Poglavlje 1
Uvod u fenomenologiju projektovanja
1-1
_________________________________________________________________________________________________________
P oglavlje
11
U V O DU FEN O M EN O LO G I JU P R O J EK TO V AN J A
2-1
Kompjutersko crtanje i konstruisanje
________________________________________________________________________________________________________
u
Fenomenologija projektovanja
P
rojektovanje geometrijskih objekata predstavlja interaktivni proces ostvaren na relaciji ~ovek – pomo}na sredstva za projektovanje u kome projektant ure|uje i menja (edituje) odre|ene elemente u modelu koji gradi i prilago|ava ih u skladu sa unapred definisanim funkcionalnim zahtevima. Po{to u najve}em broju slu~ajeva nije mogu}e dobiti potpuno zadovoljavaju}e re{enje, proces projektovanja se vr{i uz potrebne korekcije, pa je po svojoj prirodi iterativan. Izlaz iz procesa projektovanja je strukturalni opis koji se obi~no javlja u vidu elektronskog zapisa, dokumenta, crte`a ili plana objekata. Postoje i mogu}nosti za izra~unavanjem nekih osobina projektovanog objekta ili procesa, kao {to su zapremina, masa, povr{ina, ja~ina naponskog stanja, itd. Projektanti se, dakle, bave pitanjem kakvi neki objekti i procesi treba da budu, u cilju zadovoljenja postavljene funkcije kriterijuma. Osnovna in`enjerska aktivnost projektanta je da vr{i sintezu raspolo`ivih znanja, ve{tina i tehnologije, da bi se, putem projekta, definisali odre|eni proizvodi. U istoriji ima mnogo primera realizovanja ambicioznih projekata. Tu spadaju, npr. izgradnja piramida, Kineskog zida, puteva, vodovoda, savremenih arhitektonskih objekata, vasionskih letelica, ra~unara, tehnolo{kih sistema (ma{ine) i sl. Ovi proizvodi su sintetizovani od strane ~oveka, ali u zavisnosti od slo`enosti problema njihovog projektovanja, ne uvek sa unapred definisanim postupkom. Naime, projektom nije moglo biti sve predvi|eno, nego ih je ~ovek re{avao prilago|avaju}i se novonastalim problemima, te je in`enjersko projektovanje u osnovi heuristi~ko [70]. Danas se te`i visokoj elaboraciji projekata. U tom smislu [52], pribli`avanje lingvisti~ke teorije i teorije procesiranja informacija je trend koji }e u budu}nosti imati klju~nu ulogu u determinizaciji procesa projektovanja virtualnih objekata, {to se mo`e posti}i jedino ra~unarskim tehnologijama. u
Projektantske mo}i prirode
Mnogi objekti u prirodi razvijali su se u dugom evolutivnom putu, tako da danas izazivaju pa`nju projektanata ve{ta~kih objekata i predstavljaju njihovu direktnu inspiraciju. Fenomeni projektantske i konstruktorske mo}i prirode jo{ nisu dovoljno obja{njeni. Prirodnih fenomena ima veliki broj. Navedimo npr. genetsku strukturu koja ima jednu od najslo`enijih struktura sistema, a nalazi se me|u najkasnije otkrivenim [77].
ª Primer: Razvoj {koljke nautilusa (morskog pu`a) u obliku spirale (sl. 1.1).
Sl. 1.1 Projektantsko delo prirode – spiralni oblik ku}ice nautilusa (Nautilus.dwg)
Poglavlje 1
Uvod u fenomenologiju projektovanja
3-1
_________________________________________________________________________________________________________
Ovakav spiralni oblik uticao je na mnoga re{anja kod projektovanja savremenih tehni~kih sistema, a tako|e i na zna~ajnije pravce u umetnosti i arhitekturi pozne renesanse, kao {to su barok i rokoko. Grafik funkcije spirale u eksponencijalnom obliku R(q)=Roe-mq (sl. 1.2) definisao je ~uveni matemati~ar i in`enjer Ojler. (Euler, J.).
Sl. 1.2 Matemati~ki definisan polarni grafik funkcije spirale
ª Primer:
(Spirala.mcd)
Vo{tano sa}e sa }elijama (alveolama) ima dvostruko spojene osnove, pri ~emu je zajedni~ko dno romboidnog oblika. Ra~un pokazuje da, ako treba konstruisati takve }elije sa najmanje materijala, tri romba dna moraju imati uglove 109o 28’ i 70o 32’, {to je prirodom odavno definisano [91].
Sl. 1.3 Poligonalna struktura p~elinjeg voska
(Alveole.dwg)
4-1
Kompjutersko crtanje i konstruisanje
________________________________________________________________________________________________________
Matemati~ko re{enje poligona u eksponencijalnom obliku odre|eno je na osnovu kompleksnog broja. Ovakvi objekti imaju zna~ajnu primenu u savremenom projektovanju.
Sl. 1.4 Matemati~ka definicija i grafik funkcije poligona u
(Poligon.mcd)
Projektovanje kao deo ljudske delatnosti
Istorija projektovanja je istorija ljudske civilizacije. Projektovanje [50], kao najvi{i mentalni proces u domenu razvoja civilizacije kroz istoriju, bio je privilegija izrazito umnih ljudi. U 16. veku Descartes, R. (Dekart) je imao velike ambicije da matemati~kim putem opi{e vrlo slo`en sistem kakav je univerzum. Iako je to bila iluzija, ovim poku{ajem dao je svojevrstan doprinos teoriji projektovanja, uvode}i koordinatnu geometriju u dvodimenzionalnom prostoru – ravni [82]. Gotovo istovremeno Ferma (Ferma) gradi svoju geometriju u trodimenzionalnom prostoru. Misionarska uloga Leonarda da Vin~ija na projektovanju helikoptera, tenka, katapulta i sl. deluje kao paradoks (sl. 1.5). Podsetimo se, njegova zamisao, predstavljena na bezbrojnim graficima [16], desila se, tako|e, u 16. veku. Poslednja ~etiri veka ozna~avaju procvat teorije projektovanja zasnovane najpre na dostignu}ima matematike, informatike i eksperimentalnog istra`ivanja. Taj period je karakteristi~an po uspe{noj implementaciji raznih projekata u tehni~kom domenu. Zasnovane na klasi~nom znanju, mnoge koncepcije pretvarale su se u koncept, {to je ostavilo traga kako u ma{instvu, tako i u gra|evinarstvu, arhitekturi, saobra}aju, elektrotehnici. Najbolja dostignu}a iz tog perioda postala su osnova za projektovanja koja }e se koristiti i u narednim periodima, dok neki projekti jo{ ~ekaju realizaciju. U 20. i po~etkom 21. veka svedoci smo projektovanja izuzetno slo`enih sistema i procesa, iako do danas nije izgra|ena op{ta teorija projektovanja [52]. Kraj dvadesetog veka, u ovim domenima, je bio ozna~en po prakti~nim rezultatima koji su doneti na osnovu automatizacije postupaka projektovanja, u oblasti: prora~una, dvodimenzionalnog 2D crtanja i trodimenzionalnog 3D modeliranja i sl.
Poglavlje 1
Uvod u fenomenologiju projektovanja
5-1
_________________________________________________________________________________________________________
Primena ra~unara, o~igledno je donela veliko skra}enje vremena projektovanja, preciznost i kvalitet dobijenih re{enja. Pored toga, projektovanje je proces u kome se za re{avanje odre|enih problema, kao polazne osnove, mogu poslu`iti ve} razvijene metode i sistemi. Postavljanje koncepcije teorije projektovanja podrazumeva, pored matemati~ko-fizi~kih nauka, i psihologiju, sociologiju itd. Uvo|enje analiti~ke geometrije u prostoru, matemati~ke logike, topologije, heuristi~kog istra`ivanja, fazi logike, neuronskih mre`a, te`i se postavljanju aksiomatike kao neophodne podloge za formulisanje op{te teorije ra~unarskog projektovanja. To je dalje stimulisalo ljudski um da razmi{lja o ve{ta~koj inteligenciji, {to nije ni{ta drugo nego usavr{avanje slo`enih sistema da obavljaju operacije u domenu mentalnog procesiranja [53]. Ovakav pristup danas je fundamentalan zbog potrebe velikog udela ~ovekove kreativnosti i te`nje za novim saznajnim vrednostima. Koriste}i mo} raspolo`ive ra~unarske tehnologije i novih metoda, integracijom znanja i aktivnosti in`enjera projektanta i ve{ta~ke inteligencije, odnosno ekspertnih sistema, ozna~ava se nova faza u razvoju op{te i posebnih teorija projektovanja. Ovim se izgra|uje nova generacija in`enjerskih sistema ~ije su osnovne karakteristike [52]: o o o
realizacija slo`enih funkcija sa visokim stepenom fleksibilnosti i automatizacije, visoka produktivnost, kvalitet i pouzdanost i minimizacija ulo`enog resursa u proces realizacija cilja.
Osnovna aktivnost in`enjera - projektanta je da vr{i sintezu raspolo`ivih znanja, ve{tina i tehnologije da bi se definisali, putem projekta, ve{ta~ki proizvodi. Kod projektovanja i upravljanja projektima name}e se pitanje otkrivanja logike, sadr`aja i strukture ovih fenomena. U op{tem slu~aju, probleme projektovanja je mogu}e klasifikovati na slede}i na~in [53]: o
o
o
u
Za re{avanje odre|enih problema postoji strukturiran algoritam zasnovan na poznatom formalnom jeziku. Iako su ovi problemi deterministi~kog ili stohasti~kog karaktera, njihovo re{avanje je omogu}eno manuelnim ili ra~unarskim putem. Ovi zadaci projektovanja ne pripadaju grupi tzv. “inteligentnih” zadataka. U drugu klasu spadaju problemi koji nemaju razvijenu algoritamsku strukturu re{avanja. U tom slu~aju, nedovoljna je baza znanja za odgovaraju}u oblast re{avanja. Projektant tada sam re{ava problem kroz afirmaciju li~ne kreativnosti. Tre}oj klasi problema pripadaju projektantski zadaci koji apriori nisu poznati, iako postoje izvesni algoritmi za pretra`ivanje re{enja. Inventivnost ~oveka je, za sada, dominanta u nala`enju re{enja, a metod koji koristi ~ovek ili ra~unar je heuristi~ki.
Ra~unarski orijentisano projektovanje
Projektovanje, kao i mnoge druge in`enjerske aktivnosti, je u periodu od 60-ih godina 20. veka pod konstantnim uticajem ra~unarskih tehnologija. Tendencije razvoja ovih tehnologija: hardvera i softvera, nagovestile su mogu}nost efikasnog re{avanja problema projektovanja u svim oblastima gde je ta delatnost mogu}a i potrebna.
Kompjutersko crtanje i konstruisanje
6-1
________________________________________________________________________________________________________
a)
b)
Sl. 1.5 Koju je metodu projektant koristio? Genijalni projekti Leonarda da Vin~ija: streli~asti katapult – a) i model letelice sa pokretnim krilima – b) Posebno se to o~ekivalo u domenu razvoja i primene ra~unarske grafike u oblasti in`enjerskog projektovanja proizvoda i procesa. Pod terminom ra~unarsko projektovanje podrazumeva se projektovanje sistema i/ili procesa uz podr{ku ra~unara. Mogu se obuhvatiti mnoge projektne aktivnosti u okviru kojih se ra~unar koristi za razradu, analizu ili modifikaciju tehni~kog projektnog re{enja [81]. Ove aktivnosti predstavljaju slo`en intelektualni i tehni~ki proces ~ije razumevanje je proporcionalno samoj meri predvi|enih rezultata projektovanja. Ra~unarska podr{ka procesa projektovanja sastoji se u tome da ra~unar obezbedi resurse za lak{e kreiranje, trajno sme{tanje i modifikovanje parametara modela-projekta. Ra~unarsko projektovanje je jedan od mogu}ih prevoda sa Engleskog originalnog izraza Computer Aided Design (CAD) koje su vezane za aktivnosti projektovanja i konstruisanja primenom ra~unara. Pojam CAD uveden je sredinom pedesetih godina (1956.) od strane Massachussets tehnolo{kog instituta u Bostonu pri razvoju programskog jezika APT (videti referentni pojmovnik na kompakt disku), odnosno kompajlera za grafi~ko programiranje. Skra}enicu CAD je definisao T.D. Ross (Ros), tako da je nau~noj i stru~noj javnosti {ire u terminolo{koj upotrebi od 1979. godine. Pored CAD-a, termin koji se naj~e{}e koristi je i CAM tehnologija. Ra~unari su u prvo vreme uvedeni u proizvodnju da bi se izra~unavalo i kontrolisalo kretanje alata ma{ine alatke [33].
Uvod u fenomenologiju projektovanja
Poglavlje 1
7-1
_________________________________________________________________________________________________________
Tehnolo{ka baza podataka
CIM
CIM
CAP CAP
(C (C- -projektovanje projektovanje tehnologije tehnologije) )
CAPP
(C - projektovanje (C - projektovanje proizvoda proizvoda) )
(C -
CAD CAD
projektovanje proizvoda i tehnologije)
Proizvodnja, u kojoj ra~unar ima veliku ulogu u vo|enju i kontroli proizvodnih procesa, ostvarljiva je pravilnom implementacijom CAM (Computer Aided Manufacturing) koncepta. Pojam CAM u {irem smislu vezan je i za primenu ra~unara za upravljanje neposrednim proizvodnim procesima kod tehnolo{kih sistema tipa [33]: NC, CNC i DNC, zatim kod fleksibilne proizvodnje, odnosno FTM. Integrisan naziv CAD/CAM je akronim od Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing. U doma}oj stru~noj literaturi ovaj pojam se prevodi razli~ito, npr. “ra~unarom podr`ano projektovanje i proizvodnja” i drugim, sli~nim opisnim definicijama. S obzirom na izrazitu primenu engleske terminologije u oblasti projektovanja i proizvodnje, ovde je izabrano kori{}enje izvorne skra}enice CAD/CAM. Danas se ovaj naziv naj~e{}e koristi kada je u pitanju “pravo” projektovanje koje vezuje projektovanje i proizvodnju. Uvo|enje ra~unara je poslednjih decenija izvr{eno i u {iroj oblasti pripreme proizvodnje, proizvodnje i njene integralne sistemske podr{ke (logistike), tako da su se CAD, odnosno CAD/CAM tehnologije, polako ali sigurno, implementirale u skoro sve aktivnosti savremenih proizvodno-poslovnih sistema. U tom smislu termini kojima se obja{njava primena tzv. "C" (Computer) ili “CA” (Computer Aided) tehnologija, zasnovani su na pojmovima koji su u vezi sa specifi~nim aktivnostima u raznim podru~jima ra~unarski podr`anim tehnologijama. Uvo|enje je dalje izvr{eno u oblasti pripreme proizvodnje i poslovanja, te je savremeno planiranje i sama tehnologija izvo|enja takvih procesa nazvana CAP tehnologijom (Computer Aided Planning). Ra~unarske tehnologije i metode CAD/CAP/CAM se delom preklapaju u domenu organizovanja i pristupa zajedni~kim bazama podataka. Tehnologija CAPP, {to se prevodi kao planiranje procesa izrade podr`ano ra~unarom (Computer Aided Process Planning), donosi, svakako, br`e nova tehnolo{ka re{enja.
CAM CAM (C - upravljanje (C - upravljanje proizvodnjom proizvodnjom) )
integrisana proizvodnja )
(C -
Sl. 1.6 Osnovne
“C”
tehnologije i relacije izme|u njih vezane za proizvodnju
8-1
Kompjutersko crtanje i konstruisanje
________________________________________________________________________________________________________
Pri tome je najpre potrebno re{iti niz slo`enih zadataka iz oblasti in`enjerstva procesa, kao {to su: planiranje tehnolo{kog procesa, odlu~ivanje o varijantama, analize sposobnosti procesa sa aspekta ostvarivanja tehnolo{kih zadataka i sl. CAD/CAP/CAM/CAPP – projektovanje podr`ano ra~unarom, kao informaciona celina, mo`e se sagledati u preduze}u, prema prikazanom osnovnom CIM (Computer Integrated Manufacturing) konceptu preduze}a (sl. 1.6), kao modul koji obuhvata najve}i broj procesa istra`ivanja i razvoja (R&D). Postavljena {ema je jedna od niza mogu}ih. U literaturi su zastupljeni razli~iti koncepti. Iako su prethodni pojmovi "C" tehnologija fleksibilni, noviji razvoj hardvera i softvera orijentisane namene pobli`e poja{njavaju njihovu svrhu i namenu, pre svega, u razvojno-in`enjerskoj delatnosti. u
Funkcija ra~unara u projektovanju
U svetu postoji relativno duga praksa CAD-projektovanja. Ra~unari su se u po~etku koristili da bi se re{ili kompleksni i skupi numeri~ki problemi, naro~ito pri prora~unu konstrukcija ili balisti~kih putanja. Vremenom se pokazalo da su iskustva u ovoj praksi pozitivna, pa je i prakti~no potvr|ena dobit korisnika na osnovu investicionih ulaganja u uvo|enju ra~unarske tehnologije u domenu projektovanja. U tom pogledu, projektovanje primenom ra~unara mo`e kao rezultat doneti odre|ene u{tede, naro~ito u: smanjenju efektivnog vremena projektovanja, pove}anu preciznosti, ukidanju pojedinih ispitivanja (varijacija i simulacija odre|ene konstrukcione ideje je najlak{e kada se nalazi u elektronskom obliku, a najskuplje kada su realizovane), itd. Korisnici CAD sistema su prvenstveno tehni~ka lica koji su i pre upotrebe ovog sistema radili na poslovima projektovanja i poseduju odre|ena stru~na znanja za datu oblast projektovanja. Korisnici dopunjuju i prilago|avaju klasi~ne metode projektovanja, modeliranjem pomo}u ra~unara, da bi pove}ali svoju produktivnost i kvalitet rada. Pri tome se pla}a odre|ena cena u vremenu inovacija. Smatra se da je neophodno da se odre|eni efekti automatizacije projektovanja dobiju {to ranije, kako bi se stvorila klima poverenja u implementaciji novih ra~unarskih metoda projektovanja [81]. Glavni deo napora nalazi se u implementaciji odre|ene tehnologije u proizvodno-poslovnom sistemu sa pitanjem kakve }e implikacije izazvati njena pojava na ukupni proces poslovanja. Tako je radna grupa 13 najve}ih svetskih [81] kompanija (IBM, General Motors, Boeing, General Electrics i dr.) zaklju~ila da }e poslovno okru`enje do 2006. god. zahtevati od proizvo|a~a sposobnost trenutnog prilago|avanja na zahteve kupaca, pri ~emu je glavni oslonac potra`en u CIM sistemu organizacije. CAD tehnologija zauzima vrlo zna~ajno mesto u CIM konceptu. U CAD podsistemima potrebno je uneti vrlo veliki broj podataka kojima se opisuje proizvod i gradi njegov model u informacionom sistemu. Po nekim procenama ~ak 80% svih podataka u fabrici, ~ija je proizvodnja podr`ana ra~unarom, dolazi iz CAD podsistema [80]. Integracijom CAD-a sa drugim elementima CIM-a, ponajpre sa CAM, CAE, CAQ i PDM, ostvaruje se integracija tokova informacija sa modelom proizvoda. Time se obezbe|uje stvarna integracija proizvodnje preko ra~unarom kontrolisane informacija. Poznato je da se najve}i broj promena na proizvodima u japanskoj industriji vr{i u fazi definisanja i projektovanja putem CAD-a. Razmatraju se sve mogu}e varijante proizvoda [32], simuliraju se njihova pona{anja, analizira se njihov uticaj na okru`enje, koristi se simultano projektovanje, sa ciljem da se dobije najbolje re{enje u datim uslovima, koje svodi naknadne promene (korekcija modela projektovanja) na minimum.
Poglavlje 1
Uvod u fenomenologiju projektovanja
9-1
_________________________________________________________________________________________________________
Tim konceptom se prakti~no realizuje jedan od bitnih kriterijuma sistema kvaliteta proizvoda i proizvodnje, a to je generisanje kvaliteta u njihovom razvoju. U proizvodnim sistemima, gde je proizvodnja visoko automatizovana, sve vi{e dolazi do izra`aja projektovanje sekvenci procesa i proizvoda na osnovu upravljanja informacijama: EDMom, PDM-om [88], simultanim (CE) in`enjeringom itd. Broj mogu}ih varijanata modela je teorijski neograni~en, tako da izvr{ene promene mogu biti minorne u odnosu na mogu}e efekte, kako dobijanjem boljeg kvaliteta, tako i smanjenjem tro{enja sirovina za dobijanje gotovog proizvoda. Osamdesetih godina pro{log veka najve}i broj proizvodno-poslovnih sistema u razvoju globalne svetske konkurencije je radilo na obaranju cena i automatizaciji proizvodnih i poslovnih procesa. Za konkurentsku sposobnost 90-ih godina pro{log veka nije bilo dovoljno samo smanjenje specifi~nih cena proizvoda [81]. Prednost }e u budu}nosti imati oni sistemi koji }e superiornijim projektovanjem pove}ati vrednost svojih proizvoda, kroz brzinu pojavljivanja na tr`i{tu i zadovoljavanju kriterijuma potro{a~a. Davanjem nove vrednosti, novi projekat postaje fundamentalna proizvodna strategija. Iz tih razloga CAD tehnologija dobija posebno zna~ajnu ulogu. O~ekivana pobolj{anja poslovanja proizvodnog sistema mogu se ostvariti [81]: 1 . Pove}anjem prodaje zbog skra}enja rokova isporuke, uzrokovane: p p p p
smanjenjem vremena projektovanja i pripreme dokumentacije za porud`binu, pove}anim kvalitetom tehni~ke i poslovne dokumentacije, eliminisanjem pogre{nih porud`bina materijala, lak{a i br`a komunikacija izme|u proizvo|a~a i kupca.
2. Pove}anjem prodaje iz drugih razloga: p p p
datumi isporuke se mogu utvr|ivati znatno preciznije i sigurnije, nove klase proizvoda se uvode br`e, imid` preduze}a se pove}ava kori{}enjem CAD tehnologije.
3. U{tede u odeljenju za generisanje tehni~ke dokumentacije: p p p p p
smanjuje se broj potrebnih tehni~kih crta~a, smanjuje se administrativni posao u odeljenju, elimini{e se potreba za vi{estrukim kreiranjem modela kori{}enjem CAD-a, skra}uje se vreme ispitivanja, smanjuje se op{ti rad na dokumentaciji (za druge organizacione celine: marketing, servis i sl.).
4. Optimiziraju se zalihe: p p p
pobolj{ana dokumentacija ubrzava uvo|enje proizvodnje, standardizacija komponenata smanjuje potrebe za zalihama, optimizacija pri projektovanju smanjuje porud`bine komponenata.
Kompjutersko crtanje i konstruisanje
10-1
________________________________________________________________________________________________________
5. Minimiziranje tro{kova proizvodnje: p smanjuje se obim potrebnih popravki i dorada, p efikasnost je pobolj{ana zbog bolje snabdevenosti komponentama proizvodnje, p CAD mo`e uticati na eliminiciju nepotrebne porud`bine raznih vrsta resursa.
6 . Kontrola tro{kova: p p
ne prihvataju se poslovi bez profita zbog pobolj{ane procene u okru`enju, pove}ana je unutra{nja kontrola tro{kova zbog boljeg sagledavanja proizvodnih i drugih poslovnih parametara.
Generalno, zadatak informacionog sistema koji se odnosi na ra~unarski podr`ano projektovanje je da u potpunosti automatizuje rad istra`iva~kih i razvojnih aktivnosti i da obezbedi integraciju podataka o tehni~koj i poslovnoj dokumentaciji. u
Razvoj proizvoda podr{kom ra~unara
Veliku pomo} projektantima omogu}uje primena ra~unara u procesu: projektovanja, osvajanje prototipa i proizvodnje proizvoda. S obzirom da razvoj proizvoda po~inje fazom projektovanja, u~e{}e ra~unara u toj fazi je vrlo zna~ajno za kasniji proces proizvodnje. Proces projektovanja novog ili inoviranog proizvoda predstavlja nala`enje nau~no opravdanog tehni~kog re{enja koje se prakti~no mo`e realizovati, a da pri tome zadovolji i ekonomske kriterijume. U savremenim uslovima [36], te`nja za pove}anjem konkurentskih sposobnosti preduze}a menja tradicionalnu metodologiju kreiranja novih proizvoda. Neke analize pokazuju da proces konstruisanja, crtanja i modeliranja zauzimaju preko 33% ukupnog vremena razvoja jednog proizvoda. Proces konstruisanja u osnovi je informacioni proces, jer polazi od ideje, odvija se kori{}enjem znanja i podataka i zavr{ava se informacijom o tome kako treba proizvod izraditi i kakvo se pona{anje o~ekuje u eksploataciji. CAD/CAM sistemi postaju sve zna~ajniji faktor u projektovanju i proizvodnji novih proizvoda. Jedan od va`nih problema u ovoj oblasti je stalno a`uriranje informacija o brojnim promenama koje se svakodnevno doga|aju; sa jedne strane na inoviranju proizvoda, a sa druge u softveru i hardveru. Biti pravilno i brzo informisan je samo deo izazova projektantu koji sa sobom donose nove tehnologije i novi zahtevi vezani za objekat projektovanja. Projektovanje mo`e imati i kompleksniji sadr`aj, kada se postavljaju zahtevi tra`enja optimalnih parametara, pouzdanosti komponenata u funkciji i druga specifi~na svojstva potrebna u budu}oj eksploataciji. Nakon toga sledi konstruisanje i ono predstavlja definitivno oblikovanje konstrukcije kojom se defini{u: geometrija (karakteristi~ne dimenzije), materijal, na~in monta`e, tolerancije, kvaliteta hrapavosti povr{ine objekta i dr. O~igledno je da se konstruisanje vr{i na bazi metoda projektovanja i njime se precizira kona~no re{enje konstrukcije. Iz aktivnosti konstruisanja nastaje konstrukciona dokumentacija. Dalji tok konstrukcione dokumentacije odvija se kroz pripremu za proizvodnju i ta delatnost vi{e ne pripada projektovanju i konstruisanju, ve} tehnolo{koj pripremi (CAPP tehnologiji).
Uvod u fenomenologiju projektovanja
Poglavlje 1
11-1
_________________________________________________________________________________________________________
Iz tehnolo{ke pripreme nastaje tehni~ka dokumentacija koja sadr`i, pored konstrukcione i tehnolo{ku dokumentaciju. Ovu ~ine: dokumentacija opreme i alata za proizvodnju, dokumentacija za vr{enje ispitivanja i testiranja i sl. Postupak implementacije ra~unara uslovljen je formiranjem baze podataka do minimalnog nivoa koji je potreban za formiranje tehni~ke dokumentacije o proizvodu. To zna~i da su odluke donete na nivou razvoja proizvoda, od presudnog zna~aja za uspe{no poslovanje firme i njene budu}nosti. Zato razvoj, zapravo, predstavlja klju~ni segment svake organizacije. Iz tih razloga je razumljivo da CAD modul, koji u sebe uklju~uje istra`ivanje i razvoj, predstavlja najzna~ajniji modul u kome se generi{e model proizvoda i njegov kvalitet ve} u samom projektu [80]. CA koncept organizacije razvoja proizvoda [71] prikazan je na sl. 1.7. Svaki podsistem u postupku razvoja ima svoje specifi~nosti. U najve}em broju slu~ajeva, za odre|enu fazu su anga`ovani razli~iti stru~njaci, pa je problem razvoja proizvoda i proizvodnje podr{kom CAD/CAM sistema u njihovoj koordinaciji. Sa ovim podsistemima, projektantima se obezbe|uje br`e i kvalitetnije tretiranje razvojnih problema. Me|utim, i pored toga za dobijanje rezultata je potreban, ~esto, dug period razvoja i uskla|ivanja re{enja u pojedinim njegovim fazama.
Razvoj proizvoda
CAE
Upravljanje Upravljanjepreduze}em preduze}em
Tr`i{te Tr`i{te
Organizacija Organizacijai i informatika informatika
MIS MIS
Prodaja Prodaja
Dobavlja~i Dobavlja~i
Nabavka Nabavkai i kooperacija kooperacija
Planiranje Planiranjei i upravljanje upravljanje proizvodnjom proizvodnjom PPS PPS
Isporuka gotovih proizvoda Sirovine, poluproizvodi i energenti
Sl. 1.7
CA
Istra`ivanje Istra`ivanje i irazvoj razvoj
Projektovanje Projektovanjei ikonstruisanje konstruisanje proizvoda proizvodaCAD CAD
Marketing Marketing
Kupci Kupci
Upravljanje Upravljanje finansijama finansijama
Priprema Pripremaproizvodnje proizvodnjeCAP CAP
Proizvodnja upravljanje Proizvodnja(CAM): (CAM): upravljanje proizvodnim tokovima proizvodnim tokovimaizrada izrada- monta`a kontrola monta`a - kontrola
Upravljanjekvalitetom kvalitetomCAQ CAQ Upravljanje
Strategijsko Strategijsko planiranje planiranje
Sistemska Sistemskapodr{ka podr{ka(logistika): (logistika): transport transport- -skladi{tenje skladi{tenje-odr`avanje odr`avanje- -energetika energetika
koncept organizacije razvoja proizvoda
Najve}i broj gre{aka, a time i tro{kovi vezani za kvalitet proizvoda, nastaje pri definisanju, razvoju proizvoda i planiranju tehnologije izrade. Smatra se da ~ak 75% svih gre{aka koje se pojavljuju na proizvodu, nastaju u napred pomenutim funkcijama [81].
12-1
Kompjutersko crtanje i konstruisanje
________________________________________________________________________________________________________
Znatno manji procenat nastajanja gre{aka je u izradi i kontroli, dok se gre{ke pri kori{}enju samo manifestuju, odnosno posledice su prethodno na~injenih odstupanja. Nasuprot ranije iznetom stavu, tro{kovi otklanjanja gre{aka su najmanji pri definisanju i razvoju novog proizvoda, posebno, ako se za to koriste efikasni CAD alati. Naj~e{}i slu~aj u nerazvijenim preduze}ima je da se gre{ka otklanja pri ispitivanju/kontroli, ili {to je jo{ nepovoljnije, u fazi eksploatacije proizvoda, {to je sa kodeksa savremenog poslovanja nepo`eljno (odnos tro{kova je 1:10:100). Takav pristup dovodi do eksponencijalnog umno`avanja tro{kova koji se javljaju zbog gre{ke u projektovanju. I pored toga, neki nedostaci proizvoda mogu se otkriti tek u fazi finalizacije, a uklanjaju se nakon pa`ljivo izvr{enog testiranja. Zbog toga se za sve projekte mora odvojiti dovoljno vremena za testiranje probne proizvodnje, uprkos zahtevima za sve kra}im razvojnim ciklusima istih. Kod formiranja savremenog sistema projektovanja mora se uzeti u obzir potreba za organizovanjem timskog rada, koji }e doprinositi sinhronizovanom in`enjeringu, tj. simultanom radu na projektovanju [34]. Jedna od savremenih metoda i tehnologija, a koje }e se u budu}nosti uspe{no primenjivati pri razvoju novih proizvoda, generisanju tehnologije i upravljanju procesima, su ekspertni sistemi i ve{ta~ka inteligencija [56]. u
Znanje i tehnologija potrebna CAD projektantima
Do sredine 50-ih godina bilo je jedino mogu}e da se analizira pona{anje ma{inskih elemenata i sklopova klasi~nim metodama projektovanja. Danas tradicionalni pristup u delu projektovanja proizvoda, razrade tehnologije, izrade i kontrole kvaliteta, kao i u delu planiranja i upravljanja proizvodnjom, ~ini se nedovoljnim, jer ne mo`e da obezbedi konkurentsku poziciju preduze}a na tr`i{tu. Ekonomski faktori igraju sve ve}u ulogu u procesu projektovanja i kasnije izrade, tako da se te`i uvo|enju novih metoda koje imaju za cilj da skrate aktivno vreme projektovanja, pove}avaju}i mogu}i izbor re{enja i simuliraju}i njegovo radno stanje u budu}oj eksploataciji. Posebno zna~ajan razlog kori{}enja ra~unara je u ~injenici da obim znanja i informacija prerasta okvire u kojima je doskora ~ovek ru~no radio. Iz toga je nastala potreba druga~ijeg pristupa znanju o projektovanju. Projektovanje ra~unarom zahteva vi{i stepen znanja u odnosu na klasi~no projektovanje, jer podrazumeva, pored metoda projektovanja, poznavanje hardvera i softvera za rad. Savremeni ra~unarski programi re{avaju sve komplikovanije i obimnije probleme, pa je i kori{}enje takvih programa sve slo`eniji zadatak kojem treba pristupiti sistemati~no i metodski. Posebno zna~ajna oblast ra~unarstva za tehni~ke potrebe je oblast ra~unarske grafike. Ona je, sa hardversko-softverskog aspekta, oblast koja se danas dinami~no razvija i zna~ajno menja tehni~ku operativu projektovanja i konstruisanja. Pored toga, slo`enost postavljenog zadatka koji treba re{iti pomo}u ra~unara, zahteva anga`ovanje tima stru~njaka u realizaciji, pa je neophodno da su svi oni upoznati i da se pridr`avaju nekih op{tih principa i preporuka za efikasno ra~unarsko projektovanje. Kako je ra~unar dobio centralno mesto, posebno u projektovanju, potrebno je da se preduzmu i odgovaraju}e mere kojima }e se zadovoljiti promene u kvalifikacijama projektanata. Stru~nost, koja je potrebna u sferi kvaliteta projektovanja, postaje sve slo`enija. Projektant, danas, mora da raspola`e znatno ve}im obimom znanja nego pre samo nekoliko godina.
Poglavlje 1
Uvod u fenomenologiju projektovanja
13-1
_________________________________________________________________________________________________________
Poznavanje teorije projektovanja trebalo bi da predstavlja element op{teg stru~nog znanja svakog in`enjera tehni~kih disciplina. Osim stru~nosti za pojedine specijalnosti, tako|e se tra`e interdisciplinarna i nova socio-tehni~ka znanja. Sve ve}i zahtevi za kvalitetom mogu da se zadovolje, samo ukoliko su potencijalni projektanti spremni da se obrazuju i ako su obezbe|eni odgovaraju}i preduslovi u okviru preduze}a (plan obuke, predava~i, savremena sredstva za obuku, motivacija) za realizaciju obrazovanja. Zahvaljuju}i novim alatima i metodama kojima je opremljen projektant, stvaraju se uslovi za pro{irenjem domena njegovog profesionalnog napredovanja. Potencijal kojim on mo`e raspolagati, zahvaljuju}i kori{}enju savremenih hardvera i softvera, mo`e prevazi}i mnoga o~ekivanja. Naime, sa svog radnog mesta projektant mo`e da pristupi i realizuje skoro sve svoje potrebe za uspe{no osmi{ljavanje i realizaciju projekta. Da bi on uspe{no definisao problem i optimalno realizovao postavljeni zadatak, mora da poseduje potrebne resurse i da su mu, u tom smislu, dostupne odre|ene informacije. Pri tome, za realizaciju zadataka projektant mora raspolagati [81]: 1 . Odgovaraju}im znanjem: p p p p p
za re{avanje problema, za procenjivanje planiranog re{enja, za dokazivanje planiranog re{enja, o stanju novih metoda i tehnologija, o dodirnim oblastima koje su od zna~aja za realizaciju zadataka.
2. Kvalitetnim informacijama o: p p p p
stanju na tr`i{tu, konkurenciji koja se bavi sli~nom problematikom, patentnim podlogama koje mogu da budu od koristi i informacijama o op{tem stanju u sopstvenom preduze}u.
Pored znanja projektanta o kori{}enju metoda projektovanja, primena ra~unara obuhvata kori{}enje odgovaraju}eg hardvera i softvera. 3. Potrebni hardver obuhvata: p p p
ra~unar, jednu ili vi{e grafi~kih jedinica, ostale periferijske ure|aje (digitajzer, skener, ploter itd.).
4. Potrebni softver u osnovi obuhvata: p p
programe za primenu ra~unarske grafike, aplikacione programe,
14-1
Kompjutersko crtanje i konstruisanje
________________________________________________________________________________________________________
p
programe za ostvarenje komunikacije izme|u razli~itih
CAD
sistema.
U klju~nim fazama realizacije projekta (koncipiranje re{enja, pravljenje nacrta i implementacije re{enja), tako|e postoje specifi~na znanja i informacije koje moraju da budu dostupne projektantu, kako bi ostvario dobijanje najboljeg re{enja sa aspekta vremena izrade, cene i kvaliteta proizvoda na koji se odnosi re{enje i sl. Do specifi~nih znanja kojih nema u literaturi ili bazama koje obra|uju predmetnu problematiku, projektant mo`e da do|e, ukoliko je u njegovom okru`enju razvijen neki od ekspertnih sistema u kojima se nalaze baze znanja specifi~ne za preduze}e ili ukoliko preduze}e razvija i koristi ra~unarsku mre`u posredstvom koje se generi{u nova znanja, npr. putem Internet-a [9], a ne samo sakupljanjem i sistematizacijom informacija iz lokalnog okru`enja. u
Funkcionalna struktura projektovanja
Polaze}i od zahteva za izgradnjom automatizovanog sistema za projektovanje na bazi interaktivnog rada ~oveka i ra~unara, potrebno je definisati osnovne elemente. U osnovne blokove znanja za definisanje okru`enja projektanta, prema Mila~i}u, V. [52], spadaju: Inteligencija. ^ovek kao projektant koristi intuiciju, kreativnost i znanje u procesu projektovanja. Inteligencija mo`e da se smatra prirodnom i ve{ta~kom, tj. delegirana je ~oveku i/ili ma{ini. Komunikacija. ^ovek-ma{ina (ra~unar) predstavlja sistem koji se sve vi{e simbioi{e. Istorijski gledano, komunikacija se razvijala izme|u fizi~kih objekata (sredstava za rad, ra~unar, i sl.) i ~oveka na slede}im nivoima: p p p
p
manufakturni koncept - gde je funkcija sredstava za rad naj~e{}e mehani~ka, za vr{enje unapred odre|enih operacija rada; industrijski koncept - u kome su ostvareni slo`eniji nivoi komunikacija. U osnovi, ~ovek je taj koji nadzire rad ma{ine; elektronski koncept - javlja se kao slede}i vi{i nivo komunikacije, gde je izvr{ena on-line i off-line komunikacija izme|u ~oveka i ma{ine. Tipi~an primer je upravljanje ma{inom alatkom od strane ra~unara ~iji rad je programirao ~ovek; ekspertski koncept - predstavlja interaktivno komuniciranje izme|u ~oveka i ma{ine, sa ~injenicom da je u tom sistemu implementiran zna~ajan nivo ve{ta~ke inteligencije.
Za izgradnju sistema za projektovanje posebno je interesantan sistem komunikacije ~ovek - ra~unar, koji se danas, naj~e{}e, izvodi putem interaktivnog softvera.
Poglavlje 1
Uvod u fenomenologiju projektovanja
15-1
_________________________________________________________________________________________________________
u Referentni
pojmovnik: Uvod u fenomenologiju projektovanja
– Projekat. Kompleksan pojam koji naj~e{}e ozna~ava: sa jedne strane, modeliranje geometrijskih objekata sa odgovaraju}im analizama, a sa druge plan, nacrt (sa parametrima: vreme, resurs, cena) koji je u vezi upravljanja projektima. CADD (Computer Aided Design Drafting) – Ra~unarski podr`ano dizajniranje i 2D crtanje. CAE (Computer Aided Engineering) – In`enjering podr`an ra~unarom. U ovom slu~aju delatnosti projektanata obuhvataju: analize, prora~une i traganje za najboljim tehnolo{kim re{enjem kod projektovanja proizvoda i proizvodnog procesa. CAE obuhvata niz slo`enih aktivnosti kojoj pripada, izme|u ostalih, i CAD projektovanje. CAQ (Computer Aided Quality Assurence) – Obezbe|enje kvaliteta proizvodnje i poslovanja podr{kom ra~unara. CAT (Computer Aided Testing) – Testiranje karakteristika objekata i procesa podr{kom ra~unara. CIM (Computer Integrated Manufacturing) – Integrisanje pripreme i proizvodnje pomo}u ra~unara. MIT (Massachussets Institut of Technology) – Tehnolo{ki institut u Masa~usetsu (SAD). Institut je poznat po razvoju i primeni informati~kih “ C-tehnologija”. APT (Automatically Programmed Tools) – Programski jezik (alat) koji se koristi za programiranje numeri~ki upravljanih ma{ina alatki. Njegov razvoj je vezan za MIT. CAA (Computer Aided Analysis) – Ra~unarski podr`ana (strukturalna) analiza modela. Dominantna metoda u ovoj oblasti je metoda kona~nih elemenata. FEM (Finite Element Method) – Metod kona~nih elemenata je primarna numeri~ka Project
metoda in`enjerske analize geometrijskog modela: zapremine, mase, naponskih, toplotnih stanja i procesa i sl. NC (Numerically Control) – Numeri~ki kontrolisane ma{ine alatke od strane ra~unara. CNC (Computer Numerically Control) – Kompjuterski kontrolisane ma{ine alatke ili robota. DNC (Direct Numerically Control) – Vi{e numeri~ki upravljanih ma{ina alatki na osnovu upravlja~kih informacije dobijenih direktno iz centralne memorije ra~unara. FTM (Flexible Manufacturing System) – Fleksibilna (automatizovana) proizvodnja. EDM (Engineering Data Management) – Upravljanje in`enjerskim podacima. PDM (Product Data Management) – Upravljanje proizvodnim podacima. CE (Concurrent Engineering) – Simultani (konkurentni, uporedni) in`enjering. R&D (Research and Development) – Istra`ivanje i razvoj u okviru proizvodnoposlovnog sistema. ICG (Interactiv Computer Graphic) – Interaktivna ra~unarska grafika. U ovom softveru centralno mesto zauzima aplikacioni program. AI (Artificial Intelligence) – Ve{ta~ka inteligencija. Sposobnost ra~unara da obavlja funkcije, kao {to su: u~enje, razumevanje i upravljanje. Predstavlja vi{i stepen u odnosu na adaptivno upravljanje. Internet – Internet. Globalna mre`a ra~unara povezanih u svetskim razmerama radi komuniciranja i pristup bazama podataka. Intranet – Intranet. Lokalna mre`a ra~unara povezanih u lokalnim razmerama radi komuniciranja i pristupima bazama podataka.