Designul formelor

Designul formelor

(în limba engleza: Embodiment design; embodiment =întrupare, alcatuire, compunere)

Reprezinta acea etapa a procesului de design în care, pornind de la structura functionala sau conceptul unui produs tehnic, proiectul prinde viata, se materializeaza. Dezvoltarea proiectului se face în concordanta cu criteriile tehnice si economice si în directia informatiilor acumulate pe parcurs.

1. Fazele designului formelor

Finalitatea acestei etape o constituie obtinerea proiectului sub forma unui ansamblu general (aranjarea generala si spatiala), proiectarea preliminara a formelor (forma si materialele tuturor componentelor), stabilirea, în principiu, a procesului de productie si furnizarea de solutii pentru orice functie auxiliara. În toate acestea, aspectele economice si tehnologice sunt de o impotanta capitala.

Proiectul este perfectionat cu ajutorul desenelor la scara, revizuite critic si supuse unei evaluari tehnico-economice.

Asadar, proiectul definitiv trebuie dezvoltat pâna într-un punct în care poate fi realizata o verificare a functiei, durabilitatii, productiei, asamblarii si a costurilor. Doar ulterior se poate trece la etapa de pregatire a documentatiei de productie.

Spre deosebire de designul conceptual, în acesta etapa, pe lânga binecunoscutele faze de cautare a solutiilor si de evaluare, intervin o serie de faze complementare cum ar fi identificarea erorilor si optimizarea.

Procesul de embodiment este foarte complex deoarece:

mai multe actiuni trebuie realizate simultan;

o serie de faze trebuie repetate la diverse niveluri de informatie (reiterare);

influentele negative se transmit de la o zona la alta sub forma de repercusiuni.

Din aceste motive, nu întotdeauna este posibila stabilirea unei ordini (a unui plan) fixe pentru aceasta etapa.

Cu toate acestea poate fi sugerata o varianta de abordare generala.

2 Reguli de baza ale etapei

Etapa de punere în forma este caracterizata prin deliberari si verificari repetate. Fiecare punere în forma reprezinta o încercare de îndeplinire a functiilor, sub forma unui proiect preliminar, forma si materialele componentelor. Procesul debuteaza cu realizarea proiectului preliminar, la scara, bazat pe cerinte de ordin spatial, si continua prin luarea în considerare a sigurantei, ergonomiei, productiei, asamblarii, întretinerii, reciclarii si costurilor.

Datorita multiplelor interrelatii, abordarea designerului trebuie sa fie progresiva si iterativa (verificare si corectie). Totodata, procesul trebuie sa permita identificarea rapida a problemelor prioritare.

Designerul poate întocmi o lista de control pe baza obiectivelor generale si a restrictiilor; scopul acestei liste poate fi asigurarea ca nici un aspect esential pentru faza nu a fost omis.

Urmatoarele reguli rebuie aplicate la realizarea oricarui produs. Ignorarea lor ar putea cauza probleme. Regulile de baza sunt: claritate, simplitate, siguranta. Ele deriva din obiectivele generale, care sunt:

- îndeplinirea functiei tehnice;

- atingerea fezabilitatii economice;

- siguranta individului si a mediului.

Claritatea se manifesta prin lipsa ambiguitatilor de proiectare usurând previziunile asupra performantelor produsului final.

Siguranta impune abordarea consistenta a problemelor de rezistenta, încredere, prevenirea accidentelor si protectia mediului.

Simplitatea garanteaza (în general) fezabilitatea economica. Un numar redus de componente si forme mai simple pot fi realizate mai repede si mai usor.

În acceptiunea limbajului tehnic, simplu înseamna mai putin complex 'usor de înteles', 'usor de facut'.

Astfel, de exemplu d.p.d.v. al formelor, prin simplitate se întelege:

1. forma geometrica pentru care pot fi analizate si mai usor rezistenta si rigiditatea;

2. forme simetrice care permit identificarea deformatiilor în timpul procesului tehnologic si/sau sub actiunea sarcinilor mecanice sau termice.

