ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Τ.Ε.Ι. Θεσσαλίας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Κώστας Κιτσάκης Μηχανολόγος Μηχανικός ΤΕ MSc Διασφάλιση ποιότητας Επιστημονικός Συνεργάτης

Συστηματικός συνδυασμός λύσεων Επιλογή κατάλληλων παραλλαγών λύσεων Συγκεκριμενοποίηση σε παραλλαγές αρχών λειτουργίας Αξιολόγηση παραλλαγών αρχών λειτουργίας Διαμόρφωση κριτηρίων αξιολόγησης Βαρύτητα των κριτηρίων Βαθμολογία Τεχνική και οικονομική αξία Εκτίμηση ανασφαλειών κρίσης Αναζήτηση ασθενών σημείων Στάδιο Σύλληψης της Ιδέας ΣΤΑΔΙΟ ΔΙΑΣΑΦΗΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΣΥΛΛΗΨΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΣΧΕΔΙΟΜΕΛΕΤΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ 2

Συστηματικός συνδυασμός λύσεων 1. Συγκρότηση λύσεων από επιμέρους λειτουργίες 2. Ολικές λύσεις με σύνδεση μεταξύ τους σε συνδυασμούς (σύνθεση συστήματος) 3. Δομή λειτουργίας >> σύνδεση μεταξύ των επιμέρους λειτουργιών 4. Συμβατότητα στις επιμέρους λύσεις >> ομαλή ροή 5. Επιλογή τεχνικά και οικονομικά ευνοϊκών συνδυασμών Μορφολογικός πίνακας κατά zwicky (μήτρα ταξινόμησης) Στήλες: επιμέρους λειτουργίες Γραμμές: αντίστοιχες λύσεις Σύνδεση (δομή λειτουργίας) >> ολική λύση 3

Συστηματικός συνδυασμός λύσεων m 1 λύσεις για την επιμέρους λειτουργία F 1 m 2 λύσεις για την επιμέρους λειτουργία F 2 πλήρης συνδυασμός: Ν=m 1 m 2 m 3... m n δυνατές παραλλαγές ολικής λύσης ποιες λύσεις είναι συμβατές και δεν συγκρούονται; δυνατό πεδίο λύσεων >> πραγματοποιήσιμο πεδίο λύσεων κανόνες >> ευνοϊκή μείωση πεδίου λύσεων >> κατάλληλες ολικές λύσεις (χρονικά επιτρεπόμενο) 4

Συστηματικός συνδυασμός λύσεων Αριθμός λύσεων (αρχικός): 2 7 4 3 6 = 1008 Τρόπος 1: Περιορισμός επιμέρους λειτουργιών: (δευτερεύουσες, έχουν μικρή επιρροή στην ολική λύση) Αριθμός λύσεων που παραμένουν: 2 7 3 6 = 252 5

Συστηματικός συνδυασμός λύσεων Τρόπος 2: Περιορισμός επιμέρους λύσεων Τρόπος 2.1: Παραμερισμός λιγότερο κατάλληλων επιμέρους λύσεων (ουτοπικές, με μικρές πιθανότητες πραγματοποίησης, με υψηλό ρίσκο πραγματοποίησης) Αριθμός λύσεων που παραμένουν: 2 6 2 6 = 144 Τρόπος 2.2: Συγκέντρωση επιμέρους λύσεων σε κλάσεις επιμέρους λύσεων (όλες οι μηχανικές ή υδραυλικές λύσεις) Αριθμός λύσεων που παραμένουν: 2 6 2 3 = 72 6

