Designul de conceptie
Designul conceptual este acea parte a procesului de design in care se trece la elaborarea unei solutii de principiu prin:
1) identificarea, prin abstractizare, a problemelor esentiale;
2) stabilirea structurilor functiei si
3) cautarea celor mai adecvate principii de lucru si a combinatiilor acestora.
Designul conceptual determina principiul unei solutii.
Schema din figura evidentiaza faptul ca faza de conceptie este precedata de o decizie. Scopul acestei decizii este de a raspunde la o serie de intrebari, pe baza listei de cerinte stabilita in etapa clarificarii obiectivului:
? A fost tema clarificata suficient, astfel incat sa permita dezvoltarea unei solutii sub forma unui proiect?
? Mai sunt necesare informatii suplimentare referitoare la tema?
? Este posibil ca obiectivele sa fie atinse in conditiile restrictiilor de ordin financiar?
? Este cu adevarat necesara etapa de conceptie, sau solutiile cunoscute permit trecerea direct la etapa de punere in forma si detaliere?
? Daca etapa de conceptie este absolut necesara, cum si cu ce amploare trebuie dezvoltata?
Etapele designului de conceptie sunt prezentate in fig. 6.1.
1. Identificarea esentei problemelor, prin abstractizare
Solutiile sau proiectele bazate pe metode traditionale nu pot da satisfactie totala in situatiile in care cheia problemei o detine o metoda sau o tehnologie noua, un nou material, noi descoperiri stiintifice etc.
Fiecare birou de design este "un depozit" de experienta si de conventii, care concura in scopul obtinerii unei solutii cat mai bune: mai economice mai neconventionala si mai lipsita de risc.
In cautarea solutiilor optime, designerii, departe de a se lasa influentati de idei fixe sau conventionale, sunt pusi in situatia de a examina cu multa grija posibilitatile de gasire a unor cai de obtinere a acestora. Pentru rezolvarea problemei legate de fixatii sau blocarea pe idei conventionale este folosita abstractizarea. Aceasta inseamna ignorarea a tot ce este particular sau accidental si focalizarea pe general si esential.
O astfel de generalizare conduce direct la fondul problemei. Daca este corect formulata, functia generala si principalele restrictii devin clare fara a dauna procesului de alegere a unei solutii particulare.
EXEMPLU. Se considera drept tema imbunatatirea (optimizarea) unei etansari cu labirinti in functie de o serie de restrictii.
Tema este descrisa in amanunt cu ajutorul unei liste de cerinte, astfel incat se ajunge la formularea scopului ce trebuie atins. In abordarea abstractizata, esentiala nu este proiectarea labirintilor, ci problema etansarii arborelui fara contact fizic intre elemente. Ca restrictii intervin spatiul limitat, costul limitat si timpul de executie. Designerul trebuie sa aleaga daca fondul problemei este:
đ imbunatatirea functiei tehnice (calitatea etansarii sau siguranta);
đ reducerea greutatii sau volumului;
đ minimizarea costurilor;
đ scurtarea timpului de executie; sau
đ optimizarea metodelor de productie.
Toate obiectivele prezentate anterior trebuie sa fie satisfacute de solutia generala. Ponderea lor insa poate fi diferita de la caz la caz.
Cu toate acestea, fiecareia trebuie sa i se acorde atentia cuvenita, deoarece poate conduce la descoperirea unei mai bune solutii de principiu.
Odata ce esenta problemei a fost stabilita, formularea obiectivului general devine mai usoara.
Astfel, in exemplul prezentat, daca imbunatatirea proprietatilor de etansare este problema cruciala, trebuie gasite noi sisteme de etansare. Aceasta implica studierea curgerii fluidului prin canale inguste si, prin cunostintele astfel dobandite sa fie generate solutiile de optimizare.
