On the Fundamentals of the Engineering Design Process
Författare
Summary, in Swedish
Popular Abstract in Swedish
I en alltmer konkurrenskraftig omvärld är det av störst vikt att i ett högkostnadsland som Sverige att innovera och utveckla produkter så effektivt som möjligt. För att uppnå dessa mål finns det klara indikationer på att våra nuvarande produktutvecklings- och konstruktionstillvägagångssätt saknar väsentliga egenskaper för att uppnå önskvärd effektivitet.
Den frekvent mest använda utvecklingsmodellen är den s.k. trattmodellen: de många produktidéerna väljs bort m h t företagets strategi, marknaden och potentiella teknologiska misslyckanden under utvecklingens gång tills bara de få bästa lämnar tratten som färdiga produkter. Den har två huvuddelar: produktplanläggning och produktutveckling.
Konstruktion utgör den tekniska delen av utvecklingsarbetet och kan med fog sägas vara den mest dominerande delen av produktutvecklingsarbetet p.g.a. dess komplexitet och kostnaderna den initierar. Tillvägagångssättet vid konstruktion är väl etablerat. Konstruktören bör följa den s.k. systematiska konstruktionsmetodiken, som utgår ifrån att man börjar med att fastställa produkt-, eller alternativt uttryckt, kravspecifikationen. Utifrån specifikationen deducerar man de funktioner produkten ska utföra. I nästa steg försöker man hitta flera lösningar till varje funktion. Genom kombination av lösningsförslagen till varje funktion skapas så en helhetslösning, den kompletta produktlösningen, som vanligen benämns "koncept" eller ”principlösning.”. Dessa utvärderas och det eller de bästa går vidare till nästa konstruktionsfas där produktens arkitektur etableras, dess komponenter väljs och slutlösningen, produkten, anpassas till företagets produktionssystem.
Detta forskningsprojekt var i början inriktat mot vidareutvecklingen av den systematiska konstruktionsmetodiken, med tyngdpunkt på de senare faserna i konstruktionsprocessen. Under forskningsarbetets förlopp ledde arbetet så småningom till insikten att det var nödvändigt att allvarligt ifrågasätta vissa av grunderna till etablerade konstruktionsprocessmodeller. En grundlig kritisk undersökning av den systematiska konstruktionsmetodiken utfördes och det visade sig att denna kunde ge upphov till ett antal allvarliga brister i den slutliga produkten och i konstruktionsarbetet som sådant. Till exempel handlar en produkt inte bara om att skapa ett tekniskt system utan också om associerade tjänster, särskilt i utbytet av produkter mellan företag ("business-to-business"). En komplett lösning till en kund kan anta helt olika former: ett i borttagning av skärvätska specialiserat företag kan välja att sälja endast utrustning för avlägsnandet av skärvätskan eller hyra ut utrustningen och därmed svara för installation, service, samt återvinning av skärvätskan. Varje lösning kräver olika förutsättningar för utrustningen, till exempel genom att öka utrustningens förvaringsvolym så minskas kärvätskans hanteringskostnader. Den systematiska konstruktionsmetodiken kan ha svårt att hantera sökningen av lösningar utifrån dessa premisser. Dessutom visar detta exempel på att metodiken inte kan garantera att den bästa produktlösningen hittas, eftersom det är svårt att modellera interaktionen mellan tjänst och det tekniska systemet (utrustningen). Metodiken fokuserar alltså på att generera många lösningar, vilket ökar utvärderingstiden. Vidare är metodiken inte utvecklad för att minska de potentiella tekniska risker som kan leda till omkonstruktioner med stora förseningar och merkostnader. Den är inte heller väl anpassad till trattmodellen: enligt metodiken äger konstruktion rum under produktutvecklingsprocessen och utgår ifrån förutsättningen att det är fritt fram under lösningsgeneringen, vilket i praktiken inte alltid är fallet då stora delar av produktens utformning redan kan ha bestämts under produktplanläggningen.
När det gäller trattmodellen självt, så är denna väldigt allmängiltig men det finns alternativ som bättre passar vissa projekt än andra och skulle därmed förbättra pro-jektets utfall.
Till följd av vad som beskrivits ovan, behövs hela konstruktionsmetodiken omprövas. Således har nya fundamenta föreslagits, som är avsedda att ligga till grund för vidare- eller nyutveckling av konstruktionsmetodiker. Här är några exempel på föreslagna fundamenta: målet för konstruktionsarbetet inte längre är nödvändigtvis utveckling av en optimal lösning utan av en tillfredställande lösning; om trattmodellen används ska konceptutveckling vara en del av produktplanläggningsarbetet och inte som i många av dagens metodiker bara äga rum under produktutvecklingen; begreppet konceptet omdefinieras i form av en teknisk lösning som utvecklats så långt att dess tekniska risker bedöms minimala. I fortsättningen är det tänkt att en på dessa fundamenta baserad metodik ska tas fram.
Den kritiska granskningen och de föreslagna fundamenta bidrar också till att konstruktören får en mycket tydligare insikt i metodikerna samt konstruktionsproces-sen. På detta sätt kan produktutvecklaren bättre förstå under vilka förutsättningar han/hon arbetar och ges därigenom möjlighet att välja de mest lämpade metoderna och verktygen för sitt arbete. Större flexibilitet ges därmed till konstruktören och därmed förväntas också bättre resultat i form av produkter med egenskaper som minst motsvarar, och kanske t.o.m. överträffar, kundens förväntningar.
I en alltmer konkurrenskraftig omvärld är det av störst vikt att i ett högkostnadsland som Sverige att innovera och utveckla produkter så effektivt som möjligt. För att uppnå dessa mål finns det klara indikationer på att våra nuvarande produktutvecklings- och konstruktionstillvägagångssätt saknar väsentliga egenskaper för att uppnå önskvärd effektivitet.
