doc. Ing. Václava Lašová, Ph.D. Katedra konstruování strojů Fakulta strojní Konstruování KKS/KS doc. Ing. Václava Lašová, Ph.D. 4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. Podklady k přednáškám – Kapitola 4 Plzeň, 2015 Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 „Inovace výuky podpořená praxí“.

KONSTRUOVÁNÍ 4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS  PRO ÚPLNOST K INFORMACI POTŘEBNÉ DŮLEŽITÉ 4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS Konstruování jako řešení problému s využitím teorie TS (TTS) 31.10.2009 © S. Hosnedl 2 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS DŮLEŽITÉ ÚČEL A CÍL TEORETICKY PODLOŽENÉHO KONSTRUOVÁNÍ (1) Účel: Racionalizace konstruování TS Cíl: Cílevědomý postup konstruování na základě: - Systému („mapy“) teoreticky uspořádaných poznatků z teorie i praxe Systémové metodiky („technologie“), tj. návazností i obsahu jednotlivých dílčích transformací (operací) vedoucí k požadované přeměně operandu (zpracovávaných informací) od výchozího stavu ke stavu požadovanému, která z těchto poznatků vychází. Konstrukční proces je pak popsatelný jako u každý jiný transformační proces. Konstrukční proces se tak stává teoreticky podloženým konstruováním, které je: Racionální: význam pro další zdokonalování (na rozdíl od přístupu „pokus – omyl“, apod.) Flexibilní: význam v nových situacích - Sdělitelné: význam pro výuku 04.01.2010 © S. Hosnedl 3 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS DŮLEŽITÉ ÚČEL A CÍL TEORETICKY PODLOŽENÉHO KONSTRUOVÁNÍ (2) Nevýhody: - je obvykle pomalejší než intuitivní nápad na základě zkušeností a osobních znalostí. Pro praxi je proto optimální kombinace postupu (podkap. 6.4): - teoreticky podloženého (na základě „mapy“ poznatků EDS), pro projekt jako celek, potřebujeme-li více variant, nová řešení a je dost. času. - instruktivního (předepsaného, algoritmizovaného, mnemotechnického, …) je-li předepsaný postup závazný, nevyhnutelný nebo výhodný - intuitivního (na základě předchozích poznatků a zkušeností s řešením) jedná-li se o známý problém a nemáme dostatek času - i „pokus – omyl/úspěch“ (zkusmo) pokud vše ostatní selhalo 04.01.2010 © S. Hosnedl 4 

i 4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS DŮLEŽITÉ KONSTRUOVÁNÍ JAKO ŘEŠENÍ PROBLÉMU (1) Struktura základních operací konstrukčního procesu: Tak jako celý konstrukční proces i jeho jednotlivé konstrukční fáze a jejich konstrukční operace se obecně řeší pomocí opakujících se základních (konstrukčních) operací, které se skládají z posloupnosti postupových operací: A. Zpřesnění (konstrukčního) úkolu B. Hledání řešení (konstrukčního) úkolu C. Hodnocení řešení (konstrukčního) úkolu a Rozhodování D. Sdělování řešení (konstrukčního) úkolu které jsou podporovány průběžnými operacemi: E. Vyhledávání a zpracování informací ke (konstrukčnímu) úkolu, F. Zobrazování (konstrukčního) úkolu G. Kontroly (konstrukčního) úkolu Další důležitou průběžnou oporou je (operace): - Management (konstrukčního) úkolu, které se však nepodílí přímo na odborném řešení, a proto se jím zde nebudeme dále zabývat. Poznámka: - V této podkapitole. jsou pro ucelenost uvedeny u jednotlivých operací kromě metodických poznatků i základní poznatky teoretické. (viz pozn. v podkap. 5.4) i 04.01.2010 © S. Hosnedl 5 

