Prototipo

Un prototipo es una muestra, modelo o versión preliminar de un producto creado para probar un concepto o proceso. ^[1] Es un término utilizado en una variedad de contextos, incluidos la semántica , el diseño , la electrónica y la programación de software . Un prototipo se utiliza generalmente para evaluar un nuevo diseño con el fin de mejorar la precisión por parte de los analistas de sistemas y los usuarios. ^{[2] [3]} La creación de prototipos sirve para proporcionar especificaciones para un sistema real y funcional en lugar de uno teórico. ^[4] La creación de prototipos físicos tiene una larga historia, y la creación de prototipos en papel y la creación de prototipos virtuales ahora la complementan ampliamente. En algunos modelos de flujo de trabajo de diseño, la creación de un prototipo (un proceso a veces llamado materialización ) es el paso entre la formalización y la evaluación de una idea. ^[5]

Un prototipo también puede significar un ejemplo típico de algo, como en el uso de la derivación " prototípico ". ^[6] Este es un término útil para identificar objetos, comportamientos y conceptos que se consideran la norma aceptada y es análogo a términos como estereotipos y arquetipos .

La palabra prototipo deriva del griego πρωτότυπον prototypon , "forma primitiva", neutral de πρωτότυπος prototypos , "original, primitivo", de πρῶτος protos , "primero" y τύπος typos , "impresión" (originalmente en el sentido de una marca dejada por un golpe, luego por un sello golpeado por un troquel (nótese "máquina de escribir"); por implicación una cicatriz o marca; por analogía una forma, es decir, una estatua, (figuradamente) estilo o semejanza; un modelo para imitación o ejemplo ilustrativo—nótese "típico"). ^{[1] [7] [8]}

Los prototipos exploran diferentes aspectos de un diseño previsto: ^[9]

• Un prototipo de prueba de principio sirve para verificar algunos aspectos funcionales clave del diseño previsto, pero normalmente no tiene toda la funcionalidad del producto final. ^[10]
• Un prototipo funcional representa toda o casi toda la funcionalidad del producto final. ^[11]
• Un prototipo visual representa el tamaño y la apariencia, pero no la funcionalidad, del diseño previsto. Un prototipo de estudio de forma es un tipo preliminar de prototipo visual en el que se enfatizan las características geométricas de un diseño, con menos atención al color, la textura u otros aspectos de la apariencia final. ^[12]
• Un prototipo de experiencia de usuario representa lo suficiente la apariencia y la función del producto como para que pueda usarse para la investigación de usuarios . ^[13]
• Un prototipo funcional captura tanto la función como la apariencia del diseño previsto, aunque puede crearse con técnicas diferentes e incluso en una escala diferente del diseño final. ^{[14] [15]}
• Un prototipo en papel es una representación impresa o dibujada a mano de la interfaz de usuario de un producto de software. Estos prototipos se utilizan habitualmente para las primeras pruebas de un diseño de software y pueden formar parte de un recorrido de prueba del software para confirmar las decisiones de diseño antes de realizar esfuerzos de diseño más costosos. ^[16]

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En general, la creación de prototipos diferirá de la creación del producto final en algunos aspectos fundamentales:

• Material : Los materiales que se utilizarán en un producto final pueden ser costosos o difíciles de fabricar, por lo que los prototipos pueden estar hechos de materiales diferentes a los del producto final. En algunos casos, los materiales de producción final pueden estar todavía en desarrollo y no estar disponibles para su uso en un prototipo.
• Proceso : Los procesos de producción en masa suelen ser inadecuados para fabricar una pequeña cantidad de piezas, por lo que los prototipos pueden fabricarse utilizando procesos de fabricación diferentes a los del producto final. Por ejemplo, un producto final que se fabricará mediante moldeo por inyección de plástico requerirá herramientas personalizadas costosas, por lo que un prototipo para este producto puede fabricarse mediante mecanizado o estereolitografía. Las diferencias en el proceso de fabricación pueden provocar diferencias en la apariencia del prototipo en comparación con el producto final.
• Verificación : El producto final puede estar sujeto a una serie de pruebas de control de calidad para verificar la conformidad con los planos o especificaciones. Estas pruebas pueden implicar dispositivos de inspección personalizados, métodos de muestreo estadístico y otras técnicas adecuadas para la producción continua de una gran cantidad del producto final. Los prototipos se realizan generalmente con una inspección individual mucho más minuciosa y con la suposición de que algún ajuste o reelaboración será parte del proceso de fabricación. Los prototipos también pueden estar exentos de algunos requisitos que se aplicarán al producto final.

Los ingenieros y los especialistas en prototipos intentan minimizar el impacto de estas diferencias en la función prevista para el prototipo. Por ejemplo, si un prototipo visual no puede utilizar los mismos materiales que el producto final, intentarán sustituirlos por materiales con propiedades que simulen de cerca los materiales finales previstos.

