Top Banner
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE STRUKTURIRANJE BAZE ZNANJA U PROCESU KONSTRUIRANJA Disertacija Mentor: Prof.dr.sc. Dragutin Ščap Mr.sc. Zvonko Herold Zagreb, 1997.
134

Zvonko Herold - doktorski rad

Jan 29, 2017

Download

Documents

ĐỗĐẳng
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • SVEUILITE U ZAGREBU

    FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

    STRUKTURIRANJE BAZE ZNANJA U

    PROCESU KONSTRUIRANJA

    Disertacija

    Mentor: Prof.dr.sc. Dragutin ap Mr.sc. Zvonko Herold

    Zagreb, 1997.

  • Disertacija

    I

    UDK: 658.512.2:681.3:621

    Kljune rijei: struktura konstrukcijskog znanja, teorija konstruiranja, strojni dijelovi,

    akcijske funkcije

    Znanstveno podruje: TEHNIKE ZNANOSTI

    Znanstveno polje: Strojarstvo

    Institucija u kojoj je rad izraen: Fakultet strojarstva i brodogradnje

    Mentor rada: Dr. sc. Dragutin ap, red. prof.

    Broj stranica: 120

    Broj slika: 33

    Broj tablica: 10

    Broj koritenja bibliografskih jedinica: 50

    Datum obrane:

    Povjerenstvo: Dr. sc. Milan Opali, izv. prof.

    Dr. sc. Dragutin ap, red. prof.

    Dr. sc. Dorian Marjanovi, doc.

    Dr. sc. Anton Jezernik, red. prof.

    Dr. sc. Bojan Jerbi, doc.

    Institucija u kojoj je rad pohranjen: Fakultet strojarstva i brodogradnje

    Nacionalna i sveuilina knjinica

  • Disertacija

    II

    Zahvaljujem mentoru, profesoru dr. sc. Dragutinu apu na podrci i korisnim savjetima.

    Posebno bih zahvalio doc. dr. sc. Dorianu Marjanoviu, kao i svim djelatnicima CAD Laboratorija za osnove konstruiranja, na brojnim korisnim raspravama i analizama te nesebinoj strunoj i tehnikoj pomoi u izradi ove disertacije.

    U grafikoj opremi i ureenju rada puno mi je pomogao Damir Dekovi, dipl. in. strojarstva, te mu ovim putem elim izraziti veliku zahvalnost.

    Ministarstvo znanosti i tehnologije Republike Hrvatske takoer je potpomoglo izradu ovog rada financiranjem projekta 120-015 "Razvoj modela ICAD sustava".

  • Disertacija

    III

    SADRAJ

    POPIS SLIKA...................................................................................................... VI POPIS TABLICA ................................................................................................. VII PREDGOVOR.................................................................................................... VIII SAETAK........................................................................................................... IX SUMMARY........................................................................................................... X

    1. UVOD......................................................................................................... 1-1

    1.1 Situacija ..................................................................................................1-1

    1.2 Cilj rada...................................................................................................1-2

    1.3 Metodologija istraivanja............................................................................1-3

    2. SAGLEDAVANJE SADANJEG STUPNJA RAZVOJA SUVREMENIH MODELA PROCESA KONSTRUIRANJA ....................................................................... 2-1

    2.1 Opa gledita............................................................................................2-1

    2.2 Obiljeja konstrukcijskog procesa................................................................2-4

    2.3 Metodiko konstruiranje .............................................................................2-5

    2.3.1 Deskriptivni modeli...........................................................................................2-5

    2.3.2 Preskriptivni modeli ..........................................................................................2-6

    2.3.3 Raunalni modeli ..............................................................................................2-8

    2.4 Teorije, modeli i metode konstruiranja.........................................................2-9

    2.4.1 Opa teorija konstruiranja .................................................................................2-9

    2.4.2 Opi model konstruiranja ................................................................................ 2-15

    2.4.3 Rothova kataloka metoda .............................................................................. 2-18

    2.5 Konstruiranje kao rjeavanje zadatka ........................................................2-22

    2.5.1 Faze rjeavanja konstrukcijskog zadatka ........................................................... 2-24

    2.5.2 Struktura operacija u procesu konstruiranja....................................................... 2-24

    2.5.3 Ogranienja i odluke u procesu konstruiranja..................................................... 2-27

  • Disertacija

    IV

    3. TEORIJA TEHNIKIH SUSTAVA .................................................................. 3-1

    3.1 Uvodna razmatranja ..................................................................................3-1

    3.2 Zadatak tehnikog sustava .........................................................................3-3

    3.3 Nain djelovanja i struktura tehnikog sustava..............................................3-4

    3.4 Svrstavanje tehnikog sustava....................................................................3-6

    3.5 Svojstva tehnikog sustava ........................................................................3-7

    3.6 Predoavanje tehnikog sustava................................................................3-11

    3.7 Razvoj tehnikih sustava..........................................................................3-12

    4. SAGLEDAVANJE STANJA I ZNAAJA PRIMJENE UMJETNE INTELIGENCIJE U PROCESU KONSTRUIRANJA .................................................................... 4-1

    4.1 Pregled podruja AI ...................................................................................4-1

    4.1.1 Klasifikacija modela u konstruiranju....................................................................4-2

    4.1.2 Klase konstrukcijskih problema ..........................................................................4-4

    4.2 Prikaz i upotreba znanja.............................................................................4-7

    4.3 Pregled tehnika prikaza znanja ...................................................................4-8

    4.3.1 Pretraivanje prostora stanja .............................................................................4-8

    4.3.2 Formalna logika ...............................................................................................4-8

    4.3.3 Proceduralni prikazi ..........................................................................................4-9

    4.3.4 Semantike mree.......................................................................................... 4-10

    4.3.5 Produkcijski sustavi ........................................................................................ 4-10

    4.3.6 Okviri i "skriptovi" .......................................................................................... 4-11

    5. PRIKAZ PROCESA KONSTRUIRANJA PLANOM ............................................ 5-1

    5.1 Struktura plana.........................................................................................5-1

    5.2 Sintaksa plana..........................................................................................5-3

    5.2.1 Oznaka vora...................................................................................................5-4

    5.2.2 Oznaka nadreenog vora .................................................................................5-5

    5.2.3 Oznake podreenih vorova...............................................................................5-5

    5.2.4 Akcijska funkcija ..............................................................................................5-5

    5.2.5 Odluke ............................................................................................................5-5

    5.2.6 Ulazni atributi ..................................................................................................5-6

    5.2.7 Izlazni atributi..................................................................................................5-6

    5.2.8 Skup ogranienja .............................................................................................5-7

    6. BAZA ZNANJA KAO ELEMENT CAD SUSTAVA............................................... 6-1

    6.1 Struktura ekspertnog sustava .....................................................................6-1

    6.1.1 Korisniko suelje.............................................................................................6-3

    6.1.2 Podsustav za komunikaciju ................................................................................6-3

    6.1.3 Podsustav za kreiranje plana .............................................................................6-3

    6.1.4 Podsustav za upravljanje izvoenjem plana .........................................................6-4

    6.1.5 Podsustav za upravljanje stanjem vora..............................................................6-5

    6.1.6 Podsustav za objanjavanje ...............................................................................6-5

  • Disertacija

    V

    6.2 Nain koritenja ekspertnog sustava............................................................6-6

    6.2.1 Fenomenoloki opis rada sustava .......................................................................6-6

    6.3 Baza strukovnog znanja .............................................................................6-8

    6.3.1 Oblici i izvori strukovnog znanja .........................................................................6-9

    6.3.2 Struktura strukovnog znanja............................................................................ 6-11

    6.3.3 Oblik strukovnog znanja.................................................................................. 6-14

    6.3.4 Generiranje strukovnog znanja ........................................................................ 6-19

    6.3.5 Valjanost strukovnog znanja ............................................................................ 6-19

    6.3.6 Razvoj strukovnog znanja................................................................................ 6-20

    7. STRUKTURIRANJE KONSTRUKCIJSKOG ZNANJA ........................................ 7-1

    7.1 Struktura znanosti o konstruiranju ..............................................................7-2

    7.2 Koncipiranje baze znanja ...........................................................................7-3

    7.3 Razvrstavanje akcijskih funkcija..................................................................7-6

    7.4 Razvrstavanje planova i zadataka ...............................................................7-7

    7.5 Primjena prema znaajkama i vrsti konstrukcijskog zadatka ...........................7-9

    7.6 Svrstavanje sustava strojeva ....................................................................7-10

    7.7 Strukturiranje znanja prema tehnikom principu .........................................7-12

    7.7.1 Strukturiranje strojnih dijelova......................................................................... 7-12

    7.7.2 Strukturiranje znanja pri tehnologinom oblikovanju........................................... 7-16

    7.8 Mogunosti daljnjeg razvoja .....................................................................7-20

    8. VERIFIKACIJA SUSTAVA ZNANJA............................................................... 8-1

    8.1 Kreiranje plana konstruiranja navojnog vretena ............................................8-2

    8.2 Opis naina rada .......................................................................................8-4

    8.3 Upravljanje izvoenjem plana.....................................................................8-5

    8.3.1 Opis postupka izvravanja plana ........................................................................8-6

    8.3.2 Predloak za izvravanje plana...........................................................................8-7

    8.3.3 Predloak za "runi" unos vrijednosti u tablicu izlaznih atributa vora......................8-8

    8.4 Izvoenje plana na konkretnim primjerima...................................................8-9

    9. ZAKLJUAK................................................................................................ 9-1

    LITERATURA .....................................................................................................L-1

    KRATKI IVOTOPIS........................................................................................... B-1

    SHORT BIOGRAPHY .......................................................................................... B-1

  • Disertacija

    VI

    POPIS SLIKA:

    Slika 2.1: Shema preslikavanja unutar prostora GDT................................................. 2-10

    Slika 2.2: Proces konstruiranja............................................................................... 2-11

    Slika 2.3: Koncept metamodela.............................................................................. 2-14

    Slika 2.4: Opi model procesa konstruiranja............................................................. 2-15

    Slika 2.5: Opi proceduralni model konstruiranja ...................................................... 2-17

    Slika 2.6: Faze i radni koraci procesa konstruiranja ................................................... 2-19

    Slika 2.7: Podjela konstrukcijskih kataloga prema podruju primjene ........................... 2-21

    Slika 2.8: Struktura moguih aktivnosti u procesu konstruiranja ................................. 2-25

    Slika 3.1: Opi model transformacije sustava .............................................................3-3

    Slika 3.2: Model tehnikog sustava ...........................................................................3-6

    Slika 3.3: Odnosi meu osobinama unutar tehnikog sustava .......................................3-8

    Slika 3.4: Preslikavanja funkcija - struktura ...............................................................3-9

    Slika 3.5: ivotni vijek tehnikog sustava ................................................................ 3-10

    Slika 5.1: Nain koritenja plana ..............................................................................5-2

    Slika 6.1: Struktura ekspertnog CAD sustava .............................................................6-2

    Slika 6.2: Generiranje i izvoenje plana unutar ekspertnog CAD sustava ........................6-6

    Slika 6.3: Opi model grae strukovnog znanja ........................................................ 6-12

    Slika 6.4: Principijelna rjeenja brtvenja rotacionih dijelova pustenim brtvama.............. 6-16

    Slika 6.5: Oblikovanje polumjera zakrivljenja lijevanih stijenki iste i razliite debljine ..... 6-16

    Slika 6.6: Oblikovanje rasporeda i presjeka rebara u lijevanoj izvedbi .......................... 6-17

    Slika 7.1: Glavne kategorije znanosti o konstruiranju ..................................................7-2

    Slika 7.2: Osnovna struktura strojnih dijelova .......................................................... 7-13

    Slika 7.3: Struktura znanja tehnikih sredstava za spajanje........................................ 7-13

    Slika 7.4: Struktura znanja tehnikih sredstava okretnog gibanja ................................ 7-14

    Slika 7.5: Struktura znanja tehnikih sredstava za prijenos snage ............................... 7-15

    Slika 7.6: Struktura znanja tehnikih sredstava za protok medija ................................ 7-15

    Slika 7.7: Struktura znanja tehnikih sredstava za brtvenje........................................ 7-16

    Slika 7.8: Spektar potrebnih znanja pri oblikovanju za izmjenjivost ............................. 7-18

    Slika 8.1: Shematski prikaz procesa projektiranja navojnih vretena ...............................8-2

    Slika 8.2: Grafiki prikaz plana za projektiranje navojnih vretena ..................................8-3

    Slika 8.3: Predloak za izvravanje plana...................................................................8-7

    Slika 8.4: Predloak za izvravanje plana u trenutku prekida izvoenja plana..................8-8

    Slika 8.5: Predloak za upis vrijednosti varijabli ..........................................................8-8

  • Disertacija

    VII

    POPIS TABLICA:

    Tablica 2.1: Preskriptivni modeli konstruiranja prema razliitim autorima........................2-7

    Tablica 2.2: Sredstva zdruenog djelovanja pri konstruiranju...................................... 2-20

    Tablica 5.1: Kljune rijei zapisa plana ......................................................................5-3

    Tablica 6.1: Ope i specijalizirano znanje i njegova povezanost s primjenom u praksi ..... 6-10

    Tablica 6.2: Konstrukcijska situacija i forme objektnog znanja .................................... 6-13

    Tablica 6.3: Katalog fizikalnih principa: poveanje - smanjenje fizikalnih veliina ........... 6-15

    Tablica 6.4: Konstrukcijsko znanje u obliku smjernice za oblikovanje ........................... 6-18

    Tablica 7.1: Podruje primjene strojeva u gospodarstvu............................................. 7-11

    Tablica 8.1: Vrijednosti poetnih parametara za testirani primjer...................................8-9

    Tablica 8.2: Osnovne dimenzije odabranog navoja .................................................... 8-10

  • Disertacija

    VIII

    PREDGOVOR

    Izrada ove disertacije potaknuta je viegodinjim izuavanjem znanosti o konstruiranju, a posebno plodnim radom na razvoju i oblikovanju raznovrsnih konstrukcija za potrebe gospodarstva. Rjeavajui konkretne probleme iz podruja strojarstva, skupljano je iskustvo i stjecano konstrukcijsko znanje kao i vjetina to je neophodno za efikasno provoenje procesa konstruiranja. Kako se javila potreba primjene konstrukcijskog znanja, rutine i iskustava, u sustavima za konstruiranje pomou raunala, pristupilo se ovom istraivanju sa eljom podizanja njihove kakvoe i efikasnosti rada.

    Postojei CAD (Computer Aided Design) sustavi koji se danas koriste ogranienih su mogunosti, te funkcioniraju samo kod precizno definiranih problema uske domene. Meutim, primjena metoda umjetne inteligencije u CAD sustavima moe rijeiti neke njegove nedostatke, prvenstveno obrade simbolikih i topolokih informacija, ukoliko se u obliku baze znanja pohrane skupovi pravila, postupaka i relacija koja vrijede za odreene proizvodne okoline ili vrste proizvoda.

    Istraivakim projektom broj 120-015 "Razvoj inteligentnog CAD sustava" predvieno je istraivanje mogunosti kreiranja modela prikaza konstrukcijskog znanja i integriranje tog znanja u postojee CAD sustave, te je ova disertacija dio cjelokupnih istraivanja unutar navedenog projekta.

  • Disertacija

    IX

    SAETAK

    U radu je izloen prijedlog strukturiranja konstrukcijskog znanja obzirom na mogunost zapisivanja i provoenja procesa konstruiranja planom. Strukturiranje baze znanja u procesu konstruiranja, temelji se na analizi, te potom sintezi imbenika bitnih za provoenje i unapreenje konstrukcijskog procesa. Provedena analiza konstrukcijskog procesa i transformacije informacija osniva se na tri, za sustavno istraivanje strukture znanja, relevantna pristupa procesu konstruiranja. Analiziran je i kratko izloen pregled stanja u podruju primjene metoda umjetne inteligencije u konstruiranju, s osvrtom na tehnike prikaza i uporabe znanja. Izloen je prikaz procesa konstruiranja planom, te struktura i sintaksa zapisa plana, a objanjeni su i aspekti koritenja plana. Akcijske funkcije, koje su operatori vorova plana konstruiranja, tretiraju se kao temeljni dijelovi konstrukcijskog znanja, ijim se aktiviranjem transformira skup informacija.

    U radu se koncipira i strukturira konstrukcijsko znanje, te predlae model za gradnju baze strukovnog znanja, utemeljen na sustavu akcijskih funkcija. Za podruje strojarskih konstrukcija, poglavito strojnih dijelova i njihovih funkcionalnih sklopova, koncipirana je struktura znanja koja treba initi osnovu za izradu baze strukovnog znanja. Pri tome je izdvojena svaka grupa strojnih dijelova zasebno po kriteriju osnovnog tehnikog principa i time omogueno pregledno i brzo pretraivanje podruja znanja elemenata strojeva predloenom strukturom jedininih akcijskih funkcija.

    Kljune rijei: struktura konstrukcijskog znanja, teorija konstruiranja, strojni dijelovi, akcijske funkcije

    UDK: 658.512.2:681.3:621

  • Disertacija

    X

    SUMMARY

    The structure of design knowledge appropriate for the design tree representation of design plan is presented in this thesis. Structuring of the knowledge base during the design process is based on the analysis, and then synthesis of the factors important for the realization and improvement of the design process. The performed analysis of the design process and information transformation is based on three approaches to the design process, relevant for the systematic research of knowledge structure. The paper presents the analysis and a brief overview of the situation in the field of applying the artificial intelligence methods in designing, with reference to the techniques of knowledge presentation and implementation. It also gives a presentation of the design process based on a plan, as well as the structure and syntax of plan notation, and an explanation of the aspects of the plan exploitation. Action functions, which are operators of design plan nodes, are treated as the basic parts of the design knowledge, which, when activated, transforms a set of information.

    The paper also provides a concept and structure of design knowledge, and suggests a model for developing a base of technical knowledge, based on the system of action functions. For the field of mechanical engineering design, mainly machine parts and their functional assemblies, the knowledge structure is outlined, which should provide the basis for developing a technical knowledge base. Each group of machine parts is separated according to the criterion of the basic technical principle, thus allowing a systematic and quick search of the field of knowledge regarding machine elements using the suggested structure of the unit action functions.

    Key words: design-knowledge structure, design theory, machine parts, action functions

    UDK 658.512.2:681.3:621

  • Disertacija

    1-1

    1. UVOD

    1.1 Situacija

    Istraivanja, motivirana prvenstveno poveanjem produktivnosti, dovela su do primjene modernih tehnologija, naroito raunalnih, u cjelokupnom procesu proizvodnje. Nagli razvoj raunalne opreme omoguio je nastajanje i razvoj velikog broja sloenih i vrlo zahtjevnih programskih paketa. Kako proces konstruiranja ima najznaajniji utjecaj na trokove proizvodnje [1], [2], dakle i na kompletno poslovanje pa i dobit, veina je istraivanja stoga upravo posveena podruju CAD-a. To je u poetku rezultiralo razvojem brojnih programskih sustava, neovisno o vrsti proizvoda, sa ciljem automatizacije manualnih radnji u zavrnoj fazi konstrukcijskog procesa. Komercijalne programske aplikacije ne podravaju proces konstruiranja u cjelini ve samo pojedine njegove dijelove [3] te ine neovisne pasivne alate koji imaju ograniene mogunosti meusobnog komuniciranja i prijenosa informacija. Meutim, to u potpunosti ne zadovoljava potrebe konstruktora, a parcijalna automatizacija konstrukcijskih aktivnosti manifestira se meusobno odvojenim i nepovezanim segmentima, odnosno samostalnim programskim modulima [4].

    Znaajan dio istraivanja mogunosti unapreenja CAD sustava temelji se na ideji da se primjenom metoda umjetne inteligencije omogui modeliranje podrke prirodnom tijeku miljenja i provedbi obrade informacija u svim fazama konstrukcijskog procesa. Cilj istraivanja takvog modela je to vie i bolje pribliiti raunalni sustav za konstruiranje znaajkama realnog procesa konstruiranja.

    Razvijene metode prikaza konstrukcijskog procesa, koje se koriste u dananjim CAD sustavima ogranienih su mogunosti i efikasno funkcioniraju samo kod dobro definiranih problema uske domene. Po sadanjim spoznajama ne moe se oekivati da je mogue razviti ekspertni sustav ope namjene koji bi bio u stanju "sam" konstruirati, niti je mogue formalizirati sveukupno znanje struke i postupke koje konstruktor koristi u radu. Primjena ekspertnih sustava, odnosno metoda umjetne inteligencije u CAD sustavima moe rijeiti neke njegove nedostatke - prvenstveno nedostatak obrade simbolikih i topolokih informacija, ako se u obliku baze znanja pohrane skupovi

  • Disertacija

    1-2

    pravila, postupaka i relacija koja vrijede za odreenu proizvodnu okolinu, odnosno vrstu proizvoda. Meutim, primjena metoda umjetne inteligencije ne rjeava nedostatak modela procesa konstruiranja, odnosno nedostatak programske podrke za prikaz, planiranje i kontrolu tijeka procesa konstruiranja.

    Potrebno je naglasiti, da za razvoj tako zamiljenog sustava temeljenog na znanju i obradi znanja o konstruiranju ne postoji usaglaenost modela samoga procesa niti naina njihove prezentacije. Jedan od moguih razloga takvom stanju je injenica to znanost o konstruiranju predstavlja relativno mladu znanstvenu disciplinu. S druge pak strane, mora se napomenuti, proces konstruiranja je esto izuzetno kompleksan, pa je stoga neke njegove znaajke teko razjasniti do mjere neophodne za teorijsku formalizaciju mjerljivim metodama.

    Naime, jedna od bitnih znaajki konstrukcijskih znanja jest, da to znanje dolazi do izraaja, pa i svijesti konstruktora tek u radu, odnosno tijekom konstruiranja. Pri razmatranju parametara samog procesa konstruiranja treba istai da je to misaoni, stvaralaki i intuitivni proces pa je redoslijed pojedinih faza i aktivnosti teko jednoznano i univerzalno definirati. Konstruktori u naelu vie znaju [5] nego to to svoje znanje rijeima mogu izraziti, tako da njihov opis nije dovoljno koncizan i sveobuhvatan, jer oni svoje znanje puno bolje izraavaju oblikujui konstrukciju. Zato prikaz toga znanja kroz procedure mora svakako biti ogranien u smislu tonosti i potpunosti u odnosu na realno konstruiranje, tj. znanje koje se pri konstruiranju koristi.

    Modeliranjem raunalne podrke planiranju i izvoenju konstrukcijskog procesa moe se ostvariti samo priblian model realnog procesa konstruiranja. Meutim i uz prihvaeni model prikaza konstrukcijskog procesa [4] potpuno je otvoreno pitanje definiranja, strukturiranja, te formalizacije izvritelja pojedinih akcija plana - akcijskih funkcija. Jedan od moguih pristupa modeliranju prikaza tijeka konstrukcijskog procesa je koncipiranje skupa kompatibilnih programskih alata koji ine okruenje za modeliranje prikaza odvijanja konstrukcijskog procesa. U kojoj se mjeri raunalni model moe pribliiti realnosti, ovisi prije svega o mogunostima dananjih informatikih tehnologija (vie programskih nego hardverskih) i metodologiji njihove primjene.

    1.2 Cilj rada

    Poznato je da se svaki tehniki proces sastoji od slijeda loginih aktivnosti koje sloene u funkcionalnu cjelinu formiraju plan ijim se izvoenjem postie eljeni cilj. Rad se temelji na pretpostavci da jezgru modela tijeka procesa konstruiranja ini raunalni zapis plana modeliran hijerarhijskim stablom [3].

    Konstruktor tijekom procesa konstruiranja svoje aktivnosti usmjerava ka cilju - rjeavanju postavljenog zadatka, aktivirajui akcijske funkcije koje predstavljaju operatore vorova plana. Pri tome se akcijskom funkcijom smatra svaka programska cjelina ijim se aktiviranjem transformira skup informacija. Konstruiranje se tretira kao skup aktivnosti koje vode od utvrenog zahtjeva na proizvod do generiranja skupa informacija potrebnih za izradbu proizvoda, tj. kao niz transformacija informacija.

    Osnovna je hipoteza istraivanja da se kreiranjem sustava temeljnih akcijskih funkcija moe prikazati konstrukcijsko znanje, poglavito elemenata strojeva, koristei pravila

  • Disertacija

    1-3

    tehnologinog oblikovanja dijelova. Takav sustav moe bitno olakati kreiranje baze planova, kao temeljnog dijela sustava za modeliranje procesa konstruiranja. Pri tome akcijska funkcija predstavlja djeli konstrukcijskog znanja, u skladu s gore navedenom definicijom. Tako postavljena teza nuno ukljuuje kreiranje sustava prikaza konstrukcijskih znanja i razvrstavanje akcijskih funkcija ime se moe bitno unaprijediti izgradnja domenom odreenih ekspertnih CAD sustava, temeljenih na planovima.

    Ovim istraivanjem nastojat e se sainiti prijedlog modela prikaza konstrukcijskih znanja koji integriran u sustav za kreiranja i eksploataciju konstrukcijskih planova omoguuje provoenje procesa konstruiranja. Realizacijom tako zamiljenog modela mogunosti postojeih CAD sustava podigle bi se na viu - "inteligentniju" razinu.

    1.3 Metodologija istraivanja

    Radom e se razmotriti proces konstruiranja s aspekta rjeavanja zadatka nizom akcijskih funkcija u okviru ve prije definiranog plana. Kao prvi korak analize mogunosti modeliranja raunalne podrke planiranju tijeka procesa konstruiranja potrebno je razmotriti znaajke procesa konstruiranja, te odrediti zahtjeve koje mora zadovoljiti sustav za prikaz konstrukcijskog znanja.

    Svrha ove analize je iznalaenje smjernica za koncipiranje modela, te odreivanje mogunosti i naina pribliavanja znaajkama realnog procesa konstruiranja. Posebno s gledita: integracije alata koji e podrati rad konstruktora u razliitim fazama konstrukcijskog procesa, kreiranja i auriranja vievrsnih reprezentacija, sugeriranja odgovarajuih (mogue predvienih) rjeenja, manipulacija ogranienjima i biljeenja postupaka. Analizirati e se mogunosti primjene metoda umjetne inteligencije, u skladu s tezom disertacije.

    Koncepcija rada treba proizii iz istraivanja naznaenih sljedeim koracima:

    1. Sagledavanje sadanjeg stupnja razvoja suvremenih modela procesa konstruiranja.

    2. Sagledavanje stanja i znaaja primjene umjetne inteligencije u procesu konstruiranja.

    3. Razvrstavanje znanja kao osnove za razvoj akcijskih funkcija sa stajalita:

    vrste konstrukcijskih zadataka,

    faza procesa konstruiranja,

    stupnja determiniranosti informacija o konstrukciji,

    vrste objekta procesa konstruiranja,

    parametrizacije atributa konstrukcije,

    verifikacije konstrukcije, odnosno donesenih odluka.

    4. Verifikaciju sustava razrade akcijskih funkcija na odabranoj konstrukciji.

    5. Zakljuna razmatranja.

    Rad je metodoloki podijeljen u etiri dijela. Prvi dio rada, tonije drugo, tree i etvrto poglavlje, prikazuje i analizira stanje i daje trendove daljnjeg razvoja u znanosti o

  • Disertacija

    1-4

    konstruiranju. Predoeni su modeli, te komparirane metode i postupci metodikog konstruiranja, a posebno je obraena teorija tehnikih sustava to ini temelj za gradnju osnovne strukture tehnikog znanja s posebnim osvrtom na strukovno znanje. Iz izlaganja u tom dijelu moe se zakljuiti da prema do sada dostignutim teorijskim spoznajama, te tehnologiji prikaza i obrade znanja, ne postoji mogunost primjene realno upotrebljivog openamjenskog sustava za konstruiranje.

    U drugom dijelu rada, saetom u petom i estom poglavlju, predouje se prikaz konstrukcijskog procesa planom preko elemenata strukture i sintakse zapisa plana, [3]. Isto tako ovdje se daje prikaz strukture inteligentnog CAD sustava sa ciljem da se predoi nain rada, ali i pokae njegov dio koji bi trebao biti realiziran kao baza strukovnog znanja. Skladno cilju rada predloene su forme i naini strukturiranja raznovrsnog konstrukcijskog znanja, a posebno strojnih dijelova. Postavljene su teorijske osnove za provedbu strukturiranja vodei rauna o izvorima, valjanosti, formi, generiranju i razvoju znanja odreene domene.

    U treem dijelu rada (sedmo poglavlje) razrauje se osnovna teza - strukturira se znanje u procesu konstruiranja kroz formiranje sustava osnovnih akcijskih funkcija, na nivou tehnikih principa, pridruujui im konvencionalna i iskustvena znanja1, te se kreira baza formalnog modela prikaza strukovnih konstrukcijskih znanja s posebnim osvrtom na tehnologino oblikovanje. Pri tome se pretpostavlja da je okolina koja ini okosnicu za realizaciju raunalnog sustava dijelom ureena (baze scenarija, planovi, korisnika suelja, komercijalni programi , ...).

    U etvrtom dijelu rada, kroz osmo poglavlje, na temelju usvojene strukture znanja i slijeda odluivanja pokazan je plan projektiranja navojnih vretena. Provedena je razrada atributa plana, definirane su tablice ulaznih i izlaznih atributa, tablice ogranienja i tablice odluke akcijskih funkcija koje se izvravaju u pojedinim vorovima plana. Pri eksploataciji plana korisniku je omogueno da na odreenoj hijerarhijskoj razini stabla plana odlui kojim vorom, odnosno granom e se nastaviti izvoenje plana, ime se uvjetno simulira mreni nain koritenja plana. Ovim planom izvrena je verifikacija predloenog sustava kroz razvoj akcijskih funkcija na odabranom primjeru konkretnog konstrukcijskog zadatka.

    1 Znanje steeno radom u konstrukcijskom uredu (konstruirajui), u najveem broju sluaja nedostupno mladom inenjeru po zavretku studija. Konstruktori to znanje posjeduju i teko ga prenose neiskusnim kolegama jer je to "meko" znanje. Ono to ekspert zna za njega je normalno da se zna (esto se radi o podsvjesnom procesu misli) pa i ne pomilja da veliki broj kolega iz struke to "jednostavno" znanje ne poznaju. Stoga vrlo esto dolazi do preuivanja vanih iskustvenih spoznaja (nenamjerno), ak i u procesu obrazovanja konstruktora.

  • Disertacija

    2-1

    2. SAGLEDAVANJE SADANJEG STUPNJA RAZVOJA SUVREMENIH MODELA PROCESA KONSTRUIRANJA

    2.1 Opa gledita

    Svekoliki razvoj drutva u cjelini, neprekidno postavlja sve vie kriterije za performanse i kakvou proizvoda, dok s druge strane trai skraenje vremena za razvoj i izradu zahtijevajui nie cijene i manje zaposlenih u procesu proizvodnje. Sve je to, izmeu ostalog, potaknulo ubrzani razvoj istraivanja procesa konstruiranja kao samostalne znanstvene discipline.

    Praktino znanje o konstruiranju mladi je inenjer konstruktor stjecao uglavnom za crtaom daskom konstruirajui, uz nadzor i pomo starijih iskusnijih kolega. Znanje se usvajalo koritenjem uzoraka dobro izvedenih rjeenja postojeih konstrukcija, kanonskih modela, koje su u pojedinim segmentima bile principijelno sline ili ak potpuno iste problemu pred kojim se poetnik naao. Mladi inenjer dolazi u poduzee s vie-manje meusobno nepovezanim znanjem iz razliitih podruja, a od njega se trai odreena nadarenost za konstrukcijsko oblikovanje. U praksi se pokazalo da je primjena ovako nepovezanog znanja, na sloenijim zadacima preputena inicijativi i umjenosti inenjera konstruktora. Budui da su inicijativa i umjenost subjektivne osobine pojedinca i veoma se razlikuju meu ljudima, to su se i uspjesi javljali pojedinano, pa se esto naglaavalo, dobar konstruktor se s tom sposobnou raa. Naposljetku, sve je to dovelo do ozbiljnijeg prouavanja samog problema konstruiranja. Najprije su analizirani poslovi koji se obavljaju tijekom procesa konstruiranja i utvrena je uestalost svih vrsta radova za odreena srodna podruja konstrukcijske djelatnosti u postotcima. Istraivan je takoer misaoni proces pomou kojeg konstruktor ostvaruje odgovarajua konstrukcijska rjeenja. Utvreno je da pri tome postoje intuitivni i diskurzivni naini miljenja i rjeavanja problema. Tako se postepeno poela raati i razvijati nova znanstvena grana, znanost o konstruiranju1. Praktina primjena te nove i

    1 Nauka o konstruiranju je znanstvena disciplina, potvrda te injenice nalazi se u mnogim radovima i komparativnim studijama [6],[7],[10],[11],[12],[13].

  • Disertacija

    2-2

    opsene znanstvene djelatnosti provodi se kroz metode metodikog konstruiranja. Metodikim se konstruiranjem ne obezvrjeuje intuicija i iskustvo niti kreativnost darovitih inenjera, ve naprotiv, u metodiku konstruiranja treba biti ugraeno to njihovo iskustvo i kreativnost. Time se ve u fazi obrazovanja konstruktora postie vii nivo znanja, a poveava se i vjerojatnost pronalaenja boljih pa i optimalnih rjeenja.

    Zadatak nauke o konstruiranju je istraivanje zakonitosti u djelatnosti konstruktora, uz razvoj propisa i postupaka koji omoguuju racionalno savladavanje konstrukcijskih problema. Ovdje je rije o podrujima koja primarno pripadaju razmatranjima vezanim iskljuivo za razvijanje i razradu konstrukcije. Za konstruktora je prvenstveno interesantan proizvod koji e prema nekom unaprijed zadanom postupku ili prema postupku koji tek treba odrediti, izvriti odreenu promjenu stanja. Objekte nauke o konstruiranju ine ponajprije tehniki proizvodi i sustavi, koje treba razviti kao nove ili ih treba razvijati i dalje usavravati. Cilj istraivanja je pronalaenje i razvijanje smjernica, postupaka, metoda i operacija kojima su opisane radnje to ih konstruktor mora usvojiti i pri konstruiranju provoditi uz obavezno algoritmiranje procesa konstruiranja radi mogunosti koritenja raunala.

    Da bi se proces nastajanja konstrukcije znanstveno obradio i time pridonijelo racionalizaciji misaonog procesa pri nastajanju konstrukcije prema [9], potrebno je:

    1. Analizirati misaoni proces konstruktora pri nastajanju konstrukcije.

    2. Otkriti ope zakonitosti koje vrijede za proces nastajanja bilo koje konstrukcije, tj. omoguiti rjeavanje razliitih zadataka identinim postupcima.

    3. Analizirati strukturu i svojstva tehnikog proizvoda.

    4. Razraditi metodologiju (opisati operacije koje su potrebne za izvrenje bilo kojeg zadatka).

    5. Utvrditi opseg potrebnih informacija koje moraju biti postupno obraivane od trenutka zadavanja zadatka do njegova konanog rjeenja.

    Za uspjeno savladavanje zadatka nije dovoljno samo temeljito provoenje radnji i koraka predvienih naukom o konstruiranju. Isto je tako neophodno provoditi i one djelatnosti koje su vezane za podruja prirodnih kao i osnovnih znanosti, a to znai sveobuhvatno sagledavanje problema u procesu njegovog rjeavanja.

    Tu treba naglasiti da ispravno funkcionalno rjeenje tehnikog problema esto ne mora biti cjelovito i u potpunosti zadovoljavajue rjeenje, ali konstruktor ponajprije mora ispravno funkcionalno oblikovati. Naime, pri konstrukcijskom oblikovanju proizvoda, izmeu ostalog treba sagledati i sljedee zahtjeve:

    tehnologinost izrade,

    ekonominost izrade,

    eksploatacijske uvjete,

    pouzdanost dijelova i komponenti,

    ekoloke zahtjeve,

    socioloke zahtjeve.

  • Disertacija

    2-3

    Svaki tehniki proizvod u svom ivotnom vijeku prolazi podruje razvoja, izrade, primjene i reciklae u veem ili manjem obimu. Razvoj uope, a posebno razvoj konstrukcije mora voditi rauna o skladu interesa proizvodnje i potronje. Proizvodnja obuhvaa ono podruje konstrukcijskog procesa u kojem se osnovni materijal koritenjem tehnikih sredstava i metoda prerauje i pretvara u tehniki proizvod. Sam proces proizvodnje mora prije realizacije biti detaljno pripremljen i razraen. Za tu pripremu potrebne su ekonomske, organizacijske, proizvodne i tehnike aktivnosti tima strunjaka u poduzeu.

    Unutar znanosti o konstruiranju razvija se niz teorijskih pravaca od kojih su dva znaajna za ovaj rad:

    TEORIJA PROIZVODA - kao znanstveno izraavanje pojava koje obiljeuju cilj svakog proizvodnog sustava - proizvod. Razvoj teorije proizvoda naznaen je danas s tri osnovna segmenta [14] koji proizlaze iz istraivanja:

    proizvoda kao sustava, s izvorima u teoriji sustava,

    proizvoda kao podsustava, na koji utiu nadreeni sustavi : priroda, drutvo, gospodarstvo, proizvodnja,

    razvoja proizvoda, ime se uvodi vrijeme kao jedan od parametara, te proizvod razmatra tijekom vijeka trajanja.

    TEORIJA KONSTRUIRANJA - koja istrauje konstruiranje kao kreativnu aktivnost. Sadanje se stanje razvoja teorije konstruiranja moe podijeliti na tri podruja:

    razmatranje procesa konstruiranja (aktivnosti koje se izvode tijekom konstruiranja),

    razmatranje prikaza konstrukcije,

    razmatranje metoda konstruiranja.

    Kako se radi o relativno novim podrujima tehnikih znanosti ne postoje jasne granice izmeu navedenih teorija. Za razliku od tradicionalnih znanstvenih podruja, u znanosti o konstruiranju nije usuglaena metodologija, prioritetni smjerovi razvoja, pa ak ni ciljevi istraivanja nisu posve jasno definirani [6],[7]. Ilustraciju ove tvrdnje nalazimo u literaturi, ako pogledamo samo neke od pristupa konstruiranju, kroz saete iskaze :

    konstruiranje je tehnoloka aktivnost,

    konstruiranje je ne-racionalni proces,

    konstruiranje je proces obrade informacija,

    konstruiranje je optimalizacijski problem,

    konstruiranje je problem zadovoljavanja ogranienja.

    Nasuprot ovim gleditima je stav po kojem je znanost o konstruiranju u poetnoj teorijskoj fazi, te da osnovni cilj istraivanja treba biti postavljanje ope teorije misaonog procesa. Stoga se esto u radu primjenjuje eksperiment kao znanstveno priznata metoda testiranja hipoteza u takovim istraivanjima. Razvoj raunalne tehnologije, odnosno CAD sustava, [15] sasvim sigurno je ubrzao istraivanja u ovom

  • Disertacija

    2-4

    podruju, to je dovelo do veoma jasne podjele u efikasnosti primjene konstrukcijskog znanja, pa se javilo logino pitanje: to u konstruiranju razumijemo dovoljno dobro da to moemo automatizirati?. Odgovor na ovo formalno pitanje kazuje nam koja obiljeja konstrukcijskog procesa moemo definirati, a koja ne.

    Razliita miljenja meu istraivaima, ve u pogledu temeljnih definicija, sasvim sigurno doprinose odreenom stupnju nesreenosti u istraivanjima kao i literaturi, ali predstavlja i poticaj daljnjim istraivanjima.

    Unutar ovog pregleda stanja istraivanja znanosti o konstruiranju razmatrano je samo podruje strojarskih konstrukcija, i to prikazom modela procesa konstruiranja, kao i pregleda izdvojenih teorija konstruiranja koje autor smatra da bi mogle biti pogodne za implementaciju i strukturiranje znanja u proces konstruiranja.

    2.2 Obiljeja konstrukcijskog procesa

    Kao jedno od polazita za daljnja razmatranja, navode se obiljeja procesa konstruiranja i konstrukcijskog rada openito, prema [2]:

    1. Konstrukcijski proces je u prvom redu proces prerade informacija, pri emu se na temelju ulaznih zahtjeva generira skup informacija koje opisuju proizvod.

    2. Konstrukcijski proces je sinteza relativno dobro poznatih elemenata u jednu jedinstvenu, otprije nepoznatu cjelinu s odreenim zahtjevanim svojstvima. Ta sinteza iziskuje kreativan, stvaralaki rad. Iz toga proizlazi vana znaajka procesa konstruiranja - ovjek mora kontrolirati proces, odnosno imati presudan udio u obavljanju potrebnih radnji.

    3. S filozofskog gledita proces konstruiranja je takoer i spoznajni proces: sustav na poetku nepoznat - spoznaje se, odnosno postaje poznat. Na temelju toga moe se rei da je spoznajna teorija takoer jedan izvor opih zakonitosti za proces konstruiranja.

    4. Konstruiranje se moe promatrati i kao proces uenja.

    5. Svaki konstrukcijski zadatak moe se rijeiti na razliite naine, odnosno moe egzistirati s razliitim strojnim sustavima ili sklopovima. Ta karakteristina vieznanost rjeenja uvjetovana je koliinom svojstava proizvoda koji se trebaju odrediti u postupku konstruiranja.

    6. Svaki proces konstruiranja moe se razloiti u manje cjeline (faze, dijelove procesa, etape, operacije) koje ine strukturu procesa.

    7. Velika kompleksnost meusobno proturjenih zahtjeva dovodi do potrebe za viestrukim ponavljanjem odreenih faza nakon poetnog poopenja i postavljanja pretpostavki - dok se ne odrede potrebne vrijednosti. Iterativni postupak je jedna od tipinih znaajki konstruiranja.

    8. Do sada preteno samostalna djelatnost (u okviru zadatka), sve vie se pretvara u timski rad u kojem se koriste prednosti veeg informacijskog kapaciteta i meusobne razmjene ideja i postupaka.

  • Disertacija

    2-5

    9. Proces konstruiranja je vrlo zahtjevna kreativna djelatnost, ali se ne moe promatrati kao umjetnika kreacija, ve kao znanstveno stvaralaki rad, iako odreeni misaoni postupci (intuicija, nastajanje ideje) koji se ne mogu racionalno objasniti imaju obiljeja umjetnike kreativnosti. Ti se postupci ne mogu formalizirati u svrhu stvaranja cjelovitog teorijskog prikaza konstrukcijskog procesa.

    S gledita teorije proizvoda, prema [8], mogu se navesti sljedea obiljeja procesa konstruiranja:

    nagli porast potreba uvjetovan trinim zakonitostima,

    period razvoja proizvoda je sve krai,

    trajanje proizvoda je sve krae,

    javlja se pojam kritine brzine konstruiranja,

    raste koliina proizvoda u serijskoj i masovnoj proizvodnji,

    zahtjevi za kakvoom takoer rastu,

    trokovi se moraju svoditi na minimum,

    najvei utjecaj na strukturu trokova ima konstrukcijsko rjeenje proizvoda,

    produktivnost tehnologije raste daleko bre od produktivnosti konstruiranja.

    Iz navedenih obiljeja moe se uoiti kompleksnost procesa, viestrukost utjecaja na proces konstruiranja, irenje potrebnog znanja, to ini zadatak modeliranja procesa konstruiranja vrlo zahtjevnim.

    2.3 Metodiko konstruiranje

    Prema [9], metodikim se konstruiranjem nastoji pomou znanstvenih metoda razviti proces konstruiranja kao metodu koja omoguuje da se problematika konstruiranja rjeava openito, a ne kao problematika konstruiranja sasvim odreenog stroja ili ureaja. Rije je, zapravo o tome da se konstruiranje shvati kao proces u kojem se jednakim postupcima mogu rjeavati razliiti zadaci. U ovom poglavlju dan je skraeni pregled modela procesa konstruiranja prema [6] kao jedna od smjernica koncipiranja sustava za raunalnu podrku konstruiranju.

    2.3.1 Deskriptivni modeli

    Deskriptivni modeli opisuju tijek procesa konstruiranja. Osnova razvoja deskriptivnih modela je prouavanje procesa kojima ljudi kreiraju konstrukcije, te koje strategije i metode koriste pri rjeavanju zadataka. Najvei dio istraivanja temelji se na metodama iz podruja umjetne inteligencije kao to su na primjer protokolarne analize kojim se sistematski prikupljaju podaci od konstruktora. Ova istraivanja su u suprotnosti s ranijim metodama kojima je osnovni cilj bio unaprijediti razvoj kreativnih tehnika. Razvoj deskriptivnih modela moe se razvrstati na sljedei nain:

    protokolarne studije,

    kognitivne modele,

  • Disertacija

    2-6

    studije sluajeva (case studies).

    Cilj protokolarnih studija je sustavno prikupljanje podataka o tome kako rade konstruktori, kao pojedinci ili u grupama. Naime, pri provoenju ovakvih studija konstruktori trebaju glasno objanjavati to rade, to jest opisivati svoj nain razmiljanja. Problem takvih studija je to na odreeni nain ometaju konstruktora u radu, pa se na taj nain ometa i snimak. Konstruktori su pri tome od strane ispitivaa esto prekidani u razmiljanju kako bi odgovorili na nesporazume nastale strunim izraavanjem s jedne strane, a s druge kako bi se prikupile informacije u skladu s protokolom istraivanja. Verbalno izraavanje geometrijskog promiljanja konstruktora predstavlja poseban problem. Podatke o podsvjesnom promiljanju skoro je nemogue prikupiti.

    Kognitivni modeli opisuju procese koji su osnova skupa ponaanja koji tvori vjetinu. Takav se model odreuje skupom mehanizama s definiranom funkcionalnou i interakcijama. Najei je cilj istraivanja kognitivnih modela razvoj analognih raunalnih modela procesa konstruiranja, to jest kognitivnih sustava. Kognitivni sustavi opisuju, odnosno emuliraju vjetinu koju koriste ljudi pri rjeavanju zadataka. Vjetina se ljudi u takovim sustavima opisuje na razini funkcionalnih mehanizama, s mogunou objanjavanja i predvianja ponaanja pri rjeavanju zadataka.

    Studije sluajeva, analiziraju proces konstruiranja u realnim okolnostima, na odabranim primjerima koji se razmatraju cjelovito - od zadatka, kroz realizaciju do gotovog proizvoda. Potekoe u provoenju ovakvih studija proizlaze iz sloenosti procesa konstruiranja kako tehnike tako i organizacijske prirode. Takve studije prouavaju osim tehnikih i socioloke aspekte konstruiranja. Rezultati takovih istraivanja pokazuju da konstruktori esto ne razmatraju razliite koncepte potencijalnih rjeenja zbog razliitih razloga, kao npr.:

    subjektivna sklonost vodi k odreenom rjeenju,

    nisu svjesni drugih moguih rjeenja,

    nisu u mogunosti razmatrati nekoliko alternativa unutar raspoloivog vremena.

    U radu [16] se, kao jedan od zakljuaka, navodi da konstruktori nanovo koriste bliska im rjeenja, te nisu spremni razmatrati alternative i nove ideje, osim ukoliko koriteno rjeenje ne zadovoljava zahtjeve koji se nikakvim prilagoivanjem ne mogu zadovoljiti.

    2.3.2 Preskriptivni modeli

    Preskriptivni modeli procesa konstruiranja mogu se podijeliti u dvije skupine:

    modele koji opisuju kako se treba provoditi proces konstruiranja,

    modele koji opisuju atribute koje konstrukcijska tvorevina treba posjedovati.

    U prvu se skupinu mogu svrstati modeli koji propisuju kako treba konstruirati - kanonski modeli i morfoloki modeli. Kanonski se modeli primjenjuju najee u obrazovanju konstruktora. U literaturi koja obrauje kanonske modele esto se polazi od implicitne pretpostavke da e primjena propisanog postupka dovesti do boljeg

  • Disertacija

    2-7

    rjeenja konstrukcije, to je vrlo teko uvijek postii. Metode morfoloke analize esto se koriste u preskriptivnim modelima, a osnivaju se na sljedeim pretpostavkama:

    svaki se sloeni konstrukcijski zadatak moe podijeliti na konaan broj podzadataka,

    svaki se podzadatak moe razmatrati izolirano, uz privremeno zanemarivanje meudjelovanja s ostalim podzadacima,

    svi se podzadaci i pratea rjeenja mogu prikazati u morfolokoj tablici,

    cjelokupno rjeenje zadatka moe se nai kombinacijom rjeenja pojedinih podzadataka,

    nain kombiniranja rjeenja podzadataka u cjelokupno rjeenje nije ogranien.

    Drugu skupinu preskriptivnih modela procesa konstruiranja ine modeli koji opisuju atribute konstrukcije, te time propisuju svojstva koja treba posjedovati oblikovana tvorevina, a ne postupak kojim se tvorevina formira. Ovi se modeli baziraju na aksiomatskim teorijama i svaki je model samostalna cjelina (npr. General Design Theory - Yoshikava [15] ili Axiomatic Design - Suh [17] ).

    Tablica 2.1: Preskriptivni modeli konstruiranja prema razliitim autorima [20]

    ROTH (1960) PAHL/BEITZ (1977) VDI 2222 list 1 KOLLER (1976) polazite: ZADATAK

    polazite: ZADATAK

    polazite: PLANIRANJE

    polazite: PLANIRANJE PROIZVODA

    FORMULIRANJE ZADATKA

    RAIAVANJE ZADATKA

    ODREIVANJE KONCEPCIJE

    SINTEZA FUNKCIJA

    odreivanje funkcija izrada liste zahtjeva

    raiavanje zadatka izrada liste zahtjeva

    raiavanje zadatka izrada liste zahtjeva

    postavljanje zadatka

    FUNKCIONALNA FAZA KONCIPIRANJE rastavljanje glavne

    funkcije na parcijalne ukupna funkcija

    parcijalne funkcije

    opa funkcionalna struktura

    fizikalne i logike funkcije

    funkcionalna struktura principi rjeenja tehno-ekonomsko vrednovanje

    kombiniranje i variranje tehno-ekonomsko vrednovanje

    elementarne funkcije struktura osnovnih operacija

    FAZA OBLIKOVANJA PROJEKTIRANJE PROJEKTIRANJE KVALITATIVNA SINTEZA

    geometrijsko i materijalno oblikovanje

    tehno-ekonomsko vrednovanje

    grubo oblikovanje fino oblikovanje vrednovanje zavrno oblikovanje

    projektiranje u mjerilu tehno-ekonomsko vrednovanje

    optimalizacija

    varijacija efekata varijacija nosilaca efekata principijelna rjeenja variranje sklopova variranje sustava variranje konfiguracije

    RAZRADA RAZRADA KVANTITATIVNA SINTEZA

    tehniko-tehnoloko oblikovanje

    tehno-ekonomsko vrednovanje

    upotpunjavanje tehnike dokumentacije

    upute za montau i transport

    kontrola podloga

    oblikovanje pojedinanih dijelova

    kontrola trokova

    konani projekt crtei tehnoloka dokumentacija

    IZVEDBENA TEHNIKA DOKUMENTACIJA

    Zajednika je osobina svih modela formalni matematiki aparat kojim se vrednuje dobrota rjeenja. Moe se razmatrati teza po kojoj konstrukcija, koja se osniva na matematikom obrascu, nasljeuje svojstva obrasca. Stoga je mogue i formalno dokazivati neka svojstva tako odreene konstrukcije, kao to su optimalnost ili izvedivost. Ipak postoje i ogranienja takovih obrazaca: ovaj nain konstruiranja nije

  • Disertacija

    2-8

    blizak nainu rada klasino kolovanog konstruktora, a pri konstruiranju postoji odreeni dio rjeenja koji se ne moe formalizirati u matematikom obliku, ve je simbolike (esto i subjektivne) prirode. Stoga se insistiranje na potpunoj formalizaciji procesa konstruiranja, prema [10], ne moe prihvatiti kao poticaj stvaralatvu konstruktora.

    2.3.3 Raunalni modeli

    Raunalni modeli procesa konstruiranja podrazumijevaju programske metode kojima raunalo moe rijeiti odreene zadatke. Raunalni modeli mogu dijelom biti razvijeni na temelju promatranja ljudskog naina promiljanja zadatka, ali takova sprega nije uvijek nuna. Uspjeni raunalni modeli mogu ponekad i sugerirati postupke inenjerskog naina izvoenja procesa konstruiranja.

    U podruju raunalnih modela treba razlikovati metode koje slue u projektiranju (prvenstveno sa ciljem odluivanja), metode koje analiziraju, tj. daju informacije koje su podloga za donoenje odluka, te konvencionalne CAD sustave.

    Sustavi za projektiranje temelje se na ideji da se funkcionalni zahtjevi koji se postavljaju na proizvod i sam oblik proizvoda mogu povezati. To vrijedi za dobro definirane zadatke s uskim podrujima primjene. Optimalizacijski sustavi su jedan od primjera metoda koje se u opim sluajevima mogu primijeniti za odluivanje.

    Konstruiranje pomou raunala, odnosno CAD, podrazumijeva primjenu raunala i odgovarajue programske podrke pri konstruiranju, tj. u svim fazama razvoja proizvoda. Meutim ne postoji niti jedan jedinstveni programski sustav koji bi podravao sve aspekte procesa konstruiranja. Postoji mnogo programskih alata koji se rabe pri konstruiranju, a svaki od njih ima svoje mogunosti i ogranienja kojima zadovoljava (vie ili manje) zahtjeve pojedinih faza procesa. To moe biti zavrna faza - razrada, odnosno izrada dokumentacije, ili jedan od alata koji se koristi pri provjeri, tj. analizi, koja se redovito provodi u numerikoj domeni.

    Nagli razvoj CAD podruja od elementarnih grafikih sustava ezdesetih godina, koji su u stvari snano motivirali primjenu raunala u konstruiranju, rezultirao je zamjenom klasinih crtaih alata konstruktora s raunalnom opremom. Sadanje stanje karakterizira ope prihvaena primjena 3D CAD sustava kao alata za modeliranje proizvoda.

    Raunalni modeli mogu se razvrstati prema primjeni za sljedee klase konstrukcijskih problema (i/ili zadataka):

    parametarsko konstruiranje,

    odreivanje konfiguracije sklopova,

    koncipiranje na temelju funkcionalnih zahtjeva,

    rjeavanje distribucijskih zadataka.

    Konvencionalni CAD sustavi mogu se obzirom na namjenu i stupanj postignute automatizacije podijeliti na sustave ope namjene i sustave ogranienog podruja primjene (za razvoj odreene vrste proizvoda). Zajedniko obiljeje obje navedene

  • Disertacija

    2-9

    vrste sustava je glomaznost programskog koda pa je odravanje takvih sustava vrlo sloeno. Takoer niti jedna vrsta postojeih sustava ne podrava sveobuhvatan proces konstruiranja, odnosno sve faze tog procesa. Izmeu ostaloga nedostaju i kvalitativni aspekti (nepotpuna kontrola greaka, strukturiranje, estetika, inovacija, ...). Iz ovoga proizlazi da je u biti nedostatak "inteligencije" najvei nedostatak tih sustava, to je posljedica:

    nemogunosti simbolike obrade konstrukcije,

    nemogunost prezentacije znanja o konstruiranju i nepostojanje mehanizama zakljuivanja,

    nepoznavanja formalnih zakona procesa konstruiranja, odnosno relacija izmeu zahtjeva i konstrukcijskog rjeenja.

    U znanosti o konstruiranju istrauje se i problem prikaza konstrukcije. Pored injenice da je to jedan od temeljnih problema spomenutog podruja znanosti, te velikog broja objavljenih radova moe se ustvrditi da ne postoji metoda prikaza kojom bi se odredio jednoznaan, jedinstven i potpun opis strojarskog proizvoda - tvorevine. Pri razmatranju prikaza moemo razlikovati prikaz geometrijskih informacija i oblika, prikaz ponaanja proizvoda, te prikaz fizikalnih i funkcionalnih atributa proizvoda.

    2.4 Teorije, modeli i metode konstruiranja

    U proteklih pedeset godina, koliko se sustavno istrauje i prouava fenomen konstruiranja, razvijeno je i prezentirano mnogo razliitih stajalita o toj kreativnoj ljudskoj djelatnosti. Stoga se iz podruja znanosti o konstruiranju, u literaturi, moe nai iroki spektar radova [1],[8],[15],[18],[19],[20],[21],[22], s opisima razvijenih teorija i metoda, kao i s metodama traenja principa rjeenja za pojedine parcijalne funkcije.

    U ovom poglavlju su izloena tri karakteristina pristupa procesu konstruiranja: Opa teorija konstruiranja od Yosikawe, Opi model konstruiranja od Hubke i Rothov algoritamski postupak konstruiranja pomou kataloga, koji su po miljenju autora relevantni za sustavno istraivanje u ovom radu.

    2.4.1 Opa teorija konstruiranja

    Konstruiranje je intelektualni proces koji zahtjeva sagledavanje loginog i fizikalnog aspekta postupka konstruiranja i njegova okolia. Meu problemima u primjeni inenjerskog znanja sutinsku potekou ini predstavljanje znanja. Kako bi to rijeili mora se razjasniti sveukupno gledite na konstruiranje, tj. treba usvojiti teoriju kao vodei princip za strukturiranje znanja o konstruiranju, za ureenje znanja i za koritenje znanja, tako efikasno kao to je uporaba simbola.

    Opa teorija konstruiranja (General Design Theory - GDT, Yoshikawa [15]) poiva na tri hipoteze utemeljene na abdukciji iz kojih su izvedena tri osnovna aksioma. Od njezine prezentacije 1981. godine u Engleskoj ova teorija, bazirana na matematikoj osnovi, doivljuje razvoj i proirenje unutar GDT, te se 1986. godine pojavljuje kao Extendent General Design Theory potpisana od dvojice autora Tomiyame i Yoshikawe. Teoremi,

  • Disertacija

    2-10

    definicije i pravila ove teorije grade se na formalnom aparatu aksiomatske teorije skupova.

    Ciljevi ope teorije konstruiranja su:

    utemeljiti proces konstruiranja na znanstvenoj osnovi,

    formalizirati praktino upotrebljivo znanje o metodologiji konstruiranja,

    konstrukcijsko znanje prezentirati u formi prikladnoj za implementaciju na raunala.

    Pri tome se teorija cijelo vrijeme sagledava s tri razliita psiho-filozofska stajalita, odnosno teorija se izvodi u kontekstu poimanja tri razliita svijeta:

    realnog R - gdje egzistiraju konkretni entiteti,

    konceptualnog C - gdje egzistiraju zamiljeni entiteti iz realnog svijeta, svaki pojedinac posjeduje svoj vlastiti konceptualni svijet,

    logikog L - kao svijet simbola, logike, matematike, filozofije, itd.

    Tako su npr. fizika, kognitivne znanosti, logika, znanost o konstruiranju i tehnologija definirane kao neka od preslikavanja izmeu tih svjetova, slika 2.1.

    Slika 2.1: Shema preslikavanja unutar prostora GDT [11]

    Neobino vana osobina konstruktora u procesu konstruiranja je sposobnost formiranja koncepta o nepostojeim stvarima, apstrakcija drugim rijeima, sposobnost koncipiranja nuna je osobina za stvaranje konstrukcije.

    Stoga je konstruiranje niz preslikavanja iz konceptualnog svijeta C u realni svijet R, preko logikog svijeta L. Konstruiranje se ovdje shvaa kao aktivnost za kreiranje entiteta u realnom svijetu, od prvobitne ideje o konstrukciji stvorenoj u konceptualnom svijetu, preko logikog svijeta gdje postoje samo simboli (npr. sreena specifikacija i tehniki crtei).

    Fizika je prikazana kao preslikavanje R C L, gdje je prvi dio preslikavanja promatranje fenomena koje je voeno epistemologijom, a druga polovina preslikavanja

  • Disertacija

    2-11

    je primjena matematike ili logikih operacija koje slue da bi se fizikalni fenomeni opisali na objektivan i znanstveni nain.

    Proces konstruiranja se esto ilustrira, kako prikazuje slika 2.2, pri emu je ulaz specifikacija konstrukcije2, koja ukljuuje potrebe i nune pojmove o konstrukciji, a izlaz je konano rjeenje.

    Slika 2.2: Proces konstruiranja

    Specifikacija konstrukcije treba biti napisana funkcionalnim jezikom ukljuujui simbole, brojeve, postojee dijelove itd. Konstrukcijsko rjeenje treba biti predoeno skicama, crteima, a ponekad i tehnikim opisom. Gledajui na njihov informacijski sadraj ulaz i izlaz egzistiraju i realiziraju se u logikom svijetu L.

    Prema prethodno izloenom, konstrukcijski se problemi mogu formulirati kroz sljedeu terminologiju i definicije:

    DEFINICIJA 1: Skup entiteta je skup koji ukljuuje sve entitete kao svoje elemente. Pod svim entitetima podrazumijevaju se svi proli, sadanji i budui entiteti. Taj se skup oznaava sa S'.

    DEFINICIJA 2: Atribut entiteta je neko fizikalno, kemijsko, mehaniko, geometrijsko ili neko drugo svojstvo koje se moe promatrati sa znanstvenog stajalita3.

    DEFINICIJA 3: Kad je entitet izloen odreenim okolnostima, on manifestira svojstveno ponaanje koje odgovara tim okolnostima. To se ponaanje naziva vidljiva funkcija. Pod nekim drugim okolnostima entitet manifestira neko drugo ponaanje. Skup svih tih ponaanja naziva se latentna funkcija. Pod openitim pojmom funkcija podrazumijevaju se obje navedene funkcije4. Polje je realna okolina koju neka funkcija prikazuje.

    DEFINICIJA 4: Koncept entiteta5 je koncept koji se formira u skladu s postojeim iskustvom o entitetu. Taj koncept se razlikuje od apstraktnog koncepta, npr. koncepta atributa ili funkcije koji su izvedeni iz entiteta.

    Do sada iznesene definicije bazirane su na pojedinim entitetima i njihovom prikazivanju, a sljedeim definicijama uvodi se vaan koncept klasifikacije.

    2 U naoj terminologiji to je LISTA ZAHTJEVA. 3 Treba nastojati da atribut i svojstvo unutar GDT nisu sinonimi, da atributi entiteta imaju vrijednost, tj. da su mjerljivi. 4 Funkcija u GDT je funkcionalni opis entiteta. 5 Prikaz (prezentacija) entiteta.

  • Disertacija

    2-12

    DEFINICIJA 5: Apstraktni koncept (T) je izveden iz klasifikacije koncepta entiteta sukladno s njihovim znaenjem ili vrijednou. Kao rezultat klasifikacije dobivamo podjele, pri emu svaki skup ukljuuje entitete koji nose neko zajedniko svojstvo i odgovaraju odreenom apstraktnom konceptu.

    DEFINICIJA 6: Koncept atributa (T0) je jedan od apstraktnih koncepata. Ovaj koncept omoguuje prepoznavanje entiteta i nema direktnu povezanost s vrijednostima, odnosno pri podjeli entiteta ne uzimaju se u obzir kvantitativni podaci.

    DEFINICIJA 7: Morfoloki koncept (T2) je podskup koncepta atributa. Ovaj se koncept koristi kada se velika panja posveuje obliku.

    DEFINICIJA 8: Koncept funkcije (T1) je podskup apstraktnih koncepata. Kada neki entitet posjeduje svojstvenu latentnu funkciju i u stanju ju je manifestirati kao vidljivu funkciju u zadanom polju, tada se taj entitet klasificira u skup koji je formiran pod imenom te funkcije.

    Svi ovi koncepti pripadaju konceptualnom svijetu C. Jednom kad su opisani, sintaktiki opis pripada logikom svijetu L, dok sam koncept eli biti semantiki u konceptualnom svijetu.

    Koristei se navedenim definicijama izvedena su tri osnovna aksioma na kojima poiva opa teorija konstruiranja:

    AKSIOM 1: (Aksiom prepoznavanja): Svaki entitet moe biti prepoznat i opisan pomou atributa i/ili drugih apstraktnih koncepata.

    Ovaj aksiom garantira mogunost promatranja entiteta, ali ne daje tumaenje kako prepoznati ili promatrati sam atribut u definiciji 6. U nastojanju da se to rijei, prvo se mora objasniti to je entitet i na koji nain ga treba prikazati i opisati. U stvari, ovaj aksiom koji izgleda trivijalan, sakriva implikaciju da nain opisa entiteta mora biti denotativan, a ne konotativan. To zahtjeva fleksibilnost prikaza entiteta, ali iziskuje i potrebu da entiteti budu opisani s velikim ili ak beskonanim6 brojem atributa, kako bi se omoguilo prepoznavanje.

    AKSIOM 2: (Aksiom korespondencije): Skup entiteta S' i skup koncepata idealnih entiteta S imaju obostrano - jednoznano preslikavanje.

    Aksiom pokazuje da je dovoljno razmiljati o skupu koncepata entiteta S umjesto o skupu entiteta S' jer izmeu stvarnog svijeta R i logikog svijeta L postoji savreno preslikavanje, slika 2.1. U tom kontekstu ovaj aksiom zahtjeva postojanje superovjeka koji zna sve, drugim rijeima, pokazuje idealan i stvaran nivo naeg znanja, odnosno slikovito predouje da konstrukcijsko znanje s kojim se sluimo u radu nije savreno.

    AKSIOM 3: (Aksiom o operacijama): Skup svih apstraktnih koncepata je topologija skupa koncepata entiteta7.

    6 Prepoznavanje ukljuuje razlikovanje. Za implementaciju u raunalu ovo je izvor kombinatorike eksplozije. 7 Skup svih apstraktnih koncepata topologije utjee i na strukturu entiteta i na mogue operacije nad entitetima.

  • Disertacija

    2-13

    Ovaj aksiom pokazuje da je mogue provoditi logike operacije na apstraktnom konceptu kao da se radi o obinim matematikim skupovima (mogue je npr. koristiti skup operacija kao to su presjek, unija, negacija itd.).

    Da sumiramo, prate se pretpostavke stvarnog svijeta, a logike operacije nisu iste kao one iz prirodne dedukcije. Umjesto toga mora se koristiti intuicijska logika ili konstruktivna matematika gdje zakon iskljune sredine ne vrijedi; ili bar treba koristiti troslonu vrijednosnu logiku, odnosno uz vrijednost istina ili neistina, treba dodati i vrijednost nepoznat. Ti zakljuci su dragocjeni pri razmiljanju kamo iriti GDT i kako je ukomponirati u CAD sustave.

    Na osnovu ova 3 aksioma izvodi se niz definicija i teorema o idealnom8 i realnom znanju (da bi se opisalo preslikavanje L R). Pri tome za skraeni prikaz treba jo posebno istai:

    1. Konstruiranje se definira kao preslikavanje neke toke iz funkcionalnog prostora u toku prostora atributa.

    2. Budui je metrika prostora funkcije i prostora atributa obino nekompatibilna, uveden je koncept metamodela (M), kao meuprostora u tom preslikavanju, slika 2.3.

    3. Pokazano je da se u prostoru metamodela entiteti (S M) mogu opisati konanim brojem atributa.

    4. Dokazano je, ako je jednoznano preslikavanje iz prostora metamodela u prostor funkcije kontinuirano, onda je i jednoznano preslikavanje iz prostora atributa u prostor funkcije kontinuirano.

    5. Funkcionalni element je metamodel, odnosno funkcionalni element je koncept entiteta koji materijalizira neke fizikalne fenomene, uzrokovane fizikalnim zakonima. Dodatno, ako izaberemo funkcionalni element kao metamodel, moemo opisati specifikaciju konstrukcijskih zahtjeva pomou topologije metamodela, a takoer i njihovo konstrukcijsko rjeenje koje je element tog metamodela.

    6. Specifikacija konstrukcije odreuje funkciju traenog entiteta apstraktnim konceptima. Stoga je konstrukcijsko rjeenje ono, koje je sadrano u specifikaciji i sadri tehnoloke informacije, a konstruiranje zavrava kada se postignu zahtjevane specifikacije.

    7. Realno znanje je normalan prostor.

    8. U realnom znanju postoji udaljenost izmeu dva razliita entiteta pri emu postoji

    kontinuirana funkcija f: % ,S 0 1 za svaka dva odvojena, zatvorena podskupa A i B ( %S - skup moguih koncepata entiteta) takva da:

    8 Idealno znanje je ono koje omoguuje raspoznavanje svih entiteta i koje opisuje svaki element apstraktnim konceptima jednoznano. Ovo je dodatno ogranienje. Stoga je uveden AKSIOM 4: aksiom separacije koji nije obuhvaen ovim izlaganjima. Za olakavanje do sada nametnutih ogranienja uveden je pojam realnog znanja (koje je odreeno stavkama 6. i 7. Autori koji obrauju GDT esto dijele Ideal GDT od Real GDT. Realno znanje relaksira prijanje definicije na deskriptivnost entiteta s konanim brojem pojmova, te stoga ne moe biti strukturirano kao idealna topologija.

  • Disertacija

    2-14

    = =

    x A f x

    x A f x

    ( )

    ( )

    0

    1

    tada za 2 razliita koncepta entiteta s1 i s2, i dva razliita realna broja a i b, vrijedi:

    ( )d s s f s f s a b1 2 1 2, ( ) ( )= = 9. Fizikalni zakoni odreeni su kao opisi odnosa izmeu svojstva objekta i njegovog

    okolia.

    10. U realnom znanju konstrukcijsko rjeenje moe sadravati i funkcije koje nisu sadrane u specifikaciji9.

    Slika 2.3: Koncept metamodela [11]

    Bitna je razlika izmeu dijelova teorije koji opisuju idealno i realno znanje, to se kod njih entiteti mogu meusobno razlikovati i ako su opisani s konanim brojem pojmova. Pri razmatranju mogunosti implementacije GDT treba uoiti da konstruiranje zapoinje specifikacijom (lista zahtjeva), a zavrava realizacijom specifikacije (konstrukcijskim rjeenjem). Teorijom se ne razmatra kako se dolazi do zahtjeva, tj. do specifikacije nove, eljene konstrukcije. Teorija pretpostavlja da su zahtjevi ureeni. U stvarnosti su zahtjevi esto nepotpuni i neprecizni, ili ak kontradiktorni. Stoga se GDT bez ogranienja ne moe primijeniti10 na realne problema. GDT modelira proces konstruiranja implicitno pretpostavljajui preslikavanje funkcije u atribute topologije uz zadovoljavanje ogranienja. Sveukupno se preslikavanje realizira kao niz inkrementalnih preslikavanja unutar prostora metamodela.

    Stoga se moe prigovoriti da GDT predstavlja preidealan model za konstruiranje, ali ona je ipak prikladan okvir za raunalnu implementaciju. Naime teorija razmatra tri

    9 Rjeenje sadri i funkcije koje nisu oekivane. 10 to ne podrazumijeva da se temeljem GDT ne mogu realizirati kvalitetni programski sustavi, za odreene vrste problema ve egzistiraju, kao npr. sustavi za konstruiranje pomou kataloga.

  • Disertacija

    2-15

    segmenta znanosti o konstruiranju: teoriju konstruiranja, teoriju objekata konstruiranja i teoriju znanja.

    Vidljivo je da GDT ne moe adekvatno predstavljati stvarno konstruiranje, ali uvoenjem prihvatljivih ogranienja i ublaavanjem prestrogih zahtjeva formalnog modela, zastupljenog pogotovo u idealnom dijelu, GDT teorija moe posluiti kao smjernica za gradnju efikasnijih CAD sustava.

    2.4.2 Opi model konstruiranja

    Opi model konstruiranja postavio je Hubka jo 1973. godine [2], gdje sustavno iznosi pristup i nain razmiljanja grupe srednjoeuropskih autora iji je interes zaokupljen razvojem znanosti o konstruiranju. Praktino provedbeni pristupi teoriji meu autorima se razlikuju, ovisno o iskustvu i podruju njihova djelovanja. Te se razlike mogu uoiti iz usporednog prikaza izabranih proceduralnih modela predoenih tablicom 2.1. Razvojem opeg modela konstruiranja autor je tijekom vremena postavio teoriju tehnikih sustava, te unutar nje noviji Opi proceduralni model konstruiranja" [23].

    Slika 2.4: Opi model procesa konstruiranja [18]

    Opi model procesa konstruiranja, (slika 2.4) omoguuje sljedeu interpretaciju:

    konstruiranje je proces transformiranja informacija od zahtjeva kupca do potpunog opisa predloenog tehnikog sustava,

    prikazuje se osnovna struktura procesa; ukljuujui pomone, kontrolne i regulacijske procese,

    konstruktori i njihova sredstva za rad izvode pretvorbene djelatnosti na skupu operanada konstrukcijskog procesa,

    prikazuje se utjecaj razliitih faktora koji djeluju na proces konstruiranja.

  • Disertacija

    2-16

    S ciljem da se predloeni model konstruiranja osuvremeni, te omogui primjena raunala, teorija je tijekom godina evoluirala, pa je opi model konstruiranja transformiran u "Opi proceduralni model konstruiranja" [23]. Pri razvoju toga modela autori (Hubka i Eder) su nastojali zadovoljiti sljedee zahtjeve:

    struktura procesa konstruiranja treba omoguiti svjesne i pregledne korake u smjeru rjeenja,

    model treba biti neutralan (neovisan o podruju primjene), s mogunou konkretizacije,

    preduvjeti modela jasno su specificirani,

    jasan odnos prema drugim teorijama unutar znanosti o konstruiranju,

    predloeni koraci trebaju se moi obrazloiti,

    uzeti u obzir i rezultate drugih modela,

    model treba biti razumljiv konstruktorima u praksi,

    model treba biti primjenjiv za razliite tehnike konstruiranja, bez obzira na: vrstu proizvoda, vrstu konstrukcijskog zadatka, sloenost proizvoda, te organizacijsko ustrojstvo okoline.

    Na slici 2.5 vidi se podjela procesa konstruiranja na etiri osnovne cjeline:

    1. Elaboriranje odnosno pojanjavanje zadane specifikacije11.

    2. Razrada koncepta (postavljanje koncepta i funkcionalne strukture).

    3. Iznalaenje rjeenja (preliminarno i konano projektno rjeenje).

    4. Razrada rjeenja i elaboriranje.

    Svaki od navedenih dijelova procesa konstruiranja ralanjuje se dalje na faze procesa konstruiranja i provedbene korake, s potrebnim brojem prolaza (iteracija) do postizanja eljenog cilja (konstrukcijskog rjeenja).

    Za ovako koncipiranu teoriju karakteristino je da je veina pojmova sistematizirana i opisana, te je teorija lako razumljiva, edukativna i pregledna. Neki autori navode da je osnovni nedostatak to se teorija osniva na fenomenolokom opisu, bez egzaktnog aparata, to onemoguuje formalizaciju teorije kao korak prema automatiziranju procesa konstruiranja [26].

    Zajednika je znaajka razliitim modelima koji se mogu svrstati u tu skupinu da se cjelokupni proces konstruiranja provodi na razliitim logikim razinama:

    razini apstrakcije na kojoj se razmilja pomou funkcija i simbola,

    provedbenoj razini na kojoj konstruktor utvruje oblikovno rjeenja svake funkcije.

    11 Termin zadana specifikacija ovdje obuhvaa poznate podatke na samom poetku konstruiranja, esto nazivana preliminarna lista zahtjeva.

  • Disertacija

    2-17

    Slika 2.5: Opi proceduralni model konstruiranja [23]

  • Disertacija

    2-18

    Kako je ve prije navedeno, tijekom konstruiranja, ukupna funkcija se razlae na parcijalne funkcije, biraju se fizikalni principi rjeenja parcijalnih funkcija (apstraktna razina), te oblikuje projektno rjeenje koje se dorauje tijekom konstrukcijske razrade (provedbena razina). Takvim se pristupom konstruiranje tretira slaganjem elemenata rjeenja na dvije razine, apstraktnoj i funkcionalnoj. Preutno se pretpostavlja kako je uvijek mogue preslikavanje12 izmeu tih razina, da su funkcionalni principi a priori poznati, a osnovna funkcija rastavljiva. Najvanije obiljeje teorije te kole je implicitna pretpostavka da za svaki problem postoji rjeenje. Ukoliko se u radu uvae i usvoje sve navedene pretpostavke mogue je realizirati kvalitetan CAD sustav.

    2.4.3 Rothova kataloka metoda

    Rothov algoritamski postupak konstruiranja, uoava nekoliko glavnih faza tijekom procesa konstruiranja, od kojih svaka ima pojedinane radne korake, njih se prolazi odreeni broj puta, dok se ne postigne rjeenje koje zadovoljava sve postavljene zahtjeve na proizvod, slika 2.6.

    U prvoj fazi postupka provodi se analiza problema iji rezultat daje precizno formulirani zadatak. Ovako formulirani zadatak sadri potrebnu funkciju, tehnike zahtjeve i potrebne trokove. Zahtjevi tvore kriterije pomou kojih se u kasnijoj fazi moe izvriti izbor iz kataloga. Nakon toga funkcionalna koncepcija se razrauje u dva radna koraka.

    Za utvrivanje ope funkcionalne strukture pridruuju se svakom dijelu precizno formuliranog zadatka ope funkcije, gdje se variranjem spajanja mogu postii razliite alternative. Ope funkcije su pri tome funkcije opeg karaktera koje odreuju tehniku sliku13. Stoga, opa funkcionalna struktura, na kraju, dijeli funkcionalne veze na takve parcijalne zadatke koji se kao temeljni zadaci kataloki mogu obuhvatiti. Radni korak utvrivanja fizike i logike strukture zahtjeva za rjeavanje ovih parcijalnih zadataka fizikalne jednadbe14.

    Katalozi su zbirke poznatih i isprobanih rjeenja za odreene konstrukcijske zadatke ili parcijalne funkcije. Mogu pruiti informacije raznovrsnog sadraja i rjeenja razliitog stupnja konkretizacije, kao to su:

    akumulirani fizikalni efekti,

    principi rjeenja,

    koncepcije rjeenja za kompleksne zadatke,

    strojne dijelove,

    normirane dijelove,

    materijale,

    gotove dijelove itd.

    12 to je jedna od bitnih razlikovnih znaajki naznaenog pristupa u odnosu na anglosaksonske pristupe gdje je preslikavanje eksplicito istaknuto. 13 Odnosno, one koje materijal, energiju i informacije: povezuju, mijenjaju, akumuliraju, vode itd. 14 Potrebne fizikalne efekte za rjeavanje problema, po mogunosti, matematiki formulirati.

  • Disertacija

    2-19

    Izvori navedenih informacija uglavnom su strune knjige, prirunici, katalozi proizvoaa, zbirke propisa, norme i sl. Osim podataka o samom objektu, neki od njih sadre i prijedloge rjeenja, podatke o postupcima prorauna, metodama rjeavanja kao i posebna pravila konstruiranja.

    Slika 2.6: Faze i radni koraci procesa konstruiranja [20]

    Konstrukcijski katalog koristan je pri konstruiranju, jer bez potrebe pamenja, najee u obliku tablice, akumulira potrebno znanje, a sloen je na principima metodikih postavki u okviru odreenog strunog podruja, to je vie mogue cjelovito i sistematski strukturirano. Katalog omoguuje usmjereno koritenje sadrajem, a sastoji se od podjele, glavnog dijela i naina koritenja.

  • Disertacija

    2-20

    Kako bi katalozi bili opevaei i viestruko primjenjivi moraju ispunjavati sljedee zahtjeve prema [20]:

    omoguiti brzo i lako dobivanje potrebnih informacija koje omoguuju lagano rukovanje, a imaju vanost za iroko podruje;

    biti prilagoeni tijeku procesa konstruiranja, uzimati u obzir pravila metodikog konstruiranja i osigurati potpunost unutar postavljenih podruja;

    omoguiti proirenja, promjene detalja i uoavanje kriterija podjele;

    upotrebljivost u klasinim i raunalnom tijeku procesa konstruiranja.

    Konstrukcijski katalozi kao zbirke rjeenja mogu se vrlo uspjeno primijeniti pri konstruiranju, jer esto koriste malo poznate znanstvene izvore, a radi racionalizacije tijeka konstrukcijskog procesa omoguuju i nove spoznaje. Naime, katalozi prije svega omoguuju i olakavaju sintezu konstrukcije. Ovo se, izmeu ostalog, temelji na tome da nakon potpuno sreenih gledita ostaje malo parcijalnih funkcija koje nisu cjelovito rijeene, a da se ne bi moglo sloiti i oblikovati ukupno rjeenje tehnikog problema. im su parcijalna rjeenja elementarnija, tim su poznatija i isprobanija, pa je i njihov broj pri izboru rjeenja za odreenu funkciju manji. Stoga se prua mogunost da se elementarna rjeenja koja se ponavljaju, sustavno skupljaju i na jednostavan nain prikau i opiu, pregledno u obliku kataloga.

    Elementarna rjeenja nisu u ovom sluaju nita drugo nego osnovno zdruivanje funkcionalnih skupova prema potrebnim funkcijama, potrebne funkcije prema efektima, efekte prema strukturnim elementima i nosiocima efekta, strukture prema konkretnim elementima i konano zdruivanje dijelova prema odreenom nainu izrade (tablica 2.2).

    Tablica 2.2: Sredstva zdruenog djelovanja pri konstruiranju

    Meutim, ako nismo sigurni da je odabrano pridruivanje ispravno ili ako nam izgleda nesigurno, pomaemo si upitnim listovima. Treba naglasiti da postoje katalozi za planiranje proizvodnje, formulaciju zadatka (zadatak, lista zahtjeva), funkcionalnu fazu (opa funkcionalna struktura, specijalna, vektorska, geometrijska i logika).

    Podjela kataloga osniva se na formalnim stajalitima, tako da kataloge glede sadraja dijelimo (slika 2.7) prema podruju primjene na:

  • Disertacija

    2-21

    kataloge objekata - to su katalozi koji neovisno o zadatku sadre osnovne fizikalne, geometrijske, materijalne i tehnoloke prirodne konstrukcijske potrebe;

    operacijske kataloge - to su konstrukcijski katalozi koji sadre operacije (postupke) interesantne za djelatnost metodikog konstruiranja, te objedinjuju jo i uvjete primjene kao i kriterije njihove uporabe;

    kataloge rjeenja - to su konstrukcijski katalozi koji odreenim zadacima pridruuju funkcije, odreenim funkcijama efekte, efektima odgovarajue nosioce efekta, a odreenim nosiocima efekta odgovarajue obrise dijelova, ovima opet postupke izrade pomou kojih mogu biti proizvedeni. Tako da ti katalozi sadre uvjete rjeavanja zadataka u sklopu odreenoga konstrukcijskog podruja.

    Slika 2.7: Podjela konstrukcijskih kataloga prema podruju primjene

    Poseban utjecaj na konstruiranje pomou kataloga pridaje se kriterijima na osnovu kojih su izvrena sreivanja. Oni utjeu na rukovanje i brzi izbor informacija, a ravnaju se prema stupnju konkretizacije i kompleksnosti spremljenih rjeenja, kao i prema konstrukcijskoj fazi za koju je predviena uporaba kataloga. U fazi koncipiranja poeljno je podjelu izvesti prema funkcijama, jer koncepcijska faza polazi od parcijalnih funkcija. Obiljeja ove podjele trebaju biti ope primjenljive funkcije, kako bi se zavisno od proizvoda, mogla dobiti prihvatljiva rjeenja.

    U rubrici stvarnih rjeenja mogu prema stupnju konkretizacije i stupnju kompleksnosti kataloga biti dodane i fizikalne jednadbe, principi rjeenja u obliku principijelnih skica, konstrukcijski crtei, nazivi materijala, fotografije itd.

    Veliku vanost na odabir rjeenja moraju imati izborne znaajke, pri tome znaajke izbora mogu imati razliita svojstva, kao npr. karakteristine dimenzije, utjecaj odnosno nastajanje smetnji, elastino ponaanje, broj elemenata itd. One slue konstruktoru za predizbor i ocjenu rjeenja, a mogu kod kataloga pohranjenih u raunalu sluiti za izbor i vrednovanje.

    Pored toga jedan od daljnjih zahtjeva za izradu kataloga je primjena jedinine i jednoznane definicije i simbolike za prikaz informacije.

  • Disertacija

    2-22

    Dio teze ovog rada je, da se izloena koncepcija kataloga15 moe raunalno modelirati u obliku baze znanja, koja bi trebala biti koncipirana tako da se moe koristiti u tijeku generiranja plana kao i provoenja konstrukcijskog procesa kroz sve njegove faze.

    2.5 Konstruiranje kao rjeavanje zadatka

    Vaan dio obiljeja pri koncipiranju i strukturiranju baze znanja treba obaviti kroz analiziranje i razvrstavanje postupaka koje konstruktor koristi u tijeku rjeavanja konstrukcijskog zadatka. Skladno cilju rada, nameu se glede toga sljedea temeljna pitanja:

    Kako konstruktor rjeava zadatak, kako razmilja, koje znanje i postupke koristi, kako konstruira ?

    Prije razrade tih pitanja navedimo samo neke postavke Ullmana [1], koji uz zakljuak da ne postoji univerzalni recept rjeavanja konstrukcijskog zadatka, navodi:

    1. Jedini nain da se naui konstruiranje jest - konstruirati.

    2. U tijeku rjeavanja zadatka konstruktor upotrebljava tri vrste znanja:

    znanje za generiranje ideja,

    znanje za procjenu, prosuivanje ideja,

    znanje za strukturiranje procesa konstruiranja.

    Sposobnost generiranja ideja dolazi s iskustvom, ali je potreban i talent. Za prosuivanje ideja koristi se iskustveno znanje i znanje steeno obrazovanjem. Znanje potrebno za generiranje i prosuivanje (razmatranje) ideja ovisno je o domeni konstrukcijskog zadatka, dok je znanje o strukturiranju procesa konstruiranja veinom neovisno o domeni zadatka.

    3. Konstruirati kvalitetne proizvode moe se nauiti, pod uvjetom da postoje odreene predispozicije uz dovoljno iskustva za generiranje i prosudbu ideja.

    4. Konstruiranje treba uiti paralelno u akademskoj i industrijskoj okolini.

    to je proces konstruiranja?

    Prema [2],[23] moe se saeti, proces konstruiranja je pretvorba postavljenih i opisanih zahtjeva i elja u konkretno oblikovano rjeenje (tehniko-tehnoloko) strojnog sustava. Drugim rijeima potrebno je potpuno definirati i opisati strojni sustav (proizvod) koji e proizvoditi eljene uinke i pri tome ispunjavati zahtijevana svojstva. Osim postavljenih zahtjeva potrebno je voditi rauna i o ostalim aspektima tehnike i ekonomske naravi - npr. tehniki propisi, ekologija, tehnologinost, trokovi, itd. - to vrijedi i za sam proizvod, i za njegovo funkcioniranje u ivotnom vijeku.

    Stoga je poeljno razjasniti moguu dvosmislenost, odnosno poistovjeivanje pojmova problema i zadatka. Pojam rjeavanja problema trebalo bi vezati za situacije u kojima na poetku nije poznata metodologija rjeavanja. U procesu rjeavanja zadatka metodologija je poznata, odnosno koritenjem poznatih metoda napreduje se od

    15 to se u okviru projekta 120-015 Razvoj inteligentnog CAD sustava i istrauje.

  • Disertacija

    2-23

    poetnog stanja prema cilju, odnosno rjeenju. Rijeiti neki novi tehniki problem, zahtjeva prvo istraivanjem16 definirati metodologiju17, jer se nain rjeavanja (a esto i sam uzrok problema) ne moe odmah nazrijeti. U literaturi [1],[9],[24] veinom nema jasne distinkcije izmeu procesa rjeavanja zadatka i rjeavanja problema - preteno se to svodi na analizu i razliita razvrstavanja konstrukcijskog procesa, obzirom na koliinu poznatih poetnih strukturnih komponenti i njihovih relacija u tehnikom sustavu kojeg treba definirati. Kako je cilj ovog rada klasifikacija i strukturiranje konstrukcijskog znanja u cilju podrke planiranja procesa konstruiranja, usmjeriti emo se na razmatranje procesa rjeavanja zadatka jer su u procesu rjeavanja problema dominantni intuitivni misaoni postupci koje je vrlo teko ili nemogue algoritmizirati. Moe se pretpostaviti da pretean dio djelatnosti veine konstruktora ini rjeavanje zadataka, ali za temeljitu klasifikaciju konstrukcijskih znanja moraju biti sagledani i obraeni tono usmjereni18 postupci razmiljanja.

    Ovdje bi svakako trebalo napomenuti da se u praksi esto javljaju situacije da zadatak, odnosno lista zahtjeva nisu tono ili potpuno definirani to moe rezultirati nesporazumima i posljedino poveanim trokovima i rokovima. Za ilustraciju navesti emo strukturu definicije zadatka prema [8].

    definiranje ciljeva - ima prije svega strateki smisao, a daljnja razrada ima taktiki smisao,

    opis problema na slobodniji nain,

    navesti to su nuni zahtjevi, a to eljeni,

    definiranje uvjeta za realizaciju zadatka uz provjeru da li su predvieni uvjeti toni,

    razmatranje kakve su mogunosti daljnjeg razvoja rjeenja (da li se zadatak izvrava kao neto konano ili u prijelaznom obliku),

    definirati koja svojstva rjeenje mora imati,

    definirati koja svojstva rjeenje ne smije imati,

    raiavanje zadatka - provjera da li je sve jasno i potpuno, da li je neto inkompatibilno.

    Ako se zadatak definira u fazi nuenja proizvoda, najee treba jo ukljuiti i izradu predprojekta kao i izraunavanje cijene kotanja. Meutim, prema polazitu zahtjeva koji definiraju zadatak, zadaci se mogu razluiti na:

    "interne" razvojne zadatke koji su potaknuti unutar samog proizvodnog okruenja - najee temeljem povratnih sprega u informacijskim tokovima,

    zadatke potaknute indirektnim zahtjevima trita - temeljem praenja stanja trita i konkurencije,

    zadatke potaknute direktnim zahtjevima trita odnosno narudbom.

    16 Koje je u velikom broju sluaja provedeno heuristiki, odnosno intuicijom. 17 to zahtjeva postavljanje pretpostavke i njenu verifikaciju. 18 Diskurzivan nain miljenja egzistira pri svjesnom analiziranju i kombiniranju razliitih ideja te se kreira odreeni lanac, odnosno sloena mrea misli.

  • Disertacija

    2-24

    2.5.1 Faze rjeavanja konstrukcijskog zadatka

    Zadatak koji se prenosi konstruktoru, je pored ostalog, rezultat izbora koji tim planera (rukovodioci, prodaja, razvoj, proizvodnja) odreuje prema raznim kriterijima - trite, elje kupaca, trokovi, kapaciteti, rokovi, rizik, itd. Prema [9] proces konstruiranja moe se podijeliti n