ROZWÓJ SPOSOBÓW PODEJŚCIA DO PROJEKTOWANIA.doc

ROZWÓJ SPOSOBÓW PODEJŚCIA DO PROJEKTOWANIA

Projektowanie zadaniowe

zwane niekiedy tradycyjnym lub klasycznym, nadal dominujące w znacznej liczbie pracowni projektowych, utożsamia przedmiot projektowania z przedmiotem projektowanym. Jest ono działalnością opartą na doświadczeniu, polegającą na rozwiązywaniu bardzo szczegółowych i wyraźnie zdefiniowanych problemów, tzw. zadań. Projektowanie takie ma charakter służebny względem tych zadań. Zadaniem może być zarówno osiedle mieszkaniowe, wolno stojąca willa, most, samochód, sprzęt wojskowy, lekarstwo, koc elektryczny, rakieta międzykontynentalna, zabawka dziecięca lub system irygacyjny itp.

Zleceniodawcą, jest inwestor dysponujący władzą i odpowiednimi środkami materialnymi. Formułuje on zadanie oczekując od projektanta technicznego sposobu realizacji tego zadania. Doświadczenie nagromadzone w trakcie rozwiązywania zadań poszczególnych klas stawało się stopniowo wiedzą paradygmatyczną dla tych klas przedmiotów projektowanych. Na gruncie tak powstałej wiedzy określa się kompetencje specjalistyczne projektanta danej klasy przedmiotów projektowania. Wiedza pochodząca z doświadczenia jest wiedzą o charakterze technicznym (tj. warsztatowym). Rozwiązanie ocenia się stosując jako kryterium sprawność w jej prakseologicznym rozumieniu, skonkretyzowaną do klasy zadania. Za cenniejsze uznaje się rozwiązanie, które realizuje zadany cel lepiej i przy mniejszych kosztach.

Zadanie Z ma następującą postać ogólną:

Z = f (P, K)

gdzie:

P – osiągi techniczne i jakościowe zadania  projektowanego,

K - koszty związane z tym zadaniem.

Dla danego zadania projektowanego należy znaleźć taką postać oraz sposób realizacji, aby:

1. osiągi tego przedmiotu projektowanego były największe

(P ® max),

2. związane z tym koszty były najniższe

(K ® min).

Rozwiązywanie zadań mających taką postać ogólną jest skupione wokół przedmiotów stanowiących materializację sposobów (narzędzi w szerokim tego słowa znaczeniu) osiągania celów. Otaczająca rzeczywistość jest wypełniona już nie tylko przedmiotami naturalnymi, lecz także tworami sztucznymi - artefaktami tworzącymi całe rodziny i gatunki.  Są to budynki, samochody, silniki, systemy łączności, hodowle zwierząt i roślin.

Najprostszym sposobem przybliżenia się do maksymalizacji celu i minimalizacji kosztu jest ewolucja w obrębie poszczególnych rodzajów czy gatunków artefaktów. Od czasu do czasu na styku rodzajów pojawiają się mutanty. Niektóre rodzaje giną, pozostawiając, podobnie jak wymarłe gatunki zwierząt lub roślin, ślady swej egzystencji muzeom.

Tak więc projektowanie w tradycyjnym, instrumentalnym rozumieniu jest oparte na wiedzy pochodzącej z doświadczenia ogólnego i osobistego nauczycieli projektowania oraz projektantów - praktyków utrwalających i powielających klasyczny paradygmat projektowania. Zadanie projektowe ma ściśle określoną strukturę według schematu doboru środka do bardzo szczegółowo określonego celu. Jest nim wyizolowany przedmiot projektowany, wokół którego jest skupione edukacja adepta projektowania, typowego (pod względem zasobu wiedzy i postawy) absolwenta szkoły, reprodukująca, jak przystało na naukę unormowaną (zinstytucjonalizowaną) tradycyjny paradygmat.

