Evaluación de Alternativas · PDF filetecnológica, económica y ambiental...
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07/04/2005 Dr. H. Maury R. ©1
Evaluación de Alternativas
Dpto. de I. MecánicaUniversidad del Norte
07/04/2005Dr. H. Maury R. ©2
¿De dónde Venimos?
Métodos para generación de soluciones– Creativos: Lluvia de ideas, Sinéctica, eliminación de
bloqueos, porqué porqué?, ....– Sistemáticos: Diseño funcional, Diagramas
morfológicos, ...– Mixtos: TRIZ, MESISOLC – Exp. Tesis H. Maury
¿A dónde vamos?Métodos para evaluación de soluciones
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Contenido
Fundamentos teóricosMétodos para evaluación de alternativasCasos de diseño
“La selección de la solución perfecta es consecuencia del número y riqueza de las opciones consideradas”
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Evaluación
¿Qué es la evaluación de alternativas?Es un proceso por medio del cual se determina el valor o utilidad de cada una de las alternativas generadas en el proceso diseño con relación a las necesidades de los clientes potenciales, que se expresan a través de un conjunto ponderado de objetivos o de criterios
Este proceso permite determinar sobre cuáles de las opciones se justifica continuar su desarrollo e invirtiendo más tiempo y recursos (Fase básica y de detalle)
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Evaluación
Aspectos deseables en la evaluación conceptualEl objetivo fundamental de la evaluación es determinar cuál o cuáles alternativas tienen el mayor potencial de llegar a ser productos de calidad mediante un proceso simple y económico, pero razonablemente acorde con la confiabilidad demandada por la etapa de desarrollo en donde se aplique
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Evaluación
Retos en la evaluación conceptualEl principal reto, en esta etapa, es determinarde la manera más objetiva, con mínima pero apropiada inversión de recursos y tiempocuáles conceptos cumplen de mejor forma los requerimientos.A pesar del bajo o muy general nivel de información con que se cuenta en el diseño conceptual
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Evaluación
¿Cómo evaluar objetivamente en el DC?La información lograda en el DC aunque mínima debe ser suficientepara las evaluaciones iniciales necesarias, ya sea de naturaleza técnica, económica y financiera entre otras. Por lo tanto debe permitir visualizar o estimar entre otras cosas lo siguiente:
– Los principios tecnológicos involucrados en las alternativas– Sus niveles comparativos de de desempeño funcional y DFX (Simulación
heurística)– Disposición, geometrías, formas y dimensiones relevantes– Todos los insumos o estimaciones burdas necesarias para determinar las
cantidades de obra o volúmenes de trabajo para la realización depresupuestos globales (m.e=+/-20%)
– En general todo el tipo de parámetros necesarios para valorar la factibilidad tecnológica, económica y ambiental (seguridad y fiabilidad) de cada una de las alternativas con el fin de soportar la elección de la mejor opción
– La mínima información de Ingeniería para el inicio del diseño básico de la opción conceptual elegida
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EvaluaciónElementos fundamentales de la evaluaciónUn problema de selección correctamente llevado involucra estos elementos:
– Opciones a elegir– Factores de decisión– Definición del peso o prioridad de
los factores– Medición o estimación de las
variables de desempeño mediante simulación de las alternativas
– Patrón de referencia (Especificación Inicial), desempeño deseado
Elementos fundamentales de la evaluaciónLa evaluación implica la cohesión de actividades como las de análisis comparativo que a través de la síntesis nos conducen a la mejor opción vinculando elementos de tres componentes para la toma de estas decisiones:
Op’s
Rq’sAc’s Dec’s
Op. Sel
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Tipos de Métodos para Evaluación
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Algunos métodos de decisión
Los equipos de diseño emplean algún tipo de método de decisión enmarcado dentro de los siguientes:
– Decisión Externa. Los conceptos se presentan a un agente externo (cliente, departamento, ...) que decide cuál es la mejoropción (viab. basada en el juicio de un tercero con poder)
– Líder de productos. Un miembro influyente dentro del equipo de desarrollo elige de acuerdo a sus preferencias la mejor opción (viab. basada en el juicio ingenieril del lider)
– Intuitivos. Se elige el concepto de acuerdo con las percepciones que genere por votación del equipo de diseño
– Prototipo y ensayos. El equipo sustenta su decisión en los resultados de construir y ensayar prototipos reales o virtuales para cada opción
