Navrhování a hodnocení technického produktu z hlediska vlastností KKS/DFX

Transkript

1 Katedra konstruování strojů Navrhování a hodnocení technického produktu z hlediska vlastností KKS/DFX Podklady ke cvičení Case Study Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. g_dfx/ Plzeň, 2016 S. Hosnedl

2 Navrhování a hodnocení technického produktu z hlediska vlastností - KKS/DFX PRO ÚPLNOST K INFORMACI POTŘEBNÉ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny Základní instruktivní Case Study se zaměřením na DFX Podklady ke konstrukčním projektům Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. Plzeň, S. Hosnedl 2

3 OBSAH - KID Předmluva Zadání A. UPŘESNĚNÍ ÚKOLU I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS B. HLEDÁNÍ ŘEŠENÍ a C. HODNOCENÍ A ROZHODOVÁNÍ (ve 2 instruktivních fázích II. a III., příp. 4 teorií podložených fázích EDSM 2. až 4.) II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 2. Návrh funkční struktury TS 3. Návrh orgánové struktury TS III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS 5. Návrh úplné stavební struktury TS D. SDĚLOVÁNÍ ŘEŠENÍ IV. FINÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ NÁVRHU TS 6. Detailování úplné stavební struktury TS a dokumentace řešení Závěr Poznámka: Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny - Průběžně s A. až D. : E. VYHLEDÁVÁNÍ A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ, F. ZOBRAZOVÁNÍ, G. KONTROLOVÁNÍ A X. MANAGEMENT S. Hosnedl 3

4 OBSAH - KID Předmluva Zadání A. UPŘESNĚNÍ ÚKOLU I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS B. HLEDÁNÍ ŘEŠENÍ a C. HODNOCENÍ A ROZHODOVÁNÍ (ve 2 instruktivních fázích II. a III.., příp. 4 teorií podložených fázích EDSM 2. až 4.) II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 2. Návrh funkční struktury TS 3. Návrh orgánové struktury TS III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS 5. Návrh úplné stavební struktury TS D. SDĚLOVÁNÍ ŘEŠENÍ IV. FINÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ NÁVRHU TS 6. Detailování úplné stavební struktury TS a dokumentace řešení Závěr Poznámka: Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny - Průběžně s A. až D. : E. VYHLEDÁVÁNÍ A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ, F. ZOBRAZOVÁNÍ, G. KONTROLOVÁNÍ a X. MANAGEMENT S. Hosnedl 4

5 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ PŘEDMLUVA Předložená Case Study je komentovanou ukázkou základních kroků konstrukčního projektu řešeného v souladu se systémovým postupem Engineering Design Science and Methodology (EDSM), viz např. komentovanou ukázkou základních kroků konstrukčního projektu řešeného v souladu se systémovým postupem Engineering Design Science and Methodology (EDSM) na bázi Teorie technických systémů (TTS). Potřebné základní teoretické a metodické poznatky vč. jejich terminologie lze nalézt v [Hubka 1988), [Hubka&Eder 1996), [Eder&Hosnedl 2008], [Eder&Hosnedl 2010], [Hosnedl 2012a] a v další uvedené literatuře. Jako podklad byla využita semestrálmí práce [Hanáček 2011]. Do předložené formy Case Study zpracoval Prof. S. Hosnedl s využitím [Hubka 1991], [Hubka&Eder1992], [Hosnedl 2012b] a [Hosnedl 2013]. Dokumentace projektu i doplňující komentáře by měly napomoci řešitelům dalších analogických projektů. Přeji Vám, aby Vám byly tyto učební podklady co nejvíce nápomocné při rozšiřování a prodhlubování Vašich znalostí i při řešení Vašich projektů. V Plzni , Prof. S. Hosnedl S. Hosnedl 5

6 ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny Komentář : - Zadání konstrukčního a příp. designérského projektu může mít mnoho forem a úrovní podrobnosti. V tomto případě bylo zadání formulováno tak, jak je uvedeno v následujících odstavcích. - Kromě tohoto odborného zadání jsou nedílnou součástí zadání také požadavky na formální provedení. Protože je předložená Case Study je zaměřena jen na vlastní návrh řešení, není zde tato část zadání uvedena. i. Výchozí situace Příprava a úprava potravin, příp. nápojů v domácnostech a kancelářích je často opakovanou a všeobecně známou činností. Konstrukční kancelář bez vlastní výrobní základny proto hodlá ve spojení se vhodným výrobcem uvést na trh přístroj, který bude vysoce konstrukčně konkurenceschopný vůči dosavadním přístrojům pro zadaný účel. ii. Cíl Přispět k dalšímu podstatnému zkvalitnění zadané přípravy a úpravy potravin, příp. nápojů i jejich kvality v domácnostech, příp. na pracovištích inovativním řešením potřebného technického přístroje. S. Hosnedl 6

