoCreaciones

(Ingeniería

(importancia conceden las personasauto en relación con la frecuencia de las paradas de un

a su

FIGURA 2. en un(

(

(

188 / la ingeniería y la sociedad

ómnibus

la ingeniería y la sociedad / 189

y a su comodidad en relación con otros criterios?¿Hay suficientes personas dispuestas a ceder la privada e ¡n-dependencia proporcionada por los automóviles para hacerfactible un nuevo sistema de tránsito de alta velocidad? ¿Cómoreaccionarían ante la construcción de estructuras de soportepara ferrocarriles elevados que crucen zonas suburbanas?¿Qué intensidad de ruido tolerarían? El hallar respuestas aestas preguntas es parte del proceso de conocer a la gente queserá afectada directa e indirectamente por ei sistema. Duranteel diseño se utilizará esta información para predecir cómoreaccionará la gente a las alternativas que se están conside¬rando (es decir, ferrocarriles elevados o subterráneos, vehículosindividuales o colectivos) en el intento de maximizar la sa¬tisfacción y minimizar la oposición o resistencia.

Si se tendrán que predecir completamente las influenciaseconómicas, sociales, culturales y políticas de las solucionesalternativas, conviene aprender de estos asuntos en la univer¬sidad. Se recomiendan para este objeto los cursos de economía,psicología, sociología, ciencias políticas y humanidades. Asi¬mismo, se debe estudiar a fondo la influencia de algunosfactos como los enlistados antes. Será una provechosa expe¬riencia para el lector analizar cómo influyen varios de ellos,incluyendo los efectos directos e indirectos, tanto adversoscomo benéficos. Desafortunadamente esta clase de

se incluyen en los planes de estudios de ingeniería, demodo que es algo que debe hacerse por iniciativa propia.

Atención al bienestar del hombre. Es de esperarse que setenga interés en algo más que en los efectos de gran alcancede las obras de ingeniería; también tendrá uno que estar real¬mente interesado en la gente afectada. Una cosa es saber quelos habitantes de muchos pequeños poblados sufrirán grandestrastornos por la construcción de una presa, y otra cosa essaber lo anterior y tratar efectivamente de reducir al mínimolos daños y perjuicios, y facilitar los ajustes económicos, so¬ciales y personales.

Por ejemplo, un ingeniero consultor prepara recomenda¬ciones para un proyecto de renovación urbana. Una de lasalternativas principales consiste en restaurar las viviendas exis¬tentes en el área; otra sería despejar toda el área y construirnuevos edificios. Los costos de construcción de las alternativas

relativamente fáciles de estimar. Pero hay otros factoresque se deben considerar: las consecuencias sociales, queenteramente distintas de las alternativas disponibles. Seríaveniente que el ingeniero considerase estos efectos sociales se¬cundarios, junto con los costos tangibles, al formularmcndaciones. Es de esperarse también que, sin importar cuál

sea el plan que proponga, incluya en sus recomendaciones

sugerencias para minimizar los costos sociales y maximizar lo

beneficios del proyecto.

Se ha criticado a los ingenieros el mostrar insuficiente in¬

terés sobre las implicaciones totales de sus obras, en especial

en los efectos indirectos y a largo plazo. Muchas de estas

críticas están mal dirígidas; cuando una compañía fabricante

de automóviles eleva ¡a potencia de sus autos sin ninguna

razón, a los ingenieros que diseñaron el motor sólo puede cul¬

párseles por seguir las órdenes de los dirigentes de la empresa

que tomaron esa decisión. Sin embargo, tales críticas están

suficientemente justificadas para merecer una seria considera¬

ción de las recomendaciones hechas en este capítulo.

No sólo por las censuras a equivocaciones pasadas está

obligado a tomar en consideración tales asuntos. Después de

todo, los ingenieros son creadores tanto de cambios sociales

como de cambios físicos, y deben conocer y tomar en cuenta

a los beneficiarios y a las víctimas de sus obras. Es muy nece¬

sario que los diseños satisfagan en el mayor grado necesidades

y deseos humanos, que uno prediga inteligentemente las con¬

secuencias completas de las soluciones que considera, que

minimice efectivamente los inconvenientes sociales y maximice

los beneficios de igual índole de las obras de ingeniería, y que

se resista a las presiones para especificar una solución que au¬

las ganancias de particulares a expensas de la seguridad

-( ••(

( uno

(

artc-

(

cursos rara¬mente

( mente

pública.De paso diremos también que hay más de

el interés social (Fig. 3). También puede manifes-una forma de(

expresartarse por la participación en las funciones públicas, que

desde los cargos desempeñados en dependencias gubernamen¬

tales, hasta las actividades informales del ciudadano prenecesidad de

vancocu-

( pado por el bienestar público. Hay una gran

de participación de los ingenieros en lostodas estas forfenómenos sociales.

Los funcionarios públiciles de índole ingenieril en que intervendrá el dinero de los

ciudadanos que pagan impuestos;decisiones relativas a la cons¬

trucción de presas, carreteras, aviones supersónicos, sistemas

de cohetes o missiles balísticos, trenes de alta velocidad, explo¬

ración de la Luna, sistemas de computadoras, servicios de

abastecimiento de agua, medios de combatir, la contaminaciónambiental, sistemas de control de tránsito, satélites meteoro¬

lógicos, etc. Puesto que hay muchas alternativas de ingeniería

y los fondos públicos son limitados, los dirigentes gubernamen¬

tales deben decidir qué proyectos pueden propugnar y cuáles

tendrán que abandonar o posponer. Las decisiones mili-

ma(

realizan muchas decisiones difí-D IS

( son

son

con-

( sus reco-

otros

(

(1

(

la ingeniería y la sociedad / 191190 / la ingeniería y la sociedad(

tares también han llegado a ser técnicamente muy complejas.Comprenden refinados sistemas de armas, grandes sistemasde computadoras, redes de vigilancia constituidas por estacio¬nes de radar, satélites y aviones especiales, complicados sis¬temas de comunicación, grandes obras de construcción yelementos similares. Estos son también problemas principal¬mente de ingeniería, que comprenden muchas alternaddecisiones muy difíciles, y en estos aspectos son 'semejanteslas situaciones militares y civiles. La diferencia entre las do»es que la organización militar emplea bastantes ingenieros,directa o indirectamente, para que la auxilien a tomar talesdecisiones, mientras que en los organismos civiles muchas vecesse carece de ellos. Las dependencias gubernamentales necesi¬tan la participación de más ingenieros en las obras y serviciospúblicos, y otros más que contribuyan activamente, con susconocimientos y aptitudes especializadas, como ciudadanos in¬teresados en el bienestar público.

En algunos casos hay muy pocos ingenieros al servicioy autoridades estatales y municipales. En vis¬

ta del creciente contenido técnico de las disposiciones legis¬lativas, administrativas y jurídicas en todos los niveles delGobierno, cada vez hacen falta más ingenieros que trabajenen tales funciones. De manera que en estos casos hay grandesoportunidades de empleo.

Otra forma en que pueden servir socialmente los ingenie¬ros es en asociaciones civiles o de ciudadanos. Son obviamenteimportantes las aportaciones que pueden realizar como miem¬bros de juntas escolares, comisiones de renovación y mejora¬miento urbano, comisiones de desarrollo industrial y agrupa¬ciones semejantes. Sin embargo, no es tan obvia la necesidadde ingenieros para comunicar al público general las potencia¬lidades de la ingeniería moderna, los fines a que se destinanen esta área los impuestos recaudados y las diversas oportuni¬dades que existen. Es sorprendente saber cuántos ciudadanosignoran casi totalmente la magnitud de los recursos financierosque derrochan los gobiernos en el desarrollo de determinadosproyectos de ingeniería, y ni siquiera se dan cuenta que paratal fin se emplea el dinero de los impuestos que pagan. ¿Cuán¬tos saben en los Estados Unidos, por ejemplo, queplano VTOL es factible y está en la etapa de prototipo, y queeste proyecto recibe sólo una pequeñísima fracción del dineroasignado al desarrollo del avión supersónico de pasajeros?¿Sabe la gente en realidad lo que le costará finalmente una

exploración lunar enviando hombres al satélite? ¿Se da cuenta

del incremento en el costo por tratarse de un programa deurgencia? ¿Se percata de que la Luna podría explorarse a

un costo mucho menor enviando máquinas e instrumentos

controlados desde la Tierra? _¿Cuántos, si es que lo saben, querrían que este dinero se

gastara mejor en más servicios educativos, o en mayores y más

confiables abastecimientos de agua, o en alguna de los cien-

de alternativas pendientes? En el pasado, la mayor parte

de la gente sabía adonde iban sus pagos de impuestos y cuáles

eran las escasas alte»nativas para su destino; por ejemplo,

para construir caminos, recolectar escombros o desechos, pro¬

porcionar protección contra incendios o comprar fusiles para

el ejército. Pero ahora la situación es enteramente distinta: se

tienen muchas más alternativas, éstas son más complejas y

muchas de ellas son menos obvias y, de hecho, desconocidas

por el grueso deTa población. Trécisamepte ahora la mayoría

de los ciudadanos tienen sólo una vaga idea de cómo se están

utilizando en la ciencia y la ingeniería las contribuciones que

conocen aún menos las numerosas alternativas en

(

: (otros

tos

vas y

<pagan, yque tales fondos podrían emplearse. Debieran ser informados

para que pudieran expresar sus preferencias u opinionesgobernantes. Por ío tanto, se recomienda que todo ingeniero,

por cualesquiera medios posibles, haga su parte ayudando a

instruir al público sobre estos asuntos. Esta es una situación

grave, pues a medida que pasa el tiempo más y más decisio-

que importan muchísimo dinero son tomadas por un pu¬

ñado de personas sin que la ciudadanía se entere siquiera deJ ello.

(a susdel Gobierno

(

,Hay todavía otra forma en que los ciudadanos-ingenieros

participen en los asuntos públicos: tomando partido en la opi¬nión pública crítica y dando a conocer sus puntos de vista.

