PROCES PROJEKTOWO-KONSTRUKCYJNY I JEGO STRUKTURA (Wykład 1 i 2)
(Wykład 1)
Pojęcie projektowania
Projektowanie (łac. proiicere, proiectus „rzucić naprzód; wyciągnąć”) jest twórczą działalnością związaną z powstawaniem produktu zróżnicowanego, powodująca jego zróżnicowanie wynikające z:
• cech,
• parametrów użytkowych,
• zgodności ze standardami,
• trwałości,
• niezawodności,
• łatwości naprawy,
• stylu itd.
Projektowanie
Przez projektowanie rozumieć będzie się będzie wszystkie czynności i działania, począwszy od określenia i opisania potrzeby a skończywszy na szczegółowym obmyśleniu jak ta potrzeba ma być zaspokojona. Zazwyczaj wiąże się to z koniecznością zaprojektowania jakiegoś urządzenia (np. maszyny, pojazdu, aparatu itp.) i pomieszczenia, w którym to urządzenie będzie eksploatowane.
Projekt jest to:
Niektóre firmy lub nawet całe kraje zdobyły sobie pozycję lidera w zakresie projektowania, w szczególności urządzeń technologicznych, artykułów trwałego użytku, odzieży, usług, a nawet produktów pakowanych. Należą do nich: Francja i Włochy - na rynku odzieży, obuwia i mebli, kraje skandynawskie - w zakresie funkcjonalności, estetyki i ochrony środowiska, Niemcy - dzięki prostocie i solidności rozwiązań technicznych. Japonia jest liderem wśród krajów uprzemysłowionych pod względem wielkości środków przeznaczanych na projektowanie, dlatego też w coraz większym stopniu dystansuje konkurentów w wielu dziedzinach, jak np. elektronice i motoryzacji.
Projektowanie jako obmyślanie sposobów realizacji zadań jest jedną z najstarszych czynności intelektualnych człowieka, gdyż radykalnie zmienia ono świat i kształtuje cywilizację techniczną.
W drugiej połowie XX wieku zainicjowano systematyczne badania naukowe nad metodami projektowania (prace: M. Asimova, J.Ch. Jonesa, G. Nadlera, Gregory'ego i innych). Istnieje bardzo wiele różnych definicji projektowania, dlatego interesujące jest porównanie definicji sformułowanych przez różnych autorów w różnych latach, a oto niektóre z nich:
• Proces stosowania rozmaitych technik i zasad naukowych w celu takiego opisania urządzenia, procesu lub systemu, które umożliwi jego realizację [E.S. Taylor, 1959],
• Naczelna robota nauk praktycznych [T. Kotarbiński, 1961],
• Podejmowanie decyzji w obliczu niepewności i przy wysokiej karze za błąd [Asimow, 1962].
• Znajdowanie właściwych składników fizycznych struktury fizycznej [Alexander, 1963].
• Projektowanie inżynierskie polega na zastosowaniu metod naukowych, informacji technicznej i wyobraźni dla zdefiniowania mechanicznej struktury lub maszyny lub systemu służących wykonaniu z góry określonych funkcji najbardziej ekonomicznie i skutecznie [Fielden, 1963].
• Symulowanie tego, co chcemy wykonać (lub zrobić), zanim to wykonamy (lub zrobimy) tylekroć, ile potrzeba dla uzyskania poczucia ufności w ostateczny wynik [Booker, 1964].
• Iteracyjny proces decyzyjny zmierzający do sformułowania planów, wedle których zasoby są przekształcane w systemy lub urządzenia zaspokajające potrzeby człowieka [T.T. Woodson, 1966],
• Twórczy proces decyzyjny skierowany ku zaspokojeniu potrzeb ludzkich [G.C. Beakley, 1967],
• Optymalne rozwiązanie sumy prawdziwych potrzeb określonego zespołu okoliczności [Matchett, 1968],
• Kolejne czynności począwszy od zidentyfikowania problemu, a skończywszy na opracowaniu rozwiązania zadowalającego pod względem funkcjonalnym, ekonomicznymi itd. [E.V. Krick, 1969],
• Proces tworzenia artefaktów dla osiągnięcia celów [H.A. Simon, 1969],
• Działalność intelektualna pomagająca w tworzeniu sztucznych obiektów materialnych [H.A. Simon, 1969],
• Proces podejmowania decyzji [R.L. Ackoff, 1970],
• Proces wytwórczy, w którym własności podmiotu (...), przy właściwym korzystaniu z dostępnych metod i narzędzi pracy w danych warunkach, zmierzają do zawarcia w wytworze projektowania wzoru przedmiotu projektowanego o własnościach odpowiadających wymaganiom ustalonym w zadaniu projektowym [Cz. Babiński, 1972],
• Dobieranie sposobu działania jakiegokolwiek układu [J. Dietrych, 1974].
• Tworzenie odpowiedniego systemu mającego zaspokoić taką to a taką potrzebę lub spełnić taką to a taką funkcję [G. Nadler, 1975],
• Wieloetapowy proces przetwarzania informacji [B. Kirów, 1976],
• Koncepcyjne przygotowanie zmiany relewantnej [W. Gasparski, 1978],
Definicji projektowania (zwłaszcza sensu largo) można znaleźć w literaturze znacznie więcej. Powyższy wybór zawiera tylko te definicje, które są charakterystyczne dla kontekstu technicznego oraz dla fazy rozwoju metodologii projektowania, dlatego przy poszczególnych definicjach i nazwiskach autorów podano daty.
Na podstawie analizy przytoczonych definicji projektowania można wysnuć następujące wnioski:
• pojęcie projektowania jako czynności intelektualnej człowieka zależy od przyjętej perspektywy badawczej: kierunku naukowego, stopnia ogólności rozważań, szerokości spojrzenia,
• istniejące definicje projektowania technicznego nie są względem siebie sprzeczne, lecz uzupełniające,
• można wyróżnić pewne elementy muszące zaistnieć zawsze, aby zrealizować proces projektowania, czyli niezmienniki projektowania.
Niezmiennikami projektowania są:
• potrzeba społeczna - mogąca się przejawiać w różny sposób, jako impuls inicjujący proces projektowania,
• kompetentny sprawca procesu projektowania - tzw. system projektujący, może to być zorganizowany zespół projektantów lub pojedynczy projektant,
• określony system wartości uznawany przez system projektujący, ważne są m.in. relacje pomiędzy względną ważnością kryteriów technicznych, ekonomicznych i humanistycznych,
• zasoby warunkujące poprawność przebiegu procesu:
» metodologiczne (strategie projektowe, metody),
» informacyjne (ilość i jakość potrzebnych informacji),
» techniczne (wyposażenie w sprzęt techniczny),
» ekonomiczne (finanse, kapitał),
» czasowe (projektowanie musi trwać odpowiednio długo),
• wynik projektowania, pojawiający się w postaci zweryfikowanej dokumentacji technicznej, często - prototypu lub modelu funkcjonalnego.
Początek projektowania tkwi w życzeniach zleceniodawcy i ciągnie się przez działania projektantów, wytwórców, dystrybutorów i konsumentów aż do ostatecznych efektów, jakie wywiera nowo zaprojektowana rzecz w świecie, w szerokim rozumieniu tego słowa.
Proces projektowania charakteryzują następujące cechy:
• projektowanie jest procesem projektowania przetwarzania informacji i jak również generowania informacji,
• obmyślenie czegoś czego jeszcze nie było;
• podporządkowanie procesowi zaspokajania potrzeb,
• mimo znacznego udziału elementów twórczych, proces projektowania może być badany, opisany i powinien być uczony,
• brak jednoznacznych modeli samego procesu projektowania,
• informacja wejściowa projektowania jest niepełna,
• najczęściej brak pełnego matematycznego modelu projektowania obiektu i procesów z nim związanych co powoduje, że proces projektowania daje się tylko częściowa algorytmizować,
• ekonomiczne i poza ekonomiczne skutki złych rezultatów projektowania mogą powodować wielkie straty.
Projektowanie techniczne i jego podział
Projektowanie sensu stricto często jest określane przez dodanie przymiotnika lub określenia opisującego dziedzinę, której dotyczy, jak np. projektowanie architektoniczne, urbanistyczne, inżynierskie, wnętrz, wzornicze, form przemysłowych itd.
