UDK 658.512.2:62-11
S sodobnimi metodami ? konstrukterstvu do konkurenčnih izdelkov
To Competitiveness of the Product by Modern Design Methods
MARTIN PRAŠNIČKI
Konstruiranje je del razvoja novih in izboljševanje sedanjih izdelkov. Od tehničnih rešitev v zgodnjih fazah razvoja so odvisni kakovost, cena in rok izdelave izdelka. Konstrukter ima izjemno pomemben vpliv na konkurenčnost izdelka In podjetja, zato je tudi zelo pomembno, kako strokovno opravlja svoje delo.
Tehnološko razvite države so razvile tudi posebno učinkovite metode in postopke, s katerimi povečujejo svojo konkurenčnost na trgu. Metodično, sistematično, ustvarjalno razvojno delo, to so pojmi, ki se morajo postopoma uveljaviti tudi v Sloveniji. Članek obravnava potrebe in možnosti za takšno uveljavljanje.
Designing is part of the development of new products and improvement of the existing ones. The quality, price and time of manufacture of the product depend on technical solutions in the early phases of development. The designer has a significant influence on the competitiveness of the product and the enterprise, therefore it is of utmost importance how professionally he performs his work.
Technologically advanced countries have developed efficient methods and procedures for increasing their competitiveness in the market. Methodical, systematic, creative development work — these concepts must gradually gain ground also in Slovenia. The paper deals with the needs and possibilities of introducing such concepts.
0. UVOD
Konstrukterstvo in gradnja strojev je za gospodarstvo Slovenije ena najpomembnejših raz vojnih in proizvodnih dejavnosti, saj pride nanjo več ko 30-odstotni delež slovenske industrije. Konstruiranje kot proces v razvoju izdelkov in problemi nezadostne odzivnosti po času, kako vosti in tudi ceni (konkurenčnosti) izdelkov te r jajo odgovore na vprašanja: ali je mogoče in kako povečati kakovost dela in produktivnost kon strukter jev, da bi se v časih recesije in hude konkurence slovenska industrija uveljavila na mednarodnem trgu.
Pritrdilen odgovor na postavljeno vprašanje je mogoče iskati v sodobnih metodah konstrui ranja, ki povečujejo ustvarjalnost, sistematičnost, tehnično vrednost rešitve in sprejemljivost vlož ka v razvoj in izdelavo. Naš namen je prikazati in kratko pretresti stanje in možnosti za izbolj šanje izkoristka v procesu konstruiranja, bodisi na evropskih izkušnjah ali na podlagi lastnih za misli in predlogov, ki se postopoma uveljavljajo v okviru visokošolskega in višješolskega študija konstrukterstva na Tehniški fakulteti Univerze v Mariboru.
0. INTRODUCTION
Design and cnstructions of machines are one of the most important development and production activities for the economy of Slovenia, comprising
more than 30 % of Slovenian industry. Design as
a process in the development of products and problems of insufficient response in terms of time, quality and price (competitiveness) of products require answers to the questions: is it possible to increase the quality of work and productivity of designers and how can this be achieved to enable Slovenian industry to gain a foothold in the in ternational market at a time of recession and stiff competition.
1. PROBLEM IN NJEGOVA OMEJITEV
1.1 Konkurenčnost
Konkurenčnost je, kakor povsod drugod — npr. v športu, pripravljenost na tekmovanje, zmožnost, da tekmo zdržimo in da tudi zmagamo. Konku renčnost izdelka, ki je naš tekmovalec na trgu, je torej izraz zmožnosti njegovih ustvarjalcev, ki so izdelku znali določiti lastnosti, da se med ena kimi uvrsti visoko ali celo zmaga.
Izdelek je konkurenčen, če ga odlikujejo: Tehnična enovitost, to je brezhibno delovanje za namen, za katerega je bil izdelan.
Preprostost, kar se kaže v preprostosti teh nične rešitve, izdelave in montaže ter uporabe. Za tem se skrivata tudi gospodarnost in cena.
Varnost, kar se kaže v neškodljivosti za člo veka in njegovo zdravje ter neogrožanje okolice in okolja, torej nekaj, kar je v skladu s pričakovanji in predpisi za varovanje narave.
Poleg navedenih lastnosti, ki naj jih konku renčen izdelek ima, je potrebno, da pride na trg pravočasno, torej takrat, ko je, glede na tehnične in tehnološke rešitve, nov. Tako lahko pričakujemo vzpon njegove prodaje ter vsaj pokrivanje vseh stroškov, če ne tudi ustvarjanje dobička.
Vedeti moramo, da se za tako opredeljeno konkurenčnostjo izdelka pravzaprav skriva konku renčnost podjetja, predvsem njegovega upravljal- skega in strokovnega kadra. Med strokovnim kadrom so prav pri vrhu pomembnosti projektanti, konstrukterji, raziskovalci, tehnologi in preizku ševalci.
Če torej govorimo o konkurenčnosti, ki naj jo soustvarjajo konstrukterji, moramo določiti njihovo vlogo v procesu razvijanja izdelka.
1.2 Razvoj, konstrukterji In drugi kadri
Kaj konstruiranje sploh je, ali je konstruiranje del razvojnega procesa ali nasprotno; dalje, kdo je konstrukter, kdo projektant, kdo razvojni inženir in kdo raziskovalec? V strukturiranih razvojnih službah večjih podjetij so razmejitve začrtane z organizacijo, v manjših podjetjih skorajda ne. Ven dar večinoma velja ugotovitev, da so konstruk terji tisti tehniški strokovnjaki, ki nove zamisli izdelka projektirajo, konstruirajo in rešitve doku mentirajo v skladu s pravili tehniškega risanja (sl. 1). Ker je tehniška (konstrukcijska) dokumen tacija podlaga za nadaljnje postopke v delavnicah in pri nadzoru, ni nenavadno, da »projektanti in konstrukterji« uživajo nesporen ugled pravih raz vojnih inženirjev. Drugi razvojni inženirji so pod rejeni konstrukterjevi zamisli in jo uresničujejo, preizkušajo, ocenjujejo. Projektant—konstrukter je duhovni oče novega izdelka, drugi pa le pomočniki.
