El diseño es el proceso de definir la arquitectura , los componentes , las interfaces y otras características de un sistema o parte de él (ISO 24765). [1] El resultado del diseño es un proyecto - un conjunto integral de modelos , propiedades o características descritas en una forma adecuada para la implementación del sistema. [2] :272
El diseño, junto con el análisis de requisitos, es parte de una etapa más grande en el ciclo de vida del sistema llamada definición del sistema . Los resultados de esta etapa son la información de entrada para la etapa de implementación ( incorporation ) del sistema ( eng. system realización ). [2] :268
El diseño del sistema tiene como objetivo representar el sistema de acuerdo con el propósito, los principios y la intención previstos; implica evaluar y decidir sobre la elección de los componentes del sistema que son apropiados para su arquitectura y dentro de las restricciones prescritas. [2] :272
En la actualidad, existe una fuerte tendencia a considerar el diseño arquitectónico y de detalle como actividades separadas; se intenta definirlos como prácticas separadas, pero estos tipos de diseño están en gran parte "entrelazados". Las decisiones arquitectónicas se consideran más abstractas , conceptuales y globales que las decisiones de diseño "normales"; están dirigidos al éxito de toda la misión ya las estructuras de más alto nivel del sistema. [2] :272 El diseño detallado, a su vez, se define como el proceso de detallar y expandir un diseño preliminar (arquitectura) hasta el punto en que el proyecto se realiza por completo. [una]
En la antigüedad , el diseño era considerado como la " ciencia del arquitecto " [3] . La actividad del arquitecto estaba relacionada no sólo con la construcción de edificios , sino también con la creación de máquinas de construcción y militares . La descripción del sistema de conocimiento y principios de organización de esta ciencia se presenta en la obra del arquitecto y mecánico romano Vitruvio , quien vivió hace 2 mil años en la era de César y Augusto . .
En el período inicial de la historia de la URSS , el diseño fue uno de los cuellos de botella más importantes en la construcción. Había un diseño artesanal individual . Solo en 1929 comenzaron a crearse organizaciones especiales de diseño. .
Las oficinas de diseño se dividieron en republicanas y locales. Las oficinas republicanas que diseñaron la construcción civil fueron: Giprogor y Kommunstroy , cuyas actividades se coordinaron con oficinas de diseño de importancia regional, en particular en Moscú - MosProekt , MosoblzhilSoyuz , en Leningrado - Zhilgrazhdanstroy , etc.
Para construir un plan de trabajo unificado para el diseño de ingeniería civil para 1932, como regla general, se estableció que:
a) los programas de las oficinas de diseño republicanas de la RSFSR para trabajos de diseño cubiertos de ingeniería civil para construcción estándar individual, estándar y estándar de límite bajo;
b) los programas de las oficinas de diseño locales (repúblicas autónomas, krais y oblasts) cubrieron el trabajo de diseño para construcciones no estándar de bajo límite y para adaptar diseños estándar a terrenos; se permitió el diseño para la construcción individual y estándar por encima del límite en el orden de la vinculación prevista de estos trabajos con los programas de las oficinas de diseño republicano antes mencionadas .
Dentro del proceso de diseño, junto con las etapas de diseño y los estudios experimentales, a menudo se destaca el proceso de diseño.
Diseñar es la actividad de crear una imagen material del objeto que se está desarrollando, se caracteriza por trabajar con modelos a escala real y sus imágenes gráficas ( dibujos , bocetos , modelos de computadora). Estos modelos e imágenes, así como algunos tipos de productos, se denominan diseños . Por ejemplo, el diseño de formas de ropa, el diseño de interiores, el desarrollo de diseño de máquinas, soluciones constructivas y de planificación espacial para un objeto de construcción de capital, estructuras metálicas, estructuras de edificios.
La palabra "construcción" se usa a menudo en el sentido de "estructura", "dispositivo", por ejemplo, la construcción de una oración en lingüística o la organización del material estético en el arte.
El diseño se puede realizar:
Se pueden dar los siguientes ejemplos de tipos de diseño por industria:
Cualquier objeto de ingeniería sirve para implementar una o más funciones en los sistemas que lo utilizan, es decir, la función es primaria, el objeto es secundario. Así, la función principal de un automóvil es transportar mercancías y personas, la función principal de un bolígrafo es dejar una marca de tinta en una superficie (papel, etc.), un libro es actuar como portador de información escrita, etc. .