Συστηματικός συνδυασμός λύσεων Τρόπος 3: Μόνο κλάσεις λύσεων Μόνο επιμέρους λύσεις μιας κλάσης λύσεων (μόνο μηχανικά ή μόνο ηλεκτρικά στοιχεία λύσεων) Τρόπος 4: Συνδυασμός βαθμηδόν 1. Επιμέρους λύσεις σημαντικότερων επιμέρους λειτουργιών 2. Συνδυασμός με τις επιμέρους λύσεις των αμέσως λιγότερο σημαντικών επιμέρους λειτουργιών 3. Άμεση κρίση και απόρριψη ακατάλληλων συνδυασμών. Διευκολύνεται όταν: 1. 1η στήλη σύμφωνα με τη σειρά στη δομή λειτουργίας, (ίσως χωριστά κατά ροή) 2. Οι αρχές λύσεων διατάσσονται στις γραμμές με πρόσθετες παραμέτρους (π.χ. είδος ενέργειας) 3. Παρουσιάζονται με μορφή σκίτσων και όχι μόνο περιγραφικά 4. Καταγράφονται και τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά και ιδιότητες Γενικά θα πρέπει: Να συνδυάζονται μόνο συμβιβαστές λύσεις Να συνεχίζεται η διαδικασία μόνο για ότι πληροί τις απαιτήσεις του πίνακα προδιαγραφών και έχει ανεκτό κόστος Να ξεχωρίζονται οι ευνοϊκοί συνδυασμοί και γιατί θα πρέπει αυτοί να εξετασθούν περαιτέρω 7

Συστηματικός συνδυασμός λύσεων Συνδυασμός αρχών λύσεων για την πλήρωση της ολικής λειτουργίας μιας μηχανής συλλογής πατατών 8

Επιλογή κατάλληλων παραλλαγών Επιθυμητό ευρύ πεδίο λύσεων <> μεγάλος αριθμός από λύσεις Μέθοδος επιλογής με απόρριψη και προτίμηση Απορρίπτονται οι ακατάλληλες Προτιμώνται οι καλύτερες Τελική αξιολόγηση Πολλές προτάσεις λύσεων >> πίνακας επιλογής Εξετάζεται μόνο η λύση που: είναι συμβιβαστή με το πρόβλημα κριτήριο Α πληροί τις απαιτήσεις του πίνακα προδιαγραφών κριτήριο Β Υπάρχει δυνατότητα πραγματοποίησης (ύψος, διάταξη..) κριτήριο C Προσδοκία ανεκτού ύψους δαπάνης κριτήριο D Επιτρέπει την εφαρμογή μιας άμεσης τεχνικής για την ασφάλεια της Κατασκευής ή ευνοϊκή εργονομική διαμόρφωση κριτήριο Ε Είναι εύκολα πραγματοποιήσιμες (είναι σε γνωστή περιοχή, με γνωστό know-how, γνωστά υλικά, μεθόδους παραγωγής ή κατοχυρωμένες ευρεσιτεχνίες κριτήριο F 9

Απόσπασμα του πίνακα παραλλαγών λύσεων, του δότη του οργάνου μέτρησης του περιεχομένου ενός δοχείου καυσίμων 10

Απόσπασμα του πίνακα παραλλαγών λύσεων, του δότη του οργάνου μέτρησης του περιεχομένου ενός δοχείου καυσίμων 11

Επιλογή κατάλληλων παραλλαγών 12

Επιλογή κατάλληλων παραλλαγών Οι ακατάλληλες λύσεις απορρίπτονται Κριτήρια Α και Β απόφαση ΝΑΙ - ΟΧΙ Κριτήρια C και D ποσοτική έρευνα ΜΟΝΟ ΑΝ Α, Β θετικά Όταν ένα κριτήριο οδηγεί σε απόρριψη, τα επόμενα δεν χρησιμοποιούνται γι' αυτή την πρόταση λύσης Εξετάζονται μόνο εκείνες οι παραλλαγές λύσεων που πληρούν όλα τα κριτήρια Όταν δεν είναι δυνατή μια κρίση λόγω έλλειψης πληροφοριών ΑΝ αξίζουν τον κόπο και πληρούν τα κριτήρια Α και Β, συγκέντρωση πληροφοριών και επανέλεγχος Πίνακας επιλογής = καλύτερη εποπτεία και έλεγχος, (αναφέρονται κριτήρια και λόγοι απόρριψης), ταχύτητα επιλογής, αποδεικτικά στοιχεία επιλογών και απορρίψεων 13