1. PROBLEM AND ITS LIMITATION
1.1 C om petitiveness
The competitiveness is, as everywhere else, e.g. in sport, the willingness to compete, the abi lity to persevere and to win. The competitiveness of a product, which is our competitor on the mar ket, is consequently a reflection of abilities of its creators, who provided the product with such fea tures, which will enable it to rank high among equals or even to win.
A product is competitive if it is distinguished by: Technical uniqueness, i.e. flawless operation for purpose for which it was manufactured.
Simplicity shows in the easiness of technical solution, manufacture and assembly and simple use. It also involves efficiency and low price.
Safety shows the harmlessness to people and its health and to the environment, which meets the expectations and regulations for nature protection.
In addition to possessing the above men tioned properties, a competitive product should be placed on the market in due time when it is still new with regard to technological solutions. Thus an increase in its sale and at least covering of costs, if not making profit, can be expected.
We must know that the competitiveness of a product defined in this way involves in fact the competitiveness of the enterprise, above all its management and technical staff. Designers, researchers, technologists and test engineers hold the most important position among the technical staff.
When speaking of the competitiveness to be created also by designers, we should there fore define their role in the process of develop ment of the products.
1.2 Development, designers s ta ff and other
I d e j e - I d e a s
v___ ' _____ y
študija izdelka
Product study
Koncipiranje izdelka, raziskovanje principov
Conception o f the product researching functional principles
Konstruiranje, raziskovanje relacije material: geom etrija Prototipi, preizkušnje
Preliminary d esign researching relations material: geom etry prototyping, testing
Razvoj teh noloških p ro ceso v in p rip om očk ov
D ev elo p m en t o f the m fg procedures and tools
Izdelava 0-serije
0-Series production
Sproščanje za proizvodnjo
R elease for production
Nadzor procesa
Process controlling
G lavn e a k tiv n o sti
projektiran ja in kon struiran ja
• Sestava ZAHTEVNIKA • Določitev funkcij sistema • Koncipiranje rešitev funkcij • Konstruiranje oblike sklopov • Analiziranje obremenitev,
robnih pogojev in obrato valne trdnosti
• Analiziranje vplivov natan čnosti na funkcije • Analiziranje napak,
vrednotenje konstrukcije in stroškov
• Detajliranje za tehnološke pogoje in dokumentiranje
M ain a ctiv ities o f th e d e s ig n p rocess:
• Setting requirements • Functional structuring of the
System
• Solving functions in concept • Preliminary design of the
subassemblies
• Loads, boundary conditions and strength/stress analysis . Geometrical accuracy:
function analysis • Failure analysis, technical
and economical value • Detail designing for manu
facture. Documenting (documentation)
< S >
selekcioniranje/sproščanjeselectio n /relea sin g kreiranje/inoviranjecreation /inn ovation
SI. 1. Umestitev delnega procesa KONSTRUIRANJE v celovitem procesu razvoja novega izdelka.
Fig. 1. Setting the subprocess DESIGNING into global new product development process.
Tak patriarhalen odnos v razvoju izdelkov ima seveda pomanjkljivosti, med katere je mogoče najprej postaviti dvom o tem, ali je glavni kon- strukter, za reševanje širokega obsega strokovnih problemov na poti od zamisli do izdelka, zares usposobljen. Izkušnje kažejo, da se projektantsko zaverovani posamezniki radi zatekajo k samemu sebi, k prakticizmu in težko sprejemajo zamisli drugih ali nova spoznanja, ki jih prinaša razvoj stroke.
Zaradi tega ob prevplivni konstrukciji ni mo goče razviti vzporednih, za razvoj nič manj po membnih funkcij, kakor so na primer laboratoriji za preizkušanja, oddelki za računsko preverjanje
Of course, such a patriarchal relation in the development of products has certain weaknesses. First of all, the question arises whether the main designer is qualifed for the solution of a broad spectrum of professional problems on the way from idea to product. Experience shows that design -ridden individuals tend to resort to themselves, and only with difficulty accept the ideas of others or new findings brought about by the development of the profession.
The result is that with too dominant design, it is not possible to develop parallel functions, which are no less important for development
i.e. experimental laboratories, departments
konstrukcijske rešitve. Tehnični sistematiki, ki bi imeli naloge organiziranja in optimiranja razvoj nega procesa z vidika aktivnosti, podatkov ter pravil in metod, so potisnjeni ob stran.
Projektanti in konstrukterji morda dobro
obvladujejo konstruiranje določenih sistemov
in izdelkov, ni pa nujno, da dovolj dobro obvladajo širši proces, v katerem sodelujejo, in zato morda niso dovolj prilagodljivi za nove zahteve in razmere, torej delo ni najbolj racionalno opravljeno.
2. VEDA O KONSTRUIRANJU
Vedo o konstruiranju bi lahko kratko opredeli li kot teorijo in prakso za optimalno izvedbo za misli o novem tehničnem izdelku. Bistveno je, da obstaja potreba, ki pomaga pri določanju tehničnih in ekonomskih zahtev izdelka; dalje, da obstajajo elementi novih tehničnih zamisli in da peljemo postopek od porojenih zamisli skozi faze odbiranja do končnega rezultata, ki je izražen v enoviti konstrukcijski dokumentaciji. V zaporedju teh aktivnosti, tj. v procesu, se ponavljajo: odkrivanje zamisli, njihova primerjava, izbira najprimernejše, njena uresničitev v različnih izvedbah do naslednje, določnejše tehnične stopnje, ponovno ocenjevanje,
izbira itn.