Los ingenieros y especialistas en prototipos buscan comprender las limitaciones de los prototipos para simular exactamente las características del diseño previsto.

Los prototipos representan un cierto compromiso con el diseño de producción final. Esto se debe a la habilidad y las decisiones de los diseñadores y a las inevitables limitaciones inherentes de un prototipo. Debido a las diferencias en los materiales, los procesos y la fidelidad del diseño, es posible que un prototipo no tenga un rendimiento aceptable aunque el diseño de producción haya sido sólido. Por el contrario, los prototipos pueden tener un rendimiento aceptable pero el diseño de producción y el resultado pueden resultar insatisfactorios.

En general, se puede esperar que los costos de cada prototipo sean sustancialmente mayores que los costos de producción final debido a ineficiencias en los materiales y procesos. Los prototipos también se utilizan para revisar el diseño con el fin de reducir costos mediante la optimización y el refinamiento. ^[17]

Es posible utilizar pruebas de prototipos para reducir el riesgo de que un diseño no funcione como se esperaba, sin embargo los prototipos generalmente no pueden eliminar todo riesgo.

La creación del diseño completo suele ser costosa y puede llevar mucho tiempo, especialmente si se repite varias veces: crear el diseño completo, determinar cuáles son los problemas y cómo resolverlos, y luego crear otro diseño completo. Como alternativa, se utilizan técnicas de creación rápida de prototipos o desarrollo rápido de aplicaciones para los prototipos iniciales, que implementan parte, pero no todo, del diseño completo. Esto permite a los diseñadores y fabricantes probar de forma rápida y económica las partes del diseño que tienen más probabilidades de tener problemas, resolverlos y luego crear el diseño completo.

En investigación tecnológica, un demostrador de tecnología es un prototipo que sirve como prueba de concepto y modelo de demostración para una nueva tecnología o producto futuro, demostrando su viabilidad e ilustrando aplicaciones concebibles.

En proyectos de desarrollo de gran envergadura, un banco de pruebas es una plataforma y un entorno de desarrollo de prototipos para la experimentación y prueba rigurosa de nuevas tecnologías, componentes, teorías científicas y herramientas computacionales. ^[18]

Con los recientes avances en el modelado por ordenador, resulta cada vez más práctico eliminar la creación de un prototipo físico (excepto, posiblemente, en escalas muy reducidas para fines promocionales), y en su lugar modelar todos los aspectos del producto final como un modelo por ordenador . Un ejemplo de este tipo de desarrollo se puede ver en el Boeing 787 Dreamliner , en el que se realiza la primera realización física a tamaño real en la línea de producción en serie. El modelado por ordenador se utiliza ahora ampliamente en el diseño de automóviles, tanto en lo que respecta a la forma (en el estilo y la aerodinámica del vehículo) como a la función, especialmente para mejorar la resistencia del vehículo a los choques y en la reducción de peso para mejorar el kilometraje.

El uso más común de la palabra prototipo es una versión funcional, aunque experimental, de una máquina no militar (por ejemplo, automóviles, electrodomésticos, productos electrónicos de consumo) cuyos diseñadores desearían haber construido mediante medios de producción en masa , a diferencia de una maqueta , que es una representación inerte de la apariencia de una máquina, a menudo hecha de alguna sustancia no duradera.

Un diseñador electrónico a menudo construye el primer prototipo a partir de una placa de pruebas , una placa de pruebas o una placa perforada , generalmente utilizando paquetes "DIP".

Sin embargo, cada vez con mayor frecuencia el primer prototipo funcional se construye sobre una " PCB prototipo " casi idéntica a la PCB de producción, ya que los precios de fabricación de PCB caen y muchos componentes no están disponibles en paquetes DIP , sino solo en paquetes SMT optimizados para colocar en una PCB.

Los constructores de máquinas militares y de aviación prefieren los términos "experimental" y "prueba de servicio". ^[19]

En electrónica , la creación de prototipos significa construir un circuito real a partir de un diseño teórico para verificar que funciona y proporcionar una plataforma física para depurarlo si no funciona. El prototipo se construye a menudo utilizando técnicas como el enrollado de cables o utilizando una placa de pruebas , una placa de pruebas o una placa perforada , con el resultado de un circuito que es eléctricamente idéntico al diseño pero no físicamente idéntico al producto final. ^[20]

Existen herramientas de código abierto como Fritzing para documentar prototipos electrónicos (especialmente los basados ​​en placas de pruebas) y avanzar hacia la producción física. Las plataformas de creación de prototipos como Arduino también simplifican la tarea de programar e interactuar con un microcontrolador . ^[21] El desarrollador puede optar por implementar su invento tal como está utilizando la plataforma de creación de prototipos, o reemplazarlo solo con el chip del microcontrolador y los circuitos que son relevantes para su producto.

