Krick Proceso de Diseno 1

CAPITULO 8

El proceso de diseño:formulación del problema

A CONTINUACIÓN presentamos el procedimiento general pararesolver un problema de ingeniería:

• Formulación del problema: el problema de que se trate sedefine 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.

Este procedimiento de cinco fases, el proceso de diseño, sedescribirá en éste y en los siguientes cuatro capítulos.

El proceso de diseño abarca las actividades y eventos quetranscurren 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 ia 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, unaprensa de imprenta, una planta procesadora de alimentos oun corazón mecánico, realizará ese trabaio mediante ei mis-mo proceso básico de diseño. Ahora presentaremos un detalla-do modelo verba! de este procedimiento.

Com preñaron deun prabtfm*por resolver

formulaciónOei probtfnt

del prob'em*

Dcoi.or

122 / el proceso de diseño

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Se intentaría resolver un problema sin saber en qué con-siste? Seguramente que no: sin embargo, esto es exactamentelo que uno está inclinado a hacer y que difícilmente puedeconducir a una resolución efectiva. Lo que verdaderamentetiene sentido es conocer tanto el problema que se trata deresolver como saber si vale la pena resolverlo, antes de lan-zarse a considerar los detalles. También es conveniente teneruna vista panorámica del problema desde ti principie, por-que una 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 una 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 pequeñapane del tiempo total dedicado a un problema.

Raramente se ie presenta el verdadero problema al inge-niero; mas 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 losproblemas a los estudiantes de manera absolutamente ajena ala realidad, de modo que los ingenieros noveles carecen de lapráctica y la aptitud necesarias para definir los problemasEn vista de tales circunstancias y de las consecuencias de unadefinición descuidada e ineficaz de un problema, correspondeal lector empezar aliara a desarrollar su habilidad en la formu-lación de problemas reales.

Un caso concreto. La dirección de una gran empresa qurdistribuye alimentos para ganado está preocupada por el costorelativamente 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 actúalidad los productos se colocan en sacos y almacenan comose indica en er-esquema de la Fig. 2.

Una tendencia común es la de tratar inmediatamente dehallar posibles mejoras a la solución existente (generalmentehay una). En este problema uno se siente inclinado a comen-zar por escudriñar la solución descrita en la Fig. 1, buscando

formulación del problema / 123

sacos vacíos

Pila de sacos por llenar

>—~\l ooerarto -̂ levanta oe la oda un saco'̂ -/ y lo coioca ba» La tolva para llevarlo.

aescarga.

El operario C dobla y cose laboca oelsaco.

mEl operario A pasa e! saco lleno al B

El ooerano B comprueba el peso yagrega o cuita material cuando esnecesario ajustarlo aproximada mentea 50 ke

El operario B pasa el saco al C.

r-A El ooeraL-V en 'a «

V

no £ toma el saco y lo ponevagoneta.

Los sacos son apilados: por losoneranos £y F.

Los sacos ouedan almacenadoshasta su venta.

Los sacos se cargan a un camión dedos a tres a la vez, mediante unmontacargas y luego se entreganal cliente.

mejoras que puedan huccr más económico el proceso. La per-sona que haga esto, de inmediato tendrá que considerar cosastales 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 v otrasmejoras posibles.

Lo anterior es exactamente lo que no se debe hacer alatacar 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 & un problema que

FIGURA '1- Sutrina. actual áe


¿Percibe e! lector diferenciasen las soluciones que podríanresultar de estas diversasformulaciones?

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 funcionamientoadecuado del diseño logrado.

Ahora ya se sabe qué es lo que no hay que hacer.

¿Qué debe hacerse? Precisamente al comenzar se debe ex-presar en términos generales el problema particular, ignorandoios detalles por el momento y concentrándose en la identifi-cación de los estados Á y B (que pueden llamarse "entrada"y '"salida" si se quiere). A continuación se dan algunas formu-laciones alternativas del problema de los aumentos para ga-nado.

Hallar e! método más económico de ..