Proces teče od zamisli, ki je sprva le v glavi avtorja, prek preverjanja te zamisli na fizikalnih
učinkih in izkušnjah do tehnično tehnološkega
osnutka in detajlov, ki morajo biti geometrično, materialno in strukturno v popolnem skladju z možnostjo funkcionalne izvedbe.
Matematičnega orodja za popis postopka ustvarjanja novega izdelka ni. Tudi če orodje kdaj bo, ne bo popolno, kajti konstrukterstvo je inže nirstvo USTVARJALNOSTI in SELEKTIVNOSTI, ki je matematično težko določljivo.
Ustvarjalnost in selektivnost pomagata pri razvoju tehničnih izdelkov izpolniti zahtevo, da je treba navesti čimveč možnih tehničnih rešitev, ki vodijo do najboljše rešitve v čimkrajšem času, pri čemer obseg rešitev vnaprej ni določljiv.
Čas in množina zamišljenih novih rešitev sta si seveda v nasprotju. Zato ima zahteva po iskanju več različic rešitve tudi svoje nasprotnike, ki se opirajo na trditev, da v trenutku najhujšega pri tiska konstrukter nima časa, da bi se ukvarjal z iskanjem novih variant; slišimo celo, da je tako in tako prva rešitev najboljša rešitev.
Zato konstrukterji zaslužijo, da dobijo v po moč smernice, napotila, metode, ki jih bodo vzpod bujale, jim lajšale napore, zmanjševale stroške, krajšale čas izvedbe projektov, na podlagi česar se bodo organizirano nabirale izkušnje za prihodnje razvojne naloge in rodove konstrukterjev.
Technical systematists whose duty would be to organize and optimize the development process from the standpoint of activities, data, rules and methods are somehow ignored.
Designers may be skilled in designing of cer tain systems and products, but they are not ne cessarily capable of managing the broader process in which they take part. Therefore, they may not adapt themselves to new requirements and con ditions. The result is that their work is not per formed in a most rational way.
2. KNOWLEDGE OF DESIGN
Knowledge of design can be defined in short as the theory and practice for optimum implemen tation of an idea about a new technical product. It is essential that there is a need which helps to define the technical and economical requirements of the product, that there are elements of some thing new and that the procedure is carried through from the idea over the phases of selection up to the final result expressed in unique design documentation. The sequence of iterating activi ties in this process is; discovery of ideas, their comparison, selection of a suitable idea, its realisation in different versions up to the next, more concrete technical stage, reassessment, selection etc.
The process runs from an abstract idea existing only in the author’s mind over testing this idea against physical knowledge and experi ence, up to the technological draft and details that have to be geometrically, materially and structu rally fully in accordance with the possibility of implementation.
There are no mathematical tools for an exact description of this process. If they are ever avai lable, they will bo only a partial task of the science of design. In engineering, this is known as the play of CREATIVITY and SELECTIVITY.
In the development of technical products, creativity and selectivity help to satisfy the con stant demand for conceiving as many technical solutions as possible that will bring the optimum solution in the shortest possible time.
Time and the number of conceived new solu tions are of course in conflict with one another. The opponents of this demand claim - basing their statement on experience - that the designer, when under pressure, has no time to concern himself with searching for new versions. One even hears that the first solution is the best one.
Iz mnogih primerov je znano, da je pomanj kanje naravne nadarjenosti človeka mogoče vsaj delno nadomestiti z večjo prizadevnostjo, ureje nostjo obravnavanega problema in vztrajnostjo. Zato so v vedi o konstruiranju precej v ospredju metode reševanja kot smernice — napotki in pa sistematičnost kot urejanje zaporedja aktivnosti in podatkov. Pri tem si mora konstrukter še kako pomagati z drugimi temeljnimi vedami, to so fi zika, kemija, matematika, poznavanjem materialov in njihovim obnašanjem v okoliščinah, katerim bo izdelek izpostavljen itn.
Današnja podoba evropske šole konstruiranja, ki se razvija zadnjih 30 let, ni povsem enotna gle de delitve konstrukcijskega procesa v faze. Po membno pa je, da obstaja soglasje o načinu vzpod bujanja zamisli ter njihovega potrebnega selekcio niranja.
Britanci so izdali svoj standard BS 7000, pri nastajanju katerega je sodelovalo 30 stro kovnih organizacij 111. Nemci imajo smernice VDI 121.
Tudi posamezni avtorji na univerzah razisku jejo posebnosti in splošnosti v procesu konstrui ranja, da bi na tej podlagi razvili več ustvarjal nosti, sistematičnost in selektivnost.
Skupen evropskim šolam je proces kon struiranja, ki je zasnovan na naslednjih izho diščih 131:
— da je konstruiram je proces ustvarjanja za misli, zbiranja informacij, reševanja in izbiranja najboljših rešitev na razvojni poti od stopnje ab straktnosti do modela na ustrezni dokumentaciji (sl. 2);
— spoznavanju dejanskih potreb po izdelkih na tržišču za naprej (torej strateško naravnano načrtovanje izdelkov po količinah, trgih in kako vosti);
— doslednem določanju tehničnih zahtev na črtovanega izdelka (ZAHTEVNIK) še pred sprosti tvijo razvojnega ciklusa;
— analizi funkcij izdelka in njihovi inženirski uresničitvi z optimalnim tehničnim in ekonomskim rezultatom, postavljenimi v ZAHTEVN1KU;
— optimiranju tehničnih rešitev z uporabo računskih in računalniških simuliranj, ki zago tavljajo zahtevano kakovost rešitve in skrajšujejo čas razvojnega ciklusa ter znižujejo stroške ma terialnih prototipov.
