Přednáška v rámci projektu CZ.1.07/2.2.00/ Inovace studijního oboru Dopravní a manipulační technika s ohledem na potřeby trhu práce KKS/DKS KKS/DKS Design strojů a zařízení garant předmětu: Doc. Ing. Jiří Staněk, CSc. 6. přednáška Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hled. vlastností Prof. Ing. Stanislav Hosnedl, CSc. Plzeň,

1 Základní poznatky 1 Základní poznatky 2 Princip poznatků Design for X (DfX) 2 Princip poznatků Design for X (DfX) 3 Princip poznatků Prediction of X (PoX) 3 Princip poznatků Prediction of X (PoX) Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností OBSAH © S. Hosnedl 2 DŮLEŽITÉ POTŘEBNÉ K INFORMACI PRO ÚPLNOST

KONSTR. Z HLED. VLASTNOSTÍ TS (DfX) a PREDIKCE VLASTNOSTÍ TS (PoX) Obecný princip poznatků DfX a PoX : Všechny vlastnosti TS spolu vzájemně (obecně) souvisejí. Pro konstruování je nezbytné znát, příp. mít k dispozici, kvantitativní nebo alespoň pseudokvantitativní vzájemné závislosti (hodnot charakteristik!) jednotlivých reflektivních, reaktivních a deskriptivních vlastností TS (velmi známé jsou např. poznatky z nauky o pevnosti, pružnosti, apod.). Obsah, forma a dostupnost těchto poznatků rozhodují jak o kvalitě budoucího TS, tak o efektivnosti a účinnosti konstrukčního procesu. Nejsou a ani to však nemohou vždy být jen výpočtové vztahy v matematické formě (potřebujeme např. i poznatky o vyrobitelnosti, ergonomii, apod.)  © S. Hosnedl DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 1 Základní poznatky

Účel: DfX pro stanovení (syntézu) (hodnot indikátorů deskriptivních vlastností) stavební struktury TS optimálně vyhovující požadavkům na jednotlivé vlastnosti TS. Kladené požadavky vedou většinou k protichůdným požadavkům na stavební strukturu TS (např. požadavky na tloušťku plechu karoserie vyplývající z požadavků na pevnost, vyrobitelnost, výrobní náklady, bezpečnost, provozní náklady, apod.).  Na nutnost hledání (sub)optimální stavební struktury TS PoX ke zjištění (identifikaci) (hodnot indikátorů) jednotlivých vlastností navržené stavební struktury TS dříve, než se ve skutečnosti (v životním cyklu TS) projeví (např. pevnost, vyrobitelnost, dopravitelnost, apod. ). ÚČEL A CÍL POZNATKŮ DfX a PoX (1) 4  © S. Hosnedl DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 1 Základní poznatky

Cíl : Metodické poznatky, tj. metody, pravidla a údaje: DfX: jak optimálně volit konstrukci (stavební strukturu) TS pro požadovanou únosnost, spolehlivost, vhodnost pro vyrobení, …, pevnost, tuhost, korozivzdornost, … atd. PoX: jak je na dané konstrukci (stavební struktuře) TS závislá únosnost, spolehlivost, vhodnost pro vyrobení, …, pevnost, tuhost, korozivzdornost, … atd. a jak závisejí tyto a další jednotlivé reflektované, reaktivní a deskriptivní vlastnosti TS navzájem. ÚČEL A CÍL POZNATKŮ DfX a PoX (2) 5  © S. Hosnedl DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 1 Základní poznatky