Obr.: Obecné základní operace v konstrukčním procesu 4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS DŮLEŽITÉ KONSTRUOVÁNÍ JAKO ŘEŠENÍ PROBLÉMU (1) B. HLEDÁNÍ ŘEŠENÍ varianty návrhu TS C1. HODNOCENÍ C2. ROZHODNUTÍ D. SDĚLOVÁNÍ ŘEŠENÍ specifikace požadavků na TS Zadání úkolu – požadavků na TS ohodnocené varianty návrhů TS optimální varianta návrhu TS ŘÍZENÍ KONSTRUOVÁNÍ E. VYHLEDÁVÁNÍ A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ F. ZOBRAZOVÁNÍ G. KONTROLY řešení úkolu - konstrukční dokumentace návrhu TS A. UPŘESNĚNÍ ÚKOLU Obr.: Obecné základní operace v konstrukčním procesu - jsou znázorněny na úrovni celého DesP, uplatňují se však v téže struktuře i na kterékoli nižší hierarchické úrovni: fáze, operace i kroku 04.01.2010 © S. Hosnedl 6 

i 4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS DŮLEŽITÉ KONSTRUOVÁNÍ JAKO ŘEŠENÍ PROBLÉMU S VYUŽITÍM TTS (1) Účel : Racionální metodika (“technologie“) postupu obecného konstrukčního procesu (DesP) Cíl : Obecný postup konstrukčního návrhu technického produktu (TS) (počínaje zadáním úkolu a konče vypracováním úplné konstrukční dokumentace stavební struktury TS a dalších informací pro všechny etapy jeho životního cyklu), který: - vychází z analýzy konstrukčního procesu, (co ovlivňuje výsledek, jaké existují modifikace postupu,jaké metody řešení existují) - rozčleňuje jej na přehledné fáze a kroky, - stanovuje jejich optimální posloupnost, včetně vhodných (taktických) metod a principů, tak, aby spolehlivě, s minimálními náklady a v co nejkratším čase vedl k dosažení stanoveného cíle. Poznámky: - Pro ucelenost jsou uvedeny (viz pozn. podkap. 5.5) kromě metodických poznatků k OMPK i základní poznatky. Teoretické. - OMPK [Hubka&Eder 1996] , příp. [Eder&Hosnedl 2008] není normativní směrnice . Je třeba jej chápat a používat jako „průvodce“ doporučujícího optimální využití „mapy“ poznatků EDS pro racionální konstrukční návrh TS, který optimálně splňuje kladené požadavky. i 04.01.2010 © S. Hosnedl 7 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ KONSTRUOVÁNÍ JAKO ŘEŠENÍ PROBLÉMU S VYUŽITÍM TTS (2) B. HLEDÁNÍ ŘEŠENÍ - syntéza TS varianty návrhu TS C1. HODNOCENÍ - analýza TS - evaluace TS C2. ROZHODNUTÍ - selekce variant TS D. SDĚLOVÁNÍ ŘEŠENÍ - dokumentace TS - prezentace a předání dokumentace TS - archivace dokumentace TS I. Vyjasn.zad. IV. Det. zprac. specifikace požadavků na vlastnosti TS Zadání úkolu ohodnocené varianty návrhů TS optimální varianta návrhu TS II.Koncip./projekt III. Navrh./“tvarování“ X. ŘÍZENÍ KONSTRUOVÁNÍ E. VYHLEDÁVÁNÍ A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ F. ZOBRAZOVÁNÍ G. KONTROLY řešení úkolu - konstrukční dokumentace návrhu TS Det.úpl.staveb. strruktury 6. Úpl.staveb. struktura 5. Hr.staveb. 4. Orgánová struktura 3. Funkční struktura 2. A. UPŘESNĚNÍ ÚKOLU - analýza úkolu - formulace úkolu Vyjasnění/rozprac. požadavků 1. „Seriové“ činnosti (v cyklech a iteracích): A. UPŘESNĚNÍ ÚKOLU I. VYJASNĚNÍ ZADÁNÍ  1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na vlastnosti TS (vč. plánu řešení) ANALÝZA ÚKOLU  zjišťování požadavků na vlastnost TS (včetně realizovatelnost řešení) FORMULACE ÚKOLU  stanovení požadavků na vlastnosti TS (včetně časového naplánování úkolu) B. HLEDÁNÍ ŘEŠENÍ SYNTÉZA ÚKOLU  Návrh/stanovení konstrukční struktury TS II. KONCIPOVÁNÍ/“PROJEKTOVÁNÍ“ („kvalitativní fáze“)  2. Návrh funkční struktury TS  3. Návrh orgánové struktury TS III. NAVRHOVÁNÍ/“TVAROVÁNÍ“ („kvalitativní fáze“)  4. Návrh hrubé stavební struktury TS  5. Návrh úplné stavební struktury TS C. HODNOCENÍ A ROZHODNUTÍ C.1. HODNOCENÍ a. výběr kritériem pro hodnocení  výběr vlastnosti TS pro hodnocení b. stanovení měřítek kritérií  převzetí standardních příp. vytvoření speciální stupnice pro stavy vybraných vlastností TS - ANALÝZA c. zjišťování hodnot kritérií  zjišťování docílených obecných a vnějších vlastností (navržených variant) TS - EVALUACE d. zpracování jednotlivých hodnot do dílčích hodnocení nebo do celkového hodnocení  hodnocení docílených vlastností a celkové hodnocení (navržených variant) TS C.2. ROZHODNUTÍ (ROZHODOVÁNÍ) - SELEKCE e. rozhodnutí v nejlepší variantě  výběr a rozhodnutí o optimální variantě D. SDĚLENÍ ŘEŠENÍ IV. DETAILNÍ ZPRACOVÁNÍ (A PŘEDÁNÍ)  6. Detailování a popis úplné stavební struktury TS (včetně předání) ÚPLNÉ DOKUMENTOVÁNÍ A PŘEDÁNÍ ÚKOLU  úplný popis vlastností TS na médiích PREZENTACE A PŔEDÁNÍ DOKUMENTACE K ARCHIVACI  popis a přesnost vlastností TS pomocí médií Uvedené „sériové“ operace/ kroky jsou průběžně doprovázeny „paralelními“ operacemi E. VYHLEDÁVÁNÍ A ZPRACOVÁNÍ INFORMACÍ F. ZOBRAZOVÁNÍ (všeho druhu) G. KONTROLY X. ŘÍZENÍ Obr.: Základní struktura (fáze 1 – 6) teor. podlož. Obecného modelu postupu konstruování (OMPK) TS - vývojový diagram [Hubka 1995, 1996, Eekels 1995, Pahl 1996, Eder 2004 aj. => Hosnedl 2004, 2012 ] (vpravo shrnutí struktur z podkap. 6.2) 24.09.2012 © S. Hosnedl 8 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS DŮLEŽITÉ KONSTRUOVÁNÍ JAKO ŘEŠENÍ PROBLÉMU S VYUŽITÍM TTS (3) 1. Vyjasnění a rozpracování požadavků na TS 2. Návrh funkční struktury TS 3. Návrh orgánové struktury TS 4. Návrh hrubé stavební struktury TS 5. Návrh úplné stavební struktury TS 6. Detailování a popis úplné stavební struktury TS 04.01.2010 © S. Hosnedl 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ 1. VYJASNĚNÍ A ROZPRACOVÁNÍ POŽADAVKŮ NA TS (1) Komentář k jednotlivým krokům (1) : 1.1 Vyjasnění zadání: - Kritické posouzení zadání ( úplnost, jasnost, jednoznačnost,…) 1.2 Stav techniky (State of the Art): - Zjištění stavu techniky (patentové a literární rešerše) 1.3 Analýza problému: - Analýza řešené problémové situace (příčiny problému, požadavky, možnost jiných zadání řešení …) - Charakteristika situace (stav, trendy) a přístupu k  řešení dle faktorů konstrukční situace 1.4 Analýza realizovatelnosti: - Prověření realizačních možností příp. podmínek řešení (personálních, technických, informačních, řídících , ekonomických , finančních, legislativních, časových,…) 04.01.2010 © S. Hosnedl 

i 4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ 1. VYJASNĚNÍ A ROZPRACOVÁNÍ POŽADAVKŮ NA TS (2) Komentář k jednotlivým krokům (2): 1.5 ÷1.7 Specifikace požadavků (požadavkový list): - Doplnění, uspořádání, kvantifikace a stanovení priorit požadavků na charakteristiky vlastností a chování TS (uspořádaných podle prvků transformačních systémů v etapách životního cyklu konstruovaného TS) - Zpracování (alternativ/variant) specifikace požadavků, zobrazení - Hodnocení (s ověřováním a zlepšováním) a rozhodnutí o optimální alternativě/variantě(ách) specifikace požadavků. - Hodnocení dosavadního a srovnatelných/konkurenčních