Rezultaty osiągane pod rządami tradycyjnego paradygmatu projektowania są tym doskonalsze, im węższe są kryteria ich oceny. Oto samochód, oceniony pozytywnie pod względem osiągów, zostaje oceniony gorzej, gdy rozpatrywać go z punktu widzenia komfortu długotrwałej jazdy lub jako źródło hałasu i zanieczyszczeń atmosfery. Jest tak dlatego, że im kryteria są węższe, bardziej szczegółowe, tym bliższe są one sposobowi formułowania „zadań” przez klasyczną naukę. Są to na ogół zadania dobrze zdefiniowane. Stąd maestria warsztatu. Projektowanie tradycyjne jest przeniesieniem nauk ścisłych (utwardzonych) na teren, z natury rzeczy, „miękkiej” rzeczywistości i praktyki społecznej.

Tradycyjny paradygmat projektowania przez narzucanie sztywnego schematu zadania projektowego ogranicza zakres swobody projektanta.

Społeczeństwa w trakcie swojego rozwoju wprowadza liczne zmiany. Zmieniły się ustroje społeczne, sposoby produkcji, uprawy i hodowli, dawne środki techniczne zastąpiono nowymi, diametralnie różnymi; przezwyciężono liczne choroby, przedłużono czas życia ludzkiego, rozpoczęto czynną eksplorację Kosmosu.

Zmiany te nie rozkładały się na przestrzeni dziejów świata równomiernie. Im bliżej obecnych czasów, tym zagęszczenie zmian większe.

Niestety nie wszystkie zmiany są korzystne

Zwłaszcza w ostatnim okresie nastąpiło wiele zmian niekorzystnych: zanieczyszczenie środowiska, wyczerpywanie tradycyjnych źródeł energii, zwiększenie udziału substancji chemicznych w środkach spożywczych, wystąpienie ujemnych, psycho - społecznych skutków urbanizacji, wielu nieznanych wcześniej chorób cywilizacyjnych  itp.

Dzieje się tak za sprawą niedostatecznej troski o relewancję dokonywanych zmian, co z kolei jest spowodowane nienadążaniem zmian w samym projektowaniu, zmian w wiedzy o projektowaniu oraz zmian w rozumieniu istoty projektowania za zmianami, które nastąpiły i codziennie następują w rzeczywistości.

W niektórych przypadkach technika dała jeszcze więcej niż obiecywała: doskonała sieć globalnej telekomunikacji przewyższa nawet wizje kreślone przez pisarzy uprawiających fantastykę naukową, zaś wydajność obliczeniowa współczesnego komputera kieszonkowego jest większa niż możliwości dużych kalkulatorów używanych w poprzednim pokoleniu.

Stojące przed ludzkością zadania ujmowania konkretnych problemów w bardzo rozległym kontekście jest tyleż trudne, ile zasadnicze. Sytuacja praktyczna narastania zmian powodowanych klasycznym ideałem projektowania stała się czynnikiem wymuszającym może jeszcze nie postęp w całym tego słowa znaczeniu, ale jego zaczątki.

Począł się formować nowy ideał projektowania.

Przede wszystkim dotychczasowy przedmiot projektowany, stając się przedmiotem projektowania jest wzbogacany o kontekst związany z człowiekiem.

Powoduje to wzrost zainteresowań zagadnieniami środowiska naturalnego, społecznego, psychicznego, pracy itp. To z kolei powoduje, że z instrumentalnego poszukiwania środków do partykularnych celów, projektowanie staje się poszukiwaniem sposobów przezwyciężenia sytuacji praktycznych projektowaniem sytuacyjnym.

Projektowanie rozszerza się o czynności diagnostyczne zmierzające do sformułowania problemu praktycznego, obejmując tym samym formułowanie celu. Zmusza to do rozszerzenia bazy dostarczającej poznawczego ugruntowania zarówno czynnościom diagnostycznym, jak i rozwiązaniom projektowym, wykraczającej znacznie poza zakumulowane doświadczenie, a także przekraczającej granice dyscyplin. Projektowanie wymaga wielodyscyplinarności.