7 ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny iii. Zadání problému Vypracujte konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny (z mrkve, červené řepy, okurek, apod.) Navrhněte s využitím teoretických a metodických poznatků Engineering Design Science and Methodology (EDSM) na bázi Teorie technických systémů (TTS) inovativního vysoce konkurenceschopného přístroje na přípravu nápojů v menších množstvích pro domácnosti, kanceláře, sekretariáty, menší občerstvovací bufety, apod. podle konkrétního zadání od vyučujícího. Přístroj navrhujte jako heterogenní technický produkt / technický systém (TS) se zaměřením na jeho HW složku. Druh výroby - hromadná u externího výrobce s potřebnou výrobní základnou Výrobní náklady - umožňující konkurenceschopnost na současném trhu S. Hosnedl 7

8 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny Case Study I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ

9 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS i. Vyjasnění problematiky ia. Průzkum stavu techniky (State of the Art) Komentář : - Úkolem je zjistit zejména: = Jaká je základna a jaké jsou zdroje pro zjištění stavu techniky v dané produktové oblasti? = Postačuje vědecko-technická základna pro zpracování úkolu? = Je nutné zadat výzkumné úkoly? Pokud ano, tak jaké? = Co bude výchozím technickým produktem? Které technické produkty jsou největšími konkurenty? = atd. - Významnou podpůrnou činností je proto průběžné Vyhledání a zpracování informací. Informace lze obvykle získat: = z informací o konkurenčních produktech = z odborné literatury = ze zákonů, norem, předpisů, = z patentů a užitných vzorů apod. - Uvedené a další informace jsou k dispozici v nejrůznějších formách od reálných produktů, přes tištěné a elektronické nosiče až po internetové zdroje. Toto vyhledávání informací se označuje jako rešerše (produktové, literární, normalizační, patentové apod.). Průzkum trhu je jednou z důležitých složek produktové rešerše pro získání informací o konkurenčních produktech a jejich výrobcích. Průzkumem byly vyhledány tři nejvýznamnější konkurenční produkty, které jsou určeny k přípravě nápojů a jejichž hlavní funkce je tedy shodná, jako u navrhovaného přístroje. Jejich základní popis a charakteristiky jsou uvedeny na následujících snímcích. S. Hosnedl 10

10 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Catler Je 4010 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS i. Vyjasnění problematiky ia. Průzkum stavu techniky (State of the Art) Výrobce: Breville Základní informace: [ 2013] Velmi kvalitní produkt, který využívá řadu moderních technologií: kontrolní LCD, max ot/min, šířka plnícího otvoru 84 mm Cena vč. DPH: 4740 Kč [ 2013] S. Hosnedl 11

11 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS i. Vyjasnění problematiky ia. Průzkum stavu techniky (State of the Art) XL Wide Mouth Juicer Výrobce: L EQUIP Základní informace: [ 2013] Standardní produkt: max ot/min šířka plnící trubice 75 mm Cena vč. DPH: 4199 Kč [ 2013] S. Hosnedl 12

12 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Mini Vitaljuicer Výrobce: Oranfresh Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS i. Vyjasnění problematiky ia. Průzkum stavu techniky (State of the Art) Základní informace: [www. oranfresh.com, 2013] Produkt odlišující se kvalitou zpracování a vybavení: max ot/min, šířka plnicí trubice 75 mm (jako konkurenční produkt B) Cena vč. DPH: 6900 Kč [ 2013] S. Hosnedl 13

13 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS i. Vyjasnění problematiky ia. Průzkum stavu techniky (State of the Art) Shrnutí: Pro další řešení bylo rozhodnuto považovat : - jako výchozí technický produkt: TS LC = TS0 : Catler Je jako konkurenční/srovnatelné technické produkty: TS LC = TSA : XL Wide Mouth Juicer TS LC = TSB : Mini Vitaljuicer S. Hosnedl 14