řešení z hlediska kvality/úrovně splnění specifikovaných požadavků a z hlediska vzájemné konstrukční konkurenceschopnosti 1.8 Plán řešení (Harmonogram) - Zpracování plánu postupu v čase, zobrazení Poznámka (k 1.5 ÷ 1.7): - Někdy je vhodný i negativní požadavek „co se nesmí stát“ ! i 04.01.2010 © S. Hosnedl 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ 2. NÁVRH FUNKČNÍ STRUKTURY TS Komentář k jednotlivým krokům: 2.1÷2.5 Návrh provozního transformačního procesu - Stanovení černé skřínky zajišťovaného provozního transformačního procesu s černou skřínkou navrhovaného TS. - Stanovení technologického principu, konkrétního způsobu a postupu (technologie) včetně pořadí operací (hlavního transformačního procesu). Stanovení úplného provozního transformačního procesu (včetně přípravné a zakončovací fáze a včetně asistujících procesů materiálových, energetických, informačních a spojovacích/nosných) a jeho optimalizace. Stanovení potřebných účinků/funkcí a jejich rozdělení na TS, člověka a aktivního i reaktivního okolí. - Stanovení hranic řešeného TS a seskupení funkcí. 2.6 Návrh funkční struktury (funkčního schéma) Stanovení (alternativ/variant) funkční struktury TS, zobrazení. Hodnocení (se zjišťováním vlastností, ověřováním a zlepšováním) a rozhodnutí o (sub)optimální alternativě/variantě(ách). 04.01.2010 © S. Hosnedl 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ 3. NÁVRH ORGÁNOVÉ STRUKTURY TS Komentář k jednotlivým krokům: 3.1 Výchozí rozhodnutí - Určení vstupů (druhů materiálu, energie, informací), funkčních principů a (konkrétních) pracovních způsobů. 3.2÷3.3 Přiřazení orgánů jednotlivým funkcím z Funkční struktury (např. metodou Morfologické matice) - Určení možných orgánů (do řádek morfologické matice) k jednotlivým funkcím (v prvém sloupci morfologické matice) - Kombinace orgánů (při respektování jejich kompatibility) do celků (spojnicemi v morfologické matici - z každé řádky jeden orgán). 3.3÷3.6 Návrh Orgánové struktury (koncepčního schéma) - Stanovení (alternativ/variant) základního uspořádání orgánů a orgánové struktury, zobrazení. - Hodnocení (zjišťování vlastností, ověřování a zlepšování) a rozhodnutí o (sub)optimální alternativě/variantě(ách). 04.01.2010 © S. Hosnedl 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ 4. NÁVRH HRUBÉ STAVEBNÍ STRUKTURY TS Komentář k jednotlivým krokům: 4.1÷4.4 Dílčí kroky Stanovení základen a východisek pro určování tvarů a rozměrů. Uspořádání stavební struktury, stanovení hrubého tvaru a rozměrů. - Určení druhů materiálu, výroby, stavů povrchu a tolerancí kde je nezbytné. - Prozkoumání klíčových zón. 4.5÷4.6 Návrh Hrubá stavební strukturu (předběžného návrhu) - Stanovení alternativ/variant hrubé stavební struktury, zobrazení. Hodnocení (zjišťování vlastností s ověřováním a zlepšováním) a rozhodnutí o (sub)optimální alternativě/variantě(ách). 04.01.2010 © S. Hosnedl 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ 5. NÁVRH ÚPLNÉ STAVEBNÍ STRUKTURY TS Komentáře k jednotlivým krokům: 5.1÷5.4 Dílčí kroky - Kritické posouzení vlastností vybrané hrubé stavební struktury (komplexnějším, přesnějším a objektivnějším zjištěním vlastností a jejich hodnocením). Dokončení uspořádání stavební struktury, stanovení všech podstatných tvarů a rozměrů. Dokončení určení všech podstatných materiálů, druhů výroby, stavu povrchů, odchylek od jmenovitých hodnot (vše ve volném stavu i smontovaném stavu) - Optimalizace všech podstatných zón návrhu. 