Ontwerpmethodologie LES 1 Steve Vanlanduit

Doel kursus: ontwerp in al zijn aspecten Hoorcolleges: Introductie Doel kursus: ontwerp in al zijn aspecten Hoorcolleges: Organisatie van het ontwerpproces: De verschillende fasen in het ontwerpproces Project management Economische aspecten Doelgerichte ontwerpaspecten: Ergonomie, design for assembly, design for manufacturability Green design, materiaalkeuze in het ontwerp Prototype testing Computerondersteund ontwerpen: CAD CAE (ontwerp optimalisatie, robuust ontwerp)

Practica: uitvoeren van een ontwerp: Introductie Practica: uitvoeren van een ontwerp: Project planning (team, resources) Specificatie van het project: klanteneisen? Concept generatie + evaluatie Ontwerpkeuzes: materialen, enz. Wekelijkse design review meetings Budgetbeheer en ROI Tekeningen (schetsen, 3D CAD) Berekeningen (CAE + analytisch)

Overzicht · Lessen 1-3: organisatie van het ontwerpproces o    Les 1: VRIJDAG 18-02, 14u-17u, de verschillende fasen in het ontwerpproces: planning, specificatie, concept generatie, product ontwikkelingsfase (deel 1) o    Les 2: DINSDAG 22-02, 10u-12u       Deel 1 (10u-11u): de verschillende fasen in het ontwerpproces (deel 2), intro projectmanagement.       Deel 2 (11u-12u): Gastcollege van het bedrijf Verhaert (productontwikkeling). o    Les 3: VRIJDAG 04-03, 14u-17u        Deel 1: projectmanagement (MS Project)        Deel 2: economische aspecten bij het ontwerp ·      Lessen 4-5: doelgerichte ontwerpaspecten o    Les 4: VRIJDAG 11-03, 14u-17u ergonomie, design for assembly (DFA), design for manufacturability (DFM) o    Les 5: VRIJDAG 18-03, 14u-17u green design, materiaalkeuze in het ontwerp ·      Lessen 6-7: computerondersteund ontwerpen o     Les 6: VRIJDAG 25-03, 8u-10u CAD (met introductie SolidWorks), CAE: ontwerp optimalisatie. o     Les 7: VRIJDAG 25-03, 14u-16u CAD-CAE Gastdocent van het bedrijf LMS International / Noesis (CAE en testing)

Overzicht Tijdens week 21 – week 26: · Zelfstudie MS project (aan de hand van de ‘tutorial’ in de appendix in de cursus) · Zelfstudie SolidWorks Tijdens week 27 e.v.: Uitgebreide ontwerpopdracht waarin alle aspecten uit de hoorcolleges aan bod komen: · Vastleggen van het eisenpakket (specificaties) · Opstellen van een project planning · Conceptueel ontwerp en concept evaluatie · Genereren van alternatieven · Detailed design: o Materiaalkeuze o Economische aspecten o CAD, CAE berekeningen · Regelmatige ontwerp review meetings

Definitie ontwerpen ‘Ontwerpen is het aangeven van de beste oplossingen om aan een behoefte te voldoen met behulp van beschikbare middelen en met inachtneming van maatstaven van natuurkundige en maat-schappelijke aard.’

Definitie ontwerpen Ontwerpen is... Abstract Vaag Breed Modisch (letterwoord concepten)

Nood aan methodologie? Wat is ontwerpmethodologie? “Doelgerichte en georganiseerde strategie voor het ontwikkelen van producten gebruik makend van een breed gamma van hulpmiddelen” Waarom ontwerpmethodologie? Verkorting van de doorlooptijd (TTM) van het ontwerpproces (marktaandeel, winstmarge). Meer vraag naar kwaliteit van de markt (estetisch functioneel, recycling, etc.) Lagere integrale kosten van het product (30% Lopez effect) Groeiende complexiteit van producten

Nood aan methodologie? Kosten van een nieuw ontwerp:

Nood aan methodologie? Kosten van een nieuw ontwerp:

Nood aan methodologie? Kosten van een nieuw ontwerp:

Time-to-market van het product Nood aan methodologie? Time-to-market van het product Studie van McKinsey toon aan dat (voor producten met life cycle van 5 jaar): Prijserosie = 12% per jaar 50% overschrijding van het ontwerpbudget  3,5% winstderving 9% kostenoverschrijding van het product  22% winstderving 6 maanden te laat op de markt  33% winstderving Reductie TTM: Allocatie HRM Gestructureerde omgeving State-of-the-art tools

Nood aan methodologie? Complexiteit van het product

Kosten, doorlooptijd, kwaliteit en complexiteit Nood aan methodologie? Kosten, doorlooptijd, kwaliteit en complexiteit beheersen  strategische doelstellingen: Juiste, volledige en goed beheerde informatie Effectieve communicatie Duidelijke en vastgestelde verantwoordelijkheden en een effectief procesmanagement. Het klassieke sequentiële productcreatieproces omvormen tot een proces met zo veel mogelijk parallelle processen. Hoe realiseren? ANTWOORD: Concurrent engineering (Ndl: geïntegreerde, integrale of simultane productontwikkeling)

Concurrent engineering Definitie CE: “Het gelijktijdig (parallel) laten verlopen van de verschillende stadia in het ontwerpproces en het in beschouwing nemen van het volledig productleven door de samenwerking tussen verschillende leden uit de bedrijfsstructuur” Ontstaan 1983: Amerikaanse Ministerie van Defensie Succes stories: Rolls Royce: Trent motor ontwikkeld met 30% besparing en reductie in TTM HP 20% kostenreductie GE: ontwikkeling rotorblad van 18  7 maanden KMO’s voeren gemakkelijker CE beleid

Concurrent engineering Kernideeën: Gelijktijdige activiteiten Definitie van ontwerpproject teams: gelijktijdige betrokkenheid Vrijgave van gegevens Bewustzijn van het beslissingsproces en verantwoordelijkheden Focus op het volledige productleven Aandacht voor de planning (proces even belangrijk als product). Stimulering van meervoudige conceptgeneratie. Communicatie naar de geschikte personen op het juiste moment (ev. hergebruik van informatie). Gebruik van informatietechnologie: o.a. PDM, RP, CAD

Vrijgave van informatie

Concurrent engineering Drie categorieën factoren in het ontwerpproces  verweven in CE

Concurrent engineering Voorbeeld gelijktijdige activiteiten:

Concurrent engineering

Concurrent engineering De ‘Product lifecycle’ CE  focus op het volledige productleven

Types ontwerpproblemen Selectief ontwerp (Eng.: selection design) betreft de keuze van een of meer items uit een lijst van vergelijkbare items (vb. keuze van een lager) - vaak uit een catalogus. Conguratie ontwerp omvat het assembleren van een componenten die reeds gedesigned zijn (vb. layout van elektronische en mechanische onderdelen in een fototoestel). Parametrisch ontwerp omvat het vinden van waarden voor kenmerken die het object karakteriseren (vb. keuze van diameter en hoogte van een cilindrisch vat dat een gegeven hoeveelheid vloeistof moet bevatten). Origineel ontwerp slaat op het ontwikkelen van een component, proces of systeem dat voorheen niet bestond. Herontwerp (Eng.: Redesign) is het meest voorkomende ontwerp probleem (vb. hydraulische actuator met lengte 0.25m voorheen geleverd wordt ontworpen met lengte 0.3m). Volgroeid ontwerp (Eng.: Mature design) handelt over een ontwerp dat nauwelijks veranderd is gedurende meerdere jaren.

Het design proces: overzicht

Het design proces: overzicht Algemene kenmerken: Van functie naar vorm Iteratief proces Design review meetings Agenda Presentatie Actiepunten Belang van informatie Semantisch Grafisch Analytisch Fysisch

Het design proces: overzicht Doelgerichte ontwerpstrategieën (DFX) hebben dezelfde structuur: DFA DFM DFU DFR DFD DFC DF6 Etc.

Informatie doorheen het design proces

Het design proces: project definitie en planning Probleem definitie

Project teams : persoonlijkheden Organisator/coordinator : geschikt als voorzitter van het team, heeft niet noodzakelijk veel technische expertise of creatieve bijdragen. Createur : ontwikkeld nieuwe idee.en die anderen kunnen uitwerken. Resource-onderzoeker : exploreert mogelijkheden zonder deze in detail uit te werken. Motivator : dynamisch assertief, maakt objectieve beslissingen. Evaluator : heeft een goede visie op de algemene doelstelling. Team werker : subjectieve beslissingsnemer die probeert een consensus in de groep te bereiken. Oplosser : persoon die idee.en op een betrouwbare en eci.ente manier in oplossingen omzet. Voltooier : nauwgezet, levert tijdig resultaten, detail-ge. ori.enteerd en delegeert weinig.

Project teams : functies Product design ingenieur: draagt verantwoordelijkheid van het ontwerp. Product manager: vertegenwoordigt de link tussen de klant en het product Manufacturing ingenieur: brede kennis van fabricage processen Detailer: in detail uitwerken van het ontwerp (o.a. documentatie) Drafter: schetsen en tekening maken van het product. Technieker: test apparaten ontwikkelen, experimenten uitvoeren, etc. Materiaalkundige: vb. materiaalleverancier. Quality assurance/quality control specialist: Analyst: ontwerp performatie  gespecialiseerde software Industrieel ingenieur: vorm van het product en de interactie met de klant. Assembly manager: samenbouwen van het product. Vertegenwoordigers (leveranciers of verkopers)

Project teams : samenstelling Functionele organisatie (13%) Functionele matrix (26%) Balanced matrix (16%) Project matrix (28%) Project team (16%) 5-15 leden Ev. tijdelijke leden

Het design proces: project definitie en planning Marktgedreven vs. Technologiegedreven producten Prototypes? Project management Identificeren taken Formuleren objectieven Alloceren resources Opeenvolging taken Kosten, ROI Strategische beslissingen: imago, capaciteit, concurrentie, etc.

Wat is de impuls voor een ontwerp/product? Twee belangrijke drijfveren: Market driven Technology driven 4 Groepen impulsen: Exploitatie van ongebruikt bedrijfspotentieel Exploitatie van nieuw bedrijfspotentieel Respons op veranderingen vanuit de omgeving Respons op veranderingen, intern in het bedrijf

Het design proces: design specificaties

Het design proces: design specificaties Strategie voor het ontwikkelingsbeleid: Marktonderzoek: Nood aan product? Huidige situatie? Omgevingsonderzoek Intern onderzoek BCG matrix LCA analyse SWOT analyse Groeimogelijkheden? Product eisen en offers? Invloed op de markt? Dynamisch gegeven

BCG matrix

LCA analyse Status van producten in hun levenscyclus? De introductie fase De groeifase De rijpingsfase De verzadigingsfase De aftakelingsfase

Toekomstperspectieven De product mix: ‘Strategic gap’ analyse Bestaand product Nieuw product Bestaande markt Nieuwe markt Omzet Ambitieuze doelstelling STRATEGIC GAP Huidige evolutie Tijd

Deming cycle PDCA cyclus PLAN: Design or revise business process components to improve results DO: Implement the plan and measure its performance CHECK: Assess the measurements and report the results to decision makers ACT: Decide on changes needed to improve the process

Het design proces: design specificaties ‘Cause-and-Effect’ or ‘Fishbone Diagram’

Het design proces: design specificaties

Het design proces: design specificaties Classificatie van de producteisen

Het design proces: design specificaties

Het design proces: design specificaties

Het design proces: design specificaties Product eisen moeten ‘SMART’ zijn: Specific Measurable Agreed-upon Realistic Time-framed Tools om producteisen weer te geven: QFD Diagram van Kano LCD Strategy wheel

QFD

QFD

QFD

QFD Stap 1: WHO: Identificeer de klanten Stap 2: WHAT: Bepaal de klanteneisen Stap 3: WHO vs WHAT: Relatief belang van de klanteneisen Stap 4: NOW en NOW vs WHAT: Hoe tevreden is de klant nu? Stap 5: HOW: Hoe wordt aan de klanteneisen voldaan? Stap 6: HOW vs WHAT: Relateren van klanteneisen met engineering specificaties. Stap 7: HOW MUCH: Engineering target waarden. Stap 8: HOW vs HOW: Hoe zijn de specificaties afhankelijk van elkaar?

QFD: WHAT

QFD: WHO vs WHAT

QFD: NOW en NOW vs WHAT

QFD: HOW en HOW vs WHAT

QFD: HOW MUCH

QFD: HOW vs HOW

QFD doorheen het ontwerp

Diagram van Kano

Diagram van Kano

Life Cycle Design Strategies Wheel

Het design proces: conceptueel ontwerp Ontwikkelen van de FUNCTIE van het product

Het design proces: conceptueel ontwerp Functie van het product: Decompositie van de functie Groeperen van deelfuncties Genereren van concepten: Eenvoudige concept generatie methodes Bron: patentonderzoek (zie ook TRIZ) Morfologische kaart De beslissingsmatrix Belief maps TRIZ

Decompositie van de functie Opdelen van de functies Externe functies Interne functies Per functie: basisprocessen? Voorbeeld: vruchtenpers

Decompositie van de functie

Decompositie van de functie

Groeperen van deelfuncties Vastleggen van de deelfuncties: Samennemen van deelfuncties Ordenen van functies Groeperen van deelfuncties

Eenvoudige concept generatie methodes Brainstorming De 6-3-5 methode De Gallery methode De Delphi methode De synectics methode Gebruik van analogieen Gebruik van extremen Externe expertise Literatuur Patenten

Patenten http://www.espacenet.com

De morfologische matrix

De morfologische matrix

De morfologische matrix Morfologisch overzicht

De beslissingsmatrix

De beslissingsmatrix Waarde-analyse: kwaliteit van de functies versus kosten

Methode van Pugh: ‘Belief maps’

TRIZ: veertig inventieve principes Fragmentatie Verwijdering Lokale kwaliteit Asymetrie Combineren Universaliteit Nesten Tegengewicht Voorafgaandelijke tegenactie Voorafgaandelijke actie Op voorhand opvangen Equipotentialiteit Inversie Sferoidaliteit Dynamiciteit Gedeeltelijke actie Andere dimensie Mechanische trilling Periodische actie Continuiteit Erdoorheen haasten Schade in voordeel Feedback Mediator Self-service Copieren ... Samengestelde materialen

Specificaties uit de klanteneisen Gereedheid van de technologie Concept evaluatie Specificaties uit de klanteneisen Gereedheid van de technologie Kritische parameters van de functie? Veilige werkingsgebied? Falingsmodes? Beschikbare processen? Demonstrator hardware? Controleerbaar doorheen de levenscyclus?

Het design proces: product ontwikkeling Ontwikkelen van de VORM van het product (vormgevende fase)

Het design proces: product ontwikkeling Product ontwikkelen: Vormgeving Materiaal Productie (afwerking, toleranties) Uitwerking van ‘stroomgrootheden’: Stroomsterkte: stijfheid, sterkte Stabiliteit Slijtage

Het design proces: product ontwikkeling Tools: Tekeningen: Layout tekeningen Detail tekeningen Assembly tekening CAD tekeningen 60% van alle componenten wordt niet gemaakt zoals getekend! Prototypes CAE BOM

Bill of Materials

Het design proces: product ontwikkeling Ontwerp principes voor vergroten van het werkingsgebied: Inspelen op natuurlijke processen; het (optimaal) afstemmen van schalen waarop processen werken; de keuze van interne (deel)functies met het oog op de optimale vervulling van de externe (deel)functies; de (optimale) groepering van interne (deel)functies en hun structuren; de (optimale) vernetting van technische inrichtingen; het principe van de ,,contact-inhibitie’’; het vergroten van het werkgebied door middel van het verschuiven van haar grenzen.

1. Inspelen op natuurlijke processen Voorbeelden: Verbinden door vaste elementen: vermijden van buigbelasting Verbinden door beweeglijke elementen: correcte smeergroef

2. Het afstemmen van schalen Voorbeelden: Door corrosie verminderd de hoeveelheid materiaal voor krachtdoorleiding Dikte van de smeerlaag bij glijlagers vs ruwheid Panthografisch vergroten

3. Keuze van interne functies Voorbeeld: Intern = verbinden van twee platen Extern = dragen van een last Extern = afsluiten van licht Keuze tussen vaste verbindingen: Kling, bout, lijm, fels en lasverbindingen

4. Groepering van interne functies Combineren van functies: In één element In verschillende elementen Volgorde van de interne functies? Functies: Aandrijving Overbrengen stuurkrachten Veren

5. Vernetting van technische inrichtingen Rangschikken van elementen in parallel of serie

6. Contact-inhibitie Het uitstellen van contact tussen constructiematerialen Reduceren van wrijving en slijtage door smering of aanbrengen van een oppervlaktelaag Carboneren Nitreren Chromeren Koper coating Etc.

7. Vergroten van het werkgebied Tandwieloverbrengingen Harde oppervlaktelaag

Het design proces: product ondersteuning

Het design proces: product ondersteuning Additionele documentatie: Quality Control QC en Quality Assurance QA documentatie: wat moet er gemeten worden? Hoe? Hoe vaak? Fabricage richtlijnen: materieel, gereedschap processen. Assembly instructies: stap per stap documentatie die de samenbouw van producten beschrijft. Installatie instructies: unpacking, connecties (elektrisch), opstarten, testen. Operating instructions: opstarten, stand-by, normale werking, nood operatie, afsluiten. Onderhoudsinstructies Afdank instructies (schadelijke producten, demonteren). ECO De identifcatie De reden De beschrijving Lijst van documenten en departementen De goedkeuring van de verandering. Instructies van het tijdstip van introductie