Daca reducerea costurilor este problema esentiala, dupa analiza structurii costurilor trebuie analizat daca aceleasi efecte fizice pot fi realizate prin folosirea unor materiale mai ieftine, prin reducerea numarului de componente, sau modificand procesul de productie. De asemenea, pot fi cautate concepte (idei) noi in ceea ce priveste etansarea.
Clarificarea obiectivului cu ajutorul listelor de cerinte ajuta la focalizarea atentiei asupra problemelor, precum si la cresterea nivelului de informare.
Primul pas il reprezinta analiza listei de cerinte in raport cu functia obiectiv si cu restrictiile principale, in scopul stabilirii esentei problemei. Aceasta analiza are scopul de a releva aspecte generale si caracteristici esentiale ale temei si se parcurge in 5 etape:
1. Eliminarea preferintelor personale.
2. Omiterea cerintelor care nu au legatura directa cu functia sau cu restrictiile.
3. Transformarea informatiilor cantitative in calitative si reducerea acestora la probleme esentiale.
4. Generalizarea rezultatelor din etapa anterioara.
Formularea solutiei in termeni neutri (independent de solutie).
Unii pasi pot fi omisi in functie de natura temei sau marimea listei de cerinte.
Odata identificata esenta obiectivului, prin formularea corecta a problemei, trebuie initiat un algoritm-chestionar, de tipul pas-cu-pas in vederea identificarii unor eventuale posibilitati de modificare a obiectivului initial.
2.Stabilirea structurilor functiei
Functia generala
Cerintele determina functia (vezi cap. “Corelatii functionale”); aceasta reprezinta de fapt relatia intre intrarile si iesirile unei fabrici, masina sau ansamblu. Formularea problemei prin abstractizare face cam acelasi lucru. Astfel, odata ce esenta problemei generale a fost formulata, este posibil sa fie stabilita o functie generala care, pe baza fluxului de energie, material sau semnale poate exprima relatia intre intrari si iesiri, independent de solutie. Aceasta relatie trebuie specificata cat mai precis.
Defalcarea pe subfunctii
In functie de complexitatea problemei, functia generala rezultata va fi mai mult sau mai putin complexa. Prin complexitate sporita se intelege o relativa lipsa de trasparenta a relatiei intre intrari si iesiri, o relativa neclaritate a proceselor fizice necesare, sau un numar relativ mare de ansambluri si componente implicate.
La fel cum un sistem tehnic poate fi impartit in subsisteme si elemente, asa si o functie generala poate fi "rupta" in subfunctii de complexitate mai redusa. Prin combinarea subfunctiilor rezulta structura functiei, reprezentand functia generala.
Scopul desfacerii in subfunctii este:
-determinarea subfunctiilor, facilitandu-se astfel cautarea ulterioara a solutiilor;
-combinarea subfunctiilor intr-o structura a functiei, simpla si fara ambiguitati.
In cazul proiectelor originale, nu sunt cunoscute nici subfunctiile, nici relatiile intre acestea. In acest caz, gasirea structurii optime a functiei constituie cea mai importanta etapa a designului de conceptie.
La proiectele adaptate, structura este in mare masura cunoscuta, astfel incat structura functiei se poate obtine prin analiza produsului ce face obiectul dezvoltarii.
Structurile functiei sunt de mare importanta in dezvolatarea sistemelor modulare. Un avantaj al stabilirii acestora este ca permite definirea clara a subsistemelor existente, precum si a celor noi, astfel incat acestea pot fi studiate si tratate separat.
Pe langa utilitatea lor in cautarea solutiilor, structura functiilor, sau subfunctiile lor pot fi folosite in scopul realizarii unor scheme de clasificare, deci pot fi catalogate (fig. cu asamblari profilate).
Utilizarea practica a structurilor functiei
La stabilirea structurii functiilor trebuie facuta distinctie intre proiect original si proiect adaptat. In primul caz, la baza structurii functiei sta lista de cerinte si formularea prin abstractizarea problemei. Pentru cel de-al doilea, punctul de plecare il constituie structura functiei la solutia existenta.
In sistemele modulare, structura functiilor are o influenta decisiva asupra modulelor si a aranjarii acestora.
La stabilirea unei structuri a functiilor trebuie avute in vedere urmatoarele:
1. Intai se stabileste o structura cu putine subfunctii identificabile cu elemente din lista de cerinte; ulterior aceasta structura poate fi extinsa si desfacuta pas cu pas pana la nivelul subfunctiilor.
2. Daca relatia intre doua subfunctii nu este cunoscuta indeajuns, cautarea primei solutii de principiu se poate face pe baza simplei enumerari a subfunctiilor, fara stabilirea legaturii logice sau fizice intre acestea;
3. Relatia logica poate conduce la structuri ale functiei in care principiile de lucru (mecanic, electric, etc.) pot fi anticipate;
4. Structurile functiei sunt incomplete in lipsa specificarii fluxurilor (E, m, s). Cu toate acestea este bine a se incepe prin focalizarea atentiei asupra fluxului principal deoarece, de regula, acesta defineste proiectul. Structura completa, incluzand toate fluxurile si toate corelatiile, poate fi obtinuta prin iterare.
La stabilirea structurii functiei este bine de stiut ca prin conversia de energie, material sau/si semnal, unele subfunctii se repeta in majoritatea variantelor si, din acest motiv, acestea trebuie introduse primele. In general, acestea apartin uneia din urmatoarele categorii de functii: modificare, variatie, conectare, stocare
EXEMPLE. conversia de energie
- modificare: electrica ® mecanica;
- variatia componentei energetice: amplificarea cuplului de forte;
- conectarea energiei cu un semnal: intrerupatorul de curent;
- canalizarea energiei: transferul de putere;
conversia de material:
- modificarea starii: lichefierea gazelor;
- modificarea dimensiunilor: tabla de metal ® teava;
- canalizarea (schimbarea locului) materialului: extragerea carbunelui;
- stocare: insilozarea graului etc.
6. Pentru aplicatii in microelectronica este util ca structura functiei sa sugereze clar folosirea modulara a elementelor: detectoare (senzori), operare, indicator (display).
7. Structurile functiei trebuie mentionate cat mai simplu, astfel incat sa conduca spre solutii simple si economice.
8. In procesul de cautare a solutiei, trebuie introduse doar structurile viabile. In acest scop trebuie prevazuta o procedura de selectare a acestora.
9. Reprezentarea structurilor f.unctiilor se face cu ajutorul unor simboluri simple si reprezentative (eventual standardizate).
10. Analiza structurilor f.unctiilor conduce la identificarea acelor subfunctii pentru care trebuie gasite noi principii de functionare, precum si altele pentru care pot fi folosite solutii cunoscute.
3. Dezvoltarea structurilor de lucru
Principiile de functionare (de lucru) trebuie gasite pentru diversele subfunctii identificate; aceste principii trebuie combinate pentru obtinerea structurilor de lucru. Concretizarea structurii de lucru va conduce la solutia de principiu.
Un principiu de functionare trebuie sa reflecte efectul fizic necesar pentru realizarea unei functii date, precum si caracteristicile sale geometrice si de material. In multe cazuri, nu este necesara cautarea unor efecte fizice noi, designul formelor (geometric si material) fiind singura problema de rezolvat.
De obicei, designerii cauta principii de functionare care includ procesul fizic, caracteristicile geometrice si de material, pe care ulterior le combina in structuri de lucru. Ideile legate de natura si forma purtatorilor de functii sunt prezentate, de obicei, sub forma de diagrame sau schite de mana.
Trebuie subliniat ca aceasta etapa propune identificarea unui numar de variante de solutii, ceea ce reprezinta un “domeniu de solutii”.
Intr-un capitol anterior au fost prezentate metode si mijloace pentru gasirea solutiilor. La cautarea principiilor de functionare se pot utiliza aceleasi metode. De mare importanta sunt: cautarea in literatura, metodele de analiza a sistemelor naturale sau a sistemelor tehnice cunoscute, precum si metodele bazate pe intuitie (Brainstrong, 635, Delphi etc).
In concluzie, cautarea principiilor de lucru (de functionare) pentru subfunctii trebuie sa se bazeze pe urmatoarele:
- importanta maxima trebuie acordata principalelor subfunctii care determina principiul solutiei generale si pentru care nu a fost descoperita nici o solutie.
- criteriile de clasificare si parametrii asociati (caracteristicile) trebuie sa rezulte din relatiile identificate intre energie, material si flux de semnale sau din sistemele asociate.
- daca principiul de lucru este necunoscut, el trebuie dedus din efectele fizice. Daca efectul fizic a fost determinat, pot fi alese si modificate acele caracteristici formale considerate mai adecvate (suprafete, miscari, materiale).
- designerii trebuie sa analizeze care criteriu de ordonare influenteaza principiile de lucru.
- in vederea pregatirii pentru procesul de selectare trebuie notate cele mai importante proprietati ale principiilor de lucru.
Combinarea principiilor de functionare
In scopul indeplinirii functiei generale, este necesar sa fie elaborata solutia generala, prin combinarea principiilor. Acest proces reprezinta sinteza sistemului. Baza acestei combinari o reprezinta structura functiilor care reflecta in mod logic si fizic acele asocieri posibile sau utile ale subfunctiilor.
Problema esentiala in realizarea acestor combinari este asigurarea compatibilitatii fizice si geometrice a principiilor de lucru. Prin compatibilitate intelegem, in acest caz, un flux lin (natural) de energie, material, semnale. O problema ulterioara este selectarea celor mai favorabile combinatii de principii din multimea de combinatii teoretic posibile.
Fig. 6.17 si fig. 6.18
In concluzie:
đ se combina numai subfunctii compatibile;
đ se generaza solutii numai in concordanta cu lista de cerinte; totodata se verifica si raportul cheltuieli/buget;
đ atentia trebuie focalizata pe combinatiile cele mai promitatoare, concomitent cu evidentierea avantajelor acestora.
Evaluarea variantelor de solutii de principiu
In vederea evaluarii variantelor de solutii de principiu se recomanda parcurgerea urmatoarelor etape.
1. Identificarea criteriilor de evaluare;
Evaluarea in timpul fazei conceptuale trebuie sa tina cont atat de caracteristicile tehnice, cat si de cele economice. Criteriile de evaluare au la baza lista de cerinte.
2. Stabilirea ponderii pentru criterii de evaluare
3. Compararea cu itemii din checklist
4. Departajare prin atribuirea de punctaje;
VDI Guideline (standard german) propune utilizarea unei scari de la 0 la 4. De ase-menea, se poate atribui un semn care sa indice tendinta de crestere sau micsorare (; Ż).
Determinarea valorii (totale);
6. Compararea variantelor de concepte;
7. Estimarea incertitudinilor din evaluare;
Etapa foarte importanta, nu poate fi omisa;
8. Identificarea punctelor slabe.
Abordarea practica a etapei de design conceptual
Alegerea conceptului sau a solutiei de principiu, reprezinta baza de plecare pentru faza de concretizare a proiectului (embodiment).
Deci, de o mare importanta in dezvoltarea produsului (proiectului de produs) este etapa de conceptie (conceptual design) cu fazele sale: stabilirea structurilor de functionare, transformarea lor in variante de solutii de principiu si, in final evaluarea acestor variante. Decizia de a alege una sau cateva solutii este dificila si implica responsabilitate. Evaluarea necesita cateodata realizarea unor proiecte la scara. Aceasta implica efectuarea unor calcule preliminare, sau chiar a unor teste. Este cunoscut faptul ca prin efectuarea calculelor si a desenelor, timpul necesar etapei de conceptie creste cu pana la 60%.
