Día a día podemos ver que diseñadores de la industria tienen mayores conocimientos de tecnología CAD, es muy difícil ir a alguna empresa del sector industrial y no tenga alguna plataforma de este tipo para llevar a cabo sus diseños y generación de información. El 3D es la base de todo y eso nos pone muy felices; sin embargo, es momento de dar el siguiente paso al diseño, es momento del diseño sustentable.


Cuando estamos diseñando normalmente enfocamos la mayoría del tiempo a los siguientes 3 temas:
1.- Funcionamiento: La máquina o dispositivo diseñado debe tener una tarea, un mecanismo y una secuencia para poder cumplir con el objetivo de diseño. Enfoque muy alineado a los diferentes tipos de ingenierías (Mecánica, Eléctrica, Neumática, etc).
2.- Estética: Que el modelo se vea bien, atractivo, super visual y sea capaz de atraer la atención de quienes lo van a consumir.
3.- Estándares: Se deben cumplir con estándares nacionales e internacionales, ya sea en su diseño u operación. Mientras estos se cumplan nuestros diseños van a ser ensamblables y operables.

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Como podemos ver tenemos un enfoque total en estos 3 puntos; sin embargo, son pocos los que se llegan a preguntar ¿Cuál será el impacto ambiental de esta maquinado o dispositivo? ¿Realmente necesito utilizar ese espesor de placa de acero o puedo optimizar?, entre otras.
Hace un par de meses nos encontrábamos en una platica con el dueño de una empresa fabricante de maquinaria industrial quien nos decía que el negocio estaba en alerta derivado a las bajas ventas. Al investigar más a fondo el tema llegamos un tema llamado competencia. Sus maquinas funcionan bien, tienen mecanismos que nunca alguien los había hecho, se instalaban y duraban años y cumplía con todos los estándares de la industria, todo alineado de acuerdo con los 3 puntos anteriores; el detalle era que su competencia estaba llegando con productos con el mismo funcionamiento y la misma estética, pero más baratos. Automáticamente pensamos que su competencia estaba perdiendo utilidad, pero estuvimos completamente equivocados ya que en ese instante surgió una frase que jamás olvidaré que fue “Me están ganando proyectos por Ingeniería sustentable”.
En mis 8 años de consultor industrial nunca me había tocado evaluar un tema de ingeniería sustentable y que fuera algo tan marcado como para perder ante una competencia. Al estar lleno de dudas obtuvimos el siguiente caso:
“Nuestras maquinas son tecnología con más de 50 años en la industria, nacen de las ideas de mi abuelo quien fue uno de los mejores ingenieros mecánicos de la ciudad. Garantizamos que nuestras maquinas van a funcionar, no tendrás que darle mantenimiento correctivo y cumplirás con los estándares; inclusive aseguramos que van a operar por más de 20 años”.
“Mi competencia principal está entregando una maquina que pesa menos de la mitad de mi maquina derivado a que utilizan placas de menos espesor, aceros más ligeros, mecanismos más sencillos y una garantía de 3 – 5 años o basada en tiempo de proyecto”.
“Yo tenía un enfoque con calidad completamente relacionado a funcionamiento, estética y estándares; sin embargo, ahora calidad es cumplir esos 3 y agregar un toque de diseño sustentable, en pocas palabras hacer lo mismo con menos”.


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A partir de esta reunión, nuestro enfoque consultor fue diferente ya que sabíamos que nos enfrentaríamos a situaciones similares a futuro. De manera indirecta entendimos que se requieren productos competitivos para la alta demanda del mercado industrial, y con competitivos nos referimos a que funcionen y tengan un precio justo.
Desde entonces nuestra misión ahora es hablar de diseño sustentable. Muchas empresas están pasando por la misma situación y siguen ignorando por completo el tema de diseño sustentable e innovación, derivando una pérdida de utilidad para poder competir. Preferimos reducir el valor de nuestros productos que invertir en innovación, generar nuevas ideas y entregar un producto que funcione igual y competitivo en precio.


Basándonos en esta situación entendemos que el reto ahora es alinearnos a esta metodología de diseño. Para aclarar esto compartiremos con ustedes los lineamientos del diseño sustentable, los cuales se están implementando en este caso de estudio, los cuales son:
1.- Mínimo uso de material: Diseño estético y funcional que permita operar con menos cantidad de material. Se puede hacer estudios de prototipada digital basados en topología que permitan optimizar geometrías o probar materiales más ligeros que soporten las mismas condiciones de uso a un material sobrepasado de diseño.

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Ilustración 1: Estudio de topología

2.- Opciones de material mejoradas: Evaluar diferentes tipos de diseño con diferentes tipos de materiales, un diseño que puede evaluar diferentes alternativas, que se abra a la innovación y nos permita evaluar basado en ingeniería sustentable.


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Ilustración 2: Estudio de simulación estática


3.- Diseño desmontable y sin químicos: Buscar métodos de ensamble que permitan montar y desmontar equipos y dispositivos a partir de diseños ensamblables tipo “Tab and Slot” o pestaña y ranuras; estos deben ser capaces de sustituir el uso de pegamentos o químicos que dañen el medio ambiente. Además de cuidar el medio ambiente también le daremos rigidez al ensamble.
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Ilustración 3: SOLIDWORKS Tab & Slot


4.- Reutilización o reciclaje del producto al final su ciclo de vida: El diseño debe ser pensado en volver a utilizar componentes; es decir, que tenga la capacidad de reutilizar componentes o se le puedan hacer adaptaciones para seguir utilizando los mismos mecanismos, pero con mejores capacidades.
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Ilustración 4: SOLIDWORKS, Adaptación de modelos y mejoras


5.- Mínimo consumo de energía y tecnologías limpias: Representa el mayor reto, necesitamos diseñar equipos con una mejor eficiencia en cuanto a funcionamiento y energía, que puedan moverse con diferentes tipos de energía, sean híbridos o de algún tipo de energía renovable.

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Ilustración 5: Ejemplo de un sistema híbrido

6.- Vender productos sin fabricar: implementar métodos de venta donde se pueda presentar un producto, venderse un lote sin necesidad de tenerse que fabricar para poder presentar u ofertar. Eliminar todo tipo de prototipado físico que requiera uso de recursos e implementar tecnologías de renderizado, Realidad Virtual, Realidad Aumentada. Si es muy necesario una muestra entonces recurrir a tecnologías como la impresión 3D.
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Ilustración 6: Ejemplo de renderizado

7.- Documentos digitales: Hacer uso de “Meta Data” para almacenamiento, control y administración de todo tipo de archivos. Las tecnologías PDM y ERP están completamente sofisticadas y alienadas a los retos administrativos; además, es mucho más fácil obtener información de manera digital que buscar entre archiveros llenos de papeles de toda la historia de la compañía.
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Ilustración 7: Interfaz de SOLIDWORKS PDM*

8.- Mantener todo un ecosistema de trabajo conectado: Tener una plataforma única, capaz de cumplir con todos los desafíos de desarrollo de proyectos, comunicación, avances de proyecto, fabricación, etc. Dejar de tener herramientas separadas, es decir, tener plataforma única donde puedas vender, diseñar, prototipar, fabricar, controlar, documentar etc; un lugar donde se rompan las barreras que impiden el avance y la comunicación efectiva.


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Ilustración 8: 3DEXPERIENCE Platform

Analizando estos 7 puntos podemos ver una gran aportación del 3D para esta nueva ideología de diseño. El 3D nos permitirá crear, innovar y mejorar ideas existentes de diseños; además permitirá generar prototipos funcionales que permitan incorporar estos 6 puntos. El 3D es tan amigable y flexible que juega un papel de herramienta esencial para este desarrollo permitiendo así el desarrollo de la creatividad y planteamientos para implementar este tipo de ingenierías.
El uso del CAD se puede reforzar con plataformas FEA, CFD, etc que permitan el prototipado digital de maquinas y dispositivos, permitiendo que todas las ideas puedan ser diseñadas y posteriormente sometidas a pruebas digitales que nos entreguen valores de funcionamiento. Esto abre la puerta a tener capacidad de evaluar y asegurar que esto va a operar; además, se puede alinear esa nueva idea con conceptos de innovación a través de un prototipo digital, completamente sustentable y viable permitiendo que cada idea sea completamente funcional y proporcional al beneficio que daremos a generaciones futuras, con el compromiso que esto sea cada vez más normal y alcanzable y deje de ser un paradigma.


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Ilustración 9: diseño generativo

 

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Ilustración 10: Validación estructural por FEA*

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Ilustración 11: Ejemplo de uso de CFD*

El diseño basado en funcionamiento, estética y estandarizaciones va a continuar, es la base de todo; ahora es momento de integrar tecnologías que permitan este desarrollo sustentable, pero sobre todo es momento de abrirnos a esta nueva metodología de diseño.
Todo esto es un caso real, nos ha llevado a pensar más allá de la manera en cómo veníamos viendo el desarrollo de la industria. Es momento de dar un giro completo y empezar a crear este tipo de diseños. Recuerda, hay que hacer más con menos y piensa siempre en crear productos competitivos comercialmente y alineados a diseño sustentable.


Glosario:
CAD: Diseño asistido por computadora (Computer Assisted Design)
CFD: Simulación de dinámica de fluídos (Computational Fluid Dynamics)
FEA: Análisis de elemento finito (Finite Element Analysis)
PDM: Gestión de Datos del Producto (Product Data Management)

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