Συγκεκριμενοποίηση σε παραλλαγές αρχών λειτουργίας Η αρχή ολικής λύσης λαμβάνει υπόψη: 1. Την τεχνική λειτουργία 2. Την οικονομική πραγματοποίηση 3. Την ασφάλεια για τον άνθρωπο και το περιβάλλον Λαμβάνονται υπόψη περιορισμοί που προέρχονται από: τις σχέσεις ανθρώπου-μηχανής, την παραγωγή, τις δυνατότητες μεταφοράς, τις δυνατότητες συναρμολόγησης, τις δυνατότητες συντήρησης Οι σημαντικότερες ιδιότητες πρέπει να είναι συγκεκριμένες ποιοτικά και συχνά επίσης ποσοτικά: βασικοί υπολογισμοί με απλοποιημένες υποθέσεις μελέτες διατάξεων ή διαμόρφωσης με μορφή σκίτσων ή χονδρικής κλίμακας για τη μορφή, τον απαιτούμενο χώρο.. προκαταρκτικά πειράματα ή δοκιμές με μοντέλα κατασκευή μοντέλων νέα αναζήτηση ευρεσιτεχνιών και βιβλιογραφίας έρευνα της αγοράς για τεχνολογίες που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν 14

Αξιολόγηση παραλλαγών αρχών λειτουργίας Προσδιορίζει την "αξία", το "όφελος" ή τη "δύναμη" μιας λύσης σε σχέση με ένα σκοπό που έχει καθορισθεί Η αξία μιας λύσης δεν είναι απόλυτη, αλλά υφίσταται μόνο για ορισμένες απαιτήσεις, μόνο με υπολογισμό του κόστους δεν λαμβάνονται υπόψη βασικά τεχνικά κριτήρια Αποτελεί σύγκριση παραλλαγών λύσεων μεταξύ τους ή με μια ιδανική λύση Μια μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι η τεχνικοοικονομική αξιολόγηση, κατευθυντήρια γραμμή VDI 2225 (στηρίζεται στη μέθοδο Kesselring) 15

Διαμόρφωση κριτηρίων αξιολόγησης Με βάση το τελευταίο επίπεδο πληροφοριών, αν όλες οι παραλλαγές αρχών λειτουργίας που θα αξιολογηθούν πληρούν πραγματικά τις απαιτήσεις του πίνακα προδιαγραφών Απόφαση ΝΑΙ ΌΧΙ Επισημαίνονται τεχνικές και οικονομικές ιδιότητες, συνήθως δεν είναι δυνατό να δοθεί αριθμητικά το κόστος, η οικονομική άποψη θα πρέπει να υπεισέλθει τουλάχιστον ποιοτικά 16

Διαμόρφωση κριτηρίων αξιολόγησης Κριτήρια τεχνικά, οικονομικά και ασφάλειας Πίνακας με τα κύρια χαρακτηριστικά για τη διαμόρφωση κριτηρίων των αρχών λειτουργίας 17

Διαμόρφωση κριτηρίων αξιολόγησης Απαιτήσεις πίνακα προδιαγραφών Πιθανότητα να πληρούνται οι απαιτήσεις Επιδίωξη υπέρβασης των ελαχίστων απαιτήσεων Επιθυμίες Γενικές τεχνικές και οικονομικές ιδιότητες Συνολικός αριθμός από 6 έως 15 Τα κριτήρια να είναι ανεξάρτητα και να επιδιώκεται ίδια βαρύτητα Οι παραλλαγές να χαρακτηρίζονται ουδέτερα με γράμματα π.χ. Α, Β, C, και όχι ως πρόταση Παπαδόπουλου.. Να επιλέγονται πλεονεκτήματα σαν βάση για την αξιολόγηση (μικρός θόρυβος και όχι θορυβώδης, υψηλός βαθμός απόδοσης και όχι μεγάλες απώλειες) 18

