Un modelo conceptual es un modelo que solo existe en la mente. Los modelos conceptuales nos ayudan a saber y a comprender ideas.
Un modelo gráfico es la visualización de una idea, a menudo creada en papel o con un software. Se espera que los alumnos desarrollen habilidades de modelado gráfico que permitan demostrar su competencia en varias modalidades y medios, entre otros:
Técnicas de bocetos
Técnicas de dibujo formal, incluido el ortográfico
Dibujos a escala, en proyección y en perspectiva en 2D y 3D
Dibujos de piezas y ensamblajes, incluidos diagramas despiezados
Un modelo a escala es una copia física mayor o menor que un objeto. Los modelos a escala permiten visualizar, a partir de un examen del modelo, información representada por el modelo. Un buen ejemplo de modelos a escala se puede ver en la arquitectura, donde un edificio se modela a escala muy reducida. Esto permite que los diseñadores visualicen la estructura del edificio, pero también la estética y las líneas exteriores e interiores.
En el entorno real en que se va a utilizar el producto o sistema se pueden resaltar los factores imprevistos. El propósito de un modelo a menor escala puede ser, por ejemplo, tener una mejor visión de conjunto para poder realizar pruebas.
El propósito de un modelo a mayor escala puede ser ver la estructura de las cosas que normalmente son demasiado pequeñas para verse bien o porque simplemente no se pueden ver, por ejemplo, un modelo de un insecto o de una molécula.
Los modelos estéticos se desarrollan para que tengan el tacto y la apariencia del producto final. Se usan con múltiples propósitos, como probar la ergonomía y evaluar el atractivo visual. Los modelos estéticos se parecen al producto final, pero no funcionan igual. Los modelos estéticos pueden ser relativamente simples, formados por trozos sólidos de espuma y pintados como el objeto real, o más complejos, simulando el peso, equilibrio y propiedades de los materiales.
Normalmente, los modelos estéticos se diseñan solo para ser mostrados, no para manipularse excesivamente. Ofrecen a los no diseñadores una buena representación del tacto y la apariencia de un objeto. Por ejemplo, los ingenieros de producción pueden tomar datos y evaluar la viabilidad a fin de adaptar los sistemas de fabricación. Los modelos estéticos son caros de generar, ya que necesitan tener un buen acabado superficial y un tamaño real.
Los modelos básicos se usan para probar ideas. Son representaciones a escala o a tamaño real de un producto que se usan para obtener comentarios y opiniones de los usuarios. Un modelo básico se puede considerar un prototipo si incluye alguna funcionalidad.
Un prototipo es un ejemplo o modelo construido para probar un concepto o proceso, o para actuar como un objeto que se va a replicar o del que se quiere obtener alguna información. Los prototipos se usan para probar y validar ideas durante todo el desarrollo del diseño. Se pueden emplear para ofrecer especificaciones sobre un producto real y funcional en lugar de uno teórico. Los prototipos se desarrollan para trabajar a partir de dos perspectivas: el punto de vista del equipo de desarrollo, que puede aprender creando el producto, y el punto de vista del usuario, del cual puede aprender el equipo de desarrollo interactuando con el usuario y a través de sus comentarios y opiniones. Un prototipo se puede desarrollar con distintos grados de fidelidad, dentro de una variedad de usuarios y contextos ambientales.
El rango de fidelidad es:
Fidelidad baja: representación conceptual análoga a la idea
Fidelidad media: representación de aspectos de la idea
Fidelidad alta: modelo básico de la idea, lo más parecido posible al producto final
El rango de contextos es:
Restringido: en un entorno controlado
General: cualquier usuario, cualquier entorno
Parcial: usuario o entorno final
Total: usuario y entorno final
La combinación de fidelidad y contexto permite validar una idea y conocimientos adicionales para el desarrollo.
