Friday, August 15, 2008



DISEÑO Y SISTEMAS

La ingeniería diseña con restricciones

Todo diseño de ingeniería opera con restricciones que se deben identificar y tomar en cuenta. Un tipo de limitación es absoluta por ejemplo, las leyes físicas como la conservación de la energía, o las propiedades físicas como los limites de flexibilidad, conductividad eléctrica y fricción. Otros tipos tienen cierta flexibilidad: económica (sólo se cuenta con determinada cantidad de dinero para tal propósito), política (regulaciones municipales, estatales y nacionales), social (oposición pública), ecológica (alteración probable del ambiente natural) y ética (desventajas para algunas personas, riesgo para generaciones futuras).

Un diseño óptimo toma en consideración todas las restricciones y asume cierto compromiso razonable entre ellas. Alcanzar tales grados de diseño incluyendo, en ocasiones, la decisión de no desarrollar aún más una tecnología particular requiere tomar en cuenta valores personales y sociales. Aunque el diseño puede en ocasiones requerir solamente decisiones rutinarias acerca de la combinación de componentes conocidos, con frecuencia entraña gran creatividad al inventar nuevas aproximaciones al problema, nuevos componentes y nuevas combinaciones y gran innovación al observar nuevos problemas o nuevas posibilidades.

Pero no existe el diseño perfecto. Adaptarse adecuadamente a una limitante, puede provocar a veces conflicto con las demás. Por ejemplo, el material más ligero puede no ser el más fuerte; o la forma más eficiente tal vez no sea la más segura o agradable desde el punto de vista estético. Por tanto, cada problema se presta a muchas alternativas de solución, dependiendo de qué valor le den las personas a las diferentes restricciones. Por ejemplo, ¿es más deseable la fuerza que la ligereza, y el aspecto más importante que la seguridad? La tarea es llegar a un diseño que equilibre de manera razonable los diversos intereses, en el entendimiento de que ningún diseño puede ser al mismo tiempo el más seguro, el más confiable, el más eficiente, el más barato y así sucesivamente.

Es poco práctico diseñar un objeto o proceso aislado sin considerar el contexto amplio en el cual se usará. La mayor parte de los productos tecnológicos tienen que operarse, mantenerse, repararse en ocasiones y por último reemplazarse. En virtud de que todas estas actividades afines entrañan costos, también deben considerarse. Un aspecto similar que cada día cobra mayor importancia en relación con las tecnologías más complejas es la necesidad de contar con personal capacitado para venderlas, operarías, mantenerlas y repararlas. En particular, cuando la tecnología avanza rápidamente, la capacitación puede implicar un costo elevado. Así, mantener baja la demanda de personal puede ser otra limitante del diseño.

Los diseños casi siempre requieren pruebas, sobre todo cuando son raros o complicados, cuando el producto o proceso final es probable que sea caro o peligroso, o cuando la falla tiene un costo muy alto. Las pruebas de rendimiento de un diseño pueden llevarse a cabo utilizando productos terminados, pero hacerlo así puede ser prohibitivamente difícil o costoso. Por tanto, con frecuencia se realizan empleando modelos físicos a pequeña escala, simulaciones en computadora, análisis de sistemas análogos (por ejemplo, animales de laboratorio sustituyen a seres humanos, desastres sísmicos reemplazan desastres nucleares), o sólo se prueban componentes aislados.

Todas las tecnologías entrañan control

Todos los sistemas, desde el más simple hasta el más complejo, requieren control para mantenerlos en operación adecuada. La esencia del control es comparar información sobre qué es lo que sucede con lo que se quiere que suceda y entonces hacer ajustes apropiados. El control necesita de manera típica retroalimentación (desde sensores u otras fuentes de información) y comparaciones lógicas de esa información para las instrucciones (y tal vez para la entrada de otros datos) y un medio para activar los cambios.

Por ejemplo, un horno para cocinar es un sistema muy simple que compara la información de un sensor de temperatura con un dispositivo de control, y aumenta o disminuye el calor para mantener la temperatura casi constante. Un automóvil es un sistema más complejo, constituido de subsistemas para controlar la temperatura del motor, el índice de combustión, la dirección, la velocidad, etc., y para modificarlos cuando cambien las circunstancias inmediatas o las instrucciones. La electrónica en miniatura hace posible el control lógico en una gran variedad de sistemas técnicos. Casi todos los enseres domésticos que se utilizan en la actualidad incluyen microprocesadores para controlar su funcionamiento, excepto los más sencillos.

A medida que los controles aumentan en complejidad, requieren también coordinación, lo cual significa estratos adicionales de manejo. El mejoramiento en la comunicación rápida y el procesamiento de información a grandes velocidades hace posible la existencia de sistemas de control muy elaborados. Sin embargo, todos los sistemas tecnológicos incluyen componentes humanos, así como mecánicos o electrónicos. Incluso el sistema más automatizado requiere manejo humano en alguna fase para programar los elementos de control integrados; para vigilarlos; para tomar el mando cuando no funcionen de manera adecuada, o para modificarlos cuando cambien los propósitos del sistema. El control último radica en el personal que comprende con cierta profundidad el propósito y la naturaleza del proceso de control, y el contexto dentro del cual opera éste.