14 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Specifikace požadavků na TS Komentář : - Zadání úkolu uvedené v předchozí kapitole je nutné doplnit, požadavky uspořádat, údaje pokud možno kvantifikovat a určit jejich významnost/váhu. Výslednou specifikaci požadavků lze uspořádat podle tabulky uvedené na následujících snímcích. - Váhu/významnost požadovaných i indikátorů vlastností lze vyjádřit (bodovým hodnocením) optimálně od min. 1 (obecně od 0, což by však však znamenalo, že požadavek nemá smysl) do max. 4. Používají se však i hrubší dvoúrovňové váhy: přání (tj. váha cca 2) a podmínka (tj. váha cca 4). - Specifikace požadavků je komplexní seznam požadavků na vlastnosti konstruovaného, příp. porovnávaného technického produktu. Cílem je zajistit, aby žádná důležitá vlastnost (zadaná, předepsaná nebo i jen obecně předpokládaná - ISO 9000:2000), nezůstala opomenuta. - Existuje značné množství pokynů pro obsah a formu specifikace požadavků, které se vzájemně značně odlišují. Důvodem je to, že většinou vycházejí ze specifických tradic, poznatků a zkušeností jednotlivých autorů. Zde je proto využito obecně platné uspořádání požadavků vycházející z Teorie technických systémů (TTS). Jednotlivé požadavky na konstrukční (tj. neovlivněné trhem) Product-Design vlastnosti je rozdělena do dvou část jsou zde objektivně a systematicky uspořádány podle vlastností technického produktu/systému (TS) vztažených k obecnému modelu jeho životního cyklu, tzn. nezávisle na specifických okolnostech: I. Požadavky na reflektované vlastnosti: a. požadavky na technické a technologické vlastnosti TS LC v jeho provozní etapě b. požadavky vztažené k operátorům ve všech etapách životního cyklu TS LC (od plánování až po likvidaci) II. Požadavky na deskriptivní vlastnosti: - Pro tuto specifikaci požadavků byla na KKS vyvinuta SW podpora v MS Excel RS&EA, která ji ještě rozšiřuje o hodnocení splnění těchto požadavků u dosavadního, konkurenčních a konstruovaného produktu systému TS(s). Tato SW podpora však svým rozsahem i náročností přesahuje rámec tohoto předmětu, nebude zde proto využita. - pokračování komentáře na následujícím snímku S. Hosnedl 15

15 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Specifikace požadavků na TS technického přístroje. Komentář : - Při specifikaci požadavků na reflektované vlastnosti je vhodné využívat pro orientaci uvedený názorný model životního cyklu navrhovaného TS LC : S. Hosnedl 16

16 1 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Specifikace požadavků na TS Ia. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS jen k PROVOZNÍ ETAPĚ ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení k (hlav. i podp.) transformačním funkcím/účinkům k OperátoruTS, Operandu i Procesu {0 4} { 0 - } { 0 4 } { 0 1} Dílčí hodnoty: n = Σ = Dílčí hodnoty: S. Hosnedl 17 n = Σ =

17 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Specifikace požadavků na TS Ia. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS jen k PROVOZNÍ ETAPĚ ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení 2 k provozuschopnosti - k místu provozování, časovému rozmezí a servisu {0 4} Spolehlivost: 3 Dílčí hodnoty: n = Σ = Dílčí hodnoty: n = Σ = Ib. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS ke VŠEM ETAPÁM ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení k bezpečnosti, zdraví a příjemnosti 3.1 Bezpečnost ve všech životních etapách, ergonomie: { 0 4 } Příjemnost pro člověka (estetičnost, apod.): { 0 4 } { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } Dílčí hodnoty: n = Σ = S. Hosnedl 18 Dílčí hodnoty: n = Σ =

18 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Specifikace požadavků na TS Ib. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS ke VŠEM ETAPÁM ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení 4 k ostatním TS a Tg v životním cyklu TS - k dostupným i vyvolaným {0 4} { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } 2 Dílčí hodnoty: n = Σ = Dílčí hodnoty: n = Σ = S. Hosnedl 19

19 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Specifikace požadavků na TS Ib. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS ke VŠEM ETAPÁM ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení 5 aktivnímu a reaktivním prostředí - k mater.a energiím působícím i vstup.&výstupnim {0 4} 3 6 odborným informacím - dostupným i vyvolaným {0 4} Dílčí hodnoty: n = Σ = Dílčí hodnoty: n = Σ = 2 7 manažerským informacím - k produktu, termínům, nákladům a legislativě {0 4} Dílčí hodnoty: n = Σ = { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } Dílčí hodnoty: n = Σ = Dílčí hodnoty: n = Σ = S. Hosnedl 20 Dílčí hodnoty: n = Σ =

