Descripción y contextualización de la asignatura

Esta asignatura ofrece una introducción básica a los métodos que se utilizan para el diseño y ensayo de máquinas. El temario está formado por 4 temas que se dividen en 2 bloques: 2 temas dedicados al diseño y otros 2 al ensayo de máquinas, aunque ambas actividades están estrechamente relacionadas.



En cuanto al primer bloque, diseñar es una actividad creativa que tiene como objetivo la materialización de una idea. Pero a diseñar se aprende, sobre todo, diseñando. Por eso se propone al alumno la realización de un trabajo en equipo, en el que planteen las posibilidades de mejorar una máquina real con un nivel de complejidad sencillo/medio, empleando un planteamiento de rediseño basado en la Ingeniería Inversa. Esta forma de trabajar, además de familiarizarles con tareas típicas de diseño como elaborar un modelo abstracto de la máquina (estructura funcional) que facilite la generación y selección de las soluciones de diseño, distinguir las funciones críticas que determinan la calidad de la máquina o entender la importancia de la Especificación de la Máquina en la evolución y evaluación del diseño; tiene todo el potencial práctico de la Ingeniería Inversa, descubriendo los aspectos funcionales que mejoran su experiencia como diseñador, el alumno debe experimentar para comprender el funcionamiento de la máquina, desmontarla para descubrir el tipo de mecanismos y relacionar la forma y distribución de los componentes con la función que desempeñan o incluso elaborar un modelo o prototipo sencillo de las funciones críticas para estudiar su optimización. Al final, el alumno debe ser capaz de encontrar los argumentos que le permitan detectar qué componentes o subsistemas de una máquina afectan negativamente a su desempeño, atendiendo a los criterios de calidad que impone el punto de vista del cliente, para fijar los objetivos de rediseño y valorar el grado de modificación que es necesario aplicar (mismo diseño con nuevos parámetros, cambiar el diseño o emplear una nueva tecnología). A través de este trabajo, además de potenciar la capacidad del alumno de integrarse y trabajar en equipo, se pretende desarrollar su capacidad de tomar decisiones en problemas técnicos reales.



El segundo bloque de la asignatura engloba los temas sobre el ensayo de máquinas. Ensayar una máquina es un proceso complejo que genera una cantidad enorme de datos que requieren un tratamiento estadístico para establecer los criterios de fallo. Se define la fiabilidad como la probabilidad de que una máquina o uno de sus componentes supere las solicitaciones exigidas sin fallar durante un tiempo determinado, con un uso correcto y en el entorno especificado. En relación con la fiabilidad se definen otros conceptos como la disponibilidad, la tasa instantánea y la tasa promedio de fallo, o el tiempo medio hasta entre fallos, que se utilizan para detectar las anomalías funcionales de una máquina, así como para encontrar su origen y estudiar su corrección. En esta asignatura se calculan empleando el modelo de Weibull (sistema no reparable) y el (HPP) proceso homogéneo de Poisson (reparables) para los que se explican los criterios de clientes y proveedores para demostrar y aceptar la fiabilidad de una máquina. La fiabilidad se calcula a partir de la de sus componentes, teniendo en cuenta cómo se combinan. A través de los diagramas de bloques y lógicos se representan las arquitecturas en serie, en paralelo, con redundancia activa tipo koon, con elementos en stand-by, con sistemas de seguridad, para calcular su fiabilidad. Por último se repasan las técnicas que se aplican en el cálculo de la fiabilidad en instalaciones y equipos complejos reales a partir de la información de bases de datos como OREDA y otras, analizando el árbol de fallos (FTA) o aplicando el método de análisis de los modos de fallos y sus efectos (FMEA) según sea el equipo analizado. El último capítulo se dedica al Diseño de Experimentos, un conjunto de métodos estadísticos empleados para el contraste de hipótesis (prueba t de Student, F de Snedecor, ANOVA) que en el caso del ensayo de máquinas se utiliza para seleccionar el mejor entre varios dispositivos o máquinas en función de los resultados de una medición con un nivel de acierto. Como estos resultados pueden verse afectados por uno o más factores que distorsionan la medición, se estudia el diseño de boques para la forma de filtrar esta influencia, así como para organizar eficazmente los ensayos y el diseño factorial para saber si un factor tiene algún efecto en la medición. Una vez conocidos los factores que influyen en una medición puede ser interesante expresar analíticamente la relación entre factores y medición, para lo que se recuerdan los métodos de regresión y se explica cómo utilizar el ANOVA de la regresión para escoger la forma analítica que mejor se ajuste a las mediciones.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

El alumno adquiere una noción de la complejidad del proceso de diseño, es capaz de abordar un proyecto sencillo de diseño y de conocer algunas de sus tareas como elaborar un modelo abstracto de la máquina (estructura funcional) para generar soluciones de diseño, saber distinguir las funciones críticas que determinan la calidad de la máquina o entender la importancia de la Especificación de la Máquina en la evolución y evaluación del diseño.

También aprende los fundamentos de la Ingeniería Inversa y es capaz de encontrar los argumentos que le permitan detectar qué componentes o subsistemas de una máquina afectan negativamente a su desempeño, atendiendo a los criterios de calidad que impone el punto de vista del cliente, para fijar los objetivos de rediseño y valorar el grado de modificación que es necesario aplicar (mismo diseño con nuevos parámetros, cambiar el diseño o emplear una nueva tecnología).

Además, el alumno conoce los modelos de Weibull y HPP (proceso homogéneo de Poison) para calcular la fiabilidad de un dispositivo, conoce los ensayos de demostración y de aceptación, y sabe calcular la fiabilidad de una máquina a partir de la de sus componentes, teniendo en cuenta cómo se combinan (serie, paralelo, con elementos en stand-by, con sistemas de seguridad). Por último, conoce los métodos de contraste de hipótesis (prueba t de Student, F de Snedecor, ANOVA) y sabe a qué tipo de problemas debe aplicar cada uno.

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

La evaluación se realizará mediante dos pruebas. La nota final de la asignatura será la suma de los puntos obtenidos en las mismas



Examen Final

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Peso: 7,5 puntos

Habrá cuestiones teóricas y resolución de ejercicios

Para aprobar el curso ha de aprobarse el examen final con al menos 3,5 puntos sobre los 7,5



Trabajo de ingeniería inversa

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Peso: 2,5 puntos

El trabajo se materializará en un documento donde se reflejen las actividades realizadas en las sesiones prácticas de ingeniería inversa. Se valorará la coherencia en la implementación de los conocimientos teóricos en el caso práctico, los recursos empleados (fotos, videos, diagramas explicativos…), y la propuesta de nuevas soluciones a partir del diseño analizado.

Convocatoria extraordinaria: orientaciones y renuncia

La misma estructura que en la convocatoria ordinaria

Temario

Tema 0: Programa y Organización de la Asignatura

Tema 1: Diseño, Análisis y Ensayo de Máquinas en la Actividad Industrial

Tema 2: Metodologías de Diseño y Rediseño de Máquinas

Tema 3: Introducción a la Fiabilidad de Máquinas

Tema 4: Introducción a la Planificación de Experimentos en Diseño y Ensayo de Máquinas

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

Material docente elaborado por los profesores de la asignatura, materializados en ficheros PDF disponibles en la plataforma eGela

Bibliografía básica

Engineering Design. George Dieter, Linda Schmidt. Mc Graw Hill; 2012 (4ª ed).

Diseño y desarrollo de productos. Karl T, Ulrich, Steven D. Eppinger; Mc Graw Hill; 2013 (5ª ed).

Engineering Design Process. Yousef Haik, Tamer Sahin. Cengage Learning; 2011 (2ª ed).

The Mechanical Design Process. David G. Ullman. Mc Graw Hill; 2010 (4ª ed).

Fundamentals of Machine Component Design. Robert C. Juvinall, Kurt M. Marshek. Wiley; 2005

Mechanical Engineering Design. Joseph Shigley, Charles Mischke, Richard Budynas; McGraw-Hill, 2003

A whistle-stop tour statistics, B.S. Everitt, Crc Press 2012

The Reliability of Mechanical Systems, Edited By J. Davidson, Imeche Guides for the process industries 1988

Design and analysis of experiments, D.C. Montgomery, John Wiley and Sons, 1991

Bibliografía de profundización

Mechanical Survival: The use of reliability data. J.H. Bompas-Smith, McGraw Hill 1973



Practical Reliability Engineering. P.D.T. O'Connor, A. Kleyner, Wiley 2012

Revistas

Journal of Mechanical Design. ASME. ISSN: 1050-0472



https://journaltool.asme.org/home/JournalDescriptions.cfm?JournalID=12



Engineering Failure Analysis ISSN: 1350-6307



https://www.journals.elsevier.com/engineering-failure-analysis/



Journal of Applied Mechanics. ISSN: 0021-8936



http://appliedmechanics.asmedigitalcollection.asme.org/journal.aspx

Enlaces

http://web.mit.edu/2.75/fundamentals/FUNdaMENTALS.html



http://www.machinedesign.com/



http://www.engineering-abc.com/



http://www.matweb.com/index.aspx



https://www.asme.org/



https://www.aiaa.org/