Técnicas de diseño óptimo multidisciplinario

Multidisciplinary design optimisation techniques

El proceso de optimización de un proyecto multidisciplinario en ingeniería involucra la descomposición de un sistema en distintas disciplinas y la posterior asociación de sus contribuciones. El objetivo de este trabajo es presentar los esquemas de desagregación y asociación más utilizados actualmente en procesos de diseño óptimo multidisciplinario - Multidisciplinary Design Optimization (MDO). Entre los esquemas de desagregación se presentan la descomposición jerárquica y no jerárquica, así como los métodos computacionales más comunes. Los esquemas de asociación incluyen: formulación de un solo nivel (e.g., optimización integrada y análisis y diseño simultáneos), formulación de múltiples niveles (e.g., optimización en espacios concurrentes y optimización colaborativa) y diseño robusto. El trabajo presenta también un ejemplo de aplicación resuelto numéricamente.

Introducción

El diseño en ingeniería involucra la participación de grupos de trabajo en distintas disciplinas. Normalmente cada grupo es responsable del diseño de un subsistema del proyecto completo. Aunque durante el proceso de diseño los objetivos de cada subsistema deben satisfacer los objetivos y restricciones del sistema, es muy factible que estos entren en conflicto con los objetivos de otros subsistemas. Para acomodar todas las funciones objetivo en proyectos multidisciplinarios se ha instituido un nuevo campo de estudios denominado diseño óptimo multidisciplinario multidisciplinary design optimization (MDO). MDO es un concepto que ha existido en la mente de los diseñadores por muchas décadas (Kron, 1953); sin embargo, solo se formalizó como un área de estudio en los años ochenta (AIAA, 1991; Lewis, 1996).

El diseño óptimo multidisciplinario es una estrategia de ingeniería aplicable al diseño de sistemas complejos de gran escala, cuya solución se ve afectada por los diseños óptimos de los subsistemas que los componen. Proyectos de ingeniería tales como el diseño de automóviles, barcos  o aviones, son por naturaleza de carácter multidisciplinario, ya que involucran la participación de grupos de trabajo de distintas especialidades que interactúan a través de canales de comunicación interdisciplinarios. Una característica importante que complica el proceso de diseño y optimización en este tipo de proyectos, es el hecho de que cada disciplina o grupo de trabajo busca optimizar sus propios objetivos de diseño satisfaciendo restricciones individuales. Como resultado, se obtiene un problema de optimización multiobjetivo que involucra funciones potencialmente conflictivas entre sí. Por ejemplo, en el diseño de un automóvil se requiere una estructura rígida para soportar los pesos de los componentes mecánicos; sin embargo, es necesario que la estructura sea al mismo tiempo deformable, para mejorar las condiciones de seguridad durante un impacto, y además liviana, para mejorar la relación peso/potencia y el rendimiento.