20 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Specifikace požadavků na TS II. Specifikace požadavků na DESKRIPTIVNÍ vlastnosti TS nezávisle na ETAPÁCH ŽIVOTNÍHO CYKLU TS Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti 8 behaviorální (obecné) konstrukční vlastnosti Hodnota indikátoru SWOT pro výchozí stav Váha v TS {0 4} 4 9 definiční (elementární) konstrukční vlastnosti {0 {0 4} 4} Hodnota splnění SWOT pro zlepšený stav Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení { 0 - } {0 4} {0 1} { 0 - } {0 4} { 0 16 } *** 3 9 *** 3 12 *** 3 12 *** 3 12 **** 4 16 **** 4 16 *** 3 12 Dílčí hodnoty: n=7 Σ = 89 Dílčí hodnoty: { 0 - } {0 4} {0 1} { 0 - } není 0 0 ** 2 4 Dílčí hodnoty: n=2 Σ=4 **** 4 16 n= {0 4} Σ= { 0 16 } Dílčí hodnoty: n= Σ= Dílčí hodnoty: n= Σ= 3 {0 4} S. Hosnedl **** 4 12 Dílčí hodnoty: n=7 Σ = 28 21

21 I. ROZPRACOVÁNÍ ZADÁNÍ Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 1.1a Hodnocení vhodnosti TS pro predikované splnění specifikovaných požadavků Komentář : - U výchozího a konkurenčních produktů se hodnotí stupeň vhodnosti pro specifikované požadavky, obvykle také v rozmezí 0 až 4 (0 - nesplňuje vůbec až 4 - splňuje dokonale). Váženým průměrem všech hodnocení se pak získá celkové hodnocení vlastností porovnávaných TS, které lze znázornit ve formě diagramu zobrazeného na následujících snímcích. Speciálním zpracováním hodnocení lze získat také diagram pro hodnocení konkurenceschopnosti TS. - Pro tuto specifikaci požadavků byla na KKS vyvinuta SW podpora RS&EA v MS Excel, která ji ještě rozšiřuje o hodnocení a analýzy vhodnosti dosavadního, konkurenčních a konstruovaného produktu/technického systému TS LC pro specifikované požadavky. Tato SW podpora však svým rozsahem i náročností přesahuje rámec této Case Study, nebude zde proto využita S. Hosnedl 22

22 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny Case Study II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 23

23 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 2. Návrh funkční struktury TS Komentář : - Cílem tohoto kroku je návrh funkční koncepce (Funkční struktury) TS, která ke východiskem pro optimální finální koncepční návrh (Orgánové struktury) TS, který zabezpečí kauzální přeměnu stavu zvolených M, E, I vstupů TS na stav výstupní, který způsobí požadované účinky pro přeměny operandu se stavu vstupního na stav výstupní (Pozor, u reaktivních TS se M, E, I vstupy vyvolávají reakcí na zatížení / účinky na výstupu TS, takže nepotřebují k jejich vyvození další vstupy) - Východiskem je návrh provozního Transformačního procesu navrhovaného TS, který začíná návrhem černé skříňky procesu pouze s jeho vstupy a výstupy, který se pak konkretizuje navržením technologického principu a technologie přeměny operandu ze zvoleného dostupného stavu na požadovaný výstupní stav. S. Hosnedl 24

24 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 2. Návrh funkční struktury TS Návrh ( scénář ) provozního transformačního procesu navrhovaného TS a) Návrh černé skříňky provozního transformačního procesu Komentář: - Jedná se o nejabstraktnější zobrazení provozního procesu konstruovaného technického produktu/systému, znázorňující přeměnu příslušných vstupů na požadované výstupy při provozu TS. U řešeného úkolu je provozním transformačním procesem přeměna zeleniny na šťávu a odpad (vedlejší výstup provozního procesu) za pomoci účinků operátorů ( nástrojů ): člověka, konstr. TS, akt.&reakt. prostředí, a nepřímo nepřímo odb. a manaž. informací účinky člověka - obsluhy účinky navrhovaného tech. systému účinky akt.&reakt. prostředí účinky odborného inf. syst. účinky manažerského inf. syst. Zpětné vazby Zelenina Šťáva Odšťavněná zelenina S. Hosnedl 25

25 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 2. Návrh funkční struktury TS Návrh ( scénář ) provozního transformačního procesu navrhovaného TS b) Návrh technologie provozního transformačního procesu Komentář: - Černá skříňka provozního transformačního procesu je konkretizována popisem zvoleného technologické principu účinky člověka - obsluhy účinky navrhovaného tech.systému účinky akt.&reakt. prostředí účinky odborného inf. syst. účinky manažerského inf. syst. Zelenina Technologie zhotovení šťávy z požadovaných druhů zeleniny, zejména z mrkve, červené řepy, okurek, apod. : Rozdělení zeleniny na kousky a jejich odšťavnění pomocí odstředivé síly, kdy dochází ke kvalitnějšímu oddělení šťávy Zpětné vazby Šťáva Odšťavněná zelenina S. Hosnedl 26