Ogólnie projektowanie można definiować jako opracowanie informacji o sposobie zaspokajania potrzeby. Opracowaniem sposobów zaspokojenia potrzeb w wyniku działań technicznych zajmuje się projektowanie techniczne.
• Projektowanie techniczne
Jest to jeden z bardzo istotnych etapów działalności inżynierskiej, którego głównym celem jest projektowanie obiektów technicznych, w tym procesów i środków produkcji. Na tym etapie dobiera się idee działania technicznego, rozwija się je w koncepcje systemów technicznych i tu zapadają istotne decyzje, rzutujące potem na skuteczność, ekonomiczność i niezawodność, a tym samym na wydajność i użyteczność społeczną całego przedsięwzięcia.
Każde projektowanie obiektów technicznych, wymaga zaangażowania zdolnych inżynierów o najwyższych kwalifikacjach, głębokiej wiedzy i dużym doświadczeniu.
Skonkretyzowanym wynikiem działalności projektowej jest dokumentacja techniczna w postaci rysunków, opisów, instrukcji i zestawień obiektów oraz kosztorysy.
Projektowanie procesów technologicznych polega na obmyśleniu i opracowaniu informacji o sposobie i kolejności działań, o potrzebnych narzędziach, maszynach, urządzeniach i pomieszczeniach oraz o sposobie sterowania tymi działami.
Projektowanie urządzeń polega na obmyśleniu koncepcji działania urządzenia, doborze układów przetwarzania energii, materii i informacji, odpowiednim wykorzystaniu i kojarzeniu właściwości materii oraz zjawisk fizycznych, opracowaniu struktur mechanizmów oraz tworzeniu pożądanych sprzężeń i relacji pomiędzy obiektami.
• Projektowanie ergonomiczne
Projektowanie, którego celem jest tworzenie ergonomicznie poprawnych obiektów technicznych, wyróżniające się od tradycyjnego projektowania inżynierskiego położeniem nacisku właśnie na ergonomiczną jakość projektowanego obiektu, traktowanego jako system złożony z dwóch komponentów: ludzkiego i technicznego, nazwa się projektowaniem ergonomicznym.
W literaturze polskiej, zwłaszcza o tematyce technicznej, na ogół rozróżnia się pojęcia:
• projektowania,
• konstruowania,
choć czasem traktuje się je jako synonimy.
Z przytoczonymi wcześniej definicjami projektowania można porównać definicje konstruowania:
J. Dietrych określa konstruowanie jako dobieranie cech konstrukcyjnych stanowiących logiczną podstawę identyfikacyjną konstrukcji,
W. Gasparski powołuje się na źródła semantyczne i wyjaśnia, że „konstruowanie” (łac. construo - układać warstwami razem, gromadzić, spiętrzać, budować) jest używane przez specjalistów zajmujących się budową maszyn oraz wznoszeniem konstrukcji (łac. constructio - łączenie, budowa) mostowych, budowlanych itp.
W. Tarnowski definiuje konstruowanie jako tę część procesu projektowania technicznego, której bezpośrednim celem jest uszczegółowienie postaci części składowych projektowanego obiektu oraz wartości cech konstrukcyjnych. Określenie cech konstrukcyjnych projektowanego obiektu umożliwia właściwe jego wykonanie i eksploatowanie. Projektowanie szczegółowe, określane w budowie maszyny jako konstruowanie, polega na dobieraniu cech konstrukcyjnych (materiałowych, geometrycznych i dynamicznych) projektowanej maszyny, jej zespołów i elementów.
(Wykład 2)
Projektowanie wyprzedza fazę konstruowania, ale już w pewnym stadium zaawansowania prac działania o charakterze projektowania i konstruowania mogą się przeplatać wzajemnie. Pewne wcześniejsze ustalenia projektowe mogą być korygowane w celu uzyskania konstrukcji spełniającej postawione wymagania w sposób możliwie najlepszy.
Rozróżnienie projektowania i konstruowania okazuje się pożyteczne, dla uporządkowania pewnych pojęć oraz przy ustalaniu zakresu i kolejności działań w procesie projektowo-konstrukcyjnym. Nie należy jednak nazbyt formalnie traktować tych dwóch określeń ani szukać granicy pomiędzy nimi i można czasem przez projektowanie jak i konstruowanie rozumieć całość prac projektowo-konstrukcyjnych.
W zależności od stopnia wprowadzenia nowych rozwiązań można wyróżnić następujące rodzaje projektów:
• Projekt oryginalny dotyczy wykonania wyrobu mającego funkcjonować według nowej zasady. W takim przypadku, projektant musi pozwolić sobie na wyjątkowo nieskrępowane myślenie, wziąć pod uwagę wszystkie pomysły przychodzące mu do głowy, aż wreszcie, kierując się jakimiś sensownymi kryteriami, zdecydować się na jeden z nich. Na powstawanie oryginalnych projektów duży wpływ mają nowe materiały o specjalnych właściwościach. Niekiedy użycie nowego materiału może być inspiracją do zaprojektowania nowego produktu, lecz często bywa tak, że nowy produkt wymaga stworzenia nowego materiału. Nowe rozwiązania w technice lotniczej i rakietowej stały się możliwe po wynalezieniu super wytrzymałych i bardzo lekkich materiałów kompozytowych, podobny wpływ ma rozwój nowych stopów metalicznych, cermetów oraz tworzyw sztucznych.
• Projekt adaptacyjny, czyli rozwojowy - jest projektem, w którym poprawia się właściwości użytkowe działającego dotąd urządzenia przez stosowne projektowanie wykorzystujące postęp w inżynierii materiałowej. Od sposobu wykorzystania nowych materiałów w projektowanych wyrobach zależą ich właściwości i atrakcyjność rynkowa.
• Projekt alternatywny jest projektem, w którym zmieniono skalę, wymiary lub jakieś szczegóły rozwiązania bez zmiany funkcji lub sposobu jej osiągnięcia, np. zwiększenie pojemności silnika spalinowego, cysterny na płyny itp.
Projektowanie urządzeń w zależności od stopnia nowości opracowywanej konstrukcji można podzielić następująco:
• podpatrzone - naśladownicze, odtwarzające,
• kompilacyjne - dobór i dostosowanie istniejących konstrukcji do pełnienia nowych, innych zadań,
• ewolucyjne - rozwój i doskonalenie istniejących konstrukcji,
• innowacyjne - nowatorskie, oryginalne.
W zależności od sposobu podejścia do projektowania można wyróżnić projektowanie:
• rutynowe,
• intuicyjne,
• metodologiczne, czyli oparte na działaniach logicznych, naukach podstawowych i konstrukcyjnych,
• eksperymentatorskie - tworzenie i weryfikacja informacji konstrukcyjnych za pomocą prób i badań.
W zależności od sposobu ujęcia tematu można wyróżnić projektowanie:
• systemowe - rozwiązywanie tematu realizowane jest na tle rozwiązywania problemu całościowego w ujęciu systemowym,
• cząstkowe - wąskie ujęcie tematu sprowadzające się w zasadzie do szczegółowego zadania.
W zależności od sposobu ujęcia tematu projektowanie można podzielić na:
• integralne - rozwiązuje problemy części całości ze względu na całość, do której ma należeć,
• cząstkowe - część traktuje się niezależnie od całości.
• W zależności od dynamiki rozwoju metod można wyróżnić projektowanie:
• statyczne – wykorzystujące utarte sposoby, powtarzające się działania i prace typowe,
• dynamiczne – stosujące nowoczesne i rozwijające się techniki oraz metody projektowania.
Wszystkie wymienione sposoby projektowania są potrzebne, jeśli są wykorzystane odpowiednio do zadań i kryteriów oceny.
Projekty nowatorskie tworzą coś nowego dla dobra człowieka, zaś projekty o charakterze kompilacyjnym i ewolucyjnym umożliwiają szybkie i tanie zaspokojenie potrzeby przez nowe wykorzystanie sprawdzonych konstrukcji, które czasem przez pomysłowe zmiany spełniają nowe zadania.
W projektowaniu przydają się:
...
Kaacha91