El diseño funcional representa el enfoque más general para describir sistemas. Se determinan las condiciones de contorno y las entradas y salidas deseadas, se elabora una lista detallada de funciones u operaciones a realizar [4] . En el diseño funcional, se lleva a cabo la síntesis de la estructura y se determinan los parámetros principales del objeto y sus componentes (elementos), se evalúan los indicadores de eficiencia y calidad de los procesos de funcionamiento. El resultado del diseño, por regla general, son los esquemas principales, funcionales, cinemáticos, algorítmicos y los documentos que los acompañan [5] .
Diseño óptimoEl proceso de diseño siempre está sujeto a la necesidad de tener en cuenta los intereses de todos los stakeholders clave (stakeholders) : clientes, desarrolladores, fabricantes, vendedores, consumidores, desechadores, etc. Cada uno de los stakeholders busca satisfacer sus necesidades, algunas de las cuales puede entrar en conflicto. Por ejemplo, desde el punto de vista de los intereses de las diversas partes involucradas, un automóvil debe tener simultáneamente alta velocidad y potencia del motor, bajo costo, comodidad, respeto al medio ambiente, ser tecnológicamente avanzado en la producción, fácil de mantener, fácil de desechar, etc.
Además, casi siempre hay varias opciones para resolver un problema práctico, y el desarrollador se enfrenta al problema de una elección razonada de la opción final.
El diseño, cuyo propósito no es solo la búsqueda de soluciones funcionalmente efectivas, sino también la satisfacción de necesidades diferentes, a veces conflictivas, una elección razonable de la versión final , comenzó a llamarse diseño óptimo ( diseño de criterios, diseño de variante ). Se ha utilizado activamente desde la segunda mitad del siglo XX debido a los logros de la teoría de la decisión y la teoría de la investigación de operaciones y el uso generalizado de la tecnología informática , que hizo posible desarrollar métodos apropiados, calcular numerosas opciones en un tiempo previsible. y resolver problemas matemáticos complejos.
Se da gran importancia en el diseño óptimo a la preparación en la etapa de especificaciones técnicas de una lista completa de requisitos para el objeto que se está desarrollando, la selección de indicadores de calidad entre ellos y la transformación de los más importantes en criterios de optimización .
Ingeniería de sistemasA fines del siglo XX, no solo aumentó significativamente la complejidad de las instalaciones diseñadas, sino también su impacto en la sociedad y el medio ambiente, la gravedad de las consecuencias de los accidentes por errores de diseño y operación, los altos requisitos de calidad y precio, y una reducción en el calendario de nuevos productos. La necesidad de tener en cuenta estas circunstancias obligó a realizar cambios en la naturaleza y metodología tradicionales de las actividades del proyecto.
Al crear objetos, ya debían considerarse en forma de sistemas , es decir, un complejo de elementos internos interconectados con una estructura determinada, una amplia gama de propiedades y varias conexiones internas y externas. Se formó una nueva ideología de diseño, llamada diseño de sistema.
El diseño del sistema resuelve de manera integral las tareas establecidas, tiene en cuenta la interacción y la interconexión de los objetos-sistemas individuales y sus partes, tanto entre ellos como con el entorno externo, tiene en cuenta las consecuencias socioeconómicas y ambientales de su funcionamiento. La ingeniería de sistemas se basa en una cuidadosa consideración conjunta del objeto de diseño y el proceso de diseño, que a su vez incluyen una serie de partes importantes.
Principios de ingeniería de sistemasEl diseño del sistema debe basarse en un enfoque de sistemas. A la fecha, no se puede argumentar que se conozca su composición y contenido completo en relación con las actividades del proyecto, sin embargo, se puede formular el más importante de ellos:
Liderar el desarrollo de un objeto secuencialmente de lo general a lo detallado se denomina diseño de arriba hacia abajo . Su resultado serán requisitos para piezas y conjuntos individuales. Es posible desarrollar de lo específico a lo general, lo que conforma el proceso de diseño de abajo hacia arriba . Tal diseño ocurre si una o más partes ya son productos terminados (comprados o ya desarrollados).
El diseño de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba tiene sus propias ventajas y desventajas. Por lo tanto, con el diseño de arriba hacia abajo, pueden aparecer requisitos que luego resultan irrealizables por razones tecnológicas, ambientales o de otro tipo. Con el diseño de abajo hacia arriba, es posible obtener un objeto que no cumpla con los requisitos especificados. En la vida real, debido a la naturaleza iterativa del diseño, ambos tipos de diseño están interrelacionados.
Por ejemplo, al desarrollar un automóvil en un diseño de arriba hacia abajo (desde el esquema general hasta sus partes, por ejemplo, hasta un motor), es necesario vincular el diseño general con el tamaño y la potencia de los motores ya producidos. De lo contrario, deberá desarrollar un nuevo motor en relación con este diseño, o cambiar las opciones originales para su ubicación o el diseño de todo el automóvil.
