GDL en problemas de ingeniería (1)
Una reflexión sobre habilidades verbales y visuales para sacar provecho de los "grados de libertad (GDL)" presentes en los enunciados de los problemas de ingeniería.
A tal efecto se aprovechan algunos resultados del desafío planteado como excusa para abordar estas ideas:
https://grabcad.com/groups/weekly-challenge-group/discussions/a-mechanism-to-move-the-green-orange-rectangle
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Step 1: Enunciado del problema
Para empezar a desarrollar la idea de "GDL en problemas de ingeniería" veremos un sencillo ejemplo de diseño de mecanismos.
Se trata, simplemente, de mover una figura rectangular entre dos posiciones dadas, para lo cual se plantea el siguiente enunciado del problema:
Sea un rectángulo con un lado verde (frente) y el otro lado naranja (dorso). Su posición inicial deja visible la cara naranja, con sus bordes largos en posición horizontal. Su posición final deja visible la cara verde, con sus bordes largos en posición vertical. Se solicita diseñar un mecanismo capaz de moverlo entre ambas posiciones.
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Step 2: Ayudas engañosas
En los ámbitos de ingeniería es muy común que un problema venga acompañado de antecedentes, casos supuestamente similares e incluso propuestas de solución que terminan siendo "ayudas engañosas" que introducen restricciones ficticias.
Aquellas reflejan la interpretación personal (eventualmente poco útil o hasta nociva) de quien seleccionó los antecedentes y casos similares según su experiencia, y se vio impulsado a "sugerir, proponer o hasta imponer" posibles estilos de solución.
Así no deberían plantearse los problemas, sino de una forma pura que no condicione la mente del diseñador. Por más que nos adviertan que todo aquello solo es "información adicional", el daño ya está hecho y resulta difícil abstraerse de las restricciones adicionales que se introdujeron al problema.
Para ilustrar esta situación se presenta la siguiente "información adicional":
Para ayudar a visualizar el problema, puede pensarse en este rectángulo como la puerta exótica de un garaje que se mueve entre dos de sus paredes, aunque tales paredes, piso, techo y posibles interferencias con el rectángulo no forman parte del enunciado del problema.
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Step 3: Preparación mental distorsionada
La resolución de un problema inicia con la comprensión profunda de su enunciado. Esto permite reunir los recursos mentales pertinentes (conocimientos y experiencias aplicables) recuperándolos de nuestra memoria de largo plazo y otros recursos externos (libros, videos, etc.) que permitirán definir una dirección de búsqueda (en un océano de infinitas posibilidades) en función de objetivos claros.
Sobre esta preparación mental hablamos en tutoriales previos, con una analogía donde un buzo prepara cuidadosamente todo su equipo, para luego lanzarse en determinada dirección de búsqueda en la inmensidad del océano. Aunque tal dirección inicial no sea perfecta, debe resultar un buen punto de partida que, sumado a un barrido sistemático, termine por explorar perfectamente una zona acotada de soluciones factibles.
Muchos diseñadores suelen pensar sentados frente a una de sus mejores herramientas: un software CADD+CAE. Esto ha demostrado ser, en general, un gran error por cuanto genera cierta ansiedad por dibujar antes de haberse dado el tiempo necesario para analizar el enunciado del problema, comprender todas sus implicaciones y captar sus "grados de libertad (GDL)".
GDL son "cosas que el enunciado no prohibe" y deja libradas a criterio del diseñador. Con frecuencia se distorsionan y convierten en "restricciones ficticias" surgidas de prejuicios, lecturas rápidas del enunciado y una falta de sistematización en esta etapa, que es la responsable de la riqueza o la pobreza del conjunto de soluciones alcanzable con el proceso de diseño.
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Step 4: Propuestas que no resuelven
Una consecuencia típica de malinterpretar los enunciados es la generación de "propuestas de diseño que no resuelven el problema" y que hasta pueden incluir "intentos prematuros de definición de mecanismos", como en el ejemplo siguiente:
Esta engañosa propuesta, de apariencia definida, no cumple el requisito de partir de una posición que deja ver su cara de color naranja para llegar a una posición final que muestra su cara opuesta, de color verde en el esquema provisto para aclarar el enunciado.
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Step 5: Análisis intenso pero ineficiente
En otras ocasiones parece que se siguen las reglas del buen arte del diseño, postergando los intentos de diseñar mecanismos e iniciando el proceso con un "pasaje en limpio del efecto útil deseado" usando esquemas sencillos.