Un técnico puede construir rápidamente un prototipo (y realizar añadidos y modificaciones) utilizando estas técnicas, pero para la producción en serie es mucho más rápido y, por lo general, más barato producir en masa placas de circuito impreso personalizadas que producir este otro tipo de placas prototipo. La proliferación de empresas de fabricación y montaje de PCB con entregas rápidas ha permitido que los conceptos de prototipado rápido se apliquen al diseño de circuitos electrónicos. Ahora es posible, incluso con los componentes pasivos más pequeños y los paquetes de paso fino más grandes, fabricar, montar e incluso probar placas en cuestión de días.

El software prototipo se conoce a menudo como versión alfa , lo que significa que es la primera versión que se ejecuta. A menudo, solo se implementan unas pocas funciones; el objetivo principal de la versión alfa es tener un código base funcional al que se puedan agregar características. Una vez que el software de grado alfa tiene la mayoría de las características requeridas integradas, se convierte en software beta para probar todo el software y ajustar el programa para que responda correctamente durante situaciones imprevistas durante el desarrollo. ^[22]

A menudo, los usuarios finales no pueden proporcionar un conjunto completo de objetivos de la aplicación, requisitos detallados de entrada, procesamiento o salida en la etapa inicial. Después de la evaluación del usuario, se construirá otro prototipo en función de los comentarios de los usuarios y, nuevamente, el ciclo regresa a la evaluación del cliente. El ciclo comienza escuchando al usuario, seguido de la construcción o revisión de una maqueta y dejando que el usuario pruebe la maqueta , y luego vuelve a la etapa inicial. Ahora existe una nueva generación de herramientas llamadas software de simulación de aplicaciones que ayudan a simular rápidamente la aplicación antes de su desarrollo. ^[23]

La programación extrema utiliza un diseño iterativo para agregar gradualmente una característica a la vez al prototipo inicial. ^[24]

En muchos lenguajes de programación , un prototipo de función es la declaración de una subrutina o función (y no debe confundirse con la creación de prototipos de software). Este término es más bien específico de C / C++ ; otros términos para esta noción son firma , tipo e interfaz . En la programación basada en prototipos (una forma de programación orientada a objetos ), los nuevos objetos se producen clonando objetos existentes, que se denominan prototipos. ^[25]

El término también puede referirse al Prototype Javascript Framework .

Además, el término puede referirse al patrón de diseño del prototipo .

Los enfoques de aprendizaje continuo dentro de las organizaciones o empresas también pueden utilizar el concepto de prototipos de negocios o de procesos a través de modelos de software.

El concepto de prototipicidad se utiliza para describir en qué medida un sitio web se desvía de la norma esperada y conduce a una disminución de la preferencia del usuario por el diseño de ese sitio. ^[26]

Un prototipo de datos es una forma de prototipo funcional o de trabajo . ^[27] La ​​justificación para su creación suele ser un proyecto de migración de datos , integración de datos o implementación de aplicaciones y las materias primas utilizadas como entrada son una instancia de todos los datos relevantes que existen al inicio del proyecto.

Los objetivos del prototipado de datos son producir:

• Un conjunto de reglas de limpieza y transformación de datos que han demostrado producir datos totalmente adecuados para su propósito.
• Un conjunto de datos que es el resultado de la aplicación de esas reglas a una instancia de los datos brutos (fuente) relevantes.

Para lograr esto, un arquitecto de datos utiliza una interfaz gráfica para desarrollar y ejecutar de forma interactiva reglas de transformación y limpieza utilizando datos sin procesar. A continuación, se evalúan los datos resultantes y se perfeccionan las reglas. Más allá de la comprobación visual obvia de los datos en pantalla por parte del arquitecto de datos, los enfoques habituales de evaluación y validación consisten en utilizar un software de creación de perfiles de datos ^[28] y, a continuación, insertar los datos resultantes en una versión de prueba de la aplicación de destino y probar su uso.