El diseño, como actividad consciente con propósito, tiene una cierta estructura , es decir, la secuencia y composición de las etapas y etapas del desarrollo del proyecto, un conjunto de procedimientos y medios técnicos involucrados, y la interacción de los participantes del proceso.
Actualmente, hay dos representaciones de la estructura de diseño, similares en forma, pero diferentes en objetivos y enfoques de actividades. Esta es una estructura en forma de etapas de desarrollo de la documentación del proyecto (etapas de diseño) y la estructura del proceso de diseño. .
Las etapas de diseño están reguladas por los estándares GOST 2.103-2013 [6] y GOST R 15.301-2016 [7] . La secuencia de ejecución de todas las etapas forma la estructura oficial del proceso de desarrollo de la documentación del proyecto, que, por regla general, se utiliza en las relaciones oficiales entre el cliente y el contratista o entre co-ejecutores del trabajo. La documentación en sí es necesaria para informar al cliente sobre el trabajo realizado, la posibilidad de verificar o repetir los desarrollos de otros ejecutantes, la preparación para la producción y el mantenimiento del producto durante la operación.
Las etapas de creación de otros sistemas están reguladas por sus propios estándares, por ejemplo, para sistemas automatizados: GOST 34.601-90 [8] .
La estructura establece las etapas de desarrollo de la documentación de diseño para productos en todas las industrias y las etapas de trabajo dentro de cada etapa, es decir, la composición de la documentación y los tipos de trabajo, lo que ayuda a responder la pregunta "¿Qué se necesita hacer?" en el proceso de diseño. Las principales etapas de la estructura incluyen:
En el proceso de desarrollo de la documentación del proyecto, dependiendo de la complejidad del problema que se está resolviendo, se permite combinar varias etapas entre sí. Las etapas de enunciado de especificaciones técnicas y diseño técnico pueden incluirse en el ciclo de trabajo de investigación (I+D), y las etapas de propuesta técnica y diseño preliminar pueden formar un ciclo de trabajo de diseño experimental (I+D) .
El diseño es una actividad con propósito que tiene una secuencia de procedimientos que conducen a soluciones efectivas. En consecuencia, debe haber una estructura para el proceso de resolución del problema de diseño, que ayude a responder la pregunta "¿Cómo hacerlo?". En la actualidad, se han propuesto una serie de estructuras y algoritmos de diseño, que coinciden en sus características principales y difieren solo en el contenido o los nombres de las etapas individuales.
La solución de cualquier problema comienza con su comprensión y aclaración de los datos iniciales. Aquellos requisitos (técnicos) (TT) que son emitidos por el cliente están formulados en el lenguaje de un consumidor no especialista y no siempre son técnicamente claros y exhaustivos. Traducir los requisitos al idioma del área temática, formular la tarea de la manera más completa y competente posible, justificar la necesidad de resolverla, es decir, formular los términos de referencia (TOR), es la primera y obligatoria etapa de trabajo. El contratista lo realiza en estrecho contacto con el cliente.
En ingeniería mecánica, esta etapa a veces se denomina diseño externo . Esto enfatiza que el desarrollo del objeto ya comienza con la formulación de la tarea (TT) y la formación de los TOR y se lleva a cabo activamente junto con el cliente. Un resultado importante de la etapa es la coordinación de los objetivos de desarrollo y el propósito del objeto diseñado (sus funciones), el sistema de indicadores de calidad .
Los siguientes pasos forman el diseño interno . Están dirigidos a encontrar una solución al problema y son realizados por el desarrollador. Esto incluye las etapas de síntesis del principio de funcionamiento, estructura y parámetros del objeto diseñado:
Debido a que el conocimiento inicial sobre la tarea es incompleto, el proceso de diseño es iterativo , con cada ciclo de iteración, los objetivos de diseño se refinan cada vez más, existe la necesidad de funciones adicionales y, como resultado, la necesidad de desarrollar funciones adicionales. piezas y ensamblajes. La solución de problemas de diseño particulares que complementan la solución principal también se lleva a cabo de acuerdo con la secuencia presentada.
En cada etapa del diseño interno, se realizan los siguientes procedimientos:
Se observa que la eficiencia del objeto diseñado está determinada: en primer lugar, por el principio de operación elegido, en segundo lugar, por la estructura propuesta y, en tercer lugar, por la relación de parámetros.
Un proyecto de reutilización es una documentación para un sitio de construcción, según la cual se recibió una conclusión positiva del examen estatal, la instalación se construyó y se puso en funcionamiento. El uso de proyectos de reutilización en el diseño permite minimizar el costo del diseño y la experiencia. También reduce el tiempo de diseño. .