Quéeslaingeniería

La Junta de Acreditación de Ingeniería y Tecnología (ABET, el organismo que acredita casi todos los títulos de ingeniería de Estados Unidos) define la ingeniería como «la profesión en la que el conocimiento de las ciencias matemáticas y naturales adquirido mediante el estudio, la experiencia y la práctica se aplica con criterio para desarrollar formas de utilizar, de manera económica, los materiales y las fuerzas de la naturaleza en beneficio de la humanidad».

Lee despacio esa definición y dice algo más concreto que «la ingeniería usa la ciencia». Un físico puede entender a la perfección cómo se flexiona un material bajo carga sin tener que decidir nunca qué grosor dar a una viga, con un presupuesto real, en un plazo real, usando un material que realmente se pueda comprar. En cuanto «de forma económica» y «en beneficio de la humanidad» entran en la frase, la disciplina pasa de entender cómo funciona algo a decidir qué construir realmente, y esa decisión siempre se toma bajo restricciones que la ciencia sola no resuelve.

Este curso trata esa distinción como lo primero que merece la pena entender, antes de cualquier contenido técnico concreto, porque explica por qué el resto del curso está organizado como está: no en torno a la física abstracta, sino en torno al problema recurrente de convertir la física en algo que funcione con un presupuesto.

ABET, definición de ingeniería, tal como se reproduce en materiales curriculares de ingeniería, https://users.ece.utexas.edu/~holmes/Teaching/EE302/Slides/UnitOne/tsld002.htm.

Un error común, fácil de tener antes de hacer ingeniería real, es creer que las restricciones son una molestia que se añade encima de «la ingeniería de verdad», imaginada como el problema técnico puro que hay debajo. En la práctica, identificar y cumplir las restricciones suele ser la ingeniería: la solución técnica a «haz una viga lo bastante resistente» suele ser sencilla; el trabajo real es hacerla lo bastante resistente dentro de un presupuesto de masa, un coste de material, un proceso de fabricación y un plazo, todo a la vez.

Las restricciones vienen de varios sitios, y un ingeniero en activo tiene que saber de qué tipo es cada una. Las restricciones físicas (el límite elástico de un material, la velocidad de la luz, el punto de ebullición del agua a una presión dada) no se pueden negociar en absoluto. Las normativas (un código de edificación, una norma de seguridad, un límite de emisiones) a veces pueden impugnarse o eximirse por una vía formal, pero no son simplemente opcionales. Las de recursos (presupuesto, plazos, mano de obra cualificada disponible) son negociables en principio, pero negociarlas suele costar otra cosa que el proyecto también necesita.

Confundir estas categorías es un error común y caro. Un equipo que trata una restricción de recursos como si fuera una ley física renuncia a opciones que tenía; un equipo que trata una restricción física como si fuera solo un problema de recursos malgasta esfuerzo intentando negociar algo que nunca iba a moverse.

Un primer diseño rara vez funciona exactamente como se pretendía, y tratarlo como un fracaso en lugar de como la parte normal del proceso es uno de los hábitos más dañinos que puede tener un ingeniero nuevo. El propio Manual de Ingeniería de Sistemas de la NASA lo incorpora a su vocabulario formal: define «iterativo» como la «aplicación de un proceso al mismo producto o conjunto de productos para corregir una discrepancia descubierta u otra variación respecto a los requisitos», y «recursivo» como añadir valor a un sistema «mediante la aplicación repetida de procesos para diseñar productos del sistema de la capa inmediatamente inferior o para realizar productos finales de la capa inmediatamente superior dentro de la estructura del sistema».

Dicho sencillamente: iterar es volver atrás y arreglar lo mismo cuando has aprendido que no cumple del todo el requisito; la recursión es aplicar de nuevo el mismo proceso de diseño básico, un nivel de detalle más abajo, para diseñar las piezas que forman el conjunto. Un gran sistema de ingeniería (una nave espacial, un coche, un puente) no se diseña una sola vez desde arriba; se diseña, se comprueba y se corrige una y otra vez, en cada nivel, desde el sistema completo hasta los componentes individuales, hasta que cada nivel cumple sus propios requisitos y esas piezas encajan correctamente.

Esa estructura es la razón por la que los diagramas del «proceso de diseño de ingeniería» casi siempre incluyen un bucle en lugar de una línea recta del problema a la solución. El bucle no es un diagrama de las cosas que salen mal: es un diagrama de cómo un diseño llega realmente a estar bien.

Manual de Ingeniería de Sistemas de la NASA, NPR 7123.1, definiciones de «iterativo» y «recursivo», https://www.nasa.gov/reference/2-0-fundamentals-of-systems-engineering/.

El proceso de diseño que describe este capítulo es común a toda la ingeniería; lo que cambia según la disciplina es la física, los materiales y los sistemas con los que trabaja cada una. ABET acredita por separado programas de ingeniería civil, mecánica, eléctrica, química, industrial, aeroespacial, biomédica, ambiental e informática, entre otras: disciplinas distintas construidas sobre cuerpos de conocimiento técnico distintos, que aplican todas el mismo proceso de fondo de diseño y gestión de restricciones que acaba de describir este capítulo.

La distinción también aparece de forma oficial: el Consejo Nacional de Examinadores de Ingeniería y Topografía (NCEES) administra exámenes de licencia de Principios y Práctica de la Ingeniería distintos para cada disciplina, porque la competencia acreditada de un ingeniero colegiado en diseño estructural no establece por sí sola competencia en sistemas eléctricos de potencia o en diseño de procesos químicos: las disciplinas comparten un proceso, pero no un cuerpo de conocimiento especializado.

Este curso dedica sus ocho capítulos restantes a recorrer por turnos varios de esos cuerpos de conocimiento (estática y materiales, termodinámica y fluidos, fundamentos eléctricos, sistemas de control) precisamente porque se espera que una formación básica en ingeniería dé una noción práctica de todos ellos, incluso a un estudiante que acabará especializándose en uno solo.

National Society of Professional Engineers, sobre las categorías de acreditación de ABET y los exámenes de licencia del NCEES, https://www.nspe.org/career-growth/pe-magazine/january-2018/revised-abet-criteria-will-prepare-students-the-future.