Modularna arhitektura pretvaraca tracnickih vozila · ciklus pretvarača, tehnologično oblikovanje za proizvodnju, konfigu- riranje varijanti pretvara č a, konfiguratori pretvara

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

MODULARNA ARHITEKTURA PRETVARAČA ELEKTRIČNIH VELIČINA TRAČNIČKIH VOZILA

MAGISTARSKI RAD

Ovaj magistarski rad zaštićen je autorskim pravima.

Svako kopiranje bilo kojeg dijela rada bez pristanka autora strogo je zabranjeno.

Miroslav VUKOBRAT, dipl.inž.

ZAGREB, 2007.

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET STROJARSTVA I BRODOGRADNJE

MODULARNA ARHITEKTURA PRETVARAČA ELEKTRIČNIH VELIČINA TRAČNIČKIH VOZILA

MAGISTARSKI RAD

Mentor:

Prof. dr. sc. Dorian MARJANOVIĆ, red. prof. Miroslav VUKOBRAT, dipl.inž.

ZAGREB, 2007.

Posvećeno……

Tebi, koju sam najviše volio, koju volim i koju ću uvijek voljeti. Svaki moj trenu-tak protkan je tobom, svaki pokret u sebi nosi tvoje ime….

"Gdje nisi ti i tvojih očiju sjaj, tamno je meni. I uz jasno treperenje svijeća, tamno je meni. Tamo gdje mjesec i zvijezde sjaju, tamno je meni. Sunčana svjetlost samo me ranjava, tamno je meni. Gdje tebe nema i tvojih očiju, tamno je meni."

(Bhartrihari)

II

PODACI ZA BIBLIOGRAFSKU KARTICU:

UDK: 658.512.2

Ključne riječi: pretvarači električnih veličina tračničkih vozila, modularna arhitektura, modul, modularizacija, metoda modularnog razvoja funkcije, životni ciklus pretvarača, tehnologično oblikovanje za proizvodnju, konfiguriranje varijanti pretvarača, konfiguratori pretvarača

Znanstveno područje: TEHNIČKE ZNANOSTI

Znanstveno polje: STROJARSTVO

Institucija u kojoj je rad izrađen:

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveučilište u Zagrebu

Mentor rada: Dr.sc. Dorian MARJANOVIĆ, red. prof.

Broj stranica: 169

Broj slika: 61

Broj tablica: 10

Broj korištenih bibliografskih jedinica: 110

Datum obrane:

Povjerenstvo:

Dr.sc. Neven Pavković, doc. – predsjednik povjerenstva

Dr.sc. Dorian MARJANOVIĆ, red. prof. – voditelj magistarskog rada

Dr.sc. Blago Brkić, "KONČAR", Zagreb – član povjerenstva

Institucija u kojoj je rad pohranjen:

Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem svojem mentoru, prof. dr. sc. Dorianu Marjanoviću, red. prof., na savjetima, korisnim raspravama i potpori tijekom izrade ovog rada. Dr. sc. Mariu Štorgi zahvaljujem na savjetima, trudu, raspravama i primjedbama koje su usmjerile ovo istraživanje.

Posebno želim zahvaliti: Nenadu Risteru, dipl. inž., mr. sc. Josipu Ungarovu, dipl. inž., djelatnicima poduzeća "KONČAR – IET" i Stevi Pribiću, dipl. inž., djelatniku poduzeća "KONČAR – EV," na pruženoj pomoći, savjetima i vremenu koje smo zajedno utrošili u brojnim analizama i raspravama koje su rezultirale većom kvali-tetom prikazanog istraživanja. Prof. dr.sc. Stjepanu Caru dipl. inž, predsjedniku uprave poduzeća "KONČAR – IET" i mr. sc. Vladimiru Siladiu dipl. inž., upravitelju "Zavoda za energetsku elektroniku i upravljanje KONČAR – IET", zahvaljujem za razumijevanje i potporu prilikom izrade ovog rada. Kolegi Marku Periću, dipl.inž., zahvaljujem na pomoći pri izradi slika i tablica, a dr. sc. Davoru Piskaču zahvaljujem na jezičnim savjetima. Toplo zahvaljujem i članovima povjerenstva za ocjenu i obranu rada, čije su primjedbe poboljšale kvalitetu ovog rada.

Na kraju želim zahvaliti dragim, iskrenim prijateljima i obitelji na razumijevanju i potpori koju sam imao sve vrijeme izrade rada.

Hvala Vam svima.