5.5÷5.7 Úplná stavební struktura (konstrukční návrh) Stanovení (variant) úplné stavební struktury zobrazení. Hodnocení (zjišťování vlastností s ověřováním a zlepšováním) a rozhodnutí o optimální(ch) variantě(ách). Hodnocení navrženého řešení TS z hlediska kvality/úrovně splnění stanovené specifikace požadavků a z hlediska konstrukční konkurenceschopnosti vzhledem k dosavadnímu/výchozímu řešení a srovnatelným/konkurenčním řešením - Schvalování vybrané varianty. 04.01.2010 © S. Hosnedl 

4 Teoreticky podložené metodické konstruování TS POTŘEBNÉ 6. DETAILOVÁNÍ A POPIS ÚPLNÉ STAVEBNÍ STRUKTURY TS Komentáře k jednotlivým krokům: 6.1÷6.2 Dílčí kroky Úplné stanovení všech tvarů a rozměrů stavebních prvků. Úplné určení všech materiálů, druhů výroby, stavů povrchu, odchylek od jmenovitých hodnot (zde tolerancí). Určení postupů montáže a stavů při/po montáži. 6.3÷6.6 Konstrukční dokumentace úplné stavební struktury Zobrazení montážních skupin (výkresy sestavení), vypracování seznamů součástí (kusovníků) a dalších dokumentů (k návodům k montáži, obsluze, údržbě …). Zobrazení všech nových dílů, jejich rozměrů, tolerancí, stavů povrchu a specifikací materiálu zejména s ohledem na výrobu (výkresy součástí). Hodnocení (zjišťování vlastností s  ověřováním a zlepšováním) a rozhodnutí o předání dokumentace. 04.01.2010 © S. Hosnedl 

KONSTRUOVÁNÍ – KKS/KS LITERATURA POTŘEBNÉ LITERATURA [Eder&Hosnedl 2008] Eder, W. E., Hosnedl, S.: Design Engineering, A Manual for Enhanced Creativity. Boca Raton, Florida, USA: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2008, 588 s., ISBN 978-1-4200-4765-3 [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: 978-0-415-55557-9 [Hosnedl 2014] Hosnedl, S.: Systémové navrhování technických produktů. 2. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2014. 208 s. ISBN 978-80-261-0125-3 (elektronická verze). [Hosnedl&al 2012] Hosnedl, S., Dvořák J. a Kopecký M.:  Konstrukční a designérský návrh nemocničního lůžka pro intenzivní péči Case study. 1. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2012. 60 s. ISBN 978-80-261-0135-2  (elektronická verze). [Hubka 1995] Hubka, V.: Konstrukční nauka, z “Engineering Design” (Zürich: Heurista, 1992) přel. Hosnedl, S. 2. přeprac. a dopl. vyd. Zürich: Heurista, 1995. 118 s. ISBN 80-90 1135-0-8. [Hubka&Eder 1988] Hubka, V., Eder, W.E: Theory of Technical Systems. Berlin Heidelberg: Springer - Verlag, 1988, (2. vyd. něm. 1984) ISBN 3-540-17451-6 [Hubka&Eder 1996] Hubka,V., Eder, W.E.: Design Science. London, Springer,1996, ISBN 3-540-19997-7 [ČSN-EN-ISO-9001 (2009) 2010] ČSN EN ISO 9001 (idt ISO 9000:2008 - Czech version of the European Standard EN ISO 9000:2008): Systémy managementu kvality – Požadavky (Quality management systems – Requirements). Praha: Český normalizační institut (2009), 2010 Poznámka: - Případná další speciální, zde neuvedená literatura – viz [Hosnedl 2012] 21.02.2015 © S. Hosnedl 17  17

č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 „Inovace výuky podpořená praxí“. Děkuji Vám za pozornost Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky v rámci projektu č. CZ.1.07/2.2.00/28.0206 „Inovace výuky podpořená praxí“. 18