Los modelos físicos instrumentados tienen la capacidad de tomar medidas con el objetivo de ofrecer información cuantitativa exacta con la que poder realizar análisis. Estos modelos se pueden usar eficazmente para investigar numerosos fenómenos como el flujo de los fluidos en sistemas hidráulicos o en túneles de viento, la tensión en las estructuras y la interacción del usuario con un producto. Por ejemplo, un modelo instrumentado de un teclado puede registrar las acciones del usuario y ofrecer datos de la frecuencia de uso de las teclas y el número de errores que comete el usuario (esto es, el número de veces que se pulsan la teclas Retroceso o Suprimir). Estos modelos se pueden escalar en términos de geometría y fuerzas importantes.
Los modelos en superficie son imágenes fotorrealistas de un producto que ofrecen algunos datos sobre la mecanización pero no sobre el interior del producto.
Los modelos sólidos son representaciones tangibles del producto final. Ofrecen un conjunto completo de datos para el producto que se va a materializar, incluidas las dimensiones internas y el volumen.
Un modelo de datos determina explícitamente la estructura de los datos o los datos estructurados . Entre los modelos de datos típicos se incluyen las bases de datos y los sistemas de información. Los desarrollos en las tecnologías de la información y las comunicaciones (TIC) hacen que un modelo sea importante para las aplicaciones que usan e intercambian datos.
La creación virtual de prototipos implica el uso de modelado sólido y en superficie para desarrollar modelos interactivos fotorrealistas. Estos se pueden considerar como maquetas digitales.
Cuando se diseña usando una estrategia ascendente , el diseñador crea una pieza geométricamente independiente del ensamblaje o de cualquier otro componente. Aunque algunos criterios de diseño se suelen definir antes de modelar la pieza, esta información no se comparte entre modelos. Una vez que se terminan todos los modelos de piezas, se unen por primera vez en el ensamblaje. Por ejemplo, el proceso usado para crear el astromóvil Curiosity que viajó a Marte siguió una estrategia ascendente.
El diseño descendente es un proceso de desarrollo de productos que usa 3D y sistemas paramétricos y CAD asociados. La principal característica de este método es que el diseño se produce como concepto y evoluciona gradualmente hasta un producto completo formado por componentes y subconjuntos.
Los humanos digitales son simulaciones por computador de varios aspectos mecánicos y biológicos del cuerpo humano. Se pueden usar para interactuar con un prototipo virtual. La simulación humana en el diseño de productos permite desarrollar un producto más rápidamente, ya que puede haber más iteraciones de diseño en menos tiempo. Así, se consigue un producto de mayor calidad que cumple los requisitos del usuario con mayor precisión. Los prototipos digitales son más baratos de generar que los prototipos físicos. Los productos son más seguros debido a un análisis más exhaustivo de los aspectos de seguridad. Una mayor productividad tiene como consecuencia una mejora en la automatización del proceso de desarrollo.
Los humanos digitales permiten que las plantas de fabricación se desarrollen más rápidamente y que el flujo de trabajo se optimice. Aumentan la seguridad en el trabajo y reducen los costos de indemnización derivados de los accidentes. Se puede disponer de máquinas y otros equipos para optimizar el tiempo del ciclo y evitar riesgos. Con el fin de eliminar ineficiencias y garantizar una productividad óptima se pueden diseñar procesos de fabricación. Estos procesos se pueden usar para asegurarse de que las personas pueden acceder a las piezas y equipamiento necesarios para ensamblar productos, para comprobar que los trabajadores pueden usar eficazmente cualquier herramienta en sus tareas manuales y para verificar que todas las tareas se pueden realizar en un entorno seguro sin la necesidad de emplear una fuerza excesiva o exponer a las personas a un riesgo de lesión.
El uso de humanos digitales permite a los diseñadores garantizar espacio suficiente para realizar tareas de mantenimiento, por ejemplo, espacio para las manos, brazos y herramientas, así como para instalar y quitar piezas. Los diseñadores pueden comprobar que los técnicos ven lo que están haciendo cuando realizan tareas específicas de mantenimiento y que pueden usar las herramientas manuales necesarias. Los humanos digitales permiten capacitar a personas que se encuentran en distintas ubicaciones sin la necesidad de contar con los prototipos físicos o equipos reales, reduciendo de esa manera el costo en capacitación de personal para la fabricación y el mantenimiento.
Los humanos digitales se pueden desarrollar y usar de muchas formas para interactuar con los productos.
La captura de movimiento es la grabación del movimiento humano y animal por cualquier medio, por ejemplo, a través de dispositivos de video, magnéticos o electromecánicos. Una persona lleva puestos en cada articulación un conjunto de marcadores acústicos, inerciales, LED, magnéticos o reflectantes. Los sensores trazan la posición de los marcadores a medida que la persona se mueve para desarrollar una representación digital del movimiento.
La captura del movimiento puede reducir el costo de la animación, que de otra manera requeriría que el animador dibujara cada cuadro (fotograma) o cuadros clave que posteriormente habría que interpolar. La captura de movimiento ahorra tiempo y crea movimientos más naturales que la animación manual, pero se limita a los movimientos que son anatómicamente posibles. Algunas aplicaciones, como las artes marciales de superhéroes animados, requerirían movimientos adicionales imposibles.
Una sesión de captura de movimiento registra el movimiento del actor, no su aspecto visual. Los movimientos capturados se trasladan a un modelo en 3D (por ejemplo, un robot gigante o humano) creado por un artista informático, para mover el modelo de la misma forma. Capturar los movimientos de los usuarios permitirá a los profesionales diseñar productos más ergonómicos. La captura de movimiento permite al diseñador comprender los requisitos fisiológicos de los usuarios.
La tecnología táctil permite que el usuario interactúe mediante el sentido del tacto. También conocida como tecnología de respuesta de fuerza, la tecnología táctil funciona mediante activadores mecánicos que aplican fuerzas al usuario. Al simular la física del mundo virtual del usuario, es posible calcular estas fuerzas en tiempo real. La tecnología táctil permite al usuario formar parte de una simulación informática y actuar con ella, permitiendo que el diseñador observe el desempeño del usuario y obtenga un mejor resultado en el diseño. También se puede usar en situaciones en las que sea difícil impartir capacitación en el entorno real. La tecnología táctil también se usa en dispositivos de respuesta que se emplean en las videoconsolas domésticas.
La realidad virtual es la capacidad de simular una situación real en la pantalla e interactuar con ella de forma casi natural.
La animación es la capacidad de enlazar pantallas gráficas entre sí de forma que simulen movimiento o procesamiento.
El análisis de elementos finitos requiere el cálculo y simulación de factores desconocidos en productos que usan sistemas de diseño asistido por computador, por ejemplo, simulaciones de tensiones en una pieza soldada de un vehículo.
La estereolitografía , también conocida como fabricación óptica, fotosolidificación, fabricación sólida de forma libre y creación de imágenes sólidas, es una tecnología de fabricación aditiva (o impresión en 3D) usada para producir modelos, prototipos, patrones y piezas de producción.
La fabricación de objetos laminados toma los datos fragmentados de diseño asistido por computador de un modelo en 3D y corta cada capa de un material mediante un láser o un plóter de corte. Estas capas cortadas se pegan entre sí para formar el modelo, que se construye en una plataforma móvil bajo la máquina o en los pasadores de posicionamiento.
El modelado por deposición fundida funciona según un principio “aditivo” por el que el material se coloca en capas. Un filamento plástico o un cable metálico se desenrolla de una bobina y suministra material a una boquilla de extrusión que puede activar o cortar el flujo. La boquilla se calienta para fundir el material y se puede mover horizontal y verticalmente mediante un mecanismo de control numérico, directamente dirigido por un paquete de software de fabricación asistida por computador.
El sinterizado selectivo por láser es una técnica de fabricación aditiva que usa un láser de gran potencia (por ejemplo, un láser de dióxido de carbono) para fusionar pequeñas partículas de plástico, metal (sinterizado directo de metal por láser), cerámica o polvos de vidrio en una masa con la forma tridimensional deseada.