Przy projektowaniu sytuacyjnym nie przekreśla się tego, co cenne w projektowaniu rządzonym paradygmatem tradycyjnym, tj. maestrii warsztatu, dąży się jednak do zredukowania projektowania zadaniowego do przypadków dobrze zdefiniowanych i nie powodujących zagrożeń jednostronnością rozwiązań. Nowy paradygmat nie zapowiada ułatwień. Projektowanie pod jego rządami nie będzie prostsze, może być natomiast bardziej świadome. Projektowanie świadome choć trudniejsze i bardziej obecnie kosztowne daje nadzieję na to, że w przyszłości nie trzeba będzie ponosić kosztów tego, czego by się dziś bez tej świadomości nie uwzględniło.

NOWE  PODEJŚCIE DO  PROJEKTOWANIA

W latach osiemdziesiątych XX w w nauce o projektowaniu technicznym zaszły bardzo istotne zmiany, dlatego istnieje potrzeba zmian w projektowaniu urządzeń technicznych oraz teorii i metodologii projektowania.

Zmiany te wynikają ze współczesnych tendencji:

•          integralnego podejścia do projektowania technicznego,

•          potrzeby nauczania podstaw konstruowania,

•          syntezy nowych zagadnień projektowych i konstrukcyjnych.

Powstałe w krajach zachodnich koncepcje metodologiczne integracji projektowania marketingowego - projektowania konstrukcji - planowania i projektowania procesów wytwarzania zaowocowały wydzieleniem się odrębnych dziedzin projektowania.

Wyrazem tego nurtu integracyjnego jest projektowanie współbieżne (concurrent engineering lub simultaneous design) z osadzonymi w nim metodykami projektowania zorientowanego (design for...X) na zmniejszenie kosztów produkcji (design for cost) lub poprawę technologiczności wytwarzania i montażu (design for manufacture and assembly) oraz jakości (quality engineering).

Celem tego nowego spojrzenia na rezultaty projektowania, rozciągniętego na wszystkie fazy życia wyrobu, było zwiększenie konkurencyjności w wyniku równoległego sterowania triadą parametrów:

•          czasem przygotowania produkcji,

•          kosztami wytwarzania,

•          jakością.

Mechatronika

Wprowadzenie elektroniki i techniki komputerowej do sterowania systemów mechanicznych stworzyło nowy interdyscyplinarny obszar zintegrowanych nauk technicznych, zwany mechatroniką (mechatronics).

System mechatroniczny odbiera za pomocą czujników (sensorów) sygnały z otoczenia, przetwarza je i interpretuje za pomocą przetworników (procesorów), a następnie stosownie do sytuacji aktywnie reaguje na otoczenie za pomocą, najczęściej mechanicznych, urządzeń wykonawczych (aktorów). Mechatronikę można także rozpatrywać w kategoriach nowej filozofii projektowania maszyn i urządzeń technicznych.

We współczesnym projektowaniu integralnym, jako przeciwieństwie tradycyjnego projektowania zadaniowego, ważną rolę odgrywa kontekst ludzki.

Są w nim szczególnie ważne kryteria estetyczne i ergonomiczne.

Wzornictwo przemysłowe (designing)

jest dziedziną projektowania formy przemysłowej wyrobu na podstawie wspomnianego systemu wartości. W konkurencyjnej gospodarce rynkowej kryteria wzornicze są nie tylko czynnikiem harmonizującym psychiczne i estetyczne potrzeby człowieka współdziałającego z maszyną, lecz także czynnikiem adaptacji formy projektowanego przedmiotu do wymagań rynku (brzydota źle się sprzedaje).

Wspomniane wyżej nowe koncepcje projektowania w krótkim czasie zweryfikowały się w krajach o wysokim poziomie technologicznym.

Ze współczesnym projektowaniem ściśle związane jest wykorzystywanie metod i technik CAD (computer aided design).

PROJEKTOWANIE WSPÓŁBIEŻNE

Projektowanie współbieżne,     zwane dalej skrótowo CE (ang. Concurrent Engineering lub niecałkowicie zamiennie, Simultaneous Design lub -Engineering, Life Cycle Engineering, Process Driven Design, Team Approach) jest najnowszą dziedziną równoległego, zintegrowanego i przewidującego skutki projektowania produkcji.