26 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 3. Návrh orgánové struktury TS Navržené koncepční alternativy (orgánové struktury) TS A B SUROVINA SUROVINA ODPAD Poznámka: - Čísla v kroužcích označují funkce TS potřebné pro uskutečnění navrženého provozního transformačního procesu. Pořadí funkcí rámcově odpovídá technologickému pořadí účinků TS, na nichž se podílejí. - Při návrhu alternativ s použitím funkční struktury TS a morfologické matice jsou s nimi funkce i jejich očíslování shodné. S. Hosnedl 27

27 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 3. Návrh orgánové struktury TS Hodnocení koncepčních alternativ (orgánové struktury) TS Symbol Q C Kritéria hodnocení pro dodanou kvalitu : Alternativa: A B Ideál Hodnocení vhodnosti { 0 až 4} vložení surovin množství/čas oddělení šťávy oddělení odpadu suchost odpadu apod součet hodnocení: { 0 součet Ideál } = { 0 20 } normované hodnocení: ( součet / součet Ideál ) => { 0 1 } 0,80 0,75 1 pro vynaložené náklady: na vývoj (vč. výzkumu, ) na výrobu (vč. nákupů, montáže,..) apod součet: { 0 součet Ideál } = { 0 4 } normované hodnocení: ( součet / součet Ideál ) => { 0 1 } 0,50 0,75 1 Poznámky: - Kritéria hodnocení se volí podle základních požadavků na navrhovaný TS, které lze již u koncepčního návrhu kvalifikovaným odhadem predikovat - Při tomto hrubém hodnocení je váha (tj. významnost) všech kritérií uvažována shodná, takže není do hodnocení zahrnuta - Většinou lze uvažovat, tak jako zde, že dodací termíny (na vývoj, výrobu, distribuci, ) jsou u hodnocených provnávaných alternativ přibližně shodné, takže se neuplatňují jako třetí kritérium T jejich vzájemné konkurenceschopnosti) S. Hosnedl 28

28 Hodnocení vynaložených nákladů C Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ II. KONCEPČNÍ NÁVRH TS 3. Návrh orgánové struktury TS Hodnocení koncepčních alternativ orgánových struktur TS 1 Ideál 0,8 B 0,6 0,4 A 0, ,2 0,4 0,6 0,8 1 Hodnocení dodané kvality Q Z diagramu vyplývá, že (sub)optimálním návrhem je alternativa B, neboť má při srovnatelné dodané kvalitě výrazně nižší vynaložené náklady. S. Hosnedl 29

29 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny Case Study III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 30

30 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS Komentář : - Cílem tohoto kroku je hledání řešení TS pro navržené a vybrané suboptimální koncepční schéma Orgánové struktury TS až do úrovně předběžného konstrukčního návrhu hrubé stavební struktury TS. - Nedílnou součástí jsou průběžná hodnocení a rozhodování k jednotlivým dílčím krokům. Jako podklad slouží predikované hodnoty získané dostupnými, avšak přiměřeně přesnými, rychlými a hospodárnými způsoby počínaje kvalifikovanými odhady a porovnáním, přes výpočtové metody, virtuální i fyzické modelování, přes experimenty až po testování prototypů. Tyto predikce přesahují rámec této Case Study, proto jsou zde simulovány pouze kvalifikovanými odhady. S. Hosnedl 31

31 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS Předběžný konstrukční návrh pro koncepční alternativu (orgánové struktury) B Varianta provedení přítlačného válce: S. Hosnedl 32

32 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS SWOT analýza a hodnocení vhodnosti předběžného návrhu pro specif. požadavky Komentář : - Předběžný konstrukční návrh hrubé stavební struktury TS již umožňuje (na rozdíl od abstraktního, funkčně zaměřeného koncepčního návrhu orgánové struktury TS) zahájit alespoň hrubé predikce a hodnocení vhodnosti TS i pro ostatní specifikované vlastnosti. - Cílem tohoto kroku je proto nalezení silných (Strong) a slabých (Weak) vlastností předběžného konstrukčního návrhu hrubé stavební struktury TS a z toho vyplývajících příležitostí (Opportunities ) a hrozeb (Threads) pro životní cyklus TS. Přitom je třeba uvážit váhu (významnost) jednotlivých vlastností při předpokládaných běžných i mezních konstrukčních situacích v jednotlivých etapách životního cyklu navrhovaného TS. - V předložené Case Study jsou tyto analýzy zjednodušeny jen na úroveň základních tříd vlastností a v důležitých případech jejich podtříd. - Nedílnou součástí řešení jsou průběžná hodnocení a rozhodování. Jako podklad pro hodnocení slouží predikované hodnoty jednotlivých (kritérií - indikátorů) vlastností - číselné, slovní, apod. zobecněné hodnoty (v AJ Value ) v předepsaných nebo smluvních stupnicích a jednotkách. Lze také použít zjednodušenou souhrnnou hodnotu splnění specifikovaných (indikátorů) vlastností (pro jejich třídu, podtřídu, apod.) pomocí hvězdičkové konvence od 0 (min. hodnota) do **** (max. hodnota). Hodnotu splnění je třeba stanovit předem pro soubor příslušných predikovaných hodnoty a jejich jednotlivých hodnocení. V tomto případě (použitém i v této Case Study) navazující hodnocení (od min. 0 do max. 4) rovnou odpovídá těmto hodnotám (tj. 0 nebo počtu hvězdiček). - K predikci hodnot lze využít všechny dostupné, přiměřeně přesné, rychlé a efektivní způsoby počínaje kvalifikovanými odhady a porovnáním, přes výpočtové metody, virtuální a fyzické modelování, experimenty až po testování prototypů, atd. Tyto činnosti většinou přesahují rámec této Case Study, jsou zde proto simulovány pouze kvalifikovanými odhady S. Hosnedl 33