V

SADRŽAJ

1 UVODNA RAZMATRANJA ............................................................................................................................1-1 1.1 MOTIVACIJA ZA RAD ............................................................................................................................1-1 1.2 CILJEVI ISTRAŽIVANJA I PODRUČJE..................................................................................................1-2 1.3 PRISTUP – ISTRAŽIVAČKE METODE ..................................................................................................1-4 1.4 STRUKTURA RADA...............................................................................................................................1-5

2 TEORETSKE OSNOVE I POSTOJEĆA ISTRAŽIVANJA..............................................................................2-1 2.1 TEORIJA TEHNIČKIH SUSTAVA...........................................................................................................2-1 2.2 TEORIJA PROCESA KONSTRUIRANJA ...............................................................................................2-4 2.3 VARIJANTNOST PROIZVODA ..............................................................................................................2-9 2.4 ARHITEKTURA PROIZVODA ..............................................................................................................2-13

2.4.1 Vrste arhitekture proizvoda........................................................................................................2-13 2.4.2 Integralna arhitektura proizvoda ................................................................................................2-14 2.4.3 Modularna arhitektura proizvoda ...............................................................................................2-14

2.5 RAZLIČITE METODE KONSTRUKCIJSKE RAZRADE – DFX.............................................................2-15 3 MODULARNO INŽENJERSTVO ....................................................................................................................3-1

3.1 MODULARNOST U LITERATURI...........................................................................................................3-2 3.2 MODULARNA ARHITEKTURA PROIZVODA.........................................................................................3-4 3.3 MODULARIZACIJA FUNKCIJE ..............................................................................................................3-8 3.4 PREDNOSTI I NEDOSTACI MODULARIZACIJE PROIZVODA...........................................................3-14 3.5 MODULARNOST – NAČIN SKRAĆIVANJA RAZVOJNOG CIKLUSA PROIZVODA ...........................3-18 3.6 MODULARNOST U KONSTRUIRANJU...............................................................................................3-19 3.7 SHVAĆANJE POJMA MODULARNOSTI KROZ POVIJEST ................................................................3-21

4 REZULTATI ISTRAŽIVANJA .........................................................................................................................4-1 4.1 STANJE I POZICIJA PODUZEĆA ..........................................................................................................4-1 4.2 SWOT – ANALIZA PODUZEĆA

(STRENGTHS, WEAKNESSES, OPPORTUNITIES AND THREATS ANALYSIS) ................................4-2 4.2.1 Prednosti .....................................................................................................................................4-3 4.2.2 Slabe točke..................................................................................................................................4-3 4.2.3 Mogućnosti ..................................................................................................................................4-3 4.2.4 Prijetnje (mogući problemi) ..........................................................................................................4-4

4.3 ZAHTJEVI NARUČITELJA .....................................................................................................................4-4 4.3.1 Lista zahtjeva...............................................................................................................................4-5 4.3.2 Analiza životnog ciklusa pretvarača.............................................................................................4-5

4.4 DEFINIRANJE TEHNIČKE SPECIFIKACIJE PRETVARAČA NA TEMELJU ZAHTJEVA ......................4-8 4.4.1 Funkcije pretvarača .....................................................................................................................4-8 4.4.2 Utjecaj okoline .............................................................................................................................4-9 4.4.3 Životni vijek i servisiranje .............................................................................................................4-9 4.4.4 Ciljani troškovi ...........................................................................................................................4-10 4.4.5 Transport pretvarača .................................................................................................................4-10 4.4.6 Pakiranje pretvarača..................................................................................................................4-10

VI

4.4.7 Kvantiteta...................................................................................................................................4-11 4.4.8 Proizvodnja................................................................................................................................4-11 4.4.9 Veličina i težina..........................................................................................................................4-11 4.4.10 Izgled, pojava i završna obrada .................................................................................................4-12 4.4.11 Materijali za izradu.....................................................................................................................4-12 4.4.12 Standardi ...................................................................................................................................4-12 4.4.13 Ergonomija ................................................................................................................................4-12 4.4.14 Kvaliteta i pouzdanost................................................................................................................4-13 4.4.15 Skladištenje i spremanje............................................................................................................4-13 4.4.16 Ispitivanje...................................................................................................................................4-13 4.4.17 Sigurnost ...................................................................................................................................4-14 4.4.18 Društveni i politički utjecaji.........................................................................................................4-14 4.4.19 Zakonska odgovornost ..............................................................................................................4-15 4.4.20 Ugradnja ....................................................................................................................................4-15 4.4.21 Ponovno korištenje, recikliranje, odlaganje................................................................................4-15