Consideratiile legate de siguranta se refera atât la îndeplinirea functiilor tehnice, cât si la protectia omului si a mediului; exista trei stadii: -siguranta directa

-siguranta indirecta

-avertizari

Garantarea sigurantei directe înseamna alegerea unei solutii care sa evite aparitia pericolului. Când acest lucru este imposibil, siguranta indirecta intervine prin izoalarea potentialului pericol (capace, aparatori, garduri, bariere, etc.).

Avertizarea prin atragerea atentiei asupra pericolelor este o solutie de evitat (nu se foloseste singura !).

În concluzie, respectând cele trei reguli de baza, designerii pot creste sansele realizarii unui proiect de succes.

- Experienta ne arata ca trebuie început prin a analiza erorile si factorii perturbatori pentru solutiile existente (dat fiind faptul ca nu se porneste de la zero).

- Caracteristic bunilor designeri este faptul ca ei verifica încontinuu si îsi monitorizeaza actiunile în scopul identificarii efectelor directe si indirecte.

În concluzie embodimentul implica o abordare flexibila cu multe iteratii si schimbari de directie. Pasii trebuie selectati si adoptati la situatiile particulare în functie de calitatile designerilor.

3. Principiile designului formelor

A. Principiile transmiterii fortelor - în sens larg implica aplicarea, transmiterea, transferul fortelor si a momentelor de încovoiere si de rasucire.

1. Principiul efortului uniform impune ca, prin intermediul materialelor si formelor sa se obtina o solicitare uniforma a elementului în timpul functionarii.

2. Principiul transmiterii fortei pe calea cea mai scurta si directa. Un prim efect al acestui principiu este principiul deformatiei minime (ex. automobile - tipuri de suspensie).

3. Principiul deformatiilor identice stabileste ca doua componente alaturate trebuie proiectate în asa fel, încât sub sarcina, sa se deformeze în acelasi sens si, daca este posibil, cu aceeasi cantitate.

4. Principiul Echilibrului de Forte. În general, echilibrul fortelor este asigurat prin elemente de contrabalansare sau prin constructii simetrice fig

Ca o concluzie în ceea ce priveste transmiterea fortelor, trebuie subliniat ca: fluxul de forte trebuie sa fie întotdeauna închis; schimbari sau devieri bruste ale fluxului de forte trebuie evitate.

B. Principiul divizarii functiilor

Problema care apare în cazul subdivizarii functiilor reapare în cazul concretizarii functiilor (proiectului) sub forma întrebarilor:

Care subfunctii pot fi îndeplinite printr-un mijloc unic?

Care subfunctii trebuie (sau pot fi) îndeplinite cu ajutorul mai multor mijloace, distincte ?

Principiul permite o exploatare superioara a elementelor, încarcarea lor la sarcini mai mari, asigura comportament previzibil, corespunzând unei reguli de baza: claritatea.

C. Principiul self-help.

- se refera la alegerea si aranjarea elementelor în asa fel încât prin interactiunea lor capacitatea de realizare a functiei sa sporeasca astfel: în caz de sarcina normala sistemul functioneaza la parametri normali; în situatii de suprasarcina, sistemul se autoasigura sporind siguranta de functionare.

- principiul se bazeaza pe efectul suplimentar obtinut prin functiile sistemului (forte de etansare, cuplu de forte de strângere, etc.) sau prin forte auxiliare (centrifuge, datorate dilatarii, etc.)

D. Principiul stabilitatii si bistabilitatii

- la elaborarea solutiei trebuie sa avem în vedere efectele destabilizatoare si sa încercam sa mentinem sistemul stabil, sau sa facem în asa fel, încât acestea sa se anuleze reciproc.

- prin aplicarea principiului stabilitatii, proiectantii trebuie sa se asigure, fie ca perturbatiile sunt anulate, fie ca-si reduc în mare masura efectele.