Al desarrollar software o herramientas digitales con las que interactúan los seres humanos, un prototipo es un artefacto que se utiliza para plantear y responder una pregunta de diseño. Los prototipos proporcionan los medios para examinar problemas de diseño y evaluar soluciones. ^[29]

Los profesionales de HCI pueden emplear varios tipos diferentes de prototipos:

• Prototipo de "El mago de Oz": llamado así por el mago de Oz de la película El mago de Oz . Se trata de un método de creación de prototipos en el que un humano externo u oculto simula la interacción del lado informático. ^[30] Esta técnica de creación de prototipos es particularmente útil para demostrar funciones que son difíciles o que requieren mucho tiempo de diseño, como aplicaciones como la interfaz de usuario de voz .
• Prototipo de función : este prototipo puede no estar diseñado ni parecer un producto terminado, pero el propósito de este tipo de prototipo es investigar y evaluar una necesidad del usuario o lo que el prototipo podría hacer por él. Pueden presentar características y funcionalidades de las que el usuario podría beneficiarse, para demostrar qué función podría cumplir un artefacto como el prototipo para el usuario. ^[29] Un ejemplo famoso de este tipo de prototipo sería el bloque de madera que llevaba Jeff Hawkins cuando desarrollaba el Palm Pilot .
• Prototipo de papel : este prototipo puede utilizar papel cortado, cartón u otros materiales económicos para demostrar una interfaz. El propósito de este prototipo es hacer pruebas con usuarios, sin tener que utilizar una herramienta digital o desarrollar un programa para probar la funcionalidad. ^[31] Recientemente, el prototipado en papel ha caído en desuso dentro de ciertos círculos de diseño, en particular debido a la naturaleza de baja fidelidad de este método y la falta de efectividad al realizar pruebas con usuarios. ^[32]

En el campo del modelismo a escala (que incluye el modelismo ferroviario , el modelismo de vehículos, el modelismo de aviones , el modelismo militar, etc.), un prototipo es la base o fuente del mundo real para un modelo a escala, como la locomotora EMD GP38-2 real , que es el prototipo del modelo de locomotora de Athearn (entre otros fabricantes). Técnicamente, cualquier objeto no vivo puede servir como prototipo para un modelo, incluidas las estructuras, el equipo y los electrodomésticos, etc., pero en general los prototipos han llegado a significar vehículos del mundo real a tamaño real, incluidos los automóviles (el prototipo Chevy de 1957 ha generado muchos modelos), equipo militar (como los M4 Sherman, un favorito entre los modelistas militares de EE. UU.), equipo ferroviario, camiones a motor, motocicletas y naves espaciales (del mundo real, como Apollo/Saturn Vs o la ISS). A partir de 2014, las máquinas básicas de prototipos rápidos (como las impresoras 3D ) cuestan alrededor de 2.000 dólares, pero las máquinas más grandes y precisas pueden costar hasta 500.000 dólares. ^[33]

En arquitectura , el prototipado se refiere a la creación de modelos arquitectónicos (como una forma de modelado a escala ) o como parte de la experimentación estética o material , como el centro de prototipado de materiales de código abierto Forty Wall House en Australia. ^{[34] [35]}

Los arquitectos crean prototipos para probar ideas desde el punto de vista estructural, estético y técnico. El objetivo principal no es si el prototipo funciona o no: el prototipo arquitectónico es el proceso revelador a través del cual el arquitecto adquiere conocimiento. ^[36]

En la ciencia y la práctica de la metrología , un prototipo es un objeto hecho por el hombre que se utiliza como estándar de medición de alguna cantidad física para basar todas las mediciones de esa cantidad física. A veces, este objeto estándar se denomina artefacto . En el Sistema Internacional de Unidades ( SI ), no existe ningún prototipo estándar desde el 20 de mayo de 2019. Antes de esa fecha, el último prototipo utilizado fue el prototipo internacional del kilogramo , un cilindro sólido de platino-iridio guardado en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (Oficina Internacional de Pesos y Medidas) en Sèvres , Francia (un suburbio de París ) que, por definición, tenía la masa de exactamente un kilogramo . Se fabrican copias de este prototipo y se entregan a muchas naciones para representar el estándar nacional del kilogramo y se comparan periódicamente con el prototipo de París. Ahora, el kilogramo se redefine de tal manera que a la constante de Planck h se le prescribe un valor de exactamente6.626 070 15 × 10 ⁻³⁴  julio-segundo (J⋅s)

Hasta 1960, el metro se definía por una barra prototipo de platino-iridio con dos marcas (que, por definición, estaban separadas por un metro), el prototipo internacional del metro , y en 1983 el metro fue redefinido para ser la distancia en el espacio libre recorrida por la luz en 1/299.792.458 de segundo ( definiendo así la velocidad de la luz en 299.792.458 metros por segundo).

En muchas ciencias, desde la patología hasta la taxonomía, el prototipo se refiere a una enfermedad, especie, etc. que constituye un buen ejemplo para toda la categoría. En biología, el prototipo es la forma ancestral o primitiva de una especie u otro grupo; un arquetipo. ^[37] Por ejemplo, el bichir senegalés se considera el prototipo de su género, Polypterus .

• Impresión 3D
• Modelado de arcilla
• Producto mínimo viable
• Prototipado rápido
• Artículo de prueba (desambiguación)

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