Toda tecnología tiene siempre efectos colaterales

Además de los beneficios esperados, es probable que la producción y aplicación de todo diseño tenga efectos secundarios no intencionales. Por un lado, pueden presentarse beneficios inesperados. Por ejemplo, las condiciones de trabajo pueden resultar más seguras cuando los materiales se moldean que cuando se estampan, y los materiales diseñados para satélites espaciales pueden resultar útiles en productos de consumo. Por otro lado, las sustancias o procesos que intervienen en la producción pueden dañar a los trabajadores o al público general; por ejemplo, operar una computadora puede afectar los ojos del usuario y aislarlo de sus compañeros. Asimismo, el trabajo puede verse afectado al aumentar el empleo de personas que intervienen en la nueva tecnología, al disminuir el empleo para aquellos que se desarrollan en el marco de la tecnología antigua y cambiando la naturaleza del trabajo que los individuos deben desempeñar en sus centros laborales.

No sólo las grandes tecnologías reactores nucleares o agricultura muestran proclividad a los efectos colaterales, sino también las pequeñas y cotidianas. Los efectos de las tecnologías ordinarias pueden ser pequeños individualmente, pero significativos en conjunto. Los refrigeradores, por ejemplo, han tenido una repercusión favorable predecible en la dieta y en los sistemas de distribución de alimentos. Sin embargo, en virtud de que hay muchos de estos aparatos, la discreta fuga de un gas que se utiliza en sus sistemas de enfriamiento puede tener consecuencias adversas sustanciales en la atmósfera de la Tierra.

Algunos efectos colaterales son inesperados debido a la falta de interés o recursos para preverlos; pero muchos no son predecibles incluso en principio debido a la complejidad de los sistemas tecnológicos y a la inventiva humana para encontrar nuevas aplicaciones. Algunos efectos secundarios inesperados pueden ser inaceptables desde los puntos de vista ético, estético o económico para una gran parte de la población, dando por resultado conflicto entre grupos de la comunidad. Para minimizar dichas consecuencias, los planificadores están volviendo al análisis sistemático de riesgos. Por ejemplo, muchas comunidades requieren por ley que se hagan estudios de impacto ambiental antes de aprobar la construcción de un nuevo hospital, una fábrica, una carretera, un sistema de tratamiento de desechos, un centro comercial u otra estructura.

Sin embargo, el análisis de riesgos puede ser complicado. Debido a que el riesgo, asociado con un curso de acción particular, nunca puede reducirse a cero, la aceptabilidad debe determinarse en comparación con los riesgos de los cursos alternativos de acción o con otros más familiares. Las reacciones psicológicas de las personas ante las contingencias no necesariamente encajan de manera estricta en un modelo matemático de costo y beneficio. La gente tiende a percibir un riesgo tanto más elevado si no tiene ningún control sobre él (humo contra fumar) o silos acontecimientos malos tienden a presentarse en números pavorosos (muchas muertes al mismo tiempo en un accidente aéreo contra unas cuantas en un choque automovilístico).

La interpretación personal de los riesgos puede estar influida en gran parte por la forma en que se establecen por ejemplo, comparar la probabilidad de muerte contra la probabilidad de sobrevivencia, los riesgos extremos contra los riesgos aceptables, los costos totales contra los costos diarios por persona o el número real de personas afectadas contra la proporción de individuos afectados.

Todos los sistemas tecnológicos son susceptibles de falla

La mayor parte de los sistemas tecnológicos modernos, desde los radios de transistores hasta los aviones de líneas comerciales, se han concebido y producido para ser absolutamente confiables. Las fallas son tan raras que resulta sorprendente cuando llegan a presentarse. Sin embargo, cuanto más grande y complejo es un sistema, es mucho mayor la probabilidad de que presente desperfectos, y repercusiones más amplias de la posible falla. Un sistema o aparato puede fallar por diferentes razones: debido al defecto de alguna de sus partes, a que una de éstas no esté bien adaptada a otra o porque el diseño del sistema no es adecuado para todas las condiciones en las cuales se utiliza. Una valla protectora contra las fallas consiste en exceder las normas de diseño esto es, por ejemplo, hacer algo más fuerte o más grande de lo necesario. Otro parapeto es la redundancia, es decir, construir uno o más sistemas de respaldo en caso de desperfecto del primero.

Si la imperfección de un sistema tuviera consecuencias muy costosas, podría diseñarse de tal manera que ésta ocasionara un daño ínfimo. Ejemplos de tales diseños de "seguridad contra fallas" son bombas que no pueden explotar cuando funciona mal el fusible o las ventanillas de un automóvil que se astillan en pedazos gruesos redondeados que permanecen unidos más que en fragmentos aguzados que puedan salir volando; y un sistema legal en el cual la incertidumbre conduzca a la absolución en vez de a la condena judicial. Otro medio de reducir la posibilidad de desperfecto incluye mejorar el diseño reuniendo más datos, acomodando más variables, construyendo modelos de trabajo más realistas, corriendo simulaciones en computadora que vayan más allá del diseño, imponiendo controles de calidad más estrictos y diseñando controles para detectar y corregir problemas a medida que se presenten.

Es probable que todos los medios utilizados para prevenir o minimizar fallas signifiquen incremento de costos. Pero no importa qué precauciones se tomen o cuántos recursos se inviertan, los riesgos de desperfecto tecnológico nunca podrán reducirse a cero. Por tanto, el análisis del riesgo entraña la estimación de la probabilidad de que ocurra cada resultado indeseable que pueda preverse así como estimar la magnitud del daño que causaría en caso de presentarse. La importancia esperada de cada riesgo se calcula, entonces, mediante la combinación de su probabilidad y su magnitud de perjuicio. Así, el riesgo relativo de los diferentes diseños puede compararse en términos del daño probable combinado resultante de cada uno.


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