E. Principiul evitarii erorilor de proiectare

- la produsele de mare precizie în special, trebuie obtinuta acea varianta de proiect care sa asigure minimizarea numarului de erori.

- acest lucru poate fi realizat prin:

1. Proiectarea unor structuri formate din componente simple si putine ajustaje precise.

2. Adaptarea unor masuri speciale (si specifice) pentru evitarea erorilor

3. Selectarea principiilor de functionare si a structurilor ale caror functii sunt independente de orice efect perturbator.

4. Asigurarea ca pentru fiecare factor perturbator exista minim 2 parametri compensatori.

4. Design în scopul usurarii asamblarii

Designerii pot influenta nu numai costurile si calitatea productiei componentelor, ci si costurile si calitatea ansamblurilor/asamblarii.

Prin asamblare se întelege combinarea componentelor într-un produs, precum si operatiunile auxiliare necesare în timpul si dupa producerea acestuia.

În continuare vor fi prezentate o serie de recomandari de care proiectantii trebuie sa tina seama în vederea facilitarii asamblarii. Scopul acestor recomandari este de a simplifica, standardiza, automatiza si asigura calitatea procesului de asamblare.

Acest proces complex implica urmatoarele operatii esentiale:

- STOCAREA componentelor ce urmeaza a fi asamblate: daca este posibil aceasta operatiune trebuie sistematizata. Asamblarea automatizata necesita programarea livrarii diverselor componente si a elementelor de legatura (organe de asmablare).

- MANIPULAREA componentelor care include: identificarea, prinderea (apucarea), mutarea (deplasarea), eventual separarea componentelor.

- POZITIONAREA componentelor, adica orientarea corecta în vederea asamblarii.

- PRINDEREA (FIXAREA) componentelor prin intermediul elementelor de legatura corespunzatoare.

- AJUSTAREA componentelor pentru realizarea jocurilor sau ajustarea tolerantelor.

- ASIGURAREA elementelor asamblate împotriva unor miscari nedorite sub actiunea fortelor de lucru.

- VERIFICAREA asamblarii. Între diversele operatii de asamblare trebuie realizate o serie de teste si masuratori.

Aceste operatii sunt întâlnite în orice proces de asamblare, importanta, succesiunea si frecventa lor depinzând de numarul de unitati de produs si de gradul de automatizare (manual, semi-automatizat sau automatizat).

5. Design în scopul unei întretineri usoare

Sistemele tehnice si produsele sunt supuse uzurii si îmbatrânirii, coroziunii, contaminarii, modificarii proprietatilor materialelor. Dupa o anumita perioada de timp, fie ca este în exploatare sau nu, starea sistemului nu va mai fi cea dorita (initiala). Aceste modificari pot conduce la reducerea substantiala a performantelor, sau chiar pot da nastere unor situatii extrem de periculoase.

Deoarece sistemele si produsele au devenit din ce în ce mai complexe, întretinerea -ca masura de prevedere- a devenit foarte importanta. Astfel, proiectantii pot avea o influenta semnificativa asupra costurilor si procedeelor de întretinere, prin alegerea solutiei de principiu adecvata, dar si a modului de concretizare a conceptului de produs (obtinut în etapa anterioara).

Masurile de revenire la conditiile initiale trebuie luate înainte de termenul limita prevazut pentru deteriorarea componentelor. Astfel, exista reparatii ulterioare 'caderii' parametrilor, si reparatii preventive, anterioare acestui stadiu. În prima categorie intra cazurile în care defectiunile nu pot fi prevazute. În cea de a doua, reparatiile se efectueaza fie la anumite intervale prestabilite (timp, distanta, numar de operatii), fie la aparitia unei anumite conditii.

