Diseño de hardware electrónico para aplicaciones empresariales e industriales. ¿Qué es?
El diseño de hardware electrónico es hoy en día una especialidad que crece a paso acelerado dentro del mundo de la tecnología.
Todos conocen el trabajo de los diseñadores de vehículos, aviones y todo tipo de maquinarias usados en la civilización moderna. Muchos no lo saben, pero construir componentes electrónicos requiere también una extensa y cuidadosa tarea de diseño.
En el diseño de hardware electrónico se debe considerar tanto la función que cumplirá cada componente como su tamaño, forma y cualidades físicas.
Ejemplo de esto es la construcción de los tarjetas PCB, que agrupan a los circuitos electrónicos dentro de cualquier dispositivo.
Las PCB son el corazón de móviles, computadoras, videoconsolas, equipos de sonido, televisores y todo tipo de aparato electrónico. Su función es alojar y conectar entre sí componentes como capacitores, resistencias, circuitos integrados, interruptores y cables.
Estos componentes transmitirán o generarán información analógica o digital que se traducirán en sonido, vídeo, imágenes, cálculos numéricos o código de computación, entre una gran variedad de posibilidades.
Etapas del diseño de hardware electrónico
El diseño de hardware electrónico no comienza con alguien sentándose en una mesa de dibujo para realizar un boceto. Este trabajo comienza mucho antes, al definir en papel las características mecánicas, físicas y eléctricas que deberá tener la pieza diseñada.
Por ejemplo, se debe pensar en primer lugar qué tipo de componentes tendrá este hardware electrónico, así como cuáles deberán sus dimensiones físicas, su capacidad eléctrica y qué tipo de función deberá cumplir.
También es importante definir de antemano qué materiales se usarán en su construcción, de forma de hacerlo más duradero y también más barato al ser producido en serie.
Ahora comienza la etapa del diseño propiamente, donde se elabora en sistemas CAD un boceto computarizado del hardware.
Gracias a los avances en la tecnología informática, hoy en día los sistemas CAD no solo sirven para “dibujar” un objeto en 2D o 3D. También nos permiten evaluar cómo interactúa cada pieza con las demás, cómo funcionará todo bajo determinados parámetros y cuál sería el costo final del producto según los materiales y técnicas usadas.
La etapa del diseño es la que creará la imagen digital del hardware electrónico, que luego se convertirá en un objeto físico en la fase de fabricación.
Por lo tanto, un buen trabajo de diseño es clave para detectar cualquier posible error que pueda incidir en sobrecostes de fabricación o incluso, en que el equipo no funcione adecuadamente.
Los prototipos y su importancia en el diseño de hardware electrónico
Tras terminar el diseño y pasar el visto bueno a nivel de simulación por computadora, se procede a fabricar el primer prototipo del producto.
Se trata de una versión física del diseño de hardware electrónico que hemos hecho en 3D, que será sometida a pruebas y revisiones para determinar si hay errores de diseño.
Además, nos ayudará a determinar si tiene la forma y tamaño adecuado y si cumple con las tareas que se esperan de este.
Programas y equipos usados para en el diseño de hardware electrónico
Al diseñar un hardware electrónico se hacen dos procesos: diseñar sus componentes electrónicos y diseñar su mecánica física.
Para diseñar los circuitos, se aplican los diagramas esquemáticos o representaciones virtuales de los componentes y las tareas que cumplirán en conjunto.
Los programas informáticos más usados para el diseño de circuitos para hardware electrónico son Altimu Designer y KiCAD. El primero es de tipo pago, mientras que el segundo destaca por tener licencia open source y su uso es gratuito.
También se utiliza la tarjeta flexible de prototipos Arduino, que permite elaborar manualmente un diagrama de circuitos y “armar” un prototipo funcional.
Es muy usada por estudiantes y entusiastas de la electrónica, pues a través de una conexión IDE y un software de programación propio se puede configurar desde cualquier computadora personal.
El diseño mecánico de hardware electrónico, se trata del conjunto de tareas que definen las medidas, tipo de materiales a usar y otras características físicas del dispositivo.
Por ejemplo, un teléfono móvil debe tener un tamaño adecuado para ser llevado en la mano, así como un peso ligero y a la vez ser resistente a la tensión, calor y humedad ambiental.
El diseño mecánico de este dispositivo electrónico debe considera la forma y ubicación de botones, sensores, bahías de tarjetas de memoria, tapa de batería y cámaras, entre otras cosas.
Además de AutoCAD, también se utilizan programas como AutoDesk y el muy popular SolidWorks para la fase de diseño mecánico de los dispositivos modernos.
La manufactura, el paso siguiente a un diseño exitoso
La manufactura es el paso final de todo diseño exitoso de hardware electrónico. A esta etapa se llega después de haber superado las pruebas iniciales a nivel de diseño y de prototipo.
Actualmente hay muchas formas de producir un hardware electrónico, pero prácticamente todas las opciones se basan en la fabricación y armado de componentes usando maquinaria robotizada.
Por lo tanto, en la industria del hardware electrónico la participación del operador humano es mínima en comparación con lo que ocurría a mediados del siglo XX.
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