V tem procesu so potrebna naravoslovno ma tematična znanja. Fizik naravne pojave odkriva, jih oblikuje v zakone, razvojni inženir in kon strukter pa fizikalne zakone uporabita za uresni čitev funkcij delovanja v izdelku.
It is known from a number of cases that the lack of natural talent in a person can be at least partially substituted by greater assiduity, an or derly approach to the subject, and perseverance. In the foreground of the knowledge of design are methods of solution as guidelines or instructions, and system in ordering the sequence of activities and data. Here, the designer must make use of other basic sciences, such as physics, chemistry, mathematics, knowledge of materials and their behaviour under the conditions to which the pro duct will be exposed etc.
The present image of the European school of design that has been developing in the last 30 years is not quite uniform as regards the di vision of design process into phases. It is es sential to reach agreement on the contents and method of encouraging ideas and the necessary selection.
The British have published Standard BS 7000 prepared by 30 expert organizations 111. The German guidelines are VDI 121.
Individual authors at universities also re search general and special features in the process of design in order to develop more creativity, systematicallity and selectivity.
The process of design common to European schools has been conceived on the following basis 131:
— design is the proces of conceiving ideas, gathering information, finding optimum solutions in the course of development from an abstract idea to a concrete materialized model with adequate documentation (Fig. 2);
— acquaintance with actual requirements for products in the market (strategically oriented planning of products as regards the quantity, markets and quality);
— consistent defining of technical require ments of the planned product (REQUIREMENTS) prior to triggering the development cycle;
— analysis of the functions of the product and their engineering implementation with optimum technical and economical result stated in the list of REQUIREMENTS;
— optimisation of technical solutions by ap plying calculation and computer simulations en suring the required quality of solution, reducing the time of the development cycle and cutting the cost of material prototypes.
K 1- Faza m odel rešitve 1
pjfriKu» solution model 1
model rešitve 2 solution model 2
m odel rešitve n solution model n
izbran model i
______K
2 . Faza tehnični osnutek 1
P h ase master design 1 tehnični osnutek 2
master design 2 tehnični osnutek n
master design n
izbran osnutek j
______ K
3 . F a z a tehnološki detajl 1
P h ase mf8 details 1
tehnološki detajl 2 mfg details 2 tehnološki detajl p
mfg details p
itd. e tc .
KONCIPIRANTE
delovnih principov izdelka
SNOVANTE
funkcionalnih oblik, velikosti, natančnosti zdržljivosti
DETAJLIRANIE
elementov po načelih izdelavnosti in stroškov
CONCF.PnONINC,
the functional principles of the product
DESIGNING
the functional ' shapes, dimensio ning, precision specification
DETAILING
the parts according to manufacturing and costs
SI. 2. Sistematizacija aktivnosti konstruiranja v treh ustvarjalnih fazah.
Fig. 2. Systematization of the design activities in three invention phases.
3. VEDA 0 KONSTRUIRANJU V SLOVENIJI
Ali znamo konstruirati v razvojnih oddelkih strojne in avtomobilske industrije Slovenije, že dolgo ni vprašanje. Ali znamo konstruirati domi selno, sistematično, racionalno — to pa je vpraša nje, pri katerem se je mogoče zadržati. Nikakor ni mogoče trditi, da je naša industrija v tržni krizi zaradi neiznajdljivosti in neracionalnosti konstruk- terjev, gotovo pa je opazna tudi njihova »zasluga«. Iz predmetnikov fakultet doma in v tujini, pa tudi iz lastnih izkušenj lahko ugotovim, da je povojna šola konstrukterje in razvojne inženirje vzgajala bolj za raziskovalce in analitike že znanih, kakor za inovatorje in snovalce novih konstrukcijskih rešitev. Od konstrukterjev pa pričakujemo, da bodo snovali nove zamisli in jih znali preoblikovati v tehnološko izvedljivo koristno rešitev.
Marsikje je še dandanes bolj cenjena teorija, ki jo je mogoče popisati z matematičnimi pripo močki, morda zato, ker ima (skoraj) vedno eno, vnaprej znano rešitev! Tako je (bil) naravnan učno- -vzgojni proces na višjih šolah in fakultetah, po sledice pa so vidne v praksi. Ko gre za sistema tično vzbujanje ustvarjalnosti, je seveda vprašanje: kateri učitelji lahko to opravijo? Najbrž le tisti, ki proces ustvarjanja dobro obvladujejo, ali ga vsaj
3. KNOWLEDGE OF DESIGN IN SLOVENIA
It goes without saying that the development departments in the machine and automotive industry in Slovenia are well skilled in design. But whether they are inventive, systematic, rational - is certainly a question that needs to be discussed. The responsibility for the crisis of our industry lies to a certain degree also with the non-innovativeness and non-rationality of de signers. On the basis of the programs of the fac ulties in Slovenia and abroad, and from my own experience, it can be claimed that in the post-war schools, more emphasis in the education of design ers and development engineers was put on re search and analysis of existing solutions and less on finding and conceiving new design solutions. Designers are, however, expected to develop new ideas and to be able to transform them into a tech nologically feasible and useful solution.
razumejo. Obvladovanje, sistematiziranje in izva janje ustvarjalnega procesa pa je še nekaj več od ponavljanja rutinskih teorij z znanimi in enoviti mi rešitvami.
Skratka, konstruiranje mora dopuščati različ ne rešitve za isti problem, česar nikakor ni mogo če do konca naučiti, marveč je učencem treba dati dovolj smernic, ki jim potem bogatijo raznolikost in zmožnost selekcioniranja. Tega primanjkuje v učbenikih, v predavalnicah in v laboratorijih slo venskih fakultet, prav tako pa premalo storijo za svoje že zaposlene kadre podjetja sama.
Pomanjkljivosti v znanju in obvladovanju modernih metod konstruiranja je zato mogoče za znati tako pri generacijah inženirjev, ki so študij končale, kakor tudi pri študentih na višjih šolah in fakultetah, ki še študirajo.