Henar, pesar coser y apilar los sacos.Pasar ios producios del ¿e ponto ti e mezcle, (estado .J- '• - LO.'

secos a puados er. el aimacer. i estado B ] .Pasar los producios del depósito de mezcla a sacos en elcamión ¿e entreve..Pasar los producios dei depósito de mezcla alcamión de entre pe.Pasar los productos del depósito de mezcla aun medio de entregc.Trasladar los productos del depósito de mezcla alos depósitos de almacenamiento de ios consumidores.Trasladar los productos desde los depósitos de almacenamientode los ingredientes hasta los depósitos de almacenamiento delos consumidores.Trasladar los productos desde e¡ productor hasta el consumidor

La formulación i es inaceptable, pues no identifica ios estadosA y B y conuene restricciones: "llenar, pesar, coser v apilar".que no caben en ia íormuiac;ón de un problema. Obsérve-se* aue estas restricciones son características de b soluciónactual. Las formulaciones ae ¡a 2 a ia 8 son aceptables, pert~c son recomenaabícs en igual grade. Esa disposición c?formulaciones y el hecho de que las probables consecuenciasde seguir cada una sean completamente diferentes, punteauna importante cuestión que se conoce por "amplitud" de 1-iormuíación de un problema.


Amplitud de la formulación del problema que realice elieclor. En las formulaciones 2 y 3 se supone que el productoestá dentro de sacos en el estado B. En la 4 sólo se especifica"el camión", abriendo el problema a soluciones en que nointervengan sacos. En la 5 únicamente se especifica "un me-dio de entrega1' para el estado B, admitiendo así solucionesadicionales en las que no intervengan camiones. Esta tenden-cia hacia una definición menos concreta de los estados A y Bcontinúa hasta que sólo se mencionan el productor y el con-sumidor, dejando la puerta abierta a una amplia variedad demétodos 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 \, sonmás numerosas y vanadas las soluciones alternativas de quepuede disponer el proyectista. Hay que tratar de que la formu-lación sea tan general como lo amerite la importancia delproblema. El no seguir esta norma hará que campos enterosde ventajosas posibilidades sean excluidos innecesariamente dela 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 lossacos apilados en el almacén, y terminarán todo el proceso dediseño sin darse cuenta de que ellas mismas han limitado a esegrado el problema.

En la formulación 2, del estado B llega sólo hasta la pilade sacos aei aimacen í FIE. 3 ) . La formulación 3 extiende e¡

FicufcA 3. FormulacionesailtmatiL-a; dtl problema ¿e3LJJgcunad •_•_ í UíLítran lasformulaciones profrennamen¡¡mes amplia cíe un probitmz

££>V. "rí-J---... ;^í*~.3Íllí?-:Srv*'*r?c?^S

126 / el proceso fie diseño

estado B hasta el camión y ia 6 to lleva n^a ci consurmuur£n las formulaciones 7 y 8 st- ext.enoe el estaco A. ¿n <auuuno de estos casos el problema se extiende o arnsiia ce maneraque abarque más del problema toiai. En ctr.crai. ccoe traurrsiempre de formular un problema cíe modo que comprenda oincluya tanto del problema, tcíai, como .u Derruían la n:ua-aón económica y tos limites de la organización. Cuanto masse divida un problema total en suoproolemas que ha van ue serresueltos por separado, menos efectiva sera pronabicrnrnir. .:solución total. Si la puesta en sacos de los productos se t ratacomo un problema, el transporte y el apiiaxniento en ci aiinü-cén como otro, el traslado hasta el consumidor como otro vla descarga de los camiones como otro más, el sistema de dis-tribución de los producios que resulte finalmente es muyprobable que esté muy lejos de ser el óptimo. Al tratar rsieproblema con amplitud se tienen muchas probabilidades ricobtener un sistema total muy superior a cualquier otro.

El detalle con que se especifiquen los estados A y B y ¡aporción del problema total que comprendan, se denominaranen 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 ios depósitos de alma-cenamiento de los granjeros. El resultado fue que, después cemuchos años de realizar el penoso trabajo de cargar y descar-gar los pesados sacos llenos de alimento, ios repartidores en-tregan ahora el producto impulsándolo con aire a través deuna manguera que va desde un camión de reparto especial,el cual es un gran "depósito sobre ruedas", y que descarpadirectamente en los depósitos de almacenamiento de !os gran-jeros. (Este sistema se asemeja mucho al procedimiento usualde entregar a domicilio el gas o el petróleo combustible descar-gándolo en tanques estacionarios.)