Plánování vzniku TS(s) Konstruování TS(s) Technologická a organizační příprava výroby a ost. živ. etap TS(s) Výroba TS(s ) vč. montáže, testování, kontr.výr. kval. ap. Distribuování TS(s) vč. balení, skladování, instalování, ap. Provozování TS(s) provozní proces vč.údržby, oprav,ap. Likvidace TS(s) vč. demontáže, separace, recyklace, ap TS≥TS(s) Lidé a o. ž.b yt. HuS & AR HuS Env Tech.Systémy TS & AR TS Env Inf.Systémy IS & AR IS Env Man.Syst émy MgS & AR Mg Env A &R P řír.Syst. AR NS ( ARNSEnv ) Včasné „kontroly“/„zjišťování“, tj. predikce vlastností TS(s) - využití PoX Průběžné „vkonstruování“, tj. stanovení vlastností TS(s) - využití DfX Etapy životního cyklu TS, se skutečným projevením vlastností TS(s) - tj. (následná validace DfX a PoX  © S. Hosnedl DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 1 Základní poznatky STANOVENÍ (DfX), PROJEVENÍ A PREDIKCE (PoX) VLASTNOSTÍ TS

DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 1 Základní poznatky VYUŽITÍ TEORIE VLASTNOSTÍ TS PRO POZNATKY DfX a PoX Konkrétní princip poznatků DfX a PoX: Všechny reaktivní a reflektivní vlastnosti TS závisejí na jediné třídě vlastností (která patří spolu se znakovými vlastnostmi TS do domény deskriptivních vlastností): Definiční (elementární) konstrukční vlastnosti: Pro stavební strukturu TS: - prvky stavební struktury - jejich uspořádání Pro prvky stavební struktury TS: - tvary - rozměry - materiály - způsoby výroby - stavy povrchů - odchylky od jmenovitých hodnot Všechny (hodnoty indikátorů vlastností) pro volný i zamontovaný stav (odlišnost od [Hubka&Eder 1988]!) 7 © S. Hosnedl 

Poznatky DfX jsou podle všech dostupných pramenů doposud nesystematicky soustřeďovány pouze do tematicky příbuzných skupin označovaných na principu: Poznatky pro „Konstruování z hlediska X“ (anglicky : Design for X (DfX), německy: X-gerechtes Konstruieren)Poznatky PoX jsou podle všech dostupných pramenů doposud nesystematicky soustřeďovány pouze podle vědních, společenských, inženýrských, výrobních a řady dalších druhů oborů, do které příslušná skupina vlastností X náleží (je jejím předmětem). kde: X je obecně nějaká vlastnost TS, např.: poznatky pro Konstruování z hlediska výroby, pevnosti, apod., (anglicky : Design for Manufacturing (DfM), německy: Fertigungsgerechtes Konstruieren) Vzhledem k podstatě poznatků DfX a PoX je zřejmé, že optimální základnou pro jejich systematické (a navíc i shodné) třídění pro potřeby EDS a konstruování vůbec je taxonomie vlastností TS. 8  © S. Hosnedl DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 1 Základní poznatky VÝCHOZÍ POZNATKY

Princip poznatků DfX: Poznatky (metody, pravidla, údaje), jak docílit požadované (hodnoty charakteristik) dané vlastnosti X pomocí elementárních konstrukčních vlastností navrhované („stanovované“) stavební struktury TS (obecně: stavební struktury uvažované třídy TS na libovolné hierarchické úrovni abstraktnosti, případně komplexnosti). POZNATKY DfX PRO KONSTRUOVÁNÍ TS (1) Způsoby („technologie“) realizace DfX: - myšlenkové syntézy na základě zkušeností a podkladů - výpočtové syntézy a optimalizace : Vzhledem ke složitosti a komplexnosti poznatků DfX se však běžně využívá i strategie iterativního využíváním jednodušeji aplikovatelných poznatků PoX : - navržení (části nebo celku) TS, využití poznatků PoX a následné zlepšení (z hlediska příslušné vlastnosti X) 9 © S. Hosnedl Poznámky: -Při použití poznatků DfX je nutné uvažovat i pravděpodobné mezní stavy všech vstupů i výstupů TrfS a TS v jednotlivých životních etapách konstruovaného TS. - Při konstruování TS nelze samozřejmě poznatky DfX používat izolovaně jen pro jednotlivé vlastnosti, ale jedině „souběžně“ pro všechny vlastnosti požadované na TS! i  DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 2 Princip poznatků DfX