Διαμόρφωση κριτηρίων αξιολόγησης Κριτήρια αξιολόγησης με συντελεστή βαρύτητας: πραγματικός, θετικός αριθμός, τιμές 0-4 +- ; Πολύ καλό, ιδεώδες 4 βαθμοί Καλό 3 βαθμοί Επαρκές 2 βαθμοί Μόλις ανεκτό 1 βαθμοί Μη ικανοποιητικό 0 βαθμοί Κατευθυντήρια γραμμή VDI 2225: τεχνική και οικονομική αξία Τεχνική αξία W t : λόγος πραγματικής ολικής αξίας / αξία ιδανικής κατασκευής Όπου: p k = βαθμός για κάθε κριτήριο P id = ιδανικός (μέγιστος) βαθμός n = αριθμός κριτηρίων W t p p k id p 1 p2... n p id p n 19

Παράδειγμα τεχνικής αξιολόγησης παραλλαγών 20

Βαρύτητα των κριτηρίων Βαθμολογία Με Συντελεστές Βαρύτητας θα είναι: g 1, g 2,, g n = συντελεστές βαρύτητας W t g 1 p ( g 1 1 g g 2 2 p2... gn... g ) p n id p n W t > 0,8 μια καλή λύση (80% κοντά στην ιδανική λύση) W t = 0,7 καλή λύση, αλλά χρειάζεται βαθμολογική βελτίωση W t < 0,6 μη ικανοποιητική λύση, οπωσδήποτε βελτίωση 21

Βαρύτητα των κριτηρίων Βαθμολογία Οικονομική Αξία W w : λόγος ιδανικού κόστους / πραγματικό H i = ιδανικό κόστος Hi 0,8 H 0,8 H H k = πραγματικό κόστος Ww ή H k H k H k H επ = επιτρεπόμενο κόστος H min = κόστος φθηνότερη ς παραλλαγής min 22

Διάγραμμα Ισχύος (-S-) Ολική Αξία << Τεχνική - Οικονομική Αξία 23

Παράδειγμα προσδιορισμού Να προσδιοριστεί η Τεχνική Αξία W t και η Οικονομική Αξία W w των τριών παραλλαγών λύσεων ενός λαβυρίνθου στεγανότητας και να επιλεγεί η κατάλληλη παραλλαγή σύμφωνα με το Διάγραμμα Ισχύος 24

Παράδειγμα προσδιορισμού Να προσδιοριστεί η Τεχνική Αξία W t και η Οικονομική Αξία W w των τριών παραλλαγών λύσεων ενός λαβυρίνθου στεγανότητας και να επιλεγεί η κατάλληλη παραλλαγή σύμφωνα με το Διάγραμμα Ισχύος H id = 0,8 H min = 0,8 58,5 = 46,8% 25

Οικονομική Αξία Ww Τεχνική και Οικονομική Αξία 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Τεχνική Αξία Wt 26