Usurarea întretinerii implica:

- prevenirea deteriorarilor si cresterea gradului de siguranta;

- evitarea posibilitatii de aparitie a erorilor în timpul dezasamblarii si reasamblarii;

- simplificarea procedurilor de service;

- rezultatele operatiilor de service sa poata fi verificate;

- simplificarea procedurilor de inspectie.

Masurile de service se refera la schimbarea sau completarea lubrifiantilor, combustibililor, curatare si conversare.

Masurile de inspectie pot fi reduse la minim când solutia tehnica include tehnici de securitate, asigurând o siguranta sporita în exploatare.

Masurile tehnice care pot reduce efortul inspectiilor sau service-ului includ:

- alegerea unor solutii care se autoechilibreaza si autoajusteaza;

- simplitatea solutiei si numar redus de componente;

- utilizarea componentelor standard;

- acces facil la componente;

- asigurarea unei dezasamblari usoare;

- aplicarea principiului modularii;

- utilizarea pentru service si inspectii a unui numar redus de unelte.

Design în scopul reciclarii

Pentru economisirea materiilor prime, urmatoarele posibilitati pot fi luate în considerare:

- economisirea materialului utilizat printr-o folosire mai adecvata si reducerea pierderilor;

- înlocuirea materialelor mai ales pentru cele rare sau scumpe;

- reciclarea materialelor prin reutilizare sau reprocesare a materialelor, produselor sau ansamblurilor.

Reciclarea deseurilor rezultate în procesul de productie implica reintroducerea acestora în circuit (maselote, rebuturi etc.).

Reciclarea unui produs implica reconditionarea acestuia sau a componentelor sale (ex.motorul unui autovehicul).

Reciclarea materialelor este reintroducerea materialelor din produse în procesul de productie (fier vechi, cioburi de sticla, deseuri de hârtie).

Produsele rezultate din materiale refolosite pot fi de aceeasi calitate cu produsele realizate din materiale noi. În caz contrar, materialele pot fi utilizate în alte scopuri (ex.masele plastice).

Reutilizarea este caracterizata de mentinerea formei produsului. Acest tip de reciclare reprezinta cel mai înalt nivel de utilizare si este de preferat atunci când este posibil.

Reprocesarea distruge forma produsului si astfel nivelul de utilizare scade.

Pentru a facilita reprocesarea si reconditionarea, proiectantii pot introduce masuri specifice în timpul realizarii produsului. Posibilitatile de reciclare trebuie avute în vedere în timpul tuturor etapelor procesului de design, începând cu lista de cerinte si pâna la stabilirea structurii constructive.

În ceea ce priveste etapa de concretizare a proiectului, trebuie avute în vedere urmatoarele:

- usurarea asamblarii si dezasamblarii;

- alegerea unor materiale reciclabile si care nu se corodeaza;

- usurarea operatiunii de testare si sortare;

- posibilitati de acces la componente/ansambluri;

- asigurarea unei dezasamblari fara distrugerea elementelor;

- existenta posibilitatilor de reprocesare;

- crearea posibilitatii de dezasamblare/reasamblare cu scule universale.

Capitolul VII

FAZA IV. Designul componentelor (Proiectarea elementelor componente)

Reprezinta acea parte a procesului de design care completeaza concretizarea produselor tehnice prin furnizarea unor instructiuni finale despre proiectul, formele, dimensiunile si proprietatile suprafetelor tuturor componentelor. Totodata în aceasta etapa se stabilesc materialele si se face definitivarea metodelor de productie, a procedeelor de lucru si se calculeaza costurile.

Poate cel mai important aspect al acestei faze este elaborarea documentatiei constructive (desenele componentelor, subansamblurilor si ale listelor de componente). Aceste activitati pot fi automatizate datorita unor softuri specializate. Este posibila, totodata, utilizarea acestor date direct la fabricatie (programarea masinilor CNC).

În functie de tipul productiei (unicate, serie mica sau de masa), compartimentul proiectare furnizeaza instructiuni de asamblare, transport si de control.