Por ejemplo,* como quizá se haya advertido, el aeroplano de

transporte supersónico no tiene una posición muy elevada

en la lista de prioridades del público general sobre los gastos

realizados por el Gobierno, comparándolo con el desarrollo de

medios de transporte sobre tierra más rápidos y seguros, con

los aviones VTOL y con numerosas otras alternativas. El au¬

tor leyó con agrado que el director de una revista de inge¬niería escribió:

(

(

(

Dado que menos del 15% de la población de los Estados Uni¬

dos ha estado a bordo de un aeroplano y que quizá sólo el 3% de

ella viaja regularmente por aire, me parece que

obligado a intervenir al respecto. Consideremos el

del avión de transporte supersónico. Como una amplia aplicación de

nuestra tecnologia más avanzada, tiene pocas objeciones. Pero aun¬

que puede damos mucho prestigio internacional, lo que necesitamos

un aero-todo mundo está

debatido casomuy

(

(4 Aunque lo que se menciona aquí se refiere exlusivamente a los

ciudadanos de los Estados Unidos, tiene bastante importancia y sirve

fprmar tip criterio general. (N. del T.)para (

l

'

(

(la ingeniería y la sociedad / 193192 / la ingeniería y la sociedad

(que pudiera competir con la energía hidráulica y la obtenida

de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). O

bien, consideremos el riñón artificial. Ya ha sido inventado,

pero queda por resolver un gran problema: reducir, su costo,

de manera que nadie muera porque le sea imposible darse el

lujo de adquirir uno, o no haya suficientes aparatos para todos

los enfermos. Es cierto que este tipo de trabajo de ingenieríauo da tanta fama como la invención de una nueva máquinaó un aparato como el riñón artificial, pero verdaderamente

no es menos importante para la humanidad. Estos y nume¬

rosos otros conceptos de gran potencialidad, esperan el interésy el empeño de muchos buenos ingenieros.

Muchos otros problemasResueltos insatisfactoriamente ne- .

cesitan el talento del lector y son dignos de él; en el siguientecapítulo se describen muchos de ellos. Pero también hay pro¬

blemas en los que un ingeniero no debe desperdiciar su tiempo

ni su talento. Lo que usted elija hacer a este respecto depen¬

derá de sus aspiraciones y evaluaciones personales. Basta decir

que la profesión necesita hombres que se interesen en la causa

y en el valor de los problemas que se les presentan, que tengan

el suficiente carácter para decir ¡no! a un trabajo indigno de

ellos, que sepan oponerse y resistir a ofertas contrarias a su

ética profesional. Siempre habrá un puesto para ingenieros de

esta talla.

en realidad es un mejor transporte masivo. Además, no se ha toma¬do en cuenta en el grado necesario cómo afectará el avión supersónicode pasajeros la vida de los habitantes de las zonas urbanas y sub¬urbanas.**

c

Tales expresiones resultan del agrado del autor porquedesea que un mayor número de ingenieros haga oír su voz, yasea que esté o no de acuerdo con ellos (aunque en este casocoincide totalmente con la opinión citada). Sin embargo, elautor con frecuencia lee o escucha quejas como ésta;

(

(

Recientemente se produjo una controversia acerca de un planpara construir una carretera a lo largo del frente del lago de Chi¬cago. Es interesante observar que cientos de individuos y una vein¬tena de organizaciones manifestaron su opinión: haciendo comenta¬

rios, solicitando cambios o buscando la oportunidad de participar en el '

planeamiento de esa obra. No puedo recordar que un solo ingeniero(fuera del Gobierno) hablara en pro o en contra. Y según sé, nin¬guna sociedad local de ingenieros manifestó interés alguno. ¡No su¬cedió asi con otras profesiones! Los arquitectos y los planificadoresurbanos fueron muy pródigos en sus opiniones, algunas de ellas bas¬tante volubles.***

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(

( Hay que tomar partido contra las proposiciones de obrasque pudieran contaminar la atmósfera y las corrientes de agua,poner en peligro la salud pública, desfigurar el paisaje, o bien,contra las que carezcan de sensatez, de ética, o de estética, o

sean indeseables en cualquier otro modo. ¡Los ingenieros de¬ben hablar!

Como se ve en la Fig. 3, una tercera alternativa para laparticipación social de un ingeniero corresponde a los pro¬blemas particulares que haya elegido resolver. Por ejemplo, a

continuación presentaremos un tipo de problemas digno desu talento y en el cual quizá no haya pensado mucho. El aviónVTOL, los procesos básicos para convertir grandes masas deagua salada en potable, el riñón artificial y una multitudde otras obras potencialmente muy importantes, están en una

etapa critica de su evolución. Tales proyectos, como la mayorparte de las obras de ingeniería, deben convertirse de ideaspuramente abstractas en objetos técnica y económicamente“adaptados a las masas”. Este es el momento en que son espe¬cialmente importantes la aptitud de simplificar, la perseveran¬cia y el interés en el bien común. La energía atómica es unbuen ejemplo; se necesitaron casi veinte años de esfuerzos demejoramiento técnico y económico para llevarla al punto en

** Ford Park, “In Our Opinion” (En nuestra opinión), Inter¬national Science and Tecnology, octubre de 1965.

*** John G. Duba, “Interprofessional Relationships in Environ¬mental Design” (Relaciones interprofesionales en el diseño de obrasque alteran el ambiente), Civil Engineering, febrero de 1966.

(

Ejercicios

Sir Eric Ashby escribió una vez que un buen ingenieropuede “entretejer su tecnología en la tela de la sociedad”.¿Qué supone usted que quiso decir con esto?Escriba un artículo en el que analice la influencia econó¬

mica, social, política, militar y cultural de una de las obras

de ingeniería mencionadas en la Fig. 1, pág. 187.

Un ingeniero cree que son inseguras algunas caracterís¬ticas de una tubería que su compañía está por instalar.

¿Qué debe hacer en este caso? (Este es un asunto de con¬

troversia, de manera que no existe tal cosa como LA res¬

puesta. Pero USTED debe pensar muy detenidamente en

lo que haría en tales circunstancias.)La presa de Asuán (en Egipto) que se construyó en elrío Nilo ha tenido efectos de gran alcance. Analice ustedla influencia de esta obra y las medidas que los ingenieroshan tomado para reducir al mínimo los efectos nocivos.Uno de los más ilustres veteranos de la ingeniería exhortaa los jóvenes que ingresan a la profesión a que sigan una

“política de compromisos”. Escriba un ensayo sobre lo

que usted crea que quiere decir él con eso.

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15CAPITULO

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Oportunidades

y retos (

EL INGENIERO tiene para elegir una amplia variedad de tiposde trabajo, campos de especialización y áreas de problemas,que se adaptan a una gran diversidad de talentos e intereses. (

VARIEDAD

Un gran número de especialidades. Existen las ramas tra¬

dicionales de la ingeniería (véase el Apéndice A) y otras rela¬

tivamente nuevas, como las que se refieren a la astronáuticao viajes espaciales, la instrumentación médica y los sistemas deinformación. Además, en la práctica la mayor parte de losingenieros limitan sus trabajos a una fase de una especialidad.Por ejemplo, algunos ingenieros mecánicos son expertos en eldiseño de mecanismos y máquinas, otros se dedican a la refri¬geración, otros más a los diversos sistemas de locomoción, etc.

Por lo tanto, considerando todas las ramas de la ingeniería y

las numerosas subdivisiones de cada una, puede verse que elingeniero tiene una amplia variedad de especialidades de don¬de elegir.

Incidentalmente, podría ser que un plan de estudios ade¬cuado para la especialidad en la que uno se interesa no existaen la universidad o instituto técnico al que se asiste, o bien,que no lo haya en ninguna parte. Esto puede suceder con

alguna de las recientes especialidades. Tal situación no debeimpedir que uno entre al campo de la ingeniería. Los inge¬nieros con frecuencia se especializan en una rama de la in¬geniería mientras se gradúan, y después trabajan en algunaespecialidad diferente o poco relacionada con la de su carrera.

Además, en muchas instituciones es posible obtener una pre¬paración para un cierto campo de la ingeniería, complemen¬tando uno de los planes de estudios tradicionales con cursosoptativos apropiados y estudios adicionales.

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(196 / oportunidades y retos retos / 197

( Muchos tipos de actividades. Recuérdese la gama de pro-blemas descrito en la página 177. Tipificando un extremo estáel trabajo A, que demanda una completa familiaridad con lomás reciente en las ciencias, la técnologia y las matemáticas.Una gran parte de este trabajo es creativo. Los ingenieros aquienes agrada y tienen éxito en este tipo de trabajo recibencontinuamente una serie de problemas técnicos complejos. Enel otro extremo, el trabajo S comprende un mínimo de inno¬vaciones técnicas pero un máximo de trato o comprometi¬miento con la gente. En este tipo de actividad, una gran apti¬tud para vender, un sincero interés en las personasagradable personalidad, que suele llamarse “ingeniería de .ventas”, son muy deseables. Entre estos extremos hay cientosdeTtrabajósTjue ctifieren en las actividades cotidianas, en losretos que presentan y en las exigencias técnicas. Satisfacen

gran variedad de aptitudes y preferencias. En ellas puedehacer el lector su elección. Todos los trabajos de esta gamacomprenden la resolución de problemas, el trabajo con cosas ycon personas, todos requieren, en grado variable, aptitud devender, creatividad y todas las demás cualidades de un inge¬niero, descritas en el capítulo 4.

Muchos tipos de industrias. Entre las mayores empresasque tradicionalmente emplean ingenieros están las industriasautomotriz, aeronáutica, química, metalúrgica, electrónica yde telecomunicaciones, de fabricación de maquinaria y apara¬tos domésticos, de generación de energía, de ía construccióny del transporte. Los problemas son cada vez más*técnicos yla rapidez de innovación de productos, servicios y procesos demanufactura crece aceleradamente, de manera que la deman¬da de ingenieros en estas industrias continúa aumentando.Aun industrias que por años se limitaron a fabricar productosrelativamente inalterables, están ahora bajo la presión de losprogramas de innovación, de modo que también ellas buscanahora más ingenieros. También tenemos las novísimas “indus¬trias de moda”, como las relacionadas con los viajes espacialesy las computadoras, que han llegado a ser también grandesempleadoras de ingenieros.

pío, un bfien número de funcionarios ejecutivos de muchas

compañías tienen título de ingeniero. Muchos graduados en

ingeniería trabajan como vendedores, algunos son profesores,

otros científicos o investigadores, etcétera. Asimismo, son muy

apreciadas en casos especiales las personas que tengan dos pro¬

fesiones, tales como ingeniería y economía, ingeniería y admi¬

nistración, ingeniería y derecho, y aun ingeniería y medicina.

En consecuencia, una educación en ingeniería es un fun¬

damento valioso para muchas carreras, tanto técnicas como

no técnicas. Esto es comprensible. Una mente aguda y bien

disciplinada es una importante ventaja en casi todo campo

de trabajo.

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( RETOSuna

En las siguientes páginas se da una exposición de los cam¬

pos que ofrecerán excelentes oportunidades a los ingenieros en

las próximas décadas. En general, los ejemplos seleccionados

son nuevas áreas de problemas que no han recibido tanta pu¬blicidad como, digamos, la exploración del espacio. Sin em¬

bargo, proporcionan insuperables oportunidades para el em¬

pleo, desarrollo y expresión del interés social. Estos camposdignos de que se les considere ahora, porque podrían afec¬

tar el programa de especialización que usted elija en la escuela

de ingeniería.

Almacenamiento y difusión de información. Hay quienesafirman que la acumulación humana de conocimientos gene¬rales se duplica en la actualidad cada diez años aproximada¬mente. Aunque esto es difícil de corroborar, es cierto que los

nuevos conocimientos se acumulan con una rapidez asombrosa.La sociedad está experimentando en verdad una “explosiónde la información disponible”. El almacenamiento de todoeste caudal de conocimientos, de manera que sea razonable¬mente accesible, es en efecto un problema desafiante. Se ne¬

cesitan sistemas eficaces de almacenamiento y recuperaciónde información, mediante los cuales las personas que solucio¬nan los problemas en la ingeniería, los negocios, el Gobierno,la medicina, etc., puedan aprender rápida, económica y exten¬

samente todo lo que se sabe acerca de un problema dado. Los

beneficios serán soluciones muy superiores, una mejor utiliza¬

ción de la información y una notable reducción de la costosa

duplicidad de trabajo.

Telecomunicaciones. Aunque los sistemas de telecomuni¬cación se han desarrollado enormemente en la actualidad, su

capacidad tiene que aumentarse constantemente. La industria

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( .Numerosas oportunidades. Una gran cantidad de ingenie¬ros son empleados por firmas industriales, empresas de ser¬vicio público, compañías consultoras y contratistas, pero nolos absorben a todos. Las autoridades civiles emplean cadavez más ingenieros. Asimismo,, muchos emprenden sus propiosnegocios, a menudo como consultores. Por otra parte, una

educación en ingeniería da una excelente preparación parauna amplia variedad de actividades en otras áreas. Por ejem-

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retos / 199198 / oportunidades y retos

de las telecomunicaciones siempre está buscando nuevos me¬dios de acrecentar la capacidad portadora de mensajes de sussistemas. Un resultado de tales esfuerzos es el asombroso dis¬positivo que permite que un solo conductor transporte simul¬táneamente un gran número de conversaciones telefónicas,como si todas ellas se transmitieran por circuitos individuales.Por ejemplo, un solo conductor de un moderno cable subma¬rino transoceánico es capaz de transmitir 128 conversacionestelefónicas, que se entremezclan durante su viaje por el fondodel océano y son separadas perfectamente cuando llegan alotro

no se mueve con respecto a la Tierra. Recorre su óbita a una

velocidad igual a la de rotación del planeta, de modo que

está “estacionado” permanentemente sobre un punto fijo de

la superficie terrestre a una altura de 35,700 kilómetros apro¬

ximadamente. Por eso se le llama satélite síncrono, ya que su

movimiento orbital está sincronizado con la rotación de nues¬

tro planeta. Tres satélites síncronos estacionados como se in¬

dica en la Fig. 1 pueden retransmitir comunicaciones entre la

mayor parte de las áreas pobladas del globo, lo cual es verda¬

deramente un increíble y elegante concepto tecnológico. Ideas

como ésta, sumadas a la insaciable demanda de más canales

de comunicación, a la perspectiva de una extensa y prósperaindustria de los satélites de comunicaciones y al hecho de que

la expansión y la innovación sean características sobresalientes

del campo de las telecomunicaciones, son indicios seguros de.

que éste continuará siendo por mucho tiempo un campo ac¬

tivo, de gran atracción y con buenas recompensas para los

ingenieros.

Transportes. Hay tres deficiencias principales en los siste¬

mas de transporte: interconexiones demasiado lentas, desequi¬librios o desproporciones en diferentes formas de transporte y

negligencia de las gentes. Tales deficiencias son dignas de una

investigación a fondo porque los ingenieros pueden ayudarmucho a remediarlas.

Consideremos un viajero que recorre en 4 horas 3,920 kiló¬

metros de un viaje total de 4,000 kilómetros, y luego tardaotras 4 horas en ir desde el avión hasta su domicilio situadoa 80 kilómetros del aeropuerto. Una razón de esta gran des¬

proporción es la lentitud típica del transbordo de un mediode transporte a otro, por ejemplo, del avión a un autobús y

luego de éste a un tren. Esta situación es bien conocida y no

es distinta para el caso del transporte de mercancías.Otra diferencia es el desequilibrio presente en la capacidad

de viaje a diversas distancias. Hoy día la persona que quierair a un lugar situado a 50 ó 100 kilómetros tiene mayor nú¬

mero de contratiempos que la que hará un viaje de 400 ki¬

lómetros. Este desequilibrio o desproporción es especialmenteevidente en las regiones más densamente pobladas.

La tercera deficiencia es lo que muchos creen, es una

negligencia de la gente, y el autor coincide con esta opinión.La cita presentada en la página 191 lo expresa muy adecua¬damente: "...todo mundo está obligado a intervenir al res¬

pecto”. Necesitamos una transportación masiva más rápida,más barata y con menos contratiempos pard todas las distan¬cias de viaje, ya sea dentro de una ciudad o en el interior del

país. Como sucede en la actualidad, si se tiene necesidad de ir

Esto esdesequilibrio

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continente. Esta forma de compartición que aumentagrandemente la capacidad de un canal de comunicación, tieneuna extensa aplicación en el campo de las telecomunicaciones.

En esta industria se buscan también innovaciones que ori¬ginen otros medios de comunicación. Un resultado de talesesfuerzos es el satélite de telecomunicaciones, ejemplificadopor el “Pájaro Madrugador” (denominado ahora “IntellsatI’ )> que constituye un notabilísimo sistema para retransmitirseñales radiotelefónicas y emisiones originales (“en vivo”) detelevisión, entre puntos del mundo muy distantes. Los prime¬ros satélites de comunicaciones como el “Telstar” se movíancon demasiada velocidad respecto a la Tierra y, por lo tanto,estaban simultáneamente “a la vista” de las estaciones emisoray receptora sólo por períodos relativamente cortos. La trans¬misión continua se podía lograr únicamente utilizando doce¬nas de tales satélites, de manera que por lo menos uno estu¬viese siempre a la vista de ambas estaciones. Pero el IntellsatI

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£ iISatélite 1 Estación D•4 VoQ.

£(4S3FIGURA 1. Tres satélites

síncronos de telecomunicacionesestacionados como se muestra,pueden recibir, amplificar y

retransmitir conversacionestelefónicas y emisiones detelevisión entre la mayor

de los lugares del mundoejemplo, el satélite III siempreestá simultáneamente a la vista delas estaciones de Tierra C y D.Los satélitesIy II puedenretransmitir señales entre las

que están en

la superficie

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1Estación C u

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7 ~-¿2.—Tomas de aire de losventiladores de aerosoporte

’"«Cubierta para automóviles

a un punto situado a más de 150 kilómetros de distancia y se

dispone de dinero, no hay problema, se va uno por avión;de otra manera...

Hay muchas incitantes ideas sobre el transporte en diversasetapas de desarrollo; se puede tener una buena comprensiónde estas posibilidades observando las Figs. 3 a 13. Además delas que se indican, hay también bastantes oportunidadesde desarrollo en campos tales como los de los automóvilescon propulsión eléctrica por baterías, los distintos tipos de

aviones VTOL, las tuberías o conductos para transportar só¬lidos, y las embarcaciones de superficie y submarinas sin tri¬pulación, para el transporte transoceánico de mercancías. De

paso diremos que la razón de que no se -hayan incluido en este

capítulo numerosas ilustraciones de “ideas en evolución” paracada área de problemas, es simplemente la falta de espacio;en todas ellas están “en proceso” notables desarrollos.

Las oportunidades para el lector en un campo como el de

los transportes son de tres tipos: concepción de nuevos sis¬

temas; desarrollo de ideas como

la forma de sistemas económicos, confiables, seguros y satisfac-

, Rampa de carga!? I\I Cojín

de aireFIGURA 3. A éstos vehículos se les llamacomúnmente vehículos con cojín de aire(VCA) o aerosoportados. Un VCA essostenido por un cojín o corriente de aireque queda atrapada debajo de él por un

cerco o faldón flexible. Esta forma desoporte le permite moverse con facilidadsobre la tierra o el agua. El vehículomostrado en (a) y (b) transporta 600pasajeros, tiene una velocidad de travesíade 104 km/h y puede desplazarse hastacon olas de 3 m de alto. Naves de este

tipo dan servicio como transbordadoresa través del Canal de la Mancha.(Ilustraciones proporcionadas por laBritish Hovercraft Corporation.) El VCAmercante ilustrado en (c) dejaría atrás a

cualquier otra embarcación actual, puespuede navegar a 144 km/h. Esta nave de126 metros de eslora (largo) y 4,000toneladas de desplazamiento representa

lo que será una embarcación de

transporte común de pasajeros,

equipo militar en el futuro. (Cortesíade Textron’s Bell Aerosystems Company.)

Tanque deflotación¡Cabina interior de pasajero!

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\FIGURA 4. si llegara a

extenderse bastante el empleo delos aviones VTOL, habría todavíaproblemas críticos en lalocalización y el diseño deaeropuertos. Tales problemaspodrían resolverse por ideas taningeniosas y poco comunes como

ésta y la de la FIGURA 5. Aquí seilustra un posible aeropuerto

construido sobre el agua, soluciónque podría ser la única adecuadapara algunas regiones o ciudades.(Cortesía del Departamento deAeropuertos deLos Angeles, Cal., E.U.A.)

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x - .FIGURA 6. Los colosalesaeroplanos de reacción "Jumbo"ponen el transporte aéreo alalcance de una mayor parte de lapoblación. Aeronaves de estetamaño pueden transportar 500personas y volar a más de960 km/h. En (a) se muestra

una vista en corte del modelopara carga y pasajeros. En (b)

puede tenerse una idea deltamaño de la cabina de los

“Jumbo jets” de la “primerageneración (Cortesía deLockheed-Georgia Company,

Wide World Photos.)

*;gag - VFIGURA 5. Una prometedorasolución para reducir el tiempode traslado de un viajero de su

domicilio al avión, es la cabinade pasajeros desprendible,transportada por un helicóptero.Podría ser abordada en puntos

estratégicos de una ciudad y luegollevada hasta el avión. Es muyprobable que más adelante ya no

habría necesidad del transbordarde la cabina al aeroplano.(Cortesía del Departamento deAeropuertos deLos Angeles, Cal., E.U.A.)

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IFIGURA 7. Nuevos tipos determinales de autobuses comoésta, junto con tienes de autobusesv otras formas de facilitar lacirculación de tales vehículos,son prometedoras ideas.(Cortesía de General MotorsCorporation.)

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A RFIGURA 8. Están en estudiomuchos nuevos trenes de altavelocidad. Uno de ellos es elvehículo aerosoportado que semuestra aquí. (Cortesía de Berlinet Compagnie y Societéde VAerotrain.)

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y—FIGURA 9. Otro tren de alta velocidad en estudio es el de tubo neumático. Está especialmente indicado para zonas densamente

pobladas, pues el sistema es subterráneo? En (a) se muestra uno de los diseños considerados: materialmente vuela dentro del

tubo, sostenido por un cojín de aire. Aspira el aire por el frente y lo descarga a presión por su parte posterior. En (b) se

ilustra una posible estación terminal de estos trenes. (Cortesía del Project Tubeflight.) en (c) se esquematiza el interesante

sistema de vacío y gravedad presentado por l.. K. Edwards, ingeniero y presidente de la Tube Transit Corporation. Cuando el

tren sale de la estación A es acelerado por la gravedad y una diferencia de presiones. Cuando se aproxima a la siguiente

estación, un aumento en la presión delante de él y la gravedad, hace que pierda velocidad y se detenga en la estación fí.

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FIGURA 11. ;4</uí cj/an dosejemplos de un cierto número desistemas elevados de transporte

que han sido propuestos. Sonespecialmente apropiados paraciudades medianas, porque susvehículos sin tripulación puedencorrer individualmente y como

trenes, a alta velocidad y en

intervalos cortos, bajo el control deuna computadora. (Cortesía

de Westinghouse ElectricCorporation y General ElectricCompany.)

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FIGURA 10. £J<¿ «i precursorde una nueva generación desistemas de tránsito urbano dealta velocidad. Se ilustra una parte

del nuevo sistema BART (BayArea Rapid Transit, o sea,tránsito rápido por el área de labahía), cuyo costo es de milmillones de dólares. Los trenesse controlan por computadora ypueden correr a 112 km/h a

intervalos de 90 segundos.Aproximadamente 6.5 km de estesistema pasan bajo el agua

por túneles muy semejantes a losutilizados en el puente-túnelde la Bahía de Chesapeake.(Cortesía del San Francisco Bay AreaRapid Transit District.)

torios para su uso en gran escala; y ayuda en la resolución delos problemas no técnicos que corrientemente impiden la adop¬ción de nuevos medios de transporte. Esto último requiere una

explicación.En los casos mostrados en las Figs. 3 a 13 es obvio que se

trata de ideas excelentes y, sin embargo, ha resultado difícilque avancen más allá de la etapa conceptual o de demostra¬ción. ¿Por qué? Bien, los siguientes son algunos de los im¬pedimentos: la existencia de grupos opositores que tienenintereses especiales, las limitaciones políticas que inhiben lacooperación interregional, la “miopía” de los que resuelvenlos problemas y de los formuladores de planes de acción, lasleyes anticuadas, el traslape de las esferas de acción o interesesde dependencias gubernamentales, los prejuicios y los conflic¬tos locales.

Obsérvese que estos obstáculos son sociales, políticos y le¬gales, no técnicos.

Esta situación no se limita, por cierto, al campo de lostransportes. Los principales obstáculos al progreso en muchasáreas de problemas están desplazándose de lo técnico a lo hu¬mano. En muchos casos tenemos la suficiente capacidad téc¬nica para ir adelante, pero la realización es obstaculizada porcomplejos aspectos sociales, políticos y legales, así como por laignorancia del público acerca de lo que es técnicamente fac-

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tibie. Desde luego, todo esto debe hacernos recordar las obser¬

vaciones hechas en el capítulo anterior sobre la necesidad de

que los ingenieros participen en los asuntos públicos. Así pues,

se pide el compromiso y la acción por parte de los ingenieros.El autor está convencido de que cualquier cosa que los

ingenieros puedan hacer, mediante una mejor comunicación

y mejores transportes masivos, para ayudar a los pueblos de

diferentes naciones a conocerse mejor, aumentará significati¬

vamente ¡as posibilidades de la paz mundial. Y lo mismo po¬

dría decirse para el movimiento de mercancías: la disminu¬ción del costo del transporte de éstas de uno a otro paísaumentaría el comercio internacional y haría mayor la inter¬

dependencia de las naciones, originando así que cada una con¬

siderase con mayor atención lo que perdería debido a una

actitud de agresividad y a los conflictos resultantes. De ma¬

nera que ¡mucho puede hacerse a este respecto!

Educación. Muchos de nosotros no estamos satisfechos con

nuestros sistemas educativos actuales, en particular con la mar¬

cha uniforme que deben seguir los estudiantes como miembrosde un gran grupo de alumnos idénticamente clasificados. Má¬

quinas de enseñanza, especialmente la computadora-tutora, son

prometedores medios para vencer ese gran inconveniente. Tal

aparato es una computadora de tiempo compartido que sos¬

tiene un diálogo con, digamos, 50 estudiantes simultánea e

independientemente (de hecho, pueden ser de cursos diferen¬

tes). Con este sistema la información se proporciona a cadaalumno en forma individual por medio de textos ordinarios,

teletipos, audífonos o pantallas de tubos de rayos catódicos(TRC), como se muestra en la Fig. 2 de la pág. 105. Fre¬cuentemente la computadora hace preguntas y el estudiantecontesta utilizando la máquina de escribir o la pluma luminosa.Si el estudiante no entiende la información, la computadoraprepara material substitutivo y lo presenta de inmediato. Este

ciclo de eventos se repite hasta que el alumno aprende la

lección. De esta manera cada uno avanza tan rápidamentecomo lo permitan sus aptitudes y sus inclinaciones. Con este

sistema el nivel de aprovechamiento tiende a ser el mismo

para todos los estudiantes, y el tiempo requerido para alcan¬zarlo podrá variar; en el sistema ordinario sucede lo contra¬

rio. Aunque los principios o métodos educativos empleados en

este caso son los del psicólogo, el equipo es una conquista de

la ingeniería. Estos sistemas han llegado a ser muy refinados

y serán más complejos en el futuro. Otras innovaciones, talescomo nuevos medios de comunicación entre el estudiante y la

máquina, también se vislumbran, en este campo tan rápida¬mente creciente.

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(FIGURA 13. Este sistema tienevarías de las ventajasproporcionadas por los automóvilesy por los sistemas de transporte

colectivo de alta velocidad.(a) El viajero sale de su casa

fuera de la ciudad en su auto

eléctrico y lo conduce hasta lossuburbios (b) cuando está a

punto de entrar a la gran ciudadlo lleva a una vía de altavelocidad que lo tomarápidamente bajo su control.Tal vía proporciona la energíanecesaria y controla la velocidad,el espaciamiento y la descarga o

salida de ella de los vehículos.Una vez en su punto de destino,el viajero deja su vehículo, elque podrá ser almacenado o

utilizado por otra persona. Cuandoesté listo para regresar a casapor la tarde, en la estación loestará esperando un vehículo deéstos (que probablemente no seráel mismo que utilizó por lamañana). (Cortesía deAlden Self-Transit SystemsCorporation.)

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FICURA 16. Eite diminutomonitor cardiaco, fijado al pechode un hombre con cinta adhesiva,contiene un sensor, un amplificador,NR radiotransmisor y su propia

fuente de energía. Detecta ¡a

acción del corazón y transmite la

información al registradormostrado al fondo. (Cortesía de

la United AircraftCorporation.)

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ü I/-FICURA 15. La máquina decorazón y pulmón artificialesrealiza las funciones del corazóny los pulmones humanos durantelas operaciones en estos órganos.Muchos pacientes deben sus vidasa los inventores de esta máquina.(Foto proporcionada por losNational Institutes of Health.)

A S* el funcionamiento de su corazón enviando pulsos eléctricos a'

intervalos regulares directamente a los músculos del corazón.Tamb'én están en desarrollo un cierto número de órganos y

miembros artificiales muy mejorados. Uno de los más nota¬

bles es el riñón artificial.En los hospitales empiezan a utilizarse algunos sorpren¬

dentes adelantos. Está desarrollándose una variedad de inge¬niosos detectores o sensores para la medición continua de la

temperatura, la presión sanguínea, etc., de los pacientes, de

modo que estas características puedan ser vigiladas desde una

estación central. Este sistema de vigilancia o “monitoreo"

hace sonar una alarma si ocurre un cambio en la condición

del paciente que requiera su atención. El diminuto sensor car¬

díaco ilustrado en la Fig. 16 indica lo que puede esperarseen el campo de la medicina.

A pesar de estos adelantos, quedan aún grandes dificulta¬

des, tales como las de la transmisión de información en los

hospitales, y el problema siempre presente de convertir un

nuevo instrumento, equipo o sistema en una “herramienta”de la que pueda disponerse en grandes cantidades a un costo

razonable. En consecuencia, hay excelentes oportunidades para

todos aquellos que deseen aplicar su talento como ingenierosen el campo de la medicina. Debido a que la potencialidad es

tan grande, ha aparecido una nueva rama llamada ingenieríabiomédica. Esta especialidad trata principalmente del diseño

y desarrollo de instrumentos para la investigación, diagnosis,tratamientos médicos, prótesis y el cuidado y rehabilitaciónde los enfermos.*

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Los ingenieros pueden contribuir en otras formas al pro¬ceso educativo. Sería especialmente útil el mejoramiento de laeducación en las regiones subdesarrolladas del mundo, quepodría efectuarse ideando estructuras de bajo costo quefácilmente construidas en áreas remotas, fuentes de energíapara escuelas en las que no hay suministro de electricidad, ydispositivos que faciliten el aprendizaje y ayuden a compensarla escasez de profesores expertos.

Aportación potencial de la ingeniería a la medicina.La sala de operaciones quirúrgicas moderna está llena de im¬presionantes máquinas que se emplean rutinariamente. Tene¬mos también notables obras de ingeniería como el pulmón ycorazón mecánicos (Fig. 15), los dispositivos en miniaturapara cirugía interna sin incisiones y el equipo paracirugía por congelamiento.

Para el diagnóstico médico hay pequeñísimos instrumen¬tos que pueden insertarse en órganos vitales (inclusive en elcorazón, por el interior de una vena) para efectuar medicio¬nes; hay también aparatos que automáticamente analizanmuestras de sangre y analizadores de electrocardiogramascomputadora. Otras innovaciones de medios de diagnósticoestán en desarrollo.

Como ayuda en el tratamiento médico se dispone del lla¬mado “marcapaso” en miniatura accionado por pilas eléctri¬cas, el cual se inserta en el cuerpo del paciente para mantener

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* Puede solicitarse información educacional y sobre las carreras a

Instrument Engineering and Development Branch, Division of Rese¬arch Services, National Institutes of Health, Bcthesda, Maryland,

U.S.A.

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FIGURA L7. Este simuladorcontrolado por computadora ycreado para la instrucción deanestesistas, está siendo preparadopara una demostración por dosde' los ingenieros responsables desu diseño. Tal paciente “respira,tose y vomita”, tiene “latidos decorazón” y puede “morir”. Enéstos y muchos otros aspectos

Sim One reproduce muy apro¬ximadamente el comportamientohuniano Los estudiantes puedenaplicar inyecciones, administreoxígeno, medir el pulso y ¡adilatación de la pupila, y efectuaren el simulador la mayor parte

. de otras funciones rutinarias y deurgencia de un anestesista. Elinstructor, utilizando la consolade control de la derecha, puedeprogramar la “lección”, evaluarel desempeño del alumno, detenertemporalmente el proceso paradiscutir un punto con el estudiantey hacer que se repita la lecciónsi no ha sido satisfactoria laactuación del alumno. Obviamenteno se dispone de estas conve¬niencias cuando se empleansujetos reales. Este simulador hasido muy bien recibido, en especialporque acorta notablemente elperíodo de instrucción de un

anestesista, y permite que losinstructores ejerzan un controlmucho más estrecho del procesodel aprendizaje. (Cortesía de laAerojet-Gencral Corporation.)

áridas, y se requerirán grandes caudales de agua dulce para

poder cultivar y habitar esas tierras. Una demostración del

gran interés que existe en este problema son los extensos tra¬

bajos que se realizan para obtener procesos económicos de

conversión de grandes cantidades de agua de mar en agua

potable. En el futuro, una gran parte de la ingeniería dedicará

su atención a las fuentes de agua dulce y a la conservación

del medio natural, induyendo las medidas para reducir la

contaminación de ríos y lagos.”' *

Oceanografía y aeuicultura. Recientemente ha’ habido un

repentino interés por la oceanografía. Uno de los resultados

ha sido una multitud de embarcaciones de investigación sub¬

marina especialmente diseñadas, como las que se muestran en

las Figs. 18 y 19. Mucho trabajo de ingeniería continuará

aplicándose al diseño y desarrollo de máquinas e instrumentos

para la exploración del océano.Asimismo, muchas actividades de la ingeniería se dedica¬

rán a los medios para extraer los grandes recursos del mar.

Las necesidades humanas de minerales, petróleo, alimentos y

agua dulce crecen rápidamente, mientras que las existencias

de estos recursos en la superficie terrestre disminuyen cada

vez más. Una clase de actividad reciente es la aeuicultura,

que consiste en el cultivo y la recolección de plantas y ali¬

mentos del mar. Se deberán crear estructuras y máquinas sub¬

marinas bastante ingeniosas para tal objeto. Otra área de

oportunidades es el desarrollo de medios para extraer econó¬

micamente los minerales que contiene el océano y los que están

debajo de él. El mar ya está proporcionando cantidades con¬

siderables de petróleo y azufre por medio de enormes insta¬

laciones construidas fuera de la costa. (Figs. 20a, 20fc y 20c).

Estas industrias crecerán muy rápidamente.

Problemas urbanos. Como resultado del veloz crecimientode las áreas urbanas, de la industrialización, de la forma no

planificada en que han crecido las ciudades, de la gran can¬

tidad de automóviles en circulación y de numerosos otros fac¬

tores, toda urbe afronta un gran conjunto de nuevos e inter¬

relacionados problemas. Algunos de ellos son el congestiona-miento del tránsito, los inadecuados medios de transporte

colectivo, las viviendas insalubres, la contaminación del aire

y el agua, el insuficiente suministro de este líquido, el alto

nivel de ruido, el insatisfactorio funcionamiento de los serviciospúblicos, la eliminación de los desechos, la remoción de lanieve y el estacionamiento de vehículos. Hay una especial ne¬

cesidad de los ingenieros interesados en el problema del mejo¬ramiento urbano total.

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Recursos naturales. Las existencias de petróleo y gas natu¬

ral se reducen cada día más debido a las crecientes demandasde estos combustibles. Han principiado ya los esfuerzos paradesarrollar económicamente recunos energéticos que los subs¬tituyan. Esta es otra área de problemas que adquirirá granimportancia en el futuro. Trabajos bien elaborados se enca¬minan ya al desarrollo de medios económicos para transformarla energía nuclear en energía eléctrica. Este campo tambiénes cada vez más importante. Sin embargo, varias otras fuentesde energía eléctrica tienen potencialmente aplicaciones co¬merciales. Entre las que están en desarrollo en la actualidadpueden citarse la radiación solar, la pila de combustión, elgenerador, termoeléctrico y el convertidor termoiónico (queconvierten ambos energía térmica en eléctrica por un procesoque es relativamente directo, en contraste con el bien conocidosistema de calor-vapor-turbina-generador) y el generador mag-netohidrodinámico (que convierte “calor en electricidad” prin¬cipalmente por medio de gases ionizados a muy alta tempe¬ratura) . El mayor trabajo en cada uno de estos casos consisteen desarrollar una forma económica de generar energía eléc¬trica a gran escala por el proceso en cuestión.

Otro recurso, que necesita acrecentarse en muchas partesdel mundo es el agua dulce. En 1980 casi se duplicará ef con¬sumo actual de agua. Si no se han desarrollado a gran escalapara el año 2000 nuevas fuentes de agua dulce, se produciráuna crisis por escasez de este líquido. Si continuada “explosióndemográfica” o crecimiento acelerado de la población mundial,pronto será necesario ocupar regiones de la Tierra actualmente

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Escotilla (FIGURA 19. El número yvariedad de vehículos submarinosen uso o en desarrollo formaríanotro interesante estudio de casos-de soluciones de la ingeniería.Este es el Trieste II, uno de losveintitantos sumergibles deexploración en existencia. Puedealcanzar una profundidad de6 000 metros, la mayor hastaahora, con una tripulación detres hombres. (Foto oficial de laArmada de los Estados Unidos.)

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!í; (FIGURA 18. Las personas queestén a bordo de naves cercanasquedarán asombradas, por lomenos, cuando vean que la proade esta embarcación empieza asalirse del agua y su popaa hundirse, hasta que quedaflotando verticalmente, como se

muestra en el croquis. Este navioes un laboratorio flotante yalbergue de investigadoresoceanógraficos que realizanestudios de acústica subacuática,biología marina y otras materiasrelacionadas con los océanos.En la posición de trabajo quedansumergidos aproximadamente90 metros del casco relativamentedelgado de 105 metros de largo.La nave es muy estable en dichaposición, resultando poco afectadapor olas y marejadas. (Cortesíade la Scripps Institution ofOceanography.)

Seguridad en los viajes. Las obras de ingeniería han pro¬porcionado impresionantes mejoras a algunas formas de viajar.Sin embargo, el aumento de la seguridad no ha ido al mismopaso que los aumentos de velocidad, comodidad, capacidad y

costo. Además, a medida que continúa creciendo cada vez con

mayor rapidez el número de vehículos de superficie y aire, la

seguridad en las carreteras y en las rutas aéreas se vuelve un

problema cada vez más serio. Un ingeniero puede hallar exce¬

lentes oportunidades en el campo de la seguridad en los viajespor tierra y por aire.

Hay algunas prometedoras posibilidades de aumentar la

seguridad en las carreteras de alta velocidad utilizando un

mejor diseño de vehículos y carreteras, y por medio de siste¬mas para guiar vehículos. Por ejemplo, bastidores y carroceríasamortiguadoras para autos, globos de inflación rápida que se

llenan en el momento de un choque e impiden que los ocu¬

pantes de un automóvil se separen de sus asientos, y muchasotras posibilidades que pueden incrementar notablemente laseguridad de un auto. Los sistemas automáticos de guía en

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las autopistas están en las primeras etapas de su desarrollo(Fig. 21).

Se necesitan ingenieros con actitudes mentales positivashacia las posibilidades de lograr mayor seguridad en los auto¬

móviles y en las carreteras. El autor no acepta, la hipótesis deque un auto más seguro tiene que ser más costoso, pues tienela convicción de -que es posible diseñar un número mayor decaracterísticas “a prueba de torpezas” que puedan incorpo¬rarse en las carreteras y caminos de enlace. Pero se requieretener mente abierta y pensamiento imaginativo.

En el caso de las rutas aéreas el problema del tránsito está

llegando al punto crítico. Se necesitan: un mejor sistemapara control del tránsito aéreo, un sistema capaz de relevara un piloto y hacer aterrizar con toda seguridad un aeroplanoen cualesquiera condiciones atmosféricas, un sistema que evite •

los choques en el aire, y mejores servicios aeroportuarios en lasregiones densamente pobladas del mundo. La sociedad queda¬rá bastante agradecida a los ingenieros que resuelvan satisfac¬toriamente estos problemas.

Naciones subdesarrolladas. La resolución de muchos de losproblemas económicos, políticos y sociales del mundo dependeen gran parte de la resolución de problemas técnicos. En re¬

giones del mundo clasificadas como subdesarrolladas hay al¬gunas necesidades verdaderamente urgentes: un gran aumento

de la capacidad de producción de alimentos, medios para laextracción y aprovechamiento de recursos naturales, fuentesde energía eléctrica, sistemas mejorados de transporte, educa¬ción de las grandes masas del pueblo e instrucción a loshabitantes para que puedan afrontar sus problemas técnicos.En el futuro habrá en tales países una fuerte necesidad deayuda tecnológica extranjera. El sentido del deber relacionadocon este tipo de labor y la satisfacción resultante son buenarecompensa. Como ingeniero se puede contribuir a este respec¬to en una variedad de formas (Fig. 22).

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( FIGURA 20a. Plataforma flotantede perforación para pozospetroleros que se apoya sobre

retráctiles durante su

en otra. Se ha carecido de previsión, de modo que, por ejem¬

plo, se tienen extensas áreas residenciales a las que no se ha

provisto de carreteras y aeropuertos. Se necesitan ingenieros

que consideren una situación dada desde un punto desvistade mayor amplitud que el acostumbrado, y que den una solu¬

ción bien integrada al problema completo.También hay necesidad de ingenieros que proporcionen

ideas para la resolución de muchos problemas con

patas

trabajo. Cuando ha de sertrasladada, la plataforma sube o

trabajar en aguas con

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Conclusión. Un análisis de las áreas de problemas en quela ingeniería tiene probabilidad de hacer aportaciones impor¬tantes, revela una especial necesidad de ingenieros que asuman

la responsabilidad de resolver problemas con una perspectivamás amplia, con mayor imaginación y con un mayor sentidodel deber que los usuales.

En lo que atañe al asunto de una perspectiva más amplia,conviene expresar que algunos problemas interrelacionados,tales como los que gravitan sobre una comunidad urbana, muya menudo son atacados en forma separada e independiente.Con frecuencia una solución en un área agrava la situación

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largo tiempo de existencia, que no han sido resueltos satisfac¬

toriamente todavía. La sociedad puede recibir bastantes bene¬

ficios de los ingenieros inclinados a realizar una aplicaciónimaginativa de sus conocimientos y aptitudes.

La ingeniería necesita muchos más profesantes que se de¬

diquen a aplicar sus cualidades únicas en su género, donde

mayores las carencias de la sociedad. Los autos de mayor

potencia no son una de las necesidades más urgentes de la

Tourneau,(Cor,Inc.)

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FIGURA 21. Este es un modelofuncionante de una “carreteraautomática” que guía o dirige losvehículos, mantiene su velocidady espaciam»ev.to naloresprefijados, y aplica sus frenoscuando se delectan obstáculos.Los vehículos equipados con undispositivo electrónico seguiránun hilo conductor instalado a lolargo de la vía interior de laautopista, cuando el conductorcambie al control automático.IM vía exterior será utilizada porIqp vehículos controladosmanualmente. Este sistema estáen desarrollo. (Cortesía de laGeneral Motors Corporation.)

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FIGURA 206. Otro de los muchostipos en uso de plataformas deperforación submarina. Esta esremolcada hasta el sitio de trabajo,

este caso es el turbulentodel Norte, donde queda

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m%: humanidad. Hay muchas áreas de problemas de gran atrac¬

tivo, que son un reto al talento de un ingeniero y en las quese pueden hacer importantes contribuciones. Se han mencio¬nado unas pocas en las páginas anteriores. El lector puedehacer algo para aliviar las condiciones que fomentan el des¬contento social, los trastornos políticos y los conflictos entre

las naciones, mejorar y extender los servicios y actividades edu¬cativas, ayudar a los inválidos, mejorar el medio ambienteurbano, aumentar la seguridad personal, deducir el costo y ha¬cer más accesibles las formas de viajar, combatir el hambre

y auxiliar en casos de desastres, disuadir y detectar los posiblesactos criminales y convertir los grandes desiertos en tierrasaprovechables. Estas son algunas de las formas que le ofrecela ingeniería para utilizar su interés social.

que enmarparcialmente sumergida y anclada.Tal instalación aloja a 50hombres y tiene un área deplataforma de 3 000 metros

cuadrados. (Cortesía de laBritish Petroleum Company.)

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k Ejercicios

Escriba usted un artículo titulado “Problemas de inge¬niería creados por los ingenieros”. (La contaminación dela atmósfera, el congestionainiento del tránsito y los cohe¬tes balísticos intercontinentales son unos pocos ejemplos.)

2. Escriba un ensayo sobre el tema “La ingeniería en el añode 1985”.

3. Escriba un resumen de las aportaciones hechas en el pa¬sado por la ingeniería y las que poténcialmente puederealizar en uno de estos campos:

a) Cirugía.b) Desarrollo de los recursos hidráulicos o de existencias

de agua.

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FIGURA 20C. Esta plataforma

“monópode” está instalada en

Alaska. También es remolcada deun sitio a otro y se sumerge

parcialmente durante laperforación en busca de petróleo.Es una estructura_ mucho mayor

de lo que puede suponerse por lafotografía. Recuérdese que unagran parte de ella está bajo lasuperficie del agua. (Cortesía de laUnion Oil Company of California.)

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Matemáticas( cProblemas de las

naciones subdesarrolladasCaminos a seguir para colaborarAeroespacial

( Como consultor TransportesProducciónde alimentos

AgronómicaEn servicios económico-sociales

Química( Localización yaprovechamiento derecursos naturales

En programas de asistencia técnica

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En instituciones científicas privadas( EL CienciasNuevas industriasEn empresas industriales y consultivas EléctricaLECTOR

Diseño demecanismos

Energíatérmica

Refrigeración

En las Naciones Unidas (O.N.U.)( IndustrialEducaciónde las masas

Recursosenergé¬

ticosEn proyectos especiales de universidades

e institutos tecnológicosComunicaciones

MecánicaEn sociedades de voluntarios paraasistencia técnica internacional(

MetalúrgicaEducación técnica

(IngenieríaEL LECTOR

FIGURA 22. Hay muchas formasen que puede el lector utilizarsu competencia como ingenieropara ayudar a los pueblossubdesarrollados del mundo (lassiglas VITA corr/spondcn a

Volunteers for InternationalTechnical Assistance, CollegeCampus, SchenectadyNew York 12308, U S A.)

Biomédica(

Oceanográficac) Prótesis (adaptación de órganos y miembros artifi¬ciales).

d) Seguridad en el transporte aéreo.e) Oceanografía y utilización de los recursos del mar./) Diseño y funcionamiento de hospitales.g) Control ambiental urbano.h) Vehículos aerosoportados o con cojín de aire (VCA).i) Confiabilidad de sistemas.j) Empleo de computadoras electrónicas en el diseño.

k) Investigación del espacio ultraterrestre./) Aparatos del rayo láser.

m) Criogenia.n) Investigación biológica.

4. Sería útil para la planeación o selección de su carreratener un árbol de alternativas (pág. 153) para las nume¬rosas posibilidades que hay en la ingeniería y en los cam¬pos afines a ella. Continúe el “árbol” comenzado en laFig. 23. Deben consultarse algunas de las obras sugeridasen la bibliografía. (¡No intente limitar dicho árbol alespacio de una hoja de tamaño carta!)

Nuclear

( Urbana

FIGURA 23. Algunas de las alternativas que debe considerar una persona

interesada en la ingeniería. Para cada especialidad hay un cierto número de

ilustra aquí en el caso de la ingeniería mecánica.subespecialidades, como se

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Bibliografía

Capítulo 2.

Goode Harry H., y Robert E. Machol, Systems Engineering(Ingeniería de sistemas), McGraw-Hill, Nueva York, 1957.En el capítulo 2 se describen varios interesantes proyectos deingeniería, que comprenden sistemas bastante grandes.

O’Brien, Robert y los editores de LIFE, Machines (Máquinas),TIME, Inc., Nueva York, 1964. Se describen muchas obrasnotables de ingeniería, principalmente por medio de dibujosy fotos.

Rapport y Wright, editores, Engineering (Ingeniería), New YorkUniversity Press, Nueva York, 1963. Se presentan en formainteresante descripciones detalladas de los principios y laevolución de varias obras de ingeniería bien conocidas.

(

(

{

(

(

(Capítulo 3.

De Camp, L. Sprage, The Ancient Engineers (Los ingenierosde la antigüedad), Doubleday, Garden City, Nueva York, 1963.Se describe la evolución y las obras de los primitivos ingenierosegipcios, del Medio Oriente, griegos, romanos y de otros

ingenieros europeos de la antigüedad.Finch, James K., The Story of Engineering (Historia de la

ingeniería), Doubleday, Garden City, Nueva York, 1960.Una buena historia ilustrada de la ingeniería. Se vende tambiénen edición a la rústica (Anchor 214) a 1.45 dólares.

Fumas, McCarthy y los editores de LIFE,' The Engineer(El ingeniero), TIME, Inc., Nueva York, 1966. Descripciónbellamente ilustrada del pasado y del presente de la ingeniería.

Kirby, Richard S. y otros, Engineering in History, (La ingenieríaen la historia), McGraw-Hill, Nueva York, 1956. Unainteresante y bien ilustrada historia de la ingeniería que cubretodas las ramas de la profesión.

O’Brien, Robert y los editores de LIFE, Machines (Máquinas),TIME, Inc., Nueva York, 1964. La naturaleza creativa de la

(

(

(

(

(

(223

(

(

(224 / bibliografía

bibliografía / 225ingeniería se ilustra en forma muy notable en esta interesante

descripción de las máquinas inventadas en el curso delos siglos.

Spom, Philip, Foundations of Engineering (Fundamentos de la

ingeniería), Macmillan, Nueva York, 1964. Obra breve e

interesante, escrita por un hombre con gran experienciaen la ingeniería.

Usher, Abbott P., A History of Mechanical Inventions (Historiade los inventos mecánicos), edición revisada, RarveniUniversity Press, Cambridge, 1954. Una descripción bien

documentada de los inventores y las invenciones, desde los

primeros tiempos hasta el presente siglo.Yost, Edna, Modern American Engineers (Ingenieros modernos

de los Estados Unidos), Lippincott, Filadelfia, 1958. Describelas vidas y los logros de doce ingenieros contemporáneosbien conocidos.

Wilson, Warren E., Concepts of Engineering Systems Design(Conceptos de diseño de sistemas de ingeniería), McGraw-Hill,Nueva York, 1965. Lo expuesto sobre optimización en laspáginas de la 127 a ia 138 está bien tratado.

(

Capítulo 7. ;c : de las computadoras),Harper and Row, Nueva York, 1965. Una colección deexcelentes artículos de FORTUNE.

Desmonde, William H., Computers-and Their Uses (Lascomputadoras y sus aplicaciones), Prentice-Hall,Englewood Cliffs, N. J., 1964.

Fetter, William A., Computer Graphics in Communication(La técnica gráfica de computadora en.la comunicación),McGraw-Hill, Nueva York, 1966. Una buena vistapanorámica de la naturaleza y utilidad de la técnica gráficade computadora.

Information, libro de SCIENTIFIC AMERICAN, W. H.Freeman, San Francisco, 1966. Probablemente es el libro máscomprensivo y comprensible acerca de las aplicacionesde las computadoras. Su precio de 2.50 dólares proporcionauna alta'razón beneficio a costo.

Thornhill, Robert B., Engineering Graphics and Numerical Control(La técnica gráfica en la ingeniería y el control numérico),McGraw-Hill, Nueva York, 1967. Descripción bastante prácticay detallada de la técnica gráfica de computadora.

Las compañías de computadoras publican folletos y manualesen que se describen las aplicaciones de las computadoras en laingeniería. Los interesados pueden escribir a dichas empresasy solicitar tales publicaciones.

Burck, Gilbert, The Computer Age (Lo era

<i

c(

Capítulo 4.

A Professional Guide for Young Engineers (Guía Profesional paraingenieros jóvenes), Engineers’ Council for Professional

Development, 345 East 47 Street, Nueva York. Precio: 1 dólar.

Johnson, Lee M., Engineering: Principles and Problems (Ingeniería:

Principios y problemas), McGraw-Hill, Nueva York, 1960.Los capítulos del 4 al 7 son introducciones a varias importanteshabilidades del ingeniero, incluyendo las mediciones y elempleo de las matemáticas.

Beakley y Leach, Engineering: An Introduction to a Creative

Profession (Ingeniería: Una introducción a una profesióncreativa), Macmillan, Nueva York, 1967. En los capítulos del

8 al 16 se describen algunas de las aptitudes de un ingenieroque no se trataron en detalle en este libro.

(

<

(

( Capítulo 5.

Bross, Irwin D. F., Design for Decision (Diseño para decisión),

Macmillan, Nueva York, 1953. En el capítulo 10, hay una

excelente descripción introductoria de los modelos.

Walker, Marshall, The Nature of Scientific Thought (Naturalezadel pensamiento científico), Prentice-Hall, EnglewoodCliffs, N. J., 1963. La descripción filosófica de los modelos,su significado y su desarrollo, presentada en el Capítulo 1,

es la mejor que ha visto el autor.

Woodson, Thomas T., Introduction to Engineering Design(Introducción al diseño en ingeniería), McGraw-Hill,Nueva York, 1966. Se tratan extensamente diversos tipos de

modelos en los capítulos 10 a 12.

Capítulo 9.

Asimow, Morris, Introduction to Design (Introducción al diseño),Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1962. Vale la penaleer especialmente los capítulos 7 y 8 sobre el proceso dediseño y el análisis de problemas.

(

(

Capitulo 10.

Alger y Hays, Creative Synthesis in Design (La síntesis creativaen el diseño), Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1964.Libro escrito concretamente para ingenieros.

Dixon, John R., Design Engineering: Inventiveness, Analysis andDecision Making (Diseño en ingeniería: inventiva, análisis ytoma de decisiones), McGraw-Hill, Nueva York, 1966.El capítulo 2 es excelente.

Osborn, Alex F., Applied Imagination (Imaginación aplicada),Scribner, Nueva York, 1957. Un notable tratado sobre lacreatividad, escrito desde un punto de vista general.

(

(

Capítulo 6.

Woodson, Thomas T., Introduction to Engineering Design

(Introducción al diseño en ingeniería), McGraw-Hill,Nueva York, 1966. Véanse los capítulos 13 a 15.

(

(

(

(

(

bibliografía / 227226 / bibliografía(

Von Fange, Eugene, Professional Creativity (Creatividadprofesional), Prentice-Hall, F.nglewood Cliffs, N. J., 1959.Un libro práctico que contiene muchas sugerencias excelentespara mejorar la inventiva.

Whiting, Charles S., Creative Thinking (Pensamiento creativo),

Rheinhold, Nueva York, 1958. Tiene una gran descripción_ de la sesión de acopio de ideas (“brainstorming”).

Walker, Charles R., Modern Technology and Civilization (La 0

tecnología moderna y la civilización), McGraw-Hill,Nueva York, 1962. Docta colección de artículos escritos .porvarias autoridades acerca de la influencia y los problemascreados por Jas obras de ingeniería. (

Capítulo 15.

• Love y Childers, editores, Listen to Leader.! ’* Engineering(Escuchen a los mejores de la ingeniería), Dayid McKay,Nueva York, 1965. Excelente descripción de las oportunidadescri muchas ramas, de.la ingeniería, escrita por autoridades en

estos campos.O’Neill, John J.,'Engineering in the New Age (La ingeniería— . en la nueva era), Ives Washburn, Nueva York, J949.

Inspirador libro que trata de las oportunidades que esperan a

los futuros ingenieros en el avance de la civilización y en lasuperación de las condiciones de vida de la humanidad.

Whinnery, John R., The World of Engineering (El mundo de laingeniería) McGraw-Hill, Nueva York, 1965. Una buenadescripción de las oportunidades existentes para los ingenieros en

las especialidades tradicionales y en las de evolución especial.

Capitulo 11.

Grant, Eugene L., y M. Grant Ireson, Principles of EngineeringEcononty (Principios de economía en la ingeniería), 4a. edición,Ronald Press, Nueva York, 1960 Da una sólida introduccióna los aspectos económicos de la ingeniería.

•Starr, Kenneth S., Product Design and Decision Theory (El diseñó —de productos y ¡a' teoría de la decisión), Prentice-Hall,Englewood Cliffs, N. J., 1963. Los primeros tres capítulosdescriben el proceso general de toma de decisiones en el diseño,y los medios para tomar en cuenta los diferentes grados deincertidumbre relacionados ordinariamente con las solucionesalternativas.

c

(

(

(Capitulo 12.

Asimow, Morris, Introduction to Design (Introducción al diseño),

Prentice-Hall, F.nglewood Cliffs, N. J., 1962. Aunque no es un

libro de introducción, trata muy bien, a nivel intermedio,la metodología general del diseño.

Buhl, Harold H., Creative Engineering Design (El diseño creativoen la ingeniería), Iowa State University Press, Ames,Iowa, 1960. Da una introducción al diseño, destacandola creatividad.

í

(

<Capítulo 14.

Citizenship and Participation in Public Affairs (Los ciudadanosy su participación en los asuntos públicos), Engineers’ Councilfor Professional Development, 345 East 47th Strpet,

Nueva York. Precio: 0.20 dólares.Davenport y Rosenthal, Engineering: Its Rolejind Function in

Human Society (Ingeniería: Su papel y función en la sociedadhumana), Pergamon, Nueva York, 1967. Excelente' antologíade artículos sobre el papel y la influencia de la ingeniería,escrita por eminentes personalidades en muchos campos.

Lilley, S., Man, Machines, and History (El hombre, las máquinasy la historia), Cobbctt, Londres, 1948. Breve historia de lasherramientas y las máquinas en relación con el progreso social;bien ilustrada y con una interesante presentación.

Spom, Philip, Foundations of Engineering (Fundamentos de la

ingeniería), Macmillan, Nueva York, 1964. Pequeña peroinspiradora obra escrita por un ilustre y renombrado ingeniero.

(

(

i

(

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(

(

1

(

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c

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(

Apéndices(

(

C

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i

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C

(

(

(

(

(

AAPENDICE

(!

Principales ramas

de la ingeniería (

i. Las siguientes son las principales, no las únicas, ramas de la

ingeniería; hay cientos de subespecialidades dentro de este

campo.Muy pocas obras de ingeniería modernas pueden ser diseñadascompletamente por una persona con instrucción erí una sola

de tales ramas. El diseño de una planta de energía eléctricacomprende problemas de ingeniería civil, eléctrica ymecánica. Los problemas de la vida real raramente siguenlos mismos límites que existen entre las diversas ramas de laingeniería en la escuela.En la práctica, la instrucción en una rama particular no lo

aprisiona a uno para siempre. ¡Qué va! De hecho, un

importante porcentaje de graduados terminan en una

especialidad diferente de la que cursaron en la escuela. Unaeducación en ingeniería es una excelente preparación para una

amplia variedad de trabajos dentro y fuera de la ingeniería,independientemente de la rama que se haya estudiado. Lasmismas características básicas pueden identificarse en todarama: la concepción y creación de sistemas físicos que sirvan

para convertir recursos materiales, energéticos, humanos y deinformación en formas útiles, y que requieren lasmismas aptitudes básicas, el mismo punto de vista y, en

gran parte, los mismos conocimientos básicos.

RAMAS PRINCIPALES DE LA INGENIERIA

Ingeniería aeronáutica. Trata primordialmente del diseño y la

construcción de aeronaves y sus sistemas relacionados. Ejemplos:Todos los tipos de aeroplanos ordinarios y especiales (como el

VTOL), sistemas de aterrizaje, sistemas para evitar los choquesen vuelo, etc. Comprende también los vehículos aerosoportados(ACV). (Están en desarrollo dos especialidades relacionadas:la ingeniería astronáutica, que trata todo lo relativo a los viajesmás allá de lo atmósfera, y la ingeniería aeroespacial, que trata

de todos los medios de locomoción por encima de la superficieterrestre).

(

2.

13.

(

(

1

(

(231

(

<(

B232 / principales ramas de la ingeniería

Ingeniería civil. Trata específicamente del diseño de estructurasde gran tamaño y de los, medios para construirlas. Ejemplos:carreteras, puentes, presas, canales, sistemas de abastecimiento deagua y de eliminación dt desechos, aeropuertos, obrasportuarias, etc.

Ingeniería eléctrica. Trata primordialmente del diseño einstalación de los medios por los cuales se produce, transportay otil'-a la energía eléctrica. Ejemplos, generadores y motores,redes de transmisión, sistemas de telecomunicaciones, e’c. (Unaespecialidad importante es la ingeniería electrónica, que trata detodo lo referente a los dispositivos electrónicos: tubos de vacío,transistores, etc.)

Ingeniería industrial. Trata primordialmente del diseño desistemas para la transformación física de materiales, y de laorganización y funcionamiento económico de las industrias.Ejemplos: fábricas de automóviles, plantas manufactureras deartículos diversos, fábricas de hilados y tejidos (ingeniería textil),astilleros (ingeniería naval), etc.

Ingeniería mecánica. Se ocupa en forma principal del diseño,construcción y operación de los sistemas mediante los cuales seconvierte la energía en formas mecánicas útiles. Ejemplos:turbinas (de vapor, de gas o hidráulicas), motores de combustiónintema, etc., y los mecanismos necesarios para convertir la energíade salida de esas máquinas a la forma deseada: bombas,compresores, sistemas de transmisión, etc.

Ingeniería metalúrgica. Trata en especial del diseño y operaciónde los medios para extraer, procesar y trabajar los metales.Ejemplos: fundidoras de hierro y acero, laminadoras, refineríasde aluminio, equipos de extrusión de metales, procesos paraproducir y conformar o moldear metal pulverizado, equiposespeciales de ensayo e inspección, etc.

Ingeniería de minas. Se ocupa de la localización y explotaciónde los yacimientos de minerales en la superficie terrestre.Ejemplos: minas de carbón, yacimientos metalíferos, etc.

Ingeniería química. Trata principalmente del diseño y realizaciónde procesos para la transformación química de materiales.Ejemplos: plantas productoras de gasolina, de pinturas, deexplosivos, de caucho (o hule), de cemento, etc.

Las oficinas centrales de la mayor parte de las sociedadesprofesionales de ingenieros de los Estados Unidos se hallan en elUnited Engineering Center, 345 East 47 Street, Nueva York, N. Y.,10017 E.U.A. Si se desea más información sobreparticular de la ingeniería, el lector puede solicitarla dirigiéndosepor escrito a esta institución.

APENDICE

(

Simulación digital

con computadora

.

( ' , •

(too

Para convertir la simulación en el estacionamiento (pág. 72)

forma realizable con computadora, debemos hallar un JO( en una

medio para que la máquina lleve a cabo el procedimiento de

Montecarlo. Los métodos de flecha giratoria y papeletas

obviamente no tienen lugar aquí. Pero tal conversión no es difícil.

Para entender cómo se hace, considérese un dispositivo de

flecha giratoria como el ilustrado en la Fig. 1(a), el cual tiene

marcas equidistantes en su circunferencia, numeradas del 1 al 100.

Se da vueltas a la flecha giratoria y se registra el punto en que se

detiene sobre la escala de 1 a 100. Los resultados de muchas

repeticiones de este procedimiento se muestran en la tabla 1.

de los números del 1 al 100

\*0801

13070'

*4060

50

( (Obsérvese que a la larga cada uno

aparecerán con igual frecuencia en la tabla, pero al azar.)

Disponiendo de esta tabla de números aleatorios (que aparecen

Tabla 1(

Tabla de números aleatorioso al azar

12 82 89 54 11

74 41 21 02 13

81 06 19 79 91

19 43 17 75 82

29 21 35 18 57

47 98 81 96 28

26 60 24 77 49

( too(b)

OOx !0

"o,

", ¿OSOI

(

3J1Z 70' 130una rama

al azar), puede descartarse la flecha giratoria del aparato.

Ahora simplemente se lee un número de la tabla 1 y se consulta

el diagrama circular de la Fig. 1(6), para determinar si el

número cae dentro del sector de “no se usa”. Es obvio que con

esta tabla no se necesita ninguna parte del dispositivo de flecha

233

y4060

50

( FIGURA 1.

(

(

(

(apéndice B / 235234 / simulación digital con computadora

giratoria. Simplemente se selecciona un número N en la tabla yse aplican las siguientes reglas. Si N — 08, el conductor deauto en cuestión corresponde a un “no se usa” ese día. Si N> 08,se tiene una hora de llegada del conductor. Por supuesto, si uno

está familiarizado con la programación de computadoras,probablemente ya se dio cuenta de la facilidad con que la máquinapuede seguir estas reglas y que se pueden prever los pasos indicadosesquemáticamente en la Fig. 2(a).

Un procedimiento similar puede emplearse para substituir elmétodo de flecha giratoria para seleccionar al azar una hora de

llegada de un automovilista. La flecha se reemplaza por la escalade 1 a 100 marcada en la circunferencia del dispositivo[Fig. 1(c)]. En este método se selecciona un número de la tablade números aleatorios, se ve luego en qué sector cae el mismo yse asigna así una hora de llegada de un auto. Por ejemplo, siel valor seleccionado en la tabla es 17, caerá en el sector

de las 8.00 A.M.Desde luego, en vez del diagrama circular pueden emplearse

estas reglas:

Principie

(Lea un númeroaleatorio de unatarjeta perforada o

. . I cualquier otro(°) media de entrada

7\ Iea e!V número

(/ = /+! La cuente del número—1 Je autos simulados se

aumenta en una unidadf(c)

(->(0)Si

N-& : ((+>

JO Lea elnúmeroLea etro número

aleatorio N(

75

\V <-H01Si TA = 7.50Si N está entre 01 y 04 inclusive, asígnese una hora dellegada de las 7.30 A.M.;Si N está entre 05 y 13 inclusive, asígnese las 7.45 A.M.;Si N está entre 14 y 21 inclusive, asígnese las 8.00 A.M.;Si N es 99 o 100, asígnese las 4.00 P.M.

JV-4¡20

(+)

S 1 (6)<*> T25 (/Si \ (-)(0)

N-14 >-* TA = 7.75 —(+)P '30

%La forma en que la computadora ejecuta este procedimiento semuestra esquemáticamente en la Fig. 2(6). En términos deldiagrama circular, la computadora está comenzando en efectocon el sector de las 7.30 y preguntando, “Número aleatorio,¿caes en este sector?” Si no, continúa pasando de sector en sector

hasta que determina cuál hora de llegada ha de asignar.Si se entiende el procedimiento descrito anteriormente, y si

se es capaz de programar una computadora, uno estará en

posibilidad de formular programas de simulación con computadorapara una amplia variedad de problemas de ingeniería. Lo anteriorno es poco importante, pues la simulación por computadoradigital es una técnica muy poderosa cuya importancia crecerápidamente en la práctica de la ingeniería.

(Si'35 TA = 8.00 —N-21

'-40

tFIGURA 2. Diagrama de flujo de una parte de un progtanta de computadora

para realizar la simulación del estacionamiento descrita en la página 72.

Si se desea, la computadora puede producir u originar un número aleatorio por

medio de una “subrutina'' (o procedimiento secundario) especial. TA substituye

al símbolo 7’« usado anteriormente. For supuesto, las horas deben expresarse

en forma decimal: 7.75 = 7.45. {

l

(

(

(

(

(

c(APENDICE

(

(

(

Un análisis más riguroso

de un problema(

(

Considérese un problema que tenga tres variables de solución,x, y y z. Supóngase también que tales variables están restringidas,de modo que x no puede ser mayor que a, y no puede ser mayorque b y z no puede ser mayor que c. Estos límites establecenel espacio de soluciones mostrado en la Fig. 1. La soluciónfinal debe provenir de este espacio.

En la mayor parte de los problemas hay más de tres variablesde solución, de manera que la situación es una en que hay Nvariables en un espacio N-dimensional. Cuando existen restricciones,hay fronteras en este espacio multidimensional equivalentes a lasmostradas en la Fig. 1.

Una variable de solución es una variable independiente, ysi no está restringida, se manipula a voluntad del proyectistapara observar su efecto sobre el criterio. En consecuencia, siguiendola pauta establecida en el capítulo 6,

(Se dan tres variables desolución: x, y y z, con

las restricciones

I<ZC

(

(

7ox

b

y(C = f(V„V2,K,,...,Ey) Espacio de

soluciones

( donde Vi representa una variable de solución.Recuérdese que en el problema de la máquina limpiadora el

costo de la unidad no podía exceder de 125 dólares. Parasimplificar el caso, lo anterior se consideró como una restricción,pero estrictamente hablando es un límite de criterio y no una

variable de solución. Cualquier solución para la que C > $ 125se descarta. Tal límite sobre un criterio se llama limitaciónde criterio. Así pues:

FIGURA 1. Representacióngráfica de un problema con el que

hay tres variables de solución con

restricciones en cada una; semuestra el espacio de solucionesresultante.

(

(

•Una restricción fija o limita una variable de solución. Porejemplo, ‘:el puente debe estar por lo menos a 23 metros sobreel agua”; “la máquina debe utilizar corriente alterna de115 volts”.

•Una limitación de criterio limita los valores aceptables deun criterio. Por ejemplo, “la capacidad de carga del coheteo missile en diseño debe ser por lo menos de 1,000 kilogramos”.

237

C

(

(

(

(

238 / un análisis más riguroso

Conviene estar seguro de quecaptado bien la diferencia entre estos cuatro_tipos de variablesy sus límites respectivos:

problema de diseño se haen un

(Tipo de variable

Variable de entradaVariable de salidaCriterioVariable de solución

Sulimite se llama.

Limitación de entradaLimitación de salidaLimitación de criterioRestricción

(

IndiceLa tarea del proyectista o diseñador consiste en determinar

la combinación de valores de las variables de solución tal que 'I

_C = /(KÿF,, F3, •• V,)

sea máxima (o mínima, según sea lo apropiado) y además se

satisfagan todas las restricciones y limitaciones.Como no se ha estandarizado la terminología en la literatura

técnica del diseño, es posible que los términos empleados en este

libro se conoz.can por otros nombres:

(A D

Análisis de un problema, 131, 237Aprovechamiento de productos acuáticos (Acua-

cultura), 213

Decisión, proceso de, 162Definición de un problema, 11, 121Diagnosticador, 12

<restricción: limitación de solución, limitación; -variable de solución: variable de diseño, variable independiente,parámetro de diseño, o simplemente, parámetro;criterio: variable dependiente, variable de funcionamiento,medida de eficacia o efectividad.

B E

<Beneficio-costo, 162Búsqueda de soluciones, 141

Elegancia, 168Entrada-salida, 11Espacio de soluciones, 151, 237Especialización en ingeniería, 16, 53, 195, 231Estado A y estado B, 11, 124, 131Evaluación de alternativas, 161

t

C

(Caja negra, formulación de un problema

diante la, 128-Rapacidad inventiva e invención, 141

factores que influyen en la, 141maximización de la, 142

Ciclo del diseño, 175Ciencia, 46

aplicada, 52contribuciones de la ingeniería a la, 47e ingeniería, 46física, 51papel en la ingeniería, 19, 44

Computadora, la, 101como consejero de estudiantes, 209para archivo, 103, 111para gráficas, 105para la busca de información, 102, 108para simulación, 106, 213su efecto en la ingeniería, 116tiempo compartido, 111, 117

Confiabilidad, 164Costo-beneficio, 162Creatividad, véase Capacidad inventivaCriterio, 12, 135

criterios conflictivos, 92

- me-

(F

Factibilidad económica, 12, 37, 174Formulación de un problema, 122

amplitud de la, 124

\G

1Gradiente gravitacional, 166Gráfica y habilidad gráfica, 57

II

Información, sistemas de, 12, 197Ingeniería biomédica, 210Ingeniería, ramas de la, 195, 231

efecto de la, 185especialización en la, 53historia de la, 43moderna, 44nuevos campos de la, 197

239

(

(1Tc¿*'

\(ÿf(j240 / índice

( aoportunidades de la, 195problemas de la, 11y la ciencia, 46y la sociedad, 185

Ingeniero, actitud del, 58automejoramiento del, 59conocimientos del, 51dentro del Gobierno, 189habilidades del, 55interrelación,' 189, 206, 215

Interrelación, 38, 189, 206, 215Investigación en ingeniería, 47

Problemas urbanos, 215Proceso de diseño, 121, 172

análisis del problema, 131búsqueda de soluciones, 141decisión, 161especificación dé la solución, 171formulación del problema, 131

Proceso de trueque, 93• Profesionalismo, 58

(

(

(

( R

Otras obras del autor:Representación, véase ModelosRestricciones, 12, 133

ficticias, 134

L

FUNDAMENTOS DE INGENIERÍA

Los principios básicos de la carrera de ingenie¬ría civil se presentan en esta obra junto con lashabilidades que debe desarrollar el estudiantea fin de tener éxito en la práctica de su profe¬sión. Destaca la interacción entre la ingenieríay la sociedad y las consecuencias que originandicha relación, por lo que resulta un útil libro detexto para cursos introductorios que, ademáspuede ser consultado por ingenieros en ejerci¬

cio de su profesión.

Lecturas de consulta, 223Limitación, 237

sobre el criterio, 237sobre una variable de entrada, 133, 237sobre una variable de solución, 237versus restricción, 238

Limitación de la entrada, 133Limitación de salida, 133

(1s

(Satélites sincrónicos, 199Seguridad al viajar, 215Selección del método para

ma, 179Sencillez, 165Sesión de generación de ideas, técnica de la,

resolver el proble-

( M154

Matemáticas en la ingeniería, las, 56, 63, 80Modelos, 63

de simulación, 68desarrollo de, 83, 179empleo de los, 79esquemáticos, 63físicos, 63gráficos, 63matemáticos, 63simplificación de, 82

Simulación, 68analógica, 69de juegos, 79de Montecarlo, 69, 233digital, 71, 233en computadora, 233física, 68participativa, 78

(\

Vrfr(

INGENIERÍA DE MÉTODOS

Abarca el tema conocido como estudio de tiem¬pos y movimientos, presentando un nuevo ymás riguroso enfoque al diseño de métodos y ala medición del trabajo. El autor enfatiza la aten¬ción en la evaluación de principios y las teoríasy prácticas asociadas con la especialidad.

( RíÜRIHÍ,

T

IITransporte aéreo, 32, 144, 202Trenes, aerosoportados, 204

elevados, 207en tubos, 205

N(Naciones subdcsarrolladas, 216

>C o

u( Oceanografía, 213Operabilidad, 164Optimización, 57, 91, 96

analítica, 98decisión del valor, 94iterativa, 98procedimiento de, 96proceso de trueque, 93

Optimo, 57, 91

iUso de las soluciones, 136

c UNáhsflV

(

"’ÿjf*11

JKrá'iKdIÉlii

Valor de la decisión, 94Variable de entrada, 133Variable de salida, 133Variable de solución, 135, 237Vehículos de cojin de aire, 200Volumen de producción, 136VTOL (Despegue y aterrizaje verticales), 35,

(

P

r yParámetro de diseño, 238Problema, características del, 11, 131 144

(

O0O i £

(

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