33 1 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS SWOT analýza a hodnocení vhodnosti předběžného návrhu pro specif. požadavky Ia. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS jen k PROVOZNÍ ETAPĚ ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení k (hlav. i podp.) transformačním funkcím/účinkům k OperátoruTS, Operandu i Procesu {0 4} { 0 - } { 0 4 } { 0 1} Max.váž.hodn.: Váha/4=4/4=1, Váž.hodnocení: Max.*Hodn./4 =1,00*3/4=0,75 Váž.h./Max.v.h. =0,75/1,00=0, Dílčí hodnoty: n = Σ = Dílčí hodnoty: S. Hosnedl 34 n = Σ =

34 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS SWOT analýza a hodnocení vhodnosti předběžného návrhu pro specif. požadavky Ia. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS jen k PROVOZNÍ ETAPĚ ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení 2 k provozuschopnosti - k místu provozování, časovému rozmezí a servisu {0 4} Spolehlivost: Max.váž.hodn.: Váha/4=3/4=0, Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 = 0,75*2/4=0,38 Váž.h./Max.v.h. =0,38/0,75=0,50 Dílčí hodnoty: n = Σ = Dílčí hodnoty: n = Σ = Ib. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS ke VŠEM ETAPÁM ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení k bezpečnosti, zdraví a příjemnosti 3.1 Bezpečnost ve všech životních etapách, ergonomie: { 0 4 } Max.váž.hodn.: Váha/4=4/4=1, Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 =1,00*2/4=0,50 Váž.h./Max.v.h. { 0 - } { 0 4 } =0,50/1,00=0,50 { 0 16 } 3.2 Příjemnost pro člověka (estetičnost, apod.): { 0 4 } { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } Max.váž.hodn.: Váha/4=3/4=0,75 Váž.hodn.:Max.*Hodn. 3 2 =3/4 =0,75*2/4= 0,38 Dílčí hodnoty: n = Váž.h./Max.v.h. Σ = =0,38/0,75=0,50 Dílčí hodnoty: n = Σ = S. Hosnedl 35

35 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS SWOT analýza a hodnocení vhodnosti předběžného návrhu pro specif. požadavky Ib. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS ke VŠEM ETAPÁM ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení 4 k ostatním TS a Tg v životním cyklu TS - k dostupným i vyvolaným {0 4} 4.1 Max.váž.hodn.: Váha/4=3/4=0, Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 = 0,75*3/4= 0,56 Váž.h./Max.v.h. =0,56/0,75=0,75 { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } Max.váž.hodn.: Váha/4=3/4=0,75 4 Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 = 0,75*4/4= 0,75 Váž.h./Max.v.h. =0,56/0,75=1,00 { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } 4 Max.váž.hodn.: Váha/4=2/4 = 0,50 Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 = 0,50*4/4 = 0,50 { 0 - } { 0 4 } { 0 16 } Váž.h./Max.v.h. Dílčí hodnoty: n = =0,50/0,50=1,00 Σ = Dílčí hodnoty: n = Σ = S. Hosnedl 36