– Métodos racionales. MCP, matrices de decisión, análisis del valor, VDI 2225
– Pros y contras. El equipo lista las debilidades y fortalezas de cada alternativa
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Presentimiento o intuición
Valoraciòn de viab. Tecl/gca
Filtrado pasa/ no pasaCumple/ no CumpleOR’s o Constraints
Matrices de decisiónMCP – CR’s
ER’sSimulación
(+) Inf. (+) Tarde
(-) Inf. +Tempr
Algunos métodos de decisión
Pre selelecciónSelección
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Métodos racionales o sistemáticos
Métodos ordinales (Unicriteriales)De acuerdo con cada criterio se ordenan las soluciones, generándose el inconveniente de la integración de los resultados con los diferentes criterios (Método de pros y contras)Métodos cardinales (Integrales - Multicriteriales)Se evalúan las alternativas frente al múltiples criterios de diferente peso (MCP)Métodos en los que se considera el ciclo de vida(MEPECIV - MEPEIA)
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Método de los criterios u objetivos ponderados
El MCP es un medio para la evaluación comparativa de diseños alternativos considerando objetivos o criterios diferencialmente ponderados
Matrices de Decisión
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Procedimiento del MCP
1. Establecer los criterios de evaluación2. Ordenar las listas de criterios3. Asignar ponderaciones a los criterios4. Establecer la utilidad de las alternativas frente
a cada criterio (Definir parámetros de medición - simulación, medición o estimación)
5. Calcular y comparar los valores de utilidad relativa de las alternativas
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Estructura de las MD’s
Alternativas
Criterios Wt A1 … AJ …… Am
C1 W1 V11 … V1j V1m
.... …
Cn Wn Vn1 Vnj Vnm
Vtotal )*( 1
1i
n
ii VW∑
=
.... )*(
1ij
n
ii VW∑
=
....... )*(1
im
n
ii VW∑
=
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Ejemplo MCPM
áq. D
e E
nsay
os p
or Im
pact
o
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Método MEPECIV (MEPEIA)
El papel del método para la evaluación en el ciclo de vida es:– Verificar la bondad de cada una de las soluciones
en relación con las especificaciones Iniciales, su ciclo de vida y criterios establecidos (DFX)
– Brindar los argumentos necesarios para la toma de decisiones objetivas en el proceso de escoger una solución
– Es un proceso de confrontación no sólo a nivel individual de cada solución, sino del conjunto de soluciones frente a múltiples criterios prefijados y jerarquizados en la etapa de EI
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Método MEPEIA
objetivos o criterios de evaluación
Determinación y Compilación de los parámetros para
determinación del valor
Determinación de los valores individuales
Determinación del Valor Global Relativo o Ponderal.
Elección de la solución
Comparación de las soluciones
Ciclo de Vida
Determinación y Compilación de los parámetros para cuantificar la
agresión ambiental
Determinación de los valores individuales
Determinación del Valor Global Relativo o Ponderal del Impacto Ambiental
Elección de la solución
Comparación de las soluciones
INICIO
Identificación de los objetivos o criterios de la evalución en el CV.
Análisis y ponderación de los
FIN
INICIO
Aplicación del Modelo Metábólico para identicar las formas de impacto Ambiental en
el Ciclo de Vida
Análisis y ponderación de los Formas de Impacto Ambiental en el
FIN
Método de evaluación desde una perspectiva general Método de evaluación desde una perspectiva DFE
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CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)
•• Modelo de Fases (MM)
FASE PRE OPERACIÓN
FASE DE OPERACIÓN
FASE DE FIN DE VIDA
DESECHOSRECURSOS
DESECHOSRECURSOS
DESECHOS
RECURSOS ENTORNO
C ic lo d e V id a
RECICLADORECICLADOCriterios de
evaluación en el CV•• Fases del Ciclo de Vida (CV)
No. Etapas del ciclo de vida del proceso o producto1 Pre-Uso (Originación)2 Operación o Uso (destinación)3 Fin de vida
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CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)
No. Formas de agresión ambiental en ciclo de vida1 Energía consumida2 Materiales tomados3 Materiales desechados en la extracción y el reciclado4 Emisiones de energía (como calor) 5 Emisiones de materiales6 Emisiones de ruidos
Formas de Agresión Ambiental en el CV
hEn la Fase de Pre OperaciónhEn la Fase de UsohEn la Fase de FV
Criterios de evaluación en el CV
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Tabla M. Tabla de la importancia relativa entre las formas de impacto ambiental involucradas.
Más import.un Rec. Mat. Rec. Energ.
en el CV.