Vlastnosti k Provozním funkcím/účinkům Vlastnosti k Provozuschopnosti: - spolehlivost - životnost - vhodnost pro údržbu - potřeba místa - apod. Vlastnosti k ost. Tech.syst. - výroba Vlastnosti k Informačním systémům REFLEKTOVANÉ VLASTNOSTI TS - tuhost - odolnost proti mrazu - odolnost proti žáru - odolnost proti korozi - odolnost proti opotřebení - apod. - tvrdost - pevnost - stavební struktura: prvky rozměry - prvky: tvary uspořádání materiály způsoby výroby stavy povrchu odchylky od jmen. hodnot. Obec.konstr. vlastn. TS Defin. konstr. vlastn. TS Pozitivní vztah Negativní vztah - ergonomie - zdravotní bezpečnost Vlastnosti k Člověku (a ost.živ.bytostem): Vlastnosti k ost. Tech.syst. - distribuce Vlastnosti k ost. Tech.syst. - likvidace Vlastnosti k Manažerským systémů - apod. Vlastnosti k ost. Tech.syst. - předvýr. etapy Vlastnosti k Akt.&Reakt. Přírodním systémům í Znak.k.vlast.n - technologický pricip a způsob - pracovní princip - funkční struktura - orgánová struktura DESKRIPTIVNÍ VLASTN. TS REAKTIVNÍ VLASTN. TS - vzhled (zde zobrazeno jen formálně) © S. Hosnedl Obr.: Příklady použití DfX i pro stanovení deskriptivních a reaktivních vlastností (navrhované stavební struktury) TS pro požad. reflektivní vlastnost X i => úloha je přeurčená, pro každou vlastnost X i obecně vyhovuje jiný TS i ! => nutnost suboptimalizce ! 10    „ TS pro Životnost “   „ TS pro Zdraví “   „ TS pro výrobu “ POZNATKY DfX PRO KONSTRUOVÁNÍ TS (2) Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 4 Princip poznatků DfX POTŘEBNÉ

© S. Hosnedl Obr.: Znázornění odděleného využití poznatků a metod DfX i a reálného suboptimalizovaného využití DfX pro TS - letadlo 11  „ TS pro vyrobitelnost“ „ TS pro hmotnost“ „ TS pro aerodynamičnost“ „ TS pro čistitelnost“ „ TS pro obranyschopnost“ „ TS pro pevnost“ „ TS pro řiditelnost“ „ TS pro výkonnost“ Reálný TS POZNATKY DfX PRO KONSTRUOVÁNÍ TS (3) PRO ÚPLNOST Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 4 Princip poznatků DfX

Princip poznatků PoX: Poznatky (metody, pravidla, údaje) pro predikci, tj. včasné zjištění (identifikaci) (hodnot charakteristik ) dané vlastnosti X z elementárních konstrukčních vlastností dané (navrhované, příp. i existující) stavební struktury TS (obecně: stavební struktury uvažované třídy TS na libovolné hierarchické úrovni abstraktnosti, případně komplexnosti) POZNATKY PoX PRO KONSTRUOVÁNÍ TS (1) Způsoby („technologie“) realizace PoX: - myšlenkové odhady na základě zkušeností a podkladů - výpočty reakcí a chování TS na základě přímých fyzikálních metod - výpočty na základě fyzikální analogie, Case Based Reasoning, apod. příp. rozšíření o přímé zjišťování vlastností pomocí: - měření a testování na experimentálním modelu TS - měření a testování na existujícím TS - diagnostiky na existujícím TS a sběru informací od zákazníků TS : © S. Hosnedl Rychlost Přesnost Náklady Poznámky: -Při použití poznatků PoX je nutné uvažovat i pravděpodobné mezní stavy všech vstupů i výstupů TrfS a TS v jednotlivých životních etapách konstruovaného TS. - Všechny uvedené „technologie“ mohou být s počítačovou podporou i bez. Pojem „počítačová metoda“ je charakteristika podle „formy“ nikoli „obsahu“. Pozor, počítač je „nástroj“ (výstižněji: „zesilovač“!) nikoli metoda!!!- i  DŮLEŽITÉ Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 3 Princip poznatků PoX