Navedimo nekaj pomanjkljivosti:
— nezadostna sistematičnost pri iskanju raz ličic, zaradi česar je množica mogočih rešitev skromna, selektivnost pa otežkočena;
— pomanjkljivo povezovanje fizikalnih zakonov in pojavov z rešitvami, ki jih snuje konstrukter. V splošnem se slabo povezujejo znanja iz naravo slovja in matematike s tehniko;
— nezadostno obvladovanje prostora (opisno, analitično, risarsko). Zaradi nepoučevanja ali po manjkljivega poučevanja opisne geometrije v sred njih in na visokih šolah čutimo pomanjkanje pro storske predstave, mimo tega so zanemarjene teh nike grafičnega predstavljanja tridimenzionalnih objektov;
— nezadostno obvladovanje natančnosti sklo pov in strojnih delov ter vplivov na funkcijo (de lovne površine v stiku in njihovo medsebojno učin kovanje zaradi toleranc geometričnosti). Konstrui ranje za funkcijo z omejitvami, od katerih so od visni postopki izdelave in montaže, je pomanjkljivo; — nezadostno obvladovanje mogočih tehnološ kih postopkov, ki bodo uporabljeni za izdelavo in montažo in s tem nezavedanje, kolikšen vpliv ima konstrukter na stroške izdelave in uporabo;
— neobvladovanje meril in metod tehničnega in ekonomskega vrednotenja zasnovanih konstruk cij;
— nepoznavanje metod za odkrivanje potenci alnih napak izdelka in zanemarjanje možnosti, ki jih ima konstrukter, da z iskanjem vzrokov in posledic napak prepreči stroške popravil, škode in katastrof ;
— domači pisani viri so skromni, še posebno primanjkuje učbenikov, razen na Tehniška fakulte ta Maribor 151. Tako ne razvijamo slovenske te r minologije, ne razvijamo niti didaktičnih pripo močkov; iz teorije, sistematike in metodike kon struiranja pa praktično ni mogoče prijavljati ma gisterijev in doktoratov.
manage the process of creation well or at least un derstand it. Managing, systemizing and carrying out the process of creation is more than just repeating routine theories with known and unique solutions.
In short, design should allow various solutions of the same problem. Students should be given sufficient guidance to be able to make a selection and produce a variety of versions. This is what is lacking in the textbooks, in lecture rooms and in the laboratories of Slovenian faculties. Also the on job training at enterprises is not sufficient.
Insufficient knowledge and inadequate mana gement of modern design methods is noticeable among both generations of engineers who have finished their studies and students at colleges and universities.
Let us mention some deficiencies:
— insufficiently systematic search for alter native solutions, which results in a poor quantity of possible solutions and impeded selection;
— poor association of physical laws and phenomena with solutions conceived by the designer. In general, the knowledge of natural science and mathematics is not effectively linked to technology;
— inadequate management of space (descripti vely, analytically, graphically). One feels a lack of capacity to see three-dimensionally, resulting from an absence of teaching or insufficient teaching of descriptive geometry in high schools and universities; in addition, the techniques of graphic presentation of three-dimensional objects have been neglected;
— inadequate management of accuracy of assemblies and machine parts and effects on the function (working surfaces in contact and their mutual effect due to tolerances of geometric design). Designing for the function with limita tions depending on the processes of manufacture and assembly is insufficient;
— inadequate management of possible techno logical processes that will be applied for manu facture and assembly and, consequently, non awareness of the influence of the designer on manufacturing costs and application;
— non-management of criteria and methods of technical and economic evaluation of conceived structures;
— no knowledge of methods for detecting potential failures of the product and ignoring the possibilities of the designer preventing the costs of repair, damage and catastrophe by finding causes and consequences of failure;
4. KAKO IZBOLJŠATI STANJE
Za razvoj vede o konstruiranju v Sloveniji bo treba šele poskrbeti. Osnove konstruiranja preda vamo v obsegu 45 ur na visoki in 30 ur na višji stopnji, k temu pa imamo na voljo še 30 oziroma 20 ur auditornih vaj in 15 oziroma 10 ur laborato rijskih vaj v skupinah 10 do 15 študentov. V sred njih tehniških šolah metode konstruiranja ne pou čujejo. Na visoki in višji šoli bi k omenjenemu obsegu ur lahko šteli še skoraj toliko ur pri pred metu konstruiranje z računalnikom, vendar so tam poudarjene bolj tehnike modeliranja in analize ter avtomatiziranje računanja kakor pa sama sistema tika od snovanja zamisli do razvijanja izdelka.
Dobro bi vedo o konstruiranju lahko uvajali že pri strokovnih predmetih, kjer študentje iz delujejo konstrukcijske programe, na primer pri gonilih, transportnih sistemih, energetskih stro jih.
Na področju raziskovanja, ki bi moralo dati nove smernice in metode za večjo uporabo znanja v procesu konstruiranja novih izdelkov, je mogoče pričakovati rezultate v nekaj letih, saj je bilo pri Ministrstvu za znanost in tehnologijo Republike Slovenije šele pred kratkim ustanovljeno tako imenovano raziskovalno polje KONSTRUIRANJE. V podpodročjih tega polja je najti tudi mesto za metode konstruiranja in sistematiko procesa, vendar kaže, da trenutno v Sloveniji še ni zadosti raziskovalcev, ki bi lahko nadomestili razmeroma veliko zaostajanje vede o konstruiranju za evrop skim stanjem.
Za učinkovito uvajanje vede o konstruiranju je potrebno usklajeno delo za projekte na pedagoš kem in raziskovalnem področju, da bi dosegli:
— dvig produktivnosti konstrukterja, — povečevanje kakovosti izdelka ter
— zniževanje stroškov razvoja, izdelave in uporabe izdelkov.