Εκτίμηση ανασφαλειών κρίσης Λάθη που προέρχονται από πρόσωπα Απόκλισης του κριτή από την ουδέτερη θέση, δηλ. Από ισχυρή υποκειμενικότητα Σύγκρισης παραλλαγών με ίδια κριτήρια αξιολόγησης τα οποία όμως δεν ταιριάζουν σε όλες τις παραλλαγές. Αν για ορισμένες παραλλαγές δεν βρίσκονται ιδιότητες που να αποτελέσουν κριτήρια, τότε θα πρέπει να μεταβληθεί η διατύπωση ή να εγκαταλειφτούν τελείως τα κριτήρια αυτά για να μην οδηγηθεί σε λανθασμένη κρίση Κρίσης μέχρι τέλους μιας παραλλαγής με όλα τα κριτήρια διαδοχικά, πράγμα που βοηθάει σε μια προκατάληψη. Θα πρέπει αντίθετα για κάθε κριτήριο να εξετάζονται όλες οι παραλλαγές Α, Β, C, D, κλπ. Διαδοχικά Ισχυρής αλληλεξάρτησης των διαφόρων κριτηρίων μεταξύ τους Ελλειπών κριτηρίων αξιολόγησης Λάθη που προέρχονται από τις μεθόδους αξιολόγησης οι Ιδιότητες που επιλέχθηκαν ως κριτήρια δεν είναι μονοσήμαντα μεγέθη, αλλά περιέχουν και κάποια αβεβαιότητα Οι ιδιότητες δεν εκφράζονται ποσοτικά σε αριθμούς, παρά μόνο όταν αυτό είναι δυνατόν να γίνει με ικανοποιητική ακρίβεια. Αλλιώς είναι σωστότερο να δίνονται χονδρικές εκτιμήσεις (π.χ. Υψηλός, μέσος, χαμηλός) στις οποίες διακρίνεται καθαρά ο βαθμός ανακρίβειας. Αντίθετα, λανθασμένες αριθμητικές τιμές είναι επικίνδυνες διότι προσδίδουν στα δεδομένα μια πλασματική ασφάλεια 27

Αναζήτηση ασθενών σημείων Ασθενή σημεία αναγνωρίζονται από τιμές κάτω του μέσου όρου Για τον εντοπισμό των ασθενών σημείων σε παραλλαγές λύσεων, χρησιμοποιούνται γραφικές παραστάσεις των επιμέρους 28

Πορεία εργασίας κατά την αξιολόγηση 1. Αναγνώριση εκείνων των ιδιοτήτων που θα βοηθήσουν στην απόφαση: Σημαντικές τεχνικές ιδιότητες καθώς επίσης ελάχιστες απαιτήσεις (όχι όλες οι απαιτήσεις!!) και επιθυμίες από τον πίνακα προδιαγραφών. Επιδίωξη ώστε να υπάρχει τουλάχιστον ένα κριτήριο αξιολόγησης από κάθε ομάδα κύριων χαρακτηριστικών. 2. Έλεγχος της σημασίας τους (βαρύτητας) για την ολική αξία της λύσης: Σύγκριση μόνον εκείνων που έχουν την ίδια βαρύτητα ή καθορισμός συντελεστών βαρύτητας όταν υπάρχει πολύ μεγάλη διαφορά στη σημασία. 3. Περιγραφή των ιδιοτήτων κατά το δυνατόν με ποσοτικά χαρακτηριστικά μεγέθη: π.χ. Ισχύς, κατανάλωση, αριθμός τεμαχίων κλπ. 4. Βαθμολογική κρίση κάθε μιας ιδιότητας των διαφόρων παραλλαγών: Βαθμολογία των ιδιοτήτων π.χ. με μονάδες από 0 έως 4. 5. Προσδιορισμός της Ολικής Αξίας για κάθε παραλλαγή: Εύρεση της Τεχνικής Αξίας με σχηματισμό του αθροίσματος και αναφορά σε μια ιδεώδη τιμή. Εύρεση επίσης της Οικονομικής Αξίας. 6. Σύγκριση των παραλλαγών λύσεων: π.χ. στο Διάγραμμα S 7. Εκτίμηση ανασφαλειών κρίσης: Πιθανή πραγματοποίηση διόρθωσης ή νέα κρίση περίπου ισόβαθμων παραλλαγών με βελτιωμένο επίπεδο πληροφοριών. 8. Αναζήτηση ασθενών σημείων για τη βελτίωση της επιλεγμένης παραλλαγής ή παραλλαγών: Εύρεση των ιδιοτήτων που έχουν μικρή βαθμολογία. Γενικά παραλλαγές με ισόρροπη βαθμολογία είναι, τις περισσότερες φορές, ευνοϊκότερες από εκείνες με πολύ διαφορετική βαθμολογία. 29