Des. de mat’s.en fases
diferentes a laoperación
Emis.Energ. enoperación
Emis. Sól.en
operación.
Emis. deruidos enoperación
SUM W(l)
RecursosMateriales 1.0 0.7 0.9 0.7 0.7 0.8 4.8 0.14
Recursosenergéticosen el (CV).
1.4 1.0 1.3 1.1 1.0 1.1 6.9 0.2
Desechos demateriales enfasesdiferentes ala operación
1.1 0.7 1.0 0.9 0.7 0.8 4.3 0.12
EmisionesEnergéticas. 1.1 1.0 1.1 1.0 0.9 0.9 6 0.17
Emisionessólidas enoperación
1.4 1.0 1.3 1.2 1.0 1.2 7.1 0.2
Emisiones deruidos enoperación
1.2 0.9 1.2 1.1 0.8 1.0 6.1 0.17
Total 35.2 1.0
Ponderación de los criteriosRESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)
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FACTORES DE AGRESIÓN AMBIENTAL ESPECÍFICO EN EL CICLO DE VIDA
CONCEP. ELEM.
Desechos de materiales
En la extr., constr. y reciclaje (KG/KG).
Emisiones energéticas En la Extr.,
constr. y en el reciclaje (KJ/KG)
Energía Consumida en la prefabricación,
en la construcción y en el reciclaje
KJ/KG
Emisiones de Calor en la operación o uso (KJ/KJ)
Emisiones de partículas
sólidas en el uso
(KG/(m3/h)).
Emisiones de ruidos en el uso
(dB)
R(TPL/P) 0,7 4,8 37 - 0,2 85 R(TPV) 0,7 4,8 37 - 0,2 85 ED(C) 0,9 5,2 45 0,045 0,0072 75 ED(P) 0,8 4,8 40 0,05 0,0072 80
ED(VS) 0,8 5,2 38 0,035 0,01 90 ED(VCB) 0,8 3,8 38 0,035 0,022 90
ED(T) 0,8 3,8 38 0,055 0,0065 80 ED(A) 0,8 3,8 38 0,035 0,01 90
ED(VR) 0,7 3,8 38 0,022 0,005 75 T(C) 0,8 3,8 38 0,02 0,175 80
T(CN) 0,8 3,8 38 0,02 0,175 80 T(CF) 0,85 4,5 45 0,025 0,175 80 T(L) 0,8 4,1 41 0,04 0,175 82
T(B ó E) 0,8 4,0 40 0,04 0,17 82 T(CA) 0,8 4,2 42 0,05 0,2 85 T(T) 0,8 3,9 39 0,05 0,16 85 T(V) 0,8 3,7 37 0,03 0,25 90 T(A) 0,8 3,7 37 0,03 0,25 90
•Factores específicos de agresión elemental
Mod
elac
ión
apoy
ada
en h
eurís
ticos
Com
pila
ción
y c
uant
ifica
ción
de
pará
met
rosCONOC. FORMAL- FACTORES O ÍNDICES DE IMPACTOAMBIENTAL
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CONOCIMIENTO FORMAL PARA LA EVALUACIÓN AMBIENTAL (DFE)
• Factores o índices de agresión absoluto y relativo
hÍndices absolutos de agresión elementalhFactores absolutos de agresión GlobalhFactor equivalente de agresión global por ruidoshFactores de agresión global relativo para una forma de agresiónhPesos relativos o ponderados
hFactor ponderado de global global relativo
Iabs Ai j Iabse Iespe Capnoel i ki
imáx
k
NTE
ll k k
i
imáx
k
NTE
( ) ( ( )) ( * ), ,− = === ==∑∑ ∑∑
11 11
( )( )
∑==
−
pkLNTE
lKjAipeqtL
)*10/1(
)( 10log10
Iabse Iespe Capnoei k l k k, , *=
Itrel Ai jIabs Ai j
Iabs Ai jl
l
lj
TCSa Ai( )( )
( )( )− =
−
−=∑
1
W ll
lmáx
( )=∑ =
1
1
∑∑
∑=
=−
−
=−−
==máx
l
lmáx
l
l
lAiTCSa
jjAiabs
jAiabsl
ijAitrelgjtrel
I
IlWIlWI
1)(
1)(
)(
1)()( *)(*)(
F(Est.)