Nekaj korenitih ukrepov je vsekakor mogoče priporočiti:
a) Metode in sistematika:
— uveljavljanje skupinskega ustvarjalno-raz
vojnega dela;
— načrtno določanje tehničnih zahtev za funk cije izdelka, ki jih konstrukter upošteva pri rešitvi in izdelavi tehnične dokumentacije;
— uveljavljanje večje sistematičnosti pri iska nju novih delovnih načel in njihovo urejanje v in terne zbirke rešitve (katalogi rešitev);
— poglobljene analize odvisnosti funkcije geo metričnih lastnosti elementov in sklopov konstruk cij, izdelavnosti in stroškov. Poostriti se morajo zahteve po tolerančnih analizah, analizah delovnih površin in konstruiranju oblik za cenejše tehno loške procese. Bolje spoznavati vplive toleranc
4. HOW TO IMPROVE THE SITUATION
In the future, more attention will have to be paid to the development of the knowledge of de sign. Lectures on the fundamental principles of design comprise 45 hours at university level and 30 hours at college level. In addition, there are 30 and 20 hours respectively of tutorials and 15 and 10 hours respectively of laboratory exercises in groups of 10 to 15 students. Methods of design are not taught in the secondary technical schools. At university or college, nearly as many hours are spent on the subject of computer aided design, placing, however, greater emphasis on the techni ques of modelling, analyses and automation of calculation rather than on systematics in the development of the idea to the introduction of the product.
It would be advisable to introduce knowledge of design applied to special subjects, e.g. gearings, transport systems, power machines, where stu dents develop special design programmes.
In the field of research that should provide guidance and methods for better application of knowledge in the process of designing new products, results can only be expected in a num ber of years, since the Ministry of Science and Technology of the Republic of Slovenia has only
recently established a DESIGN section. In
sub-fields, place can be found for methods of design and the systematics of the process. For the time being, there are not enough researchers in Slovenia who could quickly catch up with the development of knowledge of designing in Europe.
For an effective introduction of the know ledge of designing it would be necessary to under take projects both in the pedagogical and research field with the following objectives:
— increase of the designer’s productivity, — improvement of product quality,
— reduction of costs of development, manu facture and usage of products.
The following is crucial: a) Methods and system atics:
— introduce group methods of creative de velopment work,
— formulate clearly technical requirements for product functions, accompanying the designer at the delivery of technical documentation;
— achieve a better system in searching for new working principles and their classification in internal sets of solutions (catalogues of solu tions);
(statistične metode) elementov v sklopih In možnosti uporabe kompenzacije pri montaži;
— razvijati metode odkrivanja mogočih napak v delovanju izdelka že v zgodnji fazi, ko je priprav ljen osnutek izdelka. Proučiti metode FMEA, logič na drevesa napak, ABC analizo napak in zasnovati posebne diagnostične metode ob uporabi umetne in teligence in ekspertnih sistemov za ugotavljanje in odpravo napak v konstrukciji izdelka;
b) Vzgoja In usposabljanje:
— (ponovno) poostriti zahteve po znanjih o obvladovanju prostora. Opisna in analitična geo metrija morata biti zastopani izraziteje v pred metniku in med pogoji za napredovanje. Popolno obvladovanje grafičnega izražanja v dvo- in tr i dimenzionalnem prostoru (strojno risanje, per spektive, zakrivanje, prave razdalje itn.) so prvi pogoj;
— poučevanje računalniškega konstruiranja časovno postaviti za metodiko konstruiranja in v njem predvsem zahtevati razvoj sistematike, ki je prvi pogoj za avtomatizacijo procesa konstruira nja. Računalnik postaviti v središče obdelave geo metričnih in tehnoloških informacij, ki jih kon- strukter potrebuje, pa tudi ustvarja za nadaljnji proces razvoja izdelka in tudi za prihodnost. Do sledno pojasniti, kdaj je računalnik risar, kdaj računalec, kdaj konstrukter, kdaj arhivar in kdaj izvedenec.
Greater emphasis should be put on probability in tolerances (statistical methods) and compensation at assembly;
— develop methods for detecting possible failures in operation of the product at an early stage, when the concept or draft of the product is made. Study the FMEA methods, logical trees of errors, ABC analysis of error and conceive special diagnostic methods by applying artificial intelligence and expert systems for detection and elimination of faults in the structure of the product;
b) Education and training:
— tighten (again) the requirements for know ledge of space management. Descriptive and ana lytical geometry should occupy a more distinctive place in the school schedule and in the conditions for promotion. The prerequisite is complete ma nagement of graphic expression in a 2-D or 3-D space (engineering drawing, perspectives, hidden lines, distances etc);
— place the teaching of computer design temporarily behind the methodology of design and require first of all the development of syste- matics, which is a prerequisite for automation of the design process. Place the computer in the centre of processing of geometrical and techno logical information required and also created by the designer for the further development process of the product and for the successors.
5. PRIMER SISTEMATIČNEGA DELA S ŠTUDENTI
Za primer dela s študenti v 2. oziroma 3. letniku navedimo sistematično konstruiranje pre prostega strojnega sklopa. Postopek je podan s slikami in kratkim opisom.
5. EXAMPLE OF SYSTEMATIC WORK WITH STUDENTS
The following description of the systematic design of a simple machine assembly is an exam ple of work with students in the 2nd and 3rd year, respectively. The procedure is illustrated by draw ings and a corresponding description.
364.18
Slika 3: Podana je RAZVOJNA NALOGA: V jekleni kolut je treba izvrtati po obodu določeno število izvrtin. Razviti in konstruirati je treba VPENJALNIK na stebrnem vrtalnem stroju.