4.5 ANALIZA OSTALIH UTJECAJA ZNAČAJNIH ZA RAZVOJ PRETVARAČA.........................................4-15 4.5.1 Zakonska i ugovorna regulativa.................................................................................................4-15 4.5.2 Izvori buke na pretvaračima i načela utvrđivanja razine buke....................................................4-18 4.5.3 Izvori vibracija na pretvaračima i načela utvrđivanja razine vibracija.........................................4-19 4.5.4 Izolacijski razmaci u pretvaračima i zaštita od dodira ................................................................4-20 4.5.5 Elektromagnetska kompatibilnost u pretvaračima .....................................................................4-21 4.5.6 Čistoća zraka u pretvaraču ........................................................................................................4-22 4.5.7 Zaštita od vanjskih utjecaja........................................................................................................4-23 4.5.8 Odvod kondenzata iz pretvarača ...............................................................................................4-24

4.6 KAKVOĆA KONSTRUKCIJE................................................................................................................4-25 4.7 FUNKCIJSKA DEKOMPOZICIJA PRETVARAČA I IZBOR TEHNIČKIH RJEŠENJA...........................4-28

4.7.1 Funkcijska dekompozicija tramvajskog pretvarača....................................................................4-28 4.7.2 Funkcijska dekompozicija vagonskog pretvarača......................................................................4-34 4.7.3 Konstrukcijska matrica...............................................................................................................4-41 4.7.4 Oblikovanje matrice: specifikacije-tehnički podsustavi ..............................................................4-45 4.7.5 Hijerarhijsko stablo funkcija i tehničkih rješenja.........................................................................4-48

4.8 DEFINIRANJE MOGUĆIH MODULA PRETVARAČA POMOĆU MATRICE IDENTIFICIRANJA MODULA ..............................................................................................4-56

4.9 TEHNIČKO RJEŠENJE TRAMVAJSKOG PRETVARAČA PGP-130 ...................................................4-60 4.9.1 Kućište – nosiva konstrukcija.....................................................................................................4-60 4.9.2 Podsustav hlađenja ...................................................................................................................4-62 4.9.3 Kućište – otvori i sjenila .............................................................................................................4-65 4.9.4 Vođenje električne energije .......................................................................................................4-66 4.9.5 Posebni zahtjevi za pretvarač ....................................................................................................4-67 4.9.6 Varijantnost pretvarača..............................................................................................................4-68

4.10 TEHNIČKO RJEŠENJE VAGONSKOG PRETVARAČA VIS 50-1........................................................4-68 4.10.1 Kućište – nosiva konstrukcija.....................................................................................................4-69 4.10.2 Podsustav hlađenja ...................................................................................................................4-72

VII

4.10.3 Kućište – otvori ..........................................................................................................................4-74 4.10.4 Vođenje električne energije .......................................................................................................4-76 4.10.5 Uzemljivač – rastavljač sklop.....................................................................................................4-77 4.10.6 Visokonaponski modul...............................................................................................................4-78 4.10.7 Modul izmjenjivača i punjača .....................................................................................................4-80 4.10.8 Posebni zahtjevi za pretvarač ....................................................................................................4-81 4.10.9 Varijantnost pretvarača..............................................................................................................4-82

5 USPOREDNA ANALIZA IZVEDBE NOSIVE STRUKTURE PRETVARAČA.................................................5-1 5.1 USPOREDNA ANALIZA MASE I IZVEDBE NOSIVE STRUKTURE

KONČAREVA I PRETVARAČA DRUGIH PROIZVOĐAČA....................................................................5-2 6 RAZRADA METODOLOGIJE KONFIGURIRANJA VARIJANTI PRETVARAČA..........................................6-1

6.1 KONFIGURABILNI PROIZVODI.............................................................................................................6-1 6.1.1 Razvojni procesi konfigurabilnih proizvoda..................................................................................6-3 6.1.2 Stvaranje konfiguracijskih modela i konfiguracija ........................................................................6-4 6.1.3 Proces konfiguriranja proizvoda ..................................................................................................6-5

6.2 KONFIGURANJE VARIJANTI PRETVARAČA .......................................................................................6-6 6.2.1 Određivanje arhitekture ...............................................................................................................6-6 6.2.2 Odabir modula .............................................................................................................................6-7 6.2.3 Određivanje parametra za instance komponenti .........................................................................6-8 6.2.4 Prostorni raspored .......................................................................................................................6-9 6.2.5 Cijena i vrijeme isporuke............................................................................................................6-10

6.3 KONFIGURATORI PROIZVODA..........................................................................................................6-13 6.3.1 Motivacija za korištenje konfiguratora proizvoda .......................................................................6-13 6.3.2 Klasifikacija konfiguratora prema funkcionalnosti ......................................................................6-16 6.3.3 Problemi s konfiguratorima proizvoda .......................................................................................6-16