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•• MATRICES PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTALMATRICES PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL• Tabla A. Matriz para la evaluación ambiental de la alternativa (Ai-j) en el CV
Formas de Agresión- CV Tot.Peso especifico de la FIA 1ETAPA DEL CICLO DE VIDA Iabs(i,j)l Iarel(i,j)=W (Iabs(i,j)arel(i,j) Iabs(i,jIarel(i,j) abs(i,jIarel(i,j) abs(i,jarel(i,j) Iabs(i,j) Iarel(i,j)Preconstrucción ****Construcción o instalación MetotOperación o uso ECUFin de vida, reuso, o reciclaje.OtrasTotales= Sumatoria filas iabs(j-g)l
*****: Este valor se determina mediante un algoritmo especialECU: Algoritmo especial para determinar el consumo energético en la operación.
Rec. mat. (kg)(=W i,1)
Rec. Energ.Kj. (=W i,2)
Des. de mat.(=W i,3)
Des. Energ. Cal.(=W i,4)
Emis. de mat. - uso(=W i,5)
Emis. de ruid.(=W i,6)
Determinación de Valores Individuales• Tabla B. Matriz Comparativa en el Campo Acotado de Soluciones para una FIA Posición Alternativa
(ID) Impacto absoluto en el Ciclo de Vida
[Iabs(Ai-j)(l)] Impacto relativo en el ciclo de vida
para una forma de agresión
1 Ai-j Iabs(Ai-j)l )()(
))((
)()(
l
l
AiCSatabs
jAiabsjAirel I
II −
− =
TCSa(Ai)
TCSa(Ai)+1 Total Itabs CSa Ai Iabs Ai jl lj
TCSa Ai
( ( )) ( )( )
= −=∑
1 1
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• MATRICES PARA LA EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL
•Matriz Comparativa en el CSa(Ai) de agresión total ponderal (Ai-j)’s.
Posc. Alternativa (ID) Itrel(Ai-j)1
Ai-j Itrel Ai j W l Itrel Ai j ll
lmáx
( ) ( ) * ( )− = −=∑
1
TCSa
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Caso de Diseño
Em barcac ión
Volque te
100 m
M u elle1 Ne
1N s
It
40 m 40m
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Caso de Diseño
Tabla H. Matriz de representación del campo acotado de soluciones del sistema CSa(Ai).Posición
1 2 3 4 5 6 7 8 ID. ALT
R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-1)R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-2)R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-3)R(TPP/L) C(RE) ED(C) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-4)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-5)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-6)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-7)R(TPP/L) C(RE) ED(VCB) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-8)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-9)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBR) C(T) Alt(Ai-10)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(CS) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt.(Ai-11)R(TPP/L) C(RE) ED(P) C(INT) T(L) C(INT) CM(MBRRe) C(T) Alt(Ai-12)
Recep. Conducc. Extracc. Conducc. Transp. Conduc. Car. Emb Conducc.Funciones básicas
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Caso de Diseño
Tabla I. Especificación conceptual elem. para el concepto posic. 3 alternativa (Ai-1).Nombre Especificación Unidades Valor
Identificación del Concepto(S-TC-TR-NCE) SIN (1-Ccrp-1Rpes-C1,3)
Nombre del Concepto Elemental SIN Extractor dosificador de correaED(C).
Número total de Cadenas SIN 1Función (fbi) SIN Extracción y dosificación fb2Capacidad Nominal m3/h 800Tamaño Nominal Wn m 1.4Potencia Instalada (estimada) KW 16Masa (estimada) KG 4800Emisión de materiales en operación (est.) Kg/h 5.76Emisiones de ruidos dB dB 75
hhEspecificación Conceptual de las SolucionesEspecificación Conceptual de las Soluciones
Tabla J. Espec. Conceptual Global de la alternativa (Ai-1).Nombre – Especificación Unidades Valor
Identificación Solución Global (Ai-k) SIN (Ai-1)Función Global o Aplicación SIN A2Número total de Cadenas SIN 1Numero de Cadenas con ramal princ. SIN 1Número de Cadenas sin ramal princ. SIN 0Número total de equipos SIN 8Potencia total instalada (estimada) KW 90Masa Total Estimada KG 56500Composición Detallada de la Solución SIN Ver fila 1 Tabla H
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RESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)
• Identificación y estimación de la magnitud absoluta de las FIA en el CV.
Tabla K. Matriz para evaluación del impacto absoluto ambiental de la alternativa (Ai-1).Formas de Impacto Ambiental FIA(l).