W definicji amerykańskiego Instytutu Analiz Obronnych (IDA raport R-338) podkreśla się systematyczny i zintegrowany charakter podejścia CE do projektowania wyrobu, projektowania procesów wytwarzania i utrzymania gotowości, akcentując orientację na jakość, koszt, czas i estetykę wyrobu w pełnym cyklu jego życia.

Metodyka równoległego i zintegrowanego projektowania produkcji pozwala na poprawę konkurencyjności wyrobu poprzez zmniejszenie kosztów, zapewnienie jakości i skrócenie czasu przygotowania produkcji. Koncepcja ta jest dedykowana projektowaniu produktu i projektowaniu związanych z nim procesów produkcyjnych.

Termin CE powstał w USA w 1989 roku. Spostrzeżono wówczas potrzebę odpowiedzi na fundamentalne pytanie w obszarze badań i rozwoju produkcji:

Jakie należy podjąć racjonalne działania we wczesnych fazach rozwoju wyrobu o niskich kosztach wprowadzania zmian, by uzyskać w krótkim czasie możliwie najniższy koszt całkowity wyrobu?

Proces projektowania produkcji, czyli wyrobu i procesów, ma decydujące znaczenie dla więcej niż 75% całkowitych kosztów wytwarzania, 80% jakości wyrobu oraz 70% kosztów cyklu życia.

Projektowanie CE

jest rozwinięciem koncepcji projektowania sytuacyjnego (systemowego) z wyraźnym ukierunkowaniem na znany paradygmat ,,6E" (z jęz. ang.):

•          ekologii,

•          energii,

•          ekonomii,

•          edukacji,

•          doskonałości,

•          współdecydowania.

Projektowanie CE

Główną przesłanką do połączenia przygotowania produkcji we wspólny proces projektowania konstrukcji, wytwarzania i logistyki była chęć sprostania ostrej konkurencji na wolnym rynku poprzez oszczędną (ang. lean) produkcję wyrobów o zmniejszonych kosztach wytwarzania i zapewnionej jakości w każdym z powiązanych etapów „życia wyrobu”, przy wyraźnie skróconym czasie przygotowania produkcji.

Charakterystyczne cechy podejścia współbieżnego do projektowania:
a) główne cechy podejścia tradycyjnego i współbieżnego, b) proces projektowania współbieżnego, c) empiryczna analiza efektów projektowania współbieżnego (Simultaneous Design) przeprowadzona przez LaboratoriumObrabiarek RWTH Aachen

Różnice w charakterystyce cech tradycyjnego i współbieżnego podejścia do projektowania są zasadnicze:

1.   W projektowaniu współbieżnym rozwój produktu i procesów wytwarzania zmierza ku zaspokojeniu wymagań klienta, bez którego nie ma rynku konkurencyjnych wyrobów.

2.    Optymalne dla klienta rozwiązanie wyrobu nie musi być najlepszym technicznym rozwiązaniem, stanowiącym główny cel tradycyjnego projektowania.

3.   Procesy projektowania konstrukcji i technologii przebiegają równolegle w autonomicznym, interdyscyplinarnym i samodzielnym zespole (rys. a, b).

Wysoka efektywność projektowania (rys. c) zapewniona jest z wielu względów:

•          skrócenie czasu powstawania wyrobu,

•          zmniejszenie kosztów produkcji,

•          wzrost jakości,

•          wzrost przyjaznego nastawienia klienta,

•          redukcja czasu wytwarzania w zoptymalizowanym procesie produkcyjnym.

Stosowanie projektowania CE zmienia orientację rozwoju produktu. Zauważono bowiem, że japońska filozofia rozwoju produktu z wyraźną orientacją na proces, zawarta w słowie Kaizen (co znaczy w jęz. jap. Kai = zmiana, zen = ku lepszemu), przynosi lepsze rezultaty pod względem eliminacji marnotrawstwa: czasu, materiału, obróbki, narzędzi i często nadmiaru korzystnych osiągów wyrobu, niż zachodni sposób myślenia ukierunkowany na wynik działania.

Różne podejścia strategiczne do rozwoju produktu

Potwierdzeniem japońskiej skuteczności jest przykład zaczerpnięty z przemysłu samochodowego.

Liczba lat potrzebnych do wdrożenia produkcyjnego (ang. Time to Market) i liczba milionów godzin pracy inżynierów w przygotowaniu produkcji samochodów osobowych jako kryteria porównawcze wynoszą :

•          w Japonii       3,9 lat   i      1,7 mln godzin,

•          w USA            5,0 lat   i       3,1 mln godzin,

•          w Europie      4,8 lat   i       2,9 mln godzin.

Naturalnymi uwarunkowaniami do rozwoju projektowania współbieżnego są: elastyczna automatyzacja, metodyki projektowania zorientowanego (Design for ... X) na techniki wytwarzania i montażu (Design for Manufacture and Assembly), na koszty wytwarzania (Design for Cost), na jakość (Quality Engineering), recykling oraz ekologicznie przyjazna produkcja.

Z analizy rozwoju procesów wytwarzania od produkcji rzemieślniczej i produkcji wyspecjalizowanych części maszyn (1913 r.) do produkcji oszczędnej z wykorzystaniem CE (ok. 2000 r.) wynika, że w końcu XX wieku wyraźnie zmniejszył się poziom kosztów produkcji przy zachowaniu zadowolenia z wykonywanej pracy i jakości wyrobów na poziomie zgodnym z początkiem wieku.

Koszty, jakość i czas w projektowaniu współbieżnym

Zmniejszenie kosztów całkowitych ΔK i skrócenie czasu Δt przy projektowaniu współbieżnym CE wynika z wolniejszego rozwoju tradycyjnego projektowania sekwencyjnego, sztucznie podzielonego na pojedyncze fazy o określonych czasach i składającego się z oddzielnych kroków.

Czas zakończenia projektowania przy CE musi być zaplanowany.

Oszczędności kosztów i czasu przy projektowaniu współbieżnym

Dzięki równoległości działań i równoległości danych informacyjnych w zespole projektowym CE unika się nawrotów i pracochłonnych poprawek, charakterystycznych dla tradycyjnego projektowania sekwencyjnego.

Struktura decyzyjna projektowania CE wymaga wdrożenia systemu informacyjnego komunikacji decydentów.

Tak więc, projektowanie współbieżne stwarza metodyczne możliwości uproszczenia i poprawienia klasycznych metod projektowania.

Problemy projektowe mają zazwyczaj charakter kompleksowy i są nadmiernie rozbudowane w działaniach i przekazywaniu danych.

Brak jest dobrego zarządzania całokształtem działalności projektowej.

Brak także wyraźnej orientacji na spełnienie określonych wymagań (Design for ... X).

Strumienie obiegu informacji są z reguły poprzerywane brakiem i/lub niekompletnością danych z możliwością strat informacji przy ich kodowaniu i dekodowaniu w różnych procesach projektowych.

Sprzężenia zwrotne systemu projektowania z otoczeniem nie istnieją w trakcie procesów projektowania, a ujawniają się po ich zakończeniu. Brak jest więc logicznych przesłanek do dekompozycji procesu projektowania na trzy odrębne nurty projektowania:

•          konstrukcji,

•          technologii,

•          logistyki,

charakterystyczne dla tradycyjnego podejścia.

Każde stadium rozwoju CE zawiera elementy oceny produktu z racji technicznych, technologicznych i ekonomicznych rozpatrywanych w pełnym cyklu życia, z zachowaniem zasady jednoczesności (równoległości) projektowania i planowania „przyjaznego” wytwarzaniu, eksploatacji, obsłudze, transportowi i likwidacji.

W projektowaniu CE powszechna współbieżność w realizacji w tym samym czasie powiązanych wzajemnie zadań jest zapewniona poprzez ciągłą ocenę zaspokojenia wymagań użytkownika i możliwości wytwórczych w zintegrowanym środowisku przygotowania produkcji (projektowania wytworu, specyfikacji i projektowania procesów).

Rozwój procesu przygotowania produkcji jest realizowany przez kolejne wypracowywanie decyzji projektowych, uwzględniających koszty pełnych cykli życia wyrobów (life cycle of the product).

Koszty cyklu życia