Slika 4: KONCIPIRANJE -FUNKCIJSKA Figure 4: CONCEPTUAL DESIGN
-SHEMA: Preučiti je treba proces, v katerem lahko FUNCTION DIAGRAM: It is necessary to analyse
kolut v delovni sistem dostavimo, vpnemo, na- a process which includes delivery, clamping,
stavimo, stisnemo, vrtamo, obrnemo itn. in iz- adjustment, pressing, drilling, reversing etc. and
pnemo. unclamping of the disc.
MATRIKA: Konstrukter sam ali v skupini razvija PHOLOGY MATRIX: The designer develops ideas
funkcijske sheme. Pri tem je mogočih več metod vzpodbujanja, npr.: brainstorming, metoda 635, rešeni primeri itn. Posamezne rešitve uredimo v preglednico za vse delne funkcije, ki jo imenujemo morfološka matrika.
Iz morfološke matrike sestavimo nekaj reši tev celotnega sistema, ki jih imenujemo variante koncepta.
implement sub-functions from the functional diagram. Several methods are possible: brain storming, method 635, solved examples etc. Indi vidual possible principles are ordered in a table for all sub-functions.
Seme solutions of the entire system can be obtained from the morphology matrix, which are called versions of the concept.
IZBIRNA LISTA VREWOTEHJE ČELNIH RH«CIJ V «VIRU »UPNE FLMtCUE 'IZDELAVA IZVBTĐC
Llat « Llata* ■
5 1
VR
VARIANTE REŠITEV ( VR ) . OCENJEVANJE PO IZBIRNIH KRITERIJIH :
( * ) OA ( - ) N€
( ? ) POMANJKANJE INFORMACIJ ( ! ) PREVERITI LISTO ZAHTEV
ODLOČANJE OZNAČBA OB VARIANTI REŠITVE 1 VR ) :
( . ) REŠITEV DALJE SLEDITI ( - ) REŠITEV ODPADE ( T ) PRIDOBITI NOVE DTORMACUC
(REŠITEV PONOVNO OCENI Til I 1 ) PO POTREBI SPREMENITI
LETO ZAHTEV JE TO REŠITEV ZA POSTAVLJENO NALOGO\
A
LISTA ZAHTEV IZPOLNJENA \
5
V OSNOVI URESNIČLJIVO \
C
SPREJEM.JIVOSI STROŠKOV \
D
NEPOSREDNA VAf*OST ZAGOTOVLJENA \
E
PREDNOST V LASTNEM PODROČJU \
F
S
ä
G PRIPOMBE ( NAPOTKI . UTEMELJITVE )
A l 1 ♦ ♦ A AA A A
A? ? » A ♦ A A A ♦
A3 s - AA A -- naprlaarna z« # kra l*van ja ,a *zan t(l)lr* »panj*«]* -A4 4 ♦ + A? - A » klM tra ja « '* talaaanj* taktna'# »patj* -A5 5 - A - A- - ..p rta a ra , . p . l j.
-0 1 6 A *A A AA A
K 7 A AA A A A *
B3 9 A A + A- - trakta* praclina'« p*tU I*»lr*a |a .*a ia **llJl*a »patja -54 9 ♦ A AA? - prakla* I r * ]» * '* ta la ran j* ta ktn a '* »patja
-55 10 * ♦ A A A A A
C l 1 1 * ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ *
Slika 6: VREDNOTENJE - IZBIRANJE OSNUTKOV: Prikazana je izbirna lista kot siste matičen pripomoček za kakovostno ocenitev raz ličic koncepta in izločitev tistih, ki ne ustrezajo določenim merilom 141. Ta metoda je ena od metod vrednotenja. Uporabljamo pa lahko tudi vrednote nje po tehničnem in ekonomskem ocenjevanju, ki pa je nekoliko bolj uporabno v fazi, ko so znane materialne različice rešitev.
Izbrana različica osnutka bo uporabljena za izdelavo OSNUTKA.
Figure 6: EVALUATION-SELECTION OF CONCEPTS: Shown is a selective list as sys tematic aid for evaluation of versions of the con cept and elimination of those versions which, according to certain criteria, do not qualify for further consideration 141. This is one of the eva luation methods. We can also apply technical and economic criteria of evaluation which is, ho wever, more appropriate at the stage when ma terial versions of solutions are known.
The selected version of the concept will be used for the preparation of DRAFT.
PREREZ A - A
Slika 7: SNOVANJE OBLIKE: Konstruiramo obliko sklopov, elementov, določamo funkcijske mere in tolerance, materiale v skladu z obratovalno
trdnostjo in določamo strukturo konstrukcijske rešitve.
Izbiramo standardne dele. Osnutek je osrednja razvojna risba, na kateri se oblikuje zamisel in ta vsebuje posebna razvojna in proizvodna znanja.
Slika 8: ANALIZA delovnih površin. Kons- trukter mora v podrobnosti poznati funkcijo posa meznih elementov med delovanjem. Analiza delov nih površin mora dati celovito podlago za izbor toleranc dolžin, oblike in medsebojnega položaja delovnih površin, kakor tudi stanja kakovosti po vršin (trdote, hrapavosti, strukture), kar je iz redno pomembno kot napotek pri tehnološkemu procesu izdelave.
Nadalje bi sledilo konstruiranje posameznih elementov, kjer moramo podrobno poznati že način Izdelave elementov (ulitki, izkovki, varjenci, od- preski, drugi surovci).
accordance with operating strength, determining
the structure of design solution.
Selection of standard parts. The draft is the essential drawing on the basis of which the
concept is materialized and this drawing
contains knowledge of the development and production achievements of the enterprise.