Den frekvent mest använda utvecklingsmodellen är den s.k. trattmodellen: de många produktidéerna väljs bort m h t företagets strategi, marknaden och potentiella teknologiska misslyckanden under utvecklingens gång tills bara de få bästa lämnar tratten som färdiga produkter. Den har två huvuddelar: produktplanläggning och produktutveckling.
Konstruktion utgör den tekniska delen av utvecklingsarbetet och kan med fog sägas vara den mest dominerande delen av produktutvecklingsarbetet p.g.a. dess komplexitet och kostnaderna den initierar. Tillvägagångssättet vid konstruktion är väl etablerat. Konstruktören bör följa den s.k. systematiska konstruktionsmetodiken, som utgår ifrån att man börjar med att fastställa produkt-, eller alternativt uttryckt, kravspecifikationen. Utifrån specifikationen deducerar man de funktioner produkten ska utföra. I nästa steg försöker man hitta flera lösningar till varje funktion. Genom kombination av lösningsförslagen till varje funktion skapas så en helhetslösning, den kompletta produktlösningen, som vanligen benämns "koncept" eller ”principlösning.”. Dessa utvärderas och det eller de bästa går vidare till nästa konstruktionsfas där produktens arkitektur etableras, dess komponenter väljs och slutlösningen, produkten, anpassas till företagets produktionssystem.
Detta forskningsprojekt var i början inriktat mot vidareutvecklingen av den systematiska konstruktionsmetodiken, med tyngdpunkt på de senare faserna i konstruktionsprocessen. Under forskningsarbetets förlopp ledde arbetet så småningom till insikten att det var nödvändigt att allvarligt ifrågasätta vissa av grunderna till etablerade konstruktionsprocessmodeller. En grundlig kritisk undersökning av den systematiska konstruktionsmetodiken utfördes och det visade sig att denna kunde ge upphov till ett antal allvarliga brister i den slutliga produkten och i konstruktionsarbetet som sådant. Till exempel handlar en produkt inte bara om att skapa ett tekniskt system utan också om associerade tjänster, särskilt i utbytet av produkter mellan företag ("business-to-business"). En komplett lösning till en kund kan anta helt olika former: ett i borttagning av skärvätska specialiserat företag kan välja att sälja endast utrustning för avlägsnandet av skärvätskan eller hyra ut utrustningen och därmed svara för installation, service, samt återvinning av skärvätskan. Varje lösning kräver olika förutsättningar för utrustningen, till exempel genom att öka utrustningens förvaringsvolym så minskas kärvätskans hanteringskostnader. Den systematiska konstruktionsmetodiken kan ha svårt att hantera sökningen av lösningar utifrån dessa premisser. Dessutom visar detta exempel på att metodiken inte kan garantera att den bästa produktlösningen hittas, eftersom det är svårt att modellera interaktionen mellan tjänst och det tekniska systemet (utrustningen). Metodiken fokuserar alltså på att generera många lösningar, vilket ökar utvärderingstiden. Vidare är metodiken inte utvecklad för att minska de potentiella tekniska risker som kan leda till omkonstruktioner med stora förseningar och merkostnader. Den är inte heller väl anpassad till trattmodellen: enligt metodiken äger konstruktion rum under produktutvecklingsprocessen och utgår ifrån förutsättningen att det är fritt fram under lösningsgeneringen, vilket i praktiken inte alltid är fallet då stora delar av produktens utformning redan kan ha bestämts under produktplanläggningen.
När det gäller trattmodellen självt, så är denna väldigt allmängiltig men det finns alternativ som bättre passar vissa projekt än andra och skulle därmed förbättra pro-jektets utfall.
Till följd av vad som beskrivits ovan, behövs hela konstruktionsmetodiken omprövas. Således har nya fundamenta föreslagits, som är avsedda att ligga till grund för vidare- eller nyutveckling av konstruktionsmetodiker. Här är några exempel på föreslagna fundamenta: målet för konstruktionsarbetet inte längre är nödvändigtvis utveckling av en optimal lösning utan av en tillfredställande lösning; om trattmodellen används ska konceptutveckling vara en del av produktplanläggningsarbetet och inte som i många av dagens metodiker bara äga rum under produktutvecklingen; begreppet konceptet omdefinieras i form av en teknisk lösning som utvecklats så långt att dess tekniska risker bedöms minimala. I fortsättningen är det tänkt att en på dessa fundamenta baserad metodik ska tas fram.
Den kritiska granskningen och de föreslagna fundamenta bidrar också till att konstruktören får en mycket tydligare insikt i metodikerna samt konstruktionsproces-sen. På detta sätt kan produktutvecklaren bättre förstå under vilka förutsättningar han/hon arbetar och ges därigenom möjlighet att välja de mest lämpade metoderna och verktygen för sitt arbete. Större flexibilitet ges därmed till konstruktören och därmed förväntas också bättre resultat i form av produkter med egenskaper som minst motsvarar, och kanske t.o.m. överträffar, kundens förväntningar.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2011
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Division of Machine Design, Department of Design Sciences, Faculty of Engineering LTH, Lund University
Ämne
- Production Engineering, Human Work Science and Ergonomics
Nyckelord
- systems theory
- design theory
- engineering design
- product development
- problem solving
- creativity
- machine design
- maskinkonstruktion
Status
Published
Handledare
- Robert Bjärnemo
- Åke Burman
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7473-135-4
Försvarsdatum
10 juni 2011
Försvarstid
09:15
Försvarsplats
Lecture hall, Ingvar Kamprad Designcentrum, Sölvegatan 26, Lund University Faculty of Engineering
Opponent
- Luciënne Blessing (Professor)