Fases del CV Rec. Mat.(Mg)
Rec. Energ.(MJ)
Des. Mat. en preuso y FV (Mg)
Emis. de Mat.en Uso (Mg)
Emis.Energ. (MJ)
Emis. deRuidos en el
uso (dB)Pre Uso - -
Fin de Vida 96.05 3842 39.55 - 384.2 -Operación - 2628 - 189720* 131.4 96.7**
Total 96.05 6470 39.55 189720* 515.6 96.7
Tabla L. Matriz de evaluación del impacto absoluto de la alternativa (Ai-2).Formas de Impacto Ambiental FIA(l).
Fases delCV.
Rec. Mat.(Mg)
Rec. Energ.(MJ)
Des. Mat. en preuso y FV (Mg)
EmiS. Mat. enUso (Mg)
Emis.Energ. (MJ)
Emis. deRuidos en el
uso (dB)Pre Uso - -
Fin de Vida 109.46 4372 45.07 - 438 -Operación - 3486 - 189720 174.3 96.7**
Total 109.46*** 7858 45.07 189720 612.3 96.7
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RESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)
Tabla M. Tabla de la importancia relativa entre las formas de impacto ambiental involucradas.
Más import.un Rec. Mat. Rec. Energ.
en el CV.
Des. de mat’s.en fases
diferentes a laoperación
Emis.Energ. enoperación
Emis. Sól.en
operación.
Emis. deruidos enoperación
SUM W(l)
RecursosMateriales 1.0 0.7 0.9 0.7 0.7 0.8 4.8 0.14
Recursosenergéticosen el (CV).
1.4 1.0 1.3 1.1 1.0 1.1 6.9 0.2
Desechos demateriales enfasesdiferentes ala operación
1.1 0.7 1.0 0.9 0.7 0.8 4.3 0.12
EmisionesEnergéticas. 1.1 1.0 1.1 1.0 0.9 0.9 6 0.17
Emisionessólidas enoperación
1.4 1.0 1.3 1.2 1.0 1.2 7.1 0.2
Emisiones deruidos enoperación
1.2 0.9 1.2 1.1 0.8 1.0 6.1 0.17
Total 35.2 1.0
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RESULTADOS EVALUACIÓN AMBIENTAL - CASO (1)
hDeterminación y Compilación de los parámetros de cuantificaciónhDeterminación de los valores indiv. rel. de las FIA
Tabla N. Matriz Comparativa de las diferentes formas de Impacto en el Ciclo de Vida.
FIA(l)Rec. Mat’s
MgRec. Energ.
MJDes. Mat’s.
MgDes. Energ.
MJEmis. de sól.
Mg
Emis. deRuidos.
dBID. Alt Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel Iabs Irel(Ai-1) 96.05 .38 6470 0.26 39.55 0.27 515.6 0.27 189720 0.333 96.7 0.33(Ai-2) 109.46 .57 7858 0.32 45.07 0.31 612.3 0.32 189720 0.333 96.7 0.33(Ai-12) 143.51 .05 9852.6 0.41 59.09 0.42 780.4 0.41 189720 0.333 96.7 0.33Total 250.02 1.0 24180.6 1.0 143.71 1.0 1908.3 1.0 569160 1.0 290.1 1.0
hDeterminación del valor global ponderal en el CV del IAhComparación de las solucioneshElección de la Solución
Tabla O. Matriz Comparativa del Impacto Global relativo y ponderal para diferentes alternativas en su CV.
FIA(l) RecursosMateriales Recursos Energéticos Desechos Materiales Desechos Energéticos Emisiones de
sólidosEmisiones de
Ruidos.ID. Alt Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l) Irel(Ai-j) W(l)
TotalSum(Irel*W(l))
(Ai-1) 0.38 0.14 0.26 0.2 0.27 0.12 0.27 0.17 0.333 0.2 0.333 0.17 0.27431(Ai-2) 0.57 0.14 0.32 0.2 0.31 0.12 0.32 0.17 0.333 0.2 0.333 0.17 0.35801(Ai-12) 0.5 0.14 0.41 0.2 0.42 0.12 0.41 0.17 0.333 0.2 0.333 0.17 0.36768Irel*W(l) 0.14 0.2 0.12 0.17 0.2 0.17 1.0
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Caso de diseño
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Conclusiones
Se han presentado un conjunto de métodos para comparar los valores de utilidad de propuestas alternativas de diseño, por medio de la estimación de su desempeño y criterios diferencialmente ponderadosLos método de mayor interés son el MCP y MEPECIVEl método MEPECIV introduce el análisis en ciclo de vida, considerando criterios de evaluación derivados directamente de árboles en las fases del CV y el empleo de heurísticos para estimar el desempeño de las alternativas