Introducción

La optimización

Los problemas existentes son de dos tipos: unos con solución conocida, y otros de solución desconocida. Los primeros pueden solucionarse con base en información que se encuentra en literatura, revistas técnicas, o lograrse basándose en el conocimiento de expertos dentro de las temáticas. 

Sin embargo, en ciertos casos, con un apropiado estudio del problema y de las soluciones existentes, es posible desarrollar pequeñas mejoras, y mejoras importantes. En otros casos, se busca aprovechando otros principios, producir un cambio mayor en la solución. Estos son los dos caminos que puede seguir el ingeniero, aportando creatividad en la solución de los  diversos problemas:

Fig. 1 Representación de la optimización.

Imagen tomada de la web libre.

Fig. 2 Representación de la innovación.

Imagen tomada de la web libre.

Características del proceso de optimización

A veces suele expresarse que “la meta de un ingeniero de diseño es desarrollar el mejor sistema posible, de acuerdo a los recursos asignados, que cumpla el objetivo establecido”. En la expresión “mejor sistema posible” están implícitos los dos conceptos mas importantes del proceso de optimización: 

• La existencia de un criterio.
• La existencia de alternativas (grados de libertad).

Cuando se afirma “de acuerdo a los recursos asignados”, se refiere a un concepto muy importante del proceso de optimización. Las soluciones deben contemplar las limitantes y restricciones propias del problema, ya sean económicas, técnicas, entre otras.
Por otro lado, la expresión “que cumpla el objetivo establecido” es una condición necesaria, ya que solo puede hablarse de solución, si se cumple el requerimiento o especificación, o al conjunto de objetivos fijados para el diseño. De tal manera, hay que  considerar dos aspectos:

• Criterios de optimización.
• Variables del sistema (dependientes e independientes).

Enfoque del proyecto

El enfoque del proyecto queda impuesto por los criterios que deben ser aplicados, reconociendo que usualmente es posible hallar criterios comunes dependiendo del segmento de mercado al que este orientado el producto.

1. Área de entretenimiento: El factor preponderante es el costo, y fundamentalmente el de fabricación.

Fig. 3 Área del entretenimiento.

Imagen tomada de la web libre.

2. Área profesional: Para estos productos la prestación debe siempre ajustarse a especificaciones y se requiere además que el diseño sea validado. La gran cantidad de especificaciones a cumplir y el mayor nivel de exigencia vuelven muy onerosas las pruebas de validación de estos productos.

Fig. 4 Área profesional.

Imagen tomada de la web libre.

3. Área militar: Se busca que los equipos o sistemas superen en prestación a los del potencial enemigo, y que además se garantice su funcionamiento en un ambiente hostil que impone solicitaciones extremas. Todo ello acarrea costos elevados para estos productos.

Fig. 5 Área militar.

Imagen tomada de la web libre.

Se pueden considerar que existen dos tipos de problemas de optimización: 

• Problemas de criterio simple: El objetivo es maximizar o minimizar una sola función objetivo E. 

• Problemas multicriterio: El objetivo es maximizar o minimizar más de una función objetivo E, de manera simultánea.

Aplicación de las herramientas de optimización de MATLAB 

MATLAB® tiene un grupo de funciones especialmente dedicadas a los problemas de optimización ( Optimization Toolbox). Estas herramientas permiten, la optimización no lineal con y sin restricciones, la resolución de problemas de minimización, programación lineal y cuadrática, ajuste por mínimos cuadrados, entre muchas otras. Además, todas estas funciones son archivos Matlab tipo m dedicados a desarrollar algoritmos especializados de optimización, cuyos códigos se pueden modificar, lo que posibilita introducir variaciones sobre las mismas.

Fig. 6 Logo de MATLAB ®.

Imagen tomada de la web libre.

El programa de Ingeniería Electrónica de la Universidad de la Costa proporciona a sus estudiantes y docentes el programa de Matlab de manera gratuita, en el Laboratorio de Automatización y Robótica.
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Fig. 6 Laboratorio de Automatización y Robótica del programa de Ingeniería Electrónica.

Imagen tomada de la web libre.

Referencias

Villamil E. y García M., (2003), Introducción al proyecto de ingeniería, Buenos Aires, Argentina. 
Capítulo 3: Optimización.