36 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS SWOT analýza a hodnocení vhodnosti předběžného návrhu pro specif. požadavky Ib. Specifikace požadavků na reflektované vlastnosti TS ke VŠEM ETAPÁM ŽIVOTNÍHO CYKLU TS! SWOT pro výchozí stav SWOT pro zlepšený stav Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti Hodnota indikátoru Váha v TS Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení 5 6 aktivnímu a reaktivním prostředí - k mater.a energiím působícím i vstup.&výstupnim {0 4} odborným informacím - dostupným i vyvolaným {0 4} Max.váž.hodn.: Váha/4=3/4 = 0,75 Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 = 0,75*3/4 = 0,56 Dílčí hodnoty: n = Váž.h./Max.v.h. Σ = =0,56/0,75=0,75 Dílčí hodnoty: n = Σ = 3 3 Max.váž.hodn.: Váha/4=2/4=0, Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 =0,50*2/4= 0,25 Váž.h./Max.v.h. =0,25/0,50=0,50 7 manažerským informacím - k produktu, termínům, nákladům a legislativě {0 4} Dílčí hodnoty: n = Σ = { 0 - } { 0 4 } Max.váž.hodn.: { 0 16 } Váha/4=4/4=1,00 Dílčí hodnoty: n = Σ = 4 3 Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 =1,00*3/4=0, Váž.h./Max.v.h. Dílčí hodnoty: n = =0,75/1,00=0,75 Σ = Dílčí hodnoty: n = Σ = S. Hosnedl 37

37 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS SWOT analýza a hodnocení vhodnosti předběžného návrhu pro specif. požadavky II. Specifikace požadavků na DESKRIPTIVNÍ vlastnosti TS nezávisle na ETAPÁCH ŽIVOTNÍHO CYKLU TS Třída/podtřída vlastností / Vlastnost / - indikátor vlastnosti 8 behaviorální (obecné) konstrukční vlastnosti Hodnota indikátoru SWOT pro výchozí stav Váha v TS {0 4} 4 Hodnota splnění SWOT pro zlepšený stav Hodnocení Váž. hodnocení Hodnota splnění Hodnocení Váž. hodnocení { 0 - } {0 4} {0 1} { 0 - } {0 4} { 0 16 } *** 3 9 *** 3 Max.váž.hodn.: Váha/4=4/4=1,00 12 *** 3 *** 3 3 **** 4 12 Váž.hodn.: 12 Max.*Hodn./4 =1,00*3/4=0,75 16 Váž.h./Max.v.h. =0,75/1,00=0,75 9 definiční (elementární) konstrukční vlastnosti {0 {0 4} 4} 3 {0 4} S. Hosnedl **** 4 *** 3 12 Dílčí hodnoty: n=7 Σ = 89 Dílčí hodnoty: { 0 - } {0 4} {0 1} { 0 - } není 0 0 Max.váž.hodn.: Váha/4=3/4=0,75 4 ** 2 Dílčí hodnoty: n=2 2 **** 4 16 Σ=4 Dílčí hodnoty: Váž.hodn.: Max.*Hodn./4 =0,75*2/4=0,38 n= {0 4} Σ= { 0 16 } n= Σ= n= Σ= 16 Váž.h./Max.v.h. =0,38/0,75=0,50 **** 4 12 Dílčí hodnoty: n=7 Σ = 28 Dílčí hodnoty: 38

38 Tř. Požadavky k vlastnostem 1. Provoz.funkce/účinky 2. Provozuschopnost 3. Člověk & živ. bytosti 3.1 bezpečnost 3. Člověk & živ. bytosti 3.2 příjemnost 4. Ost. tech. systémy 4.1 k předv.et. a výr. 4. Ost. tech. systémy 4.2 k distribuci 4. Ost. tech. systémy 4.3 k likvidaci 5. Přírodní systém 6. Odbor. Inform. syst. 7. Mmaaž. inorm. syst. 8. Behaviorál. vlastn. 9. Definiční vlastn. 10. Znakové vlastn. Stupeň vhodnosti Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS Hodnocení vhodnosti /SWOT predikovaných vlastností pro specifikované požadavky - příklad pro předchozí ilustrativní (!!!) specifikaci a hodnocení 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, Třídy a podtř. vlastností TS ve specifikaci požadavků - požadavek - predikce X.YZ - predik./požad. Obr.: Diagram váženého hodnocení vhodnosti predikovaných vlastností předběžného konstrukčního návrhu hrubé stavební struktury TS pro specifikované požadavky v uvedených třídách, příp. podtřídách vlastností TS Poznámky: - Pro zpracování hodnocení a vykreslení diagramu lze efektivně využít MS Excel. Tato SW podpora je rozpracována a bude doplněna. - Shodným způsobem lze provést a zobrazit do diagramů i dílčí hodnocení pro další podtřídy příp. i jednotlivé vlastnosti a získat tak detailní SWOT analýzu slabých a silných vlastností X pro stanovení strategie (disruptivních zlepšení a inovací) analyzované alternativy návrhu TS! S. Hosnedl 39