6.4 PRIJEDLOG ARHITEKTURE KONFIGURATORA ZA POTPORU PRI KONSTRUIRANJU NOVE VARIJANTE PRETVARAČA ...............................................................6-19

7 ZAKLJUČAK ..................................................................................................................................................7-1 7.1 SAŽETAK ISTRAŽIVANJA I DISKUSIJA REZULTATA..........................................................................7-1 7.2 DALJNJA ISTRAŽIVANJA ......................................................................................................................7-3

8 LITERATURA .................................................................................................................................................8-1 KRATKI ŽIVOTOPIS ...................................................................................................................................... XIV

SHORT BIOGRAPHY ..................................................................................................................................... XV

VIII

PREDGOVOR

Ovaj rad dio je istraživanja na području unapređenja podrške pro-cesu konstruiranja pretvarača električnih veličina tračničkih vozila. Izrada rada je potaknuta višegodišnjim radom autora na rješava-nju konstrukcijskih zadataka pri konstruiranju pretvarača te na po-boljšavanju njihova procesa konstruiranja.

Temeljni motiv za ovaj rad proizlazi iz činjenice da se prilikom pro-cesa konstruiranja pretvarača koriste iskustva stečena pri rješava-nju sličnih konstrukcijskih problema, te se je željela postići veća iskoristivost postojećeg znanja koje se akumuliralo kroz postojeće projekte.

Rad je dio istraživanja unutar zajedničkog projekta Fakulteta stro-jarstva i brodogradnje – Zagreb i KONČAR – Institut za elektroteh-niku "Razvoj modularne arhitekture pretvarača električnih veličina tračničkih vozila", u kojem se očekuje povećanje efikasnosti izrade pretvarača, razvojem familije pretvarača čime je omogućena brža izrada dokumentacije i brzo reagiranje na zahtjeve kupaca.

IX

SAŽETAK RADA

Modularna arhitektura pretvarača električnih veličina tračničkih vozila

Ključne riječi: pretvarači električnih veličina tračničkih vozila, modularna arhitektura, modul, modularizacija, metoda modularnog razvoja funkcije, životni ciklus pretvarača, tehnologično oblikovanje za proizvodnju, konfigu-riranje varijanti pretvarača, konfiguratori pretvarača

Prema postavljenom zadatku cIlj istraživanja bio je razvoj familije pretvarača temelje-ne na modularnoj arhitekturi. Modularizacijom razvijenih pretvarača željelo se napra-viti temelj za razvoj familije pretvarača i iskoristiti prednosti koje u proizvodnju donosi primjena modularnog pristupa konstruiranju.

Na početku istraživanja obuhvaćene su teoretske osnove modularnog inženjerstva pri čemu je posebna važnost dana izučavanju Metode modularnog razvoja funkcije koja predstavlja temelj za određivanje modula. Na temelju tih saznanja definirani su teoretski i praktični ciljevi istraživanja.

U radu je razrađena i metodologija konfiguriranja pretvarača. Metodologija konfigurira-nja pretvarača izložena u ovom radu temelji se na istraživanju Tiihonena i Soininena.

Kroz zahtjeve naručitelja i analizu životnog ciklusa proizvoda definirana je tehnička spe-cifikacija pretvarača. Funkcijskom dekompozicijom izvršena je analiza varijabilnosti pos-tojećeg proizvodnog asortimana pretvarača. Primjenom istraživačke metode definiran je prijedlog modularne arhitekture pretvarača. Ovim radom je uz prijedlog modularne arhi-tekture i stečenog novog znanja, strukturirano postojeće znanje o pretvaračima.

Uz razradu metodologije konfiguriranja predložena je arhitektura konfiguratora za potpo-ru pri konstruiranju nove varijante pretvarača. Prijedlog arhitekture sustava proizašao je iz istraživanja Paasiale.

Pretvarači iz proizvodnog asortimana KONČAR – Institut za elektrotehniku do sada su konstruirani na način da se konstrukciji svakog pretvarača pristupalo pojedinačno. Rezultati istraživanja pokazali su da se postojeći pristup može promijeniti strukturira-njem postojećeg i primjenom novog znanja uvođenjem modularnog pristupa u kon-strukciji pojedinih podsustava.

X

SUMMARY

Modular Architecture of Converters of Electrical Values in Railway Vehicles

Key words: converters of electrical values in railway vehicles, modular architecture, module, modularization, method of modular function deployment, life cycle of converters, design for manufacturing, configuration varieties of convert-ers, converter configurators.

According to the task, the aim of the research is the development of a family of power converters based on modular architecture. The