El tratamiento con amplitud de problemas que fueron ata-cados previamente por panes, puede dar excelentes resultadosEstamos rodeados de problemas que no han sido resueltos demanera satisfactoria, principalmente porque sus solucionadosrazonaron con la "estrechez de miras'1 ordinaria y tradicional.Lo anterior se aplica a la enseñanza, los negocios, la medicinay muchos otros campos, así como a U ingeniería. La razón deque el autor recomiende con particular insistencia U formu-

. I,


¡ación amplia de los problemas es que hay mavor probabilidadde obtener soluciones notablemente mejores. Hay grandesoportunidades para los ingenieros capaces de atacar problemasen una forma amplia, fuera de la común. El siguiente estudiode un caso ilustra lo que propugna el autor.

La ciudad X tiene un grave problema de estacionamientode autos. Cuarenta por ciento de su zona comercial está ocu-pada por estacionamientos. Esto ha impulsado a los funcio-narios de la ciudad a contratar a un ingeniero consultor paradiseñar un edificio de varios pisos que sirva para estacionar600 autos. Será la primera de una serie de edificaciones se-mejantes que se construirán en el área congestionada.

(Este problema urbano se presentó principalmente porquevarios años antes los soluciona dores de problemas, con unavista 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 automóvilentre los suburbios y la zona central de la ciudad. El resultadofue impredecible. Los residentes suburbanos aprovecharon e!túnel de alta velocidad que conducía ai corazón de la ciudade inundaron de autos la zona comercial.)

Antes de especificar los detalles de las instalaciones desea-das, el ingeniero dedica aieuna consideración al problemapara el cual las edificaciones propuestas son supuestamente iasolución. (Obsérvese que al ingeniero se le dio la solución queidearon los funcionarios de la ciudad para ese problema. Sutarea consiste entonces en adaptar esa solución de manera quesea estructural, económica y funcionalmente adecuada.) Elingeniero visualiza el problema fundamental como el de tras-ladar una gran parte de la población de su lugar de residenciaa su sitio de trabajo. Hay una diferencia importante entre estaformulación del problema y la solución restringida dada alconsultor. Su formulación amplia abre el problema a un grancampo de soluciones prometedoras. Una es un sistema de trán-sito de alta velocidad. Por supuesto, en esta formulación rea-lizada por el ingeniero nada impide la posibilidad de un upoaistinto de comunidad urbana que reduzca la necesidad deltransporte en masa.

El ingeniero cumple su deber ético.- Informa a los funcio-narios de la ciudad que en su opinión ei aumentar la extensiónde los estacionamientos de la misma no es la solución correc-ta del problema y que se abstiene de diseñar las instalacionespropuestas. En vez de eso, expone su consideración del pro-blema y algunas soluciones alternativas que se derivan de ella.El adoptar una amplia perspectiva del problema y sostenerlacuando tal actitud es lo mejor para los intereses de su cliente,es una característica de un ingeniero profesional.


J

í IQ L'

¿ Con qué amplitud puede usted formular un problema ?Esta es una decisión que usted tiene que tomar. Una formu-lación de un 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. Ko es irrevocable o

, inmutable; podrá ser cambiada si se considera necesano o de-_, - - J O , seable. En consecuencia, usted debe formular problemas con

amplitud, pues es su prerrogativa y, de hecho, su obligaciónprofesional. Si no se procede de este modo, uno se engaña a

f x sí mismo y eneaña a su cliente. Sin embargo, el idear una"*)_ • J O formulación amplia de un problema es una cosa y el grado

*~ • en 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 va 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 encardado deiproblema 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*1. 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. £1 tuvo éxito, peropor una variedad de razones posibles alguien podría muv bienhaberle dicho que desistiera de sus propósitos, obligándolo £emplear una formulación mas estrecha que fuera en contrade los intereses de la empresa.

El eraoo en que se justifique v pueda uno licuar a caocuna 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 tiempov dinero que se tenga para su resolución.

Métodos de formulación de un problema. Un problemapuede formularse verbal o esquemáticamente de modo satis-factorio, va sea en el papel o en la mente. En muchos casosbastaran unas cuantas palabras (pág. 125). o quizá sea pre-ferible un esquema (Fig. 31). El método de la "caía negra"para visualizar un problema es una formulación esquemática.La utilidad de este eníoque puede ilustrarse aplicándolo n ur:tipo ce problema que suele definirse insausíactonamente: elde procesamiento de información fFig. 4 ) . Por ejemplo, unaagencia que realiza reservaciones de asientos para un vueio oun teatro, es un sistema de procesamiento de informador.. E'.cliente potencia! va con ei vendedor de boletos y le entregauna solicitud aue comorende un cieno número ae asientos.


la fecha y alsrunas otras especificaciones. Todo esto constitu-ye ia "entrada" a la caja negra. La "salida*1 es también infor-mación, bajo la forma de confirmación de la solicitud opresentación de las alternativas disponibles. Para la etapa deformulación del problema, lo que ocurra dentro de dicha caíano se conoce o carece de interés: esto substituye a los detallesque estamos tratando ce evitar por ahora, y, por lo tanto, esla clave de su utilidad. La anterior es una valiosa forma deconsiderar un problema de procesamiento de información ocualquier otro tipo de problema. La sencillez del métodode la "caja negra" encubre su utilidad como ayuda para laresolución de problemas.

Quizás ya se le haya ocurrido al lector que hasta ahorano se le han dado reelas concretas v ráoidas para formular ur;

Una nación agresoraAgresorvencioc,Sin oañc

Cualquierfuente

A$«á f Aguacctable

Pasaterosen su casa

Vaca entermeen e¡ estaciode su aueño

Hoiarasca. basura.cnaiarra. eic.

Pas'aie/Ds en lasa \a~ bx espera '

Vaba eníeímai'jntc ir̂ Ta ppséae coerá&iones

\ MateriaDeseónos Dnrna útl!

Pasaros en Pasaieros en s;je^'a^ón lugar eje destino

Vaca sobre Vaca en e! establ°ia/ínesa ae su dueño;

N oaeración terminada

Ftcua.1 5. Algunas fonnvlacionei¿r problemas tonociácl. qut

Ont

!c ia

taíC1

•i»r punir ae :tsls. Se atoe

, , -,. ..C .

'rmulacio r. mas amplia, ( Er. tit- fojo l& mejor penpecíivc

íOtntur o ;;ncer at,e¡ort'

Automóvil con C^dena^de 'í/adeDá's ' Automóvilinsuficiente traición . puestas en con tracción

tracción guardadlas iaí ruéa^s adecuada

armas.)

Joven ai ingresaia la universioad

mismo,con Xtituio con uría Dueña

t eaucación

problema. Ningunas reglas se justificar.. No existe cosa talcomo ia. formulación correcta de un problema determinado,pero si hay, por cierto, regias mis o menos ventajosas o uciii-zables. Lo mejor que puede hacer ei autor L-S ofrecer cuías opautas que ya ha seguido, y citar aleunos ejemplos (la Fie. 5puede ayudar';. Corresponde al lector aprovechar esas guiasy su propia experiencia para desarrollar su aptitud de formu-lación de problemas.

130 / el proceso de dueño

Resumen. Se ha dicho que un problema bien definido estáprácticamente resuelto. Aunque esto es exagerado, sirve paradestacar la importantísima naturaleza de esta fase del pro-ceso de diseño. Un problema puede formularse con distintoserrados de amplitud. Estos van desde una definición muy am-plia que maximiza 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 eiección.

La "entrada" que interviene en la fase de formulación esuna información, vaga y mezclada con hechos sin. importanciay confusos, acerca de lo que se necesita o se quiere. La "sali-da", una provechosa formulación del problema, se convierteen "entrada" para la siguiente fase del proceso de diseño, elanálisis del problema.

Ejercicio*

1. Identifique los estados A y B del problema principal delas siguientes personas. Haga todas las suposiciones quesean necesarias.

a'i Un muchacho repartidor de periódicos.D ) Un montañista.c] Un cocinero o cocinera.¿} Un bombero.e) Un profesor./) Un reparador de televisores.g) Un alfarero o ceramista.