39 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS Zlepšení předběžného návrhu (hrubé stavební struktury) TS Komentář : - Další krok řešení spočívá ve zlepšení nalezených slabých vlastností předběžného návrhu TS. - V prvém kroku se naskicují s využitím (vlastních i převzatých) poznatků DfX a PoX dílčí úpravy předběžného návrhu TS zaměřené vždy jen na jednu zlepšovanou vlastnost: = Navržené úpravy mohou být s výhodou řešeny na úkor zbytečně silných vlastností s menší vahou, nesmí však samozřejmě zhoršovat vlastnosti, zejména ty s větší vahou, které by se pak staly slabé. = Vynaložené náklady by se přitom vždy měly pokud možno snižovat, a zvyšovat jen tehdy, pokud to významně(ji) přispěje ke zvýšení konkurenceschopnosti TS. Obecně platná doporučení DFX (tj. DfX a PoX) ke klíčovým třídám vlastností jsou obsažena v přednáškách, vybrané speciální příklady v jejich přílohách. Konkrétní příklady úprav nejsou doposud do této Case Study zařazeny. - V dalším kroku by se provedla sub-optimální syntéza navržených dílčích úprav ve formě zlepšeného předběžného konstrukčního návrhu (hrubé stavební struktury) TS. Pro tento zlepšený návrh by se opět měla zopakovat SWOT analýza (do připravených sloupců v pravé části SWOT analýzy) a postup by se v případě potřeby znovu zopakoval. Toto zlepšování předběžného konstrukčního návrhu již přesahuje rámec a rozsah této Case Study, takže již zde není zahrnuto S. Hosnedl 40

40 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ III. KONSTRUKČNÍ NÁVRH TS 4. Návrh úplné stavební struktury TS Finalizace zlepšeného předběžného návrhu (hrubé stavební struktury) Komentář : - Finalizace konstrukčního návrhu, tj. úplné stavební struktury TS, pro jeho komplexní hodnocení a rozhodnutí o zahájení závěrečné fáze vypracování jeho dokumentace pro výrobu (výkresů součástí, sestavení, seznamu součástí) a další etapy životního cyklu TS (dopravu, skladování, údržbu a opravy, likvidaci,apod.), archivaci, prezentace, apod. Finalizace konstrukčního návrhu proto již přesahují rámec a rozsah této Case Study, není zde již proto zahrnuta. S. Hosnedl 41

41 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny Case Study IV. FINÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ NÁVRHU TS 42

42 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ IV. FINÁLNÍ ZPRACOVÁNÍ NÁVRHU TS 6. Detailování úplné stavební struktury TS a dokumentace řešení Komentář : - Závěrečný krok - sdělování řešení konstrukčního návrhu, tj. jeho dokumentace pro výrobu a další etapy životního cyklu TS, archivaci, prezentace, apod. Týká se v rozhodující míře rutinních práce, které přesahují rámec této Case Study, není zde již proto zahrnut. S. Hosnedl 43

43 Konstrukční návrh přístroje na přípravu nápojů z čerstvé zeleniny POTŘEBNÉ LITERATURA [Eder&Hosnedl 2008] EDER, W. E.; HOSNEDL, S.: Design Engineering: A Manual for Enhanced Creativity. 1. issue. Boca Raton, Florida USA : CRC Press, Taylor & Francis Group, pp. ISBN [Eder&Hosnedl 2010] EDER, W. E.; HOSNEDL, S.: Introduction to Design Engineering: Systematic Creativity and Management. Boca Raton, Florida, USA: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2010, 432 s. ISBN: [Hubka 1991] HUBKA,V.: Konstrukční nauka, z Allgemeines Vorgehensmodell des Konstruierens (Zürich: Heurista, 1972) a Principles of Engineering Design (Zürich: Heurista, 1987) přel. Hosnedl, S. Praha: Konservis, s. ISBN [Hubka&Eder 1992] HUBKA, V. a EDER, W.E. Engineering Design.. Zürich: Heurista, ISBN [Hosnedl 2012a] HOSNEDL, S.: Systémové navrhování technických produktů. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita, FST, KKS s. ISBN (elektronická verze). [Hosnedl 2012b] HOSNEDL, S., DVOŘÁK J. A KOPECKÝ M.: Konstrukční a designérský návrh nemocničního lůžka pro intenzivní péči Case study. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita, s. ISBN (elektronická verze). [Hubka&Eder 1988] HUBKA, V., EDER, W.E: Theory of Technical Systems. Berlin Heidelberg: Springer - Verlag, 1988, (2. vyd. něm. 1984) ISBN [Hubka&Eder 1996] HUBKA,V., EDER, W.E.: Design Science. London, Springer,1996, ISBN S. Hosnedl 44

44 Katedra konstruování strojů Děkuji Vám za pozornost Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc.