BK65A0202 Teknisen suunnittelun peruskurssi

Transkriptio

1 Kurssille vaadittavat esitiedot: BK65A0202 Teknisen suunnittelun peruskurssi Tekninen piirustus 1 suoritettuna. Statiikka suoritettuna. Lisäksi suosituksena dynamiikka 1 ja lujuusoppi 1. Harjoitustyöohje Teknisen suunnittelun peruskurssin harjoitukset sisältävät ryhmätyönä toteutettavan konstruktion suunnittelun ja osallistumisen suunnitellun konstruktion prototyypin valmistukseen. Projektin yleisenä tarkoituksena on saada kokemusta pienimuotoisen teollisen yrityksen toiminnasta ja oman tuotteen kehittämisestä. Suunnittelutyössä erityisenä tavoitteena on ongelma- ja ratkaisulähtöiseen projekti- ja ryhmätyöskentelyyn tutustumisen lisäksi esitellä systemaattisen ongelmanratkaisun mahdollisuudet rakenteen suunnittelun yhtenä työkaluna. Suunnittelutyön tehtävän asetteluun, rakenteen luonnosteluun ja kehittelyyn ja viimeistelyyn sovelletaan systemaattisen ongelmanratkaisun keinoja. Kuvassa 1 on yksinkertaisesti esitetty yleisen ongelmanratkaisun lähestymistapa. Harjoitustyössä käsitellään kuvan 1 mukaiset ongelmanratkaisuun ja päätöksentekoon liittyvät vaiheet. Kuvan 1 kaaviossa on esitettynä 7 eri työvaihetta, joiden soveltaen suunnittelutyö etenee. Ongelmanratkaisun metodiikka esitellään luennoilla. Harjoitusten yhteydessä annetaan tarvittaessa ohjeita kunkin viikon työvaiheesta ja sen suorittamiseen tarvittavista toimenpiteistä sekä työvaiheen suorittamisen johdosta saavutettavasta tuloksesta. Ryhmät pyrkivät itsenäisesti työskentelemään projekti-, suunnittelu- ja tuotantopäälliköiden sekä toimitusjohtajien ja liiketalousvastaavien johdolla projektikurssin aikataulun mukaisesti. Projektiryhmä eli yritys muodostuu 8 12 opiskelijasta. yritykset muodostetaan siten, että tuotantopäällikkö tulee Tuotantotekniikan laboratoriokurssilta, projektipäällikkö n projektipäällikkökurssilta ja toimitusjohtaja sekä liiketalousvastaava LUT Kauppatieteiltä. Suunnittelupäällikön yritys valitsee teknisen suunnittelun peruskurssin opiskelijoista. Yhteistyötä tehdään mahdollisesti myös sähkötekniikan opiskelijaryhmien kanssa. Yritys kokoontuu ja työskentelee pääosin itseohjautuvasti, toki kannattaa hyödyntää lukujärjestyksiin tehtyjä aika- ja tilavarauksia. Näinä virallisina harjoitusaikoina myös vastuuopettajia on enemmän tai vähemmän säännöllisesti paikalla. SAMMIO innovaatiotila on joustavasti käytössä ilman varausjärjestelmää. Projektin opinnäytteinä itse konstruktion lisäksi vaaditaan kursseittain erilaisia raportteja ja esityksiä, joissa yritys esittelee työnsä vaiheita ja keskeisiä tuloksia. Projektin tuloksia esitellään mahdollisesti keväällä 2015 Lappeenranta GP tapahtuman yhteydessä Lappeenrannan satamassa.

2 Kuva 1. Kehitystyön ja konstruoinnin yleinen kulku suunnittelun osalta (Pahl et al. 1990, s 47 pohjalta uudelleen piirtänyt Piipponen A.)

3 Konstruoinnin kulku yksityiskohtaisemmin: Luonnostelu Luonnostelun työaskeleet on esitetty kuvassa 2. Kuva 2. Luonnostelun työaskeleet (Pahl et al. 1990, s 72 pohjalta uudelleen piirtänyt Piipponen A.) Tehtävän määritys ja vaatimusluettelon laadinta Vaatimusten kokoaminen: Mikä toiminto pitää ongelman ratkaisun olla? Mitkä ominaisuudet ratkaisulla pitää olla? Muutetaan tilaajan vaatimukset täsmällisiksi numeroarvoiksi ja lausumat muotoillaan selvästi toteuttavaa osastoa palveleviksi Ryhmittele vaatimukset pääominaisuuksien mukaan esim. geometria, kinematiikka, energia, materiaalit (katso liite 1). Erottele vaatimukset (V) toivomuksista (T): vaatimus on sellainen ominaisuus, toiminto yms. minkä rakenteen pitää ehdottomasti toteuttaa, esim. nostokyky 200 kg, rakennemateriaali teräs, nopeus 3 m/s toivomus on muodoltaan samanlainen kuin vaatimus, mutta rakenteen ei välttämättä tarvitse toteuttaa sitä, vaan toivomuksen toteuttaminen tulee tavallaan vaatimusten toteuttamisen ohessa ylimääräisenä plussana jos se on kohtuullisilla kustannuksilla ja työmäärällä toteutettavissa

4 Laadi vaatimusluettelo kaavakkeelle seuraavan esimerkin mukaisesti: Laituri VAATIMUSLISTA muutos V/T V = vaatimus, T = toivomus V kyettävä kantamaan 5 aikuista (90 kg / henkilö) V sallittu kiertymä pituusakselin suhteen 3 astetta V sallittu taipuma 5 mm V laiturin osat siirrettävissä 2 henkilön voimin T laiturin osat siirrettävissä 1 henkilön voimin Tarkista vaatimusluettelo ja tee mahdolliset täsmennykset ja täydennykset Vaatimusluettelo täydentyy harjoitustyön edetessä! Abstrahointi: Abstrahoitu ongelman määrittely vaatimuslistan perusteella Abstrahoinnilla pyritään laajentamaan suunnittelijan näkökulmaa haettaessa ratkaisua tutkittavalle ongelmalle. Ongelman yleistämisellä pyritään löytämään ratkaisuvaihtoehtoja, jotka ovat olleet suunnittelijan ennakkokäsitysten ja mielikuvien ulkopuolella. Abstrahointi : pyritään esittämään ratkaistava ongelma mahdollisimman yleisessä muodossa abstrahoidussa ongelman asettelussa esitetään vain oleellinen ongelman asettelussa ei ennakolta sitouduta mihinkään tiettyyn ratkaisuun Abstrahoinnin työaskeleet vaatimuslistan pohjalta: 1. askel: jätetään toivomukset pois 2. askel: jätetään sellaiset vaatimukset pois, jotka eivät välittömästi koske toimintaa ja oleellisia ehtoja 3. askel: määrälliset vaatimukset muutetaan laadullisiksi 4. askel: laajennetaan mielekkäästi tähän asti tunnettua 5. askel: muotoillaan ongelma ratkaisuun nähden neutraaliksi

5 Abstrahoinnin jälkeen ongelman pitäisi olla tiivistettynä yhteen lauseeseen, jossa se ilmaistaan ratkaisusta riippumattomana. Esim. Jatkuvasti mitattava ja osoitettava ajan funktiona muuttuva nestemäärä mielivaltaisen muotoisissa astioissa. Toimintorakenne [Pahl & Beitz, 1990, s.81]: Kokonaistoiminto Abstrahoinnilla aikaansaatu ongelman muotoilu sisältää myös toiminnollisen riippuvuuden. Se sisältää halutun tavoitteen. Jos siis kokonaistehtävä on muotoiltu ydinolemuksensa mukaan, kokonaistoiminto voidaan esittää lohkokaavion muodossa ja energia-, aines- ja/tai signaalimuunnoksesta riippuvaisena, jolloin se ilmoittaa tulo- ja lähtösuureiden välisen yhteyden ratkaisusta riippumattomalla tavalla. Lohkokaavio on esitettävä niin konkreettisesti kuin mahdollista. Jako osatoimintoihin Riippuen ratkaistavan tehtävän monimutkaisuudesta tulee myös sille määritettävä kokonaistoiminto vastaavasti enemmän tai vähemmän mutkikkaaksi. Monimutkaisuudella tarkoitetaan tulo- ja lähtösuureiden välisen riippuvuuden epähavainnollisuutta, tarvittavien fyysisten tapahtumien moninaisuutta sekä odotettavissa olevien rakenneryhmien ja yksittäisten osien lukumäärää. Samoin kuin tekninen järjestelmä voidaan jakaa osajärjestelmiin ja järjestelmäelementteihin, myös mutkikkaat toiminnot voidaan hajottaa useampiin, yksinkertaisempiin ja havainnollisempiin osatoimintoihin. Tehtävänasettelussa vaadittu kokonaistoiminto voidaan siis jaotella osatoimintoihin. Yksittäisten osatoimintojen yhdistäminen tuottaa toimintorakenteen, joka esittää kokonaistoimintoa. Esillä olevan työaskeleen päämäärä on: Päätoiminto ja sivutoiminto jatkossa seuraavaa ratkaisun hakua helpottava vaaditun kokonaistoiminnon jako osatoimintoihin ja näiden osatoimintojen liittäminen yksinkertaiseksi ja yksikäsitteiseksi toimintorakenteeksi. Rakenteen toiminnolliset yhteydet tunnistetaan vaatimuslistaan kirjattujen vaatimusten ja toivomusten perusteella. Toiminnot on hyödyllistä arvioida tärkeytensä perusteella. Päätoimintoja ovat ensisijaisesti rakenteen pääasiallisen käytön mahdollistavat toiminnot. Sivutoiminnot liittyvät oleellisesti päätoimintoon ja ovat sitä täydentäviä. Rakenteen päätoiminto yhdessä sivutoimintojen kanssa aikaansaa tuotteen toimimisen halutulla tavalla (kokonaistoiminto). Toimintorakenteen kuvaamiseen käytetään vuokaaviota, johon piirretään tuotteen päätoiminto ja sitä tukevat sivutoiminnot. Sivutoimintojen liittyminen päätoimintoon ja toisiin sivutoimintoihin esitetään kuvassa nuolien avulla.

6 Toimintorakenteen laatiminen: 1. Erota tuotteelta vaaditut oleelliset toiminnot (osatoiminnot) 2. Aseta toiminnot tärkeysjärjestykseen, erottele päätoiminto ja sivutoiminnot 3. Tee toimintorakenteesta kaavio yhdistämällä päätoiminto ja siihen liittyvät sivutoiminnot 4. Tunnista eri toimintojen liittyminen päätoimintoon ja muihin sivutoimintoihin. Ratkaisuperiaatteiden ideointi: 1. Etsi ratkaisuvaihtoehtoja osatoiminnoille, kirjaa toimintaperiaate ja ratkaisun geometria. 2. Arvioi ratkaisuperiaatteita ja kirjaa niiden hyvät ja huonot puolet. 3. Valitse parhaat ratkaisuperiaatteet jokaiselle osatoiminnolle. Ratkaisuperiaatteet voi järjestää taulukkomuotoon (morfologinen laatikko) havainnollisuuden parantamiseksi. Kokonaistoiminnon toteuttaminen Osatoimintojen ratkaisuperiaatteista yhdistellään kokonaistoiminnon toteuttavia ratkaisuvaihtoehtoja. Ratkaisuvaihtoehdosta piirretään mittakaavaiset luonnokset: jokainen ryhmän jäsen piirtää yhden luonnoksen, luonnoksessa on tärkeimmät päämitat ja siitä selviää ratkaisuvaihtoehdon toimintaperiaate, projektiot riittävän monelta suunnalta tai 3D- kuva jos se on havainnollinen. Valitaan ja perustellaan jatkokehitykseen parhaiten soveltuvat ratkaisut: ratkaisuista esitetään hyvät ja huonot puolet ja valitaan niiden perusteella jatkokehitykseen otettavat ratkaisuvaihtoehdot, jos parhaat ratkaisuvaihtoehdot eivät erotu heti niin valinnassa voi käyttää apuna pistearviointia eli vaatimuslistan perusteella laaditaan lista arvosteltavista ominaisuuksista ja näille ominaisuuksille annetaan pisteitä sen mukaan kuinka hyvin ne täyttävät ko. vaatimuksen, jos jotakin/joitakin ominaisuuksia pidetään selvästi tärkeämpinä kuin muita niin sille/niille voi antaa painokertoimen. Vielä jatkossakin on oleellista tarkkailla, voidaanko ratkaisuja vielä muuttaa paremmin vaadittuja toimintoja toteuttavaksi.

7 Kehittely Kuvassa 3 on esitetty parhaan ratkaisuvaihtoehdon kehittämiseen liittyvät työaskeleet. Kuva 3. Kehittelyn työaskeleet (Pahl et al. 1990, s 178 pohjalta uudelleen piirtänyt Piipponen A.) Parhaaksi arvioitua ratkaisuvaihtoehtoa kehitetään: statiikan laskenta; momentti- ja leikkausvoimakuviot, tukireaktiot yms., rakenteen lujuuden tarkistaminen; lasketaan jännitykset ja verrataan sallittuihin, tarkistetaan siirtymien suuruus, valitaan materiaalit; mitat, profiilit yms., rakenteen valmistus ja asentaminen, yksityiskohtien hahmottelua.

8 Viimeistely Kuvassa 4 on esitetty parhaan ratkaisuvaihtoehdon viimeistelyyn liittyvät työaskeleet. Kuva 4. Viimeistelyn työaskeleet (Pahl et al. 1990, s 459 pohjalta uudelleen piirtänyt Piipponen A.) Parhaan ratkaisuvaihtoehdon viimeistely: piirustukset; kokoonpano, osapiirustukset, osaluettelo, animaatiot kukin ryhmän jäsen piirtää vähintään yhden piirustuksen, yhteenveto rakenteen toimivuudesta, teknillinen ja taloudellinen arviointi, jatkokehitysehdotukset Huom! Seuratkaa teknisen suunnittelun peruskurssin Moodle ympäristön lisäksi Moodlesta löytyvää projektiympäristöä Sammio , jossa pyritään esittämään keskitetysti projektiin liittyvä ohjeistus aikatauluineen. Se on myös keskeinen yhteydenpitokanava opettajien suunnalta projektityöskentelyyn liittyvissä asioissa. Redmine projektityökalu toimii ryhmän sisäisessä vuorovaikutuksessa projektipäälliköiden vetämänä (Työkalun käyttö ei tosin ole pakollista).

9 LIITE 1 TUOTTEEN PÄÄTUNNUSPIIRTEET GEOMETRIA KINEMATIIKKA VOIMAT ENERGIA AINES SIGNAALI TURVALLISUUS ERGONOMIA VALMISTUS TARKASTUS ASENNUS KULJETUS KÄYTTÖ KUNNOSSAPITO KIERRÄTYS KUSTANNUKSET MÄÄRÄAJAT