K INFORMACI Obr.: Příklady vlivu „technologie“ realizace PoX na čas potřebný na zjištění (hodnot charakteristik) vlastností TS © S. Hosnedl  Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 3 Princip poznatků PoX POZNATKY PoX PRO KONSTRUOVÁNÍ TS (2)

Vlastnosti k Provozním funkcím/účinkům Vlastnosti k Provozuschopnosti: - spolehlivost - životnost - vhodnost pro údržbu - potřeba místa - apod. Vlastnosti k ost. Tech.syst. - výroba Vlastnosti k Informačním systémům REFLEKTOVANÉ VLASTNOSTI TS - tuhost - odolnost proti mrazu - odolnost proti žáru - odolnost proti korozi - odolnost proti opotřebení - apod. - tvrdost - pevnost - stavební struktura: prvky rozměry - prvky: tvary uspořádání materiály způsoby výroby stavy povrchu odchylky od jmen. hodnot. Obec.konstr. vlastn. TS Defiin. konstr. vlastn. TS Pozitivní vztah Negativní vztah - ergonomie - zdravotní bezpečnost Vlastnosti k Člověku (a ost.živ.bytostem): Vlastnosti k ost. Tech.syst. - distribuce Vlastnosti k ost. Tech.syst. - likvidace Vlastnosti k Manažerským systémů - apod. Vlastnosti k ost. Tech.syst. - předvýr. etapy Vlastnosti k Akt.&Reakt. Přírodním systémům í Znak.k.vlast.n - technologický pricip a způsob - pracovní princip - funkční struktura - orgánová struktura DESKRIPTIVNÍ VLASTN. TS REAKTIVNÍ VLASTN. TS - vzhled (zde zobrazeno jen formálně) Obr.: Příklady použití PoX i pro predikci, tj. „zjištění“ (identifikaci, nevhodně „kontrolu“) reflektivních, příp. reaktivních vlastností X i pro dané deskriptivní a příslušné reaktivní vlastnosti (navržené, příp. existující stavební struktury) TS => úlohy jsou jednoznačně určené (v mezích přesnosti dostupných Po X i ) ! 14  © S. Hosnedl TS       Poznatky pro konstruování a design technických produktů z hlediska vlastností 3 Princip poznatků PoX POZNATKY PoX PRO KONSTRUOVÁNÍ TS (2) POTŘEBNÉ

[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 [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: [Hosnedl 2014] Hosnedl, S.: Systémové navrhování technických produktů. 2. vyd. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, s. ISBN (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, s. ISBN (elektronická verze). [Hubka 1995] Hubka, V.: Konstrukční nauka, z “Engineering Design” (Zürich: Heurista, 1992) přel. Hosnedl, S. 2. přeprac. a dopl. vyd. Zürich: Heurista, s. ISBN [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 [ČSN-EN-ISO-9001 (2009) 2010] ČSN EN ISO 9001 (idt ISO 9000: Czech version of the European Standard EN ISO 9000:2008): Systémy managementu kvality – Požadavky (Quality management systems – Requirements). Praha: Český normalizační institut (2009), 2010 POTŘEBNÉ LITERATURA 15 © S. Hosnedl  Poznámka: - Případná další speciální, zde neuvedená literatura – viz [Hosnedl 2012] DESIGN A KONSTRUOVÁNÍ STROJŮ KKS/DKS

Děkuji Vám za pozornost