2. Formule el problema para el que cada una de las siguien-tes es una solución. (Por ejemplo, la entrada usual a unengranaje de cambios o "caja de velocidades" es un ejeque gira, a una cierta velocidad, y la salida es otro eje qutgira 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,i) Una barredora de nieve.;) Un tren de transbordo (o sea, el que viaja entre dos

líneas ferroviarias principales).'•"'*

CAPITULO 9

El proceso de diseño:análisis del problema

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 esperande ella y también servir como máquina de lavado en seco enel hogar. Además, la dirección de la empresa ha decididoque:

!. La máquina no debe t-ner más de 75 cm de ancho i 95 cmde alio y 75 cm de ínndo.

2. Debe funcionar con cómeme alterna de 115 volts y 60 ciclos.3. Debe ser aprobada por los laboratorio:, oficialmente

autorizados.4. Su costo de fabricación no debe «ceder 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 usomúltiple basó su análisis de¡ problema en una considerablecantidad de deliberaciones, investigaciones y consultas, espe-cialmente con altos funcionarios de la compañía y expertosen mcrcadotecnia, quienes están en estrecho contacto con laspreferencias del consumidor (Fig. 1 ) . Su análisis, mostradoen la Fig. 3, se discutirá en los artículos subsiguientes.

Especificación de los estados A y B. En la formulación deeste problema es suficiente identificar el estado A simplementecomo las telas sucias, y el estado B como las mismas telas, perolimpias {Fig. 2). Sin embargo, para resolver el problema esnecesario saber más acerca, de la entrada y la salida. Por lotanto, durante esta etapa del proceso de diseño se determinanlas características cualitativas y cuantitativas de los estadosA y B, como se muestra en la Fig. 3.

Oífos hechosy opinionesimpórtenles

Informaciónirreíevaníc,opiniones

tradiciones,efe.

Definición detallaosdff f oroblema rn íuncior.

Of especificaciones,restricciones, criterios, rrc

131

132 / e?/ proceso de diseño

Entraos : telas sucias

Vot.eblct oe ffnaat ¿imif.e.onej Oe efítrmée

7»m»no de »• cmrye _ _ _ _ _ _ _ _ No puede »er -i«xor Oue 05 dm

_ Pe*0 de U corpa No pueoe ler m. w Que fl K0

7.o= oe tei« Nmgun*

G'-OO oe iucieo*d — Ninguna

Tipo de lucreO.S — — Ningún-

Salios : telas

V«ri_bJei fle ialio* Lintitacionei de íthde

C»ntrO#cJ oe lucieooo No m_» deí 3 % Oel v»it>r de

GrmCO oe encootmtenlc No mií de/ 0.5%

Variable» úe solución

7»m*Ao de í* O'

A^éfOOO p»r> ceiprenoe.' i* iucied«d

~

Restnccione,.

No fTiaror de 76 * íí i 76 CT<

H»y aue uliiitfr H5 wolfi oe C-A

DeD- tenerje .* aoroo-oon ce 'oí jJOOi-flfanoi de conrro/lUnOen-nien L.eDO'eiot,e¡ .

Su coito no deoe excede' de 125 dóJ.reí

Oeoe ooef»' o crucb. Oe e<jui«3c.C'onei

Criterios Volumen de producción

Aif*cFivo oe ve ni* - Aproximcdamxife 300.0OO umd*dn

un prom-aio ae 1500 c*ry«i

-•cci.vioeo oe '"no>c»

Peio

F I G U R A 3. Pafina ¿ti cvmatrno de epttntei ¿el

i » f » m < r e , 7»< m_«ííra n ff«flíi/u ¿ti probitmc

¿t ia maoMina limpiadora á* ropa.

análisis del problema / 133

Muy pocas características de los estados A y B son cons-tantes. La cantidad de ropa que una persona ponga en unalavadora vanará de carga a carga, y lo mismo la clase de lastelas, la cantidad y tipo de suciedad, etc. (Ejemplos de otrosproblemas: la entrada de mineral de hierro a una plantasiderúrgica varía en su composición química; la salida de po-tencia eléctrica de una central generadora varía efectivamenteen un cierto período, etc.) Estas características dinámicas delos estados A y B se llaman variables de entrada y variablesde salida, respectivamente.

Generalmente hay limites para el grado en que puedenfluctuar tales variables; por ejemplo, "el peso variable ceentrada de la carga no puede exceder de 8 kilogramos", íocual se expresaría simbólicamente por O < Pe ̂ 8 kg, siendoPf el peso de entrada. Esto se llama una limitación de entrada,y la equivalente para el estado B se denomina limitación desalida. Para que un ingeniero pueda resolver satisfactoriamenteun problema, deberá contar con estimaciones de confianza delos valores de las variables y de las limitaciones de entraday salida.

Restricciones. Una restricción es una característica de unasolución 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 antenormen te i pac.131) aparecerán como restricciones en la Fie. 3. Cada unaUmita las alternativas que se le presentan al soiucionador delproblema. Algunas restricciones limitan su elección a un inter-valo de valores: "la máquina no puede tener un tamañp 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". Así, 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 ai 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 usogeneral sería muy elevado. El ingeniero cree que e! precioprobable de venta de una máquina que sirva para tedas lastelas es desproporcionadamente mas alto que e! precio pro-bable de una que sirva para casi todas las teias. Está conven-cido de que la decisión de que "sirva para todas las teias"carece de fundamento económico. En estas circunstancias, elingeniero tiene que decidir si deberá aceptar esta restricción.

134 / el proceso de. dueño

o bien traur de que la dirección oe ia empresa reconsidere yposiblemente revoque su decisión original.

Además, es evidente para e¡ ingeniero que dos de las res-tricciones impuestas son incompatibles: una máquina de usogeneral que tenca un cesto de manufactura de 125 dólares omenos. Una o ambas restricciones deberán caminarse para quepueda obtenerse una soiución.

Por consiguiente, el lector probablemente no tendrá queooservar o cumplir todos i as restricciones impuestas, general-mente con la anuencia de quienes las establecieron, pues al-gunas no podran ser atendidas y otras podrán satisfacersesólo a un precio exageradamente alto. Sería ingenuo suponerque todas las restncciones son decisiones óptimas que debenaceptarse a ciegas. La mayor fiarte de las decisiones hechaspor ejecutivos, ingenieros y otros son subóptimas en ciertogrado. Esto resulta del elemento de azar inherente a la bús-queda de posibles caminos de acción, del tiempo relativa-mente cono 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 grado

• • • en que se subdividen generalmente los problemas y se atacancomo subproblemas relativamente independientes, y del hecho

% % % de que pocas decisiones se hacen sobre una base 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 cieeas como

FI«U*» 4. sólida" e irrevocable toda ICSUÍLÜÚU.

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 muchotiempo para ello, porque injustificada e inadvenidamente qui-zás, descartan la posibilidad de prolongar las lineas más alládel cuadrado formado por tes puntos. Se comportan como siesto no estuviera permitido,.«un cuando no se mencionó nin-guna restricción en el enunciado del problema. Esta exclu-sión injustificada e indeseable de. una posibilidad 0 de ungrupo de ellas perfectamente tegitiroas, es una restricción fic-ticia.

La mayor parte de las restrierionei ficticias no son deci-siones explícitas para descartar ciertas poñbffidades, riño queel solucionador del problema actúa autoroatkarnenie como sialgunas alternativas hayan de aer exdukb*. Muchos procede-

resolver el problema de lo» aumentos para ganadonan a


(pág. 122) como si tales productos forzosamente tuvieran queser puestos en sacos, aun cuando nadie expresó que tuvieraque ser así. El hecho de que las restricciones ficticias no seestablecen usualmente por deliberación consciente, es la prin-cipal causa de su eiusividad. Si fueran enunciadas explícita-mente, su naturaleza imaginaria y a menudo absurda, saltanaa la vista. Volviendo ai problema de ios piensos o alimentospara ganado, supóngase que se enuncian como restriccionesalgunas de las características de ia solución actual, aunqueno lo sean; "los alimentos deben ser puestos en sacos; los sacosdeben manejarse individualmente". Estas no son más que ca-racterísticas del sistema actual que se expresan substituyendolas expresiones simples "se ponen1' y "se manejan" por "debenser puestos" y "deben manejarse". La citada solución es causafrecuente de restricciones imaginarias autoimpuestas. Es muyfuerte la tendencia a tomar equivocadamente lo que es porlo 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 solucionesmás ventajosas, es muy necesano estar prevenido contra estaequivocación.

Variables de solución. Las soluciones alternativas de unproblema difieren en muchos aspectos. Las correspondientesal problema de la máquina lavadora de ropa difieren en ca-

' racterísticas tales como tamaño, forma, método para quitar lasuciedad de las telas, tipo de mecanismo y materiales con losque se construye la máquina. Las formas en que pueden dife-rir las soluciones de un problema se llaman variables de so-lución. La solución final de un problema consiste en un valorespecificado para cada una de tales variables: un cierto ta-maño, una determinada forma, etc.

Es esencial que el lector se cerciore de que ha entendidobien el propósito de la determinación de las restricciones yvariables de solución. El objeto no es conocer todas las formasde restricción, sino darse cuenta de cuáles son las jornias enque no hay restricción alguna, y posteriormente aprovecharesta libertad en la búsqueda de soluciones. Para ayudarlo enesta empresa, se recomienda al lector que primero identifiquetodas las variables de solución y luego determine cuáles sonjustificadamente fijas o limitadas.

Critej-ios. Los criterios que se utilizarán para seleccionar eimejor diseño deben identificarse durante ei análisis del pro-blema. Realmente, los critenos cambian muy poco de proble-ma a problema; el costo de construcción o fabricación, laseguridad personal, la coníiabilidad. la facilidad de manteni-


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 pane de los problemas la tarca 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 estehecho debe ser conocido antes que principie tal búsqueda.

Utilización. Si un rio ha de ser cruzado en un punto deter-minado sóio 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 otrapane, 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 cieña importancia siempre que e!costo tota: 'suma del costo de llegar a una solución, del costode crearía físicamente y del costo relacionado con su usosea el punto áe interés. Y, ¿cuándo no es éste ei caso? Recor-demos ei problema de los interruptores de tiras metálicas(páe. 14 . £1 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 unproblema, debe determinar primero la utilización o uso espe-rados, es óecir. 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 !¿QÚ cargas de tamaño medio durante la vida o dura-ción del aparato.

Volumen de producción. Supóngase que solamente van aconstruir*? lu máquinas lavadoras. En estas circunstancias elproyectista se preocupa poco de la facilidad de fabricaciónde su creación. Si se especificaron piezas o componentes nousuales cr aito costo y se requieren métodos de fabricación


a mano, estos condiciones serán de poca importancia mientrasla cantidad producida sea sólo de diez máquinas. Sin embargo,un número de 300.000 es una cosa diferente, pues en estecaso el ingeniero estará fundamentalmente interesado en laforma en que los diversos diseños afecten el costo de manu-factura. Tal número, que recibe el nombre de volumen deproducción, tiene un efecto significativo en el tipo de soluciónque será óptima para el problema, y obviamente debe cono-cerse antes 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.

Ejercicios para el capitulo 9

1. Suponga que usted está diseñando lo siguiente:

a) Una enlatadora de legumbres.fe) Una estructura que cruce el canal de la Mancha.c] Un cable telefónico submarino transoceánico.<f Una planta de energía eléctrica que utilice carbón

como combustible.

¿Cómo formularía usted cada uno de estos problemas3

¿Qué información concerniente a la entrada y a la salidareuniría durante su análisis de cada problema? Err cadacaso, 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?

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;KA 5. Resumen de los tipos

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Ejercicios pora los Capítulos 9 y 10

(Los siguientes problemas requieren tanto pensamiento crea-tivo como definición del problema y, por consiguiente, sonapropiados para éste y el siguiente capítulo, í

* La nomenclatura de! problema resumida en la Fig. 5 es ade-cuada para su experiencia inicial de diseño. Sin embargo, finalmentepuede ser necesario un mayor ngor en el análisis del problema. Porlo tanto, en el Apéndice C se amplía el lema y se ofrecen método!perfeccionados

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Krick Proceso de Diseno 1