Pero nuevamente, si no se prestó suficiente atención al enunciado y se pasó directamente al dibujo (aunque sea esquemático) es normal generar propuestas que no resuelven, como en el siguiente caso:
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Step 6: Soluciones aisladas sin noción de riqueza
En otros casos puede que se proceda correctamente, prestando mucha atención al enunciado, evitando definiciones prematuras de mecanismos y tecnologías y usando esquemas simples, de utilidad en posteriores análisis.
No obstante, quizás se solo se alcancen "soluciones aisladas" sin tener noción de la riqueza de todo el "espectro de conceptos de solución".
Esto no les quita méritos a dichas soluciones, sino que pone de manifiesto la conveniencia de "ver todo el conjunto de ellas" antes de precipitarse a una sola. En especial porque una vez que se alcanza una solución correcta se torna muy difícil romper ese molde y buscar otras alternativas (es como una pérdida de motivación para la búsqueda, una vez que se ha encontrado "algo que funciona"):
En este ejemplo previo, se propuso un correcto "diseño del movimiento" que cumple los requisitos del enunciado del problema, aunque sin dar detalles sobre el artefacto (mecanismo) capaz de proveerlo, lo cual, con buen criterio, se dejó para una instancia posterior en la que se arribó a "uno de muchos mecanismos" capaces de proveer el movimiento previamente diseñado:
Esta animación refleja el comportamiento esperado para el mecanismo pero, al no tratarse de una auténtica "simulación de movimiento", todavía no permite descubrir eventuales problemas de funcionamiento.
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Step 7: Apego a la solución obtenida
Una vez que se obtiene una solución, especialmente si es aislada y sin percepción de la riqueza de todo el espectro de soluciones, es posible cometer el error de profundizar tempranamente su análisis para descubrir y corregir algunos errores.
Todo esto, que en general es algo bueno, en esta etapa del diseño conduce a cierto apego a la solución obtenida y a la consecuente "ceguera" para el resto de soluciones.
Tras obtener un primer buen resultado, es natural tratar de refinarlo (como en siguiente figura, que surge de una simulación del movimiento) pero esto no favorece la exploración de otras ideas.
La animación corresponde al descubrimiento de un punto conflictivo en el mecanismo creado que induce a profundizar en esta solución para alcanzar un grado de mejora que, aunque positivo, no es práctico en esta etapa del diseño:
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Step 8: Refinamiento prematuro
El citado apego a la solución obtenida se incrementa aún más en la medida que se van encontrando correcciones para todas sus falencias, como se muestra en la siguiente figura donde se abandona la generación de ideas para pasar a concentrarse en aspectos pendientes en un mecanismo en particular:
El bloqueo detectado en la posición final, al invertir el giro del motor de accionamiento, es un factor importante de distracción (como el árbol que tapa el bosque) que induce la búsqueda de un refinamiento prematuro, que este caso implica la adición de un resorte que ayude a salir del punto muerto cuando se invierte el sentido de giro del accionamiento:
Hay que tener en cuenta que, en un problema grande y complejo, este tipo de ajustes puede insumir mucho tiempo y esfuerzo para, simplemente, refinar algo que todavía no sabemos si es "lo mejor que podemos proponer".
Es decir, en esta etapa de generación de ideas, es prioritaria la "fluidez" (cantidad de ideas) y la "diversidad" (tipos de ideas diferentes) y todavía no es momento de abordar la "calidad" (desarrollo completo de la o las "ideas seleccionadas").
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Step 9: Pérdida de oportunidades
En un problema grande y complejo, el apego a una solución aislada y su prematuro refinamiento pueden conducir a la pérdida del objetivo fundamental del proceso de diseño: encontrar "la mayor cantidad y variedad" posible de soluciones.
Una vez obtenido este conjunto de soluciones (espectro o dominio explorado) es pertinente iniciar un proceso de selección que puede incluir análisis detallados, si son necesarios para diferenciar y validar soluciones, pero que no buscan completar una solución en particular antes de saber si es realmente valiosa.
Lo difícil de este proceso es decidir si el dominio de soluciones explorado es representativo para el problema dado, o si solo hemos encontrado "la mejor idea" pero dentro de un conjunto limitado fuera del cual hay oportunidades perdidas.
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Step 10: Enlaces
Este tutorial proviene de:
A mechanism to move the green-orange rectangle | Weekly Challenge Group
y continúa en:
