El diseño en ingeniería y el análisis morfológico
Nota del autor: Apreciados lectores, luego de una breve ausencia por motivos de viaje, reanudo mi interacción con ustedes, con el deseo y esperanza de compartir experiencias que puedan representar un aporte para su información y disfrute.
Se puede concebir al diseño en ingeniería como un proceso de solución de problemas, una acción para solventar necesidades en cualquier ámbito de la vida en distintos niveles de complejidad. El diseñador en ingeniería incorpora conocimientos de las ciencias físicas y matemáticas aunados a experiencias prácticas para adaptar materiales procesados a la obtención de bienes de uso o consumo, aplicando criterios de economía y conservación.
El análisis morfológico al que haremos referencia se deriva del Análisis Morfológico General (General Morphological Analysis) desarrollado por Fritz Zwicky [1], científico astrofísico y aeroespacial suizo del Instituto de Tecnología de California (California Institute of Technology), quién lo introdujo para investigar la totalidad de interrelaciones existentes en problemas complejos, multidimensionales de variables no cuantificables, derivados de sus investigaciones astronómicas.
>Este enfoque complementa los caminos matemáticos formales del diseño y el modelaje causa-efecto. Se orienta hacia un proceso de modelaje confiando más en procesos de juicio y consistencia interna entre las variables del problema a resolver que en procesos de causalidad.
Básicamente la morfología trata del estudio de la forma, y este significado se aplica ampliamente con las particularidades de cada disciplina, como en la biología al describir o comparar las estructuras constituyentes de los seres vivos, en la lingüística al estudiar la estructura de una lengua a través de las variaciones en las palabras, o en geología al estudiarse el origen y evolución de las capas terrestres.
Nos aproximaremos al análisis morfológico desde nuestro campo de acción mediante la realización de un ejemplo concreto, teniendo presente que en algún instante del desarrollo, la subjetividad del diseñador estará presente y tendrá participación, sin perder de vista la necesidad de limitar dicha subjetividad a lo mínimo posible, de manera que podamos verificar la utilidad del método a desarrollar.
Metodológicamente se comienza por la identificación y definición de las dimensiones o parámetros del problema a estudiar, es decir, tener conocimiento de los factores determinantes del problema. Estos parámetros se confrontarán entre sí, uno frente a cada otro, asignándoles atributos con rangos de valor para determinar la relevancia de cada interrelación. Desde la perspectiva de la ingeniería, estos atributos se expresan mediante características o conceptos de diseño relacionados con la forma física y operatividad que debería tener el producto. En las ciencias sociales, los conceptos suelen ser postulados políticos y filosóficos que han de cumplirse como resultado de la investigación. Se genera en todo caso una matriz multidimensional conocida como matriz o “caja morfológica” [4] (Figura 2), semejante a un archivador o fichero.
> El tamaño de la matriz dependerá entonces del número de variables dimensionales o parámetros y del número de atributos con sus conceptos de diseño y categorías de ponderación, pudiendo ser más complicada de manejar en tanto sean más elevados los factores señalados. Cada plano transversal de la matriz, en dirección perpendicular al plano de parámetros, representa un campo de interrelaciones con atributos de valor asignado, que se colocan en las “fichas” de las gavetas del archivador. La casilla de la Figura 2 denotada como p3p4a2 representa el parámetro 3 enfrentado al parámetro 4, cuyo cruce se ha relacionado con el concepto de diseño del atributo 2 y tendrá un criterio de ponderación con valor asignado (v) que aparecerá en la casilla. El análisis individual de cada plano facilita el estudio de la matriz n-dimensional [(p) x (p-1) x (ca)], donde c representa el número de conceptos de diseño por atributo. Por ejemplo, si el atributo es el color, entonces el rojo, el amarillo y el verde serían conceptos de diseño de ese atributo y se ponderaría su relevancia, bien sea cualitativa o estadísticamente. La totalización de los valores en cada plano arroja la preponderancia de las interrelaciones entre los parámetros en la definición de la solución del problema.
Para definir de los conceptos de diseño, resulta práctico descomponer el problema en niveles, correspondientes a los objetivos específicos, a las sub-funciones o sub-tareas que cada parte del todo realizará para alcanzar esos objetivos específicos conducentes al objetivo final y a los atributos que permitirán establecer los conceptos de diseño a ser evaluados, requiriendo de los criterios de ponderación o valoración a aplicar.
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Antes de otorgar la ponderación correspondiente a cada elemento de la matriz morfológica, se puede realizar la reducción del conjunto de posibles combinaciones parámetro-atributo-concepto, considerando la consistencia o incompatibilidad que pueda existir entre esos elementos para cada combinación
Por ejemplo, si una dimensión específica para el diseño que se realiza es la confiabilidad y el parámetro cruzado es la eficiencia, el atributo de valor, designado si fuese el caso como el color, sería inconsistente con los factores anteriores, lo que elimina la celda respectiva de la caja (ponderación cero). Si por el contrario, a la dimensión facilidad de manejo con el parámetro controles o mandos se le atribuye el automatismo, se tendrá la posibilidad de una alta ponderación dada la consistencia interna de los conceptos.
En esta práctica de determinación de la consistencia cruzada entre los parámetros puede influir la subjetividad del diseñador. No obstante, en función de darle la mayor objetividad al estudio, se puede recurrir a mecanismos de recolección de opinión como las encuestas cualitativas o cuantitativas, tanto a personas relacionadas con el área de elaboración del producto como a potenciales usuarios finales del mismo. De esta manera se va reduciendo el tamaño de la matriz de posibles soluciones, por eliminación de interrelaciones incompatibles o de baja compatibilidad entre los parámetros y atributos, de acuerdo a los criterios de valoración que se asignen.
A medida que se va reduciendo el espectro de soluciones, es conveniente hacer converger los planos resultantes a uno o no más de tres como máximo, favoreciéndose así los cómputos requeridos para el procesamiento de datos de la matriz y la pronta obtención de resultados
Estas ideas serán complementadas con ejemplos prácticos en una próxima publicación, de tal manera que el lector disponga de una guía de aplicación del método descrito.