OELOVNA
POVRŠINA A B
F U N K C I J A v o d e n j e d i s t a n č n i k a
p r e v a j a n j e t l a č n e i n t o r n e s i l e n a o h i š j e
O B L I K A r a v n i n a v o l j n o t r a n j i
O B R E M E N I T E V p l o š č i n s k i p r i t i s k t l a č n a ( r e a k t i v n a ) s i l a s i l a t r e n j a
D E L O V N O
G I B A N J E d r s e n j e
d r s e n j e i n o b r a č a n j e z a H 5 ' DELOVNA
POVRŠINA I J
F U N K C I J A
p r « n a f a n j « r odl al n« t i l « v r t a n i « , obr «m«nl T»v v r t a n j a In o b d «l o- v a n c a n a n e t l l n « os
b oč n i n a t i o n , a z . p r t v a j a n j « t i l « v p « t j a In o b r « n c n l f « v
O D L I K A v a l j z u n a n j i r a v n i n a
O B R E M E N I T E V u p o g i b p l o š č i n s k i p r i t i s k
D E L O V N O
G I B A N J E m i r o v a n j e m i r o v a n j e
Figure 8: ANALYSIS of working surfaces. It is necessary for the designer to comprehend fully what is happening to individual elements during operation. Analysis of working surfaces should provide a sufficient basis for the selection of dimensional tolerances, shape and mutual position of working surfaces as well as surface quality (hardness, roughness, structure), which is of utmost importance for the production technology.
The next step would be detailed design of in dividual elements, where the type of manufacture of elements has to be known precisely (castings, forgings, weldings, pressings, other blanks).
Slika 9: VIZUALIZIRANJE: To je zelo koristen način prikazovanja posameznih elementov, ki so razporejeni tako, da si laže predstavljamo njihovo
lego v sklopu. Pri tem si lahko pomagamo z raču nalnikom. Takšno predstavitev lahko uporablja tudi montažer, serviser ali sestavljalec navodil za uporabo izdelka.
6. SKLEP
Cilj vede o konstruiranju, ki se v svetu uve ljavlja kot posebna stroka, je izboljšati kakovost novih izdelkov, zmanjšati izgube časa v razvojnem procesu in povečati ustvarjalnost in produktivnost konstrukterjev. S tem se bistveno izboljšata tudi konkurenčnost izdelkov in prilagodljivost podjetij novim zahtevam na trgu.
Veda o konstruiranju je za slovensko gradnjo strojev razmeroma mlada, saj je v programu višje- in visokošolskega študija šele nekaj let, na srednjih tehniških šolah pa sploh ne. Zato je v razvojno-konstrukcijskih oddelkih industrije manj znana in slabo upoštevana.
Da bi povečali konkurenčno zmožnost izdelkov slovenske industrije, bo treba bolje poučiti inže nirje v praksi, pa tudi mlade, ki še študirajo. Bistvene izboljšave lahko dosežemo z uvajanjem skupinskega razvojno-konstrukcijskega dela v zgodnjih fazah razvoja, s sistematičnim zbiranjem dobrih rešitev, iskanjem načinov za poceni izdelavo izdelkov in povečano skrbjo za zanesljivost obra tovanja.
Raziskovalno področje in visoko šolstvo mo rata skupaj ustvariti učinkovite sodobne metode konstruiranja, ki jih bodo dojeli in uporabljali tako konstrukterji v praksi kakor tudi študenti po šo lah.
make use of a computer. Such a presentation will be very useful for fitters, maintenance staff or the w riter of the instructions for use of the product.
6. CONCLUSION
The goal of the knowledge of designing, which is more and more gaining ground in the world as a special field is to improve the quality of new products, reduce the loss of time in the develop ment process and increase the creativity and pro ductivity of designers. The competitiveness of products and the adaptability of enterprises to new market requirements will thus be consider ably improved.
The knowledge of designing is relatively new in the Slovenian machine-building industry, for it has been taught at colleges and universities for only a few years, whereas in secondary technical schools it has not been put on the schedule at all. In the development and design departments of the industry it is therefore less known and respected.
In order to increase the competitiveness of the products of the Slovenian industry, it will be necessary to better instruct both the engineers who are practising their profession and the youngsters who are still studying. Considerable improvements can be achieved by the introducion of a group design work in the early phases of development, by systematic collection of good solutions, search for the methods for cheap manufacture of products and a greater concern for reliability of operation.
Research institutes and universities should jointly create modern and effective methods of designing, which will be used both by designers and students in schools.
7. L I T E R A T U R A 7 . R E F E R E N C E S
l i l B S 7 0 0 0 : G u i d e to M a n a g in g P r o d u c t D e s ig n .
B S I . 1989
121) V D I 2 2 2 2 : K o n s t r u k t i o n s m e t h o d i k . K o n z i p i e r e n t e h n i s c h e r P r o d u k t e V D I V e rla g , D ü s s e ld o r f . 1977.
131) H u b k a , V: P r i n c i p l e s o f E n g i n e e r i n g D e s ig n . E d i t i o n H e u r i s t a , Z ü r i c h . 1987.
141 P a h l . G . - B e i t z . W .: K o n s t r u k t i o n s l e h r e . S p r i n g e r V e rla g B e r l i n / H e i d e l b e r g . 1977.
151 P r a š n i č k i . M .: O s n o v e k o n s t r u i r a n j a . U n i v e r z a v M a r i b o r u . T e h n i š k a F a k u l t e t a , M a r i b o r . 1991.
A v t o r j e v n a s lo v : M ag. M a r t i n P r a š n i č k i , d ip l. in ž . T A M R a z v o jn o t e h n i č n i i n š t i t u t i n T e h n i š k a f a k u l t e t a M a r ib o r
S m e ta n o v a 17
6 2 0 0 0 M a r i b o r , S l o v e n ij a
A u t h o r ’ s A d d r e s s : M ag. M a r t i n P r a š n i č k i , D ip l. Ing. T AM R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t I n s t i t u t e
a n d F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g
S m e ta n o v a 17 M a r i b o r . S lo v e n ia
P r e j e t o :
R e c e iv e d : 2 0 .1 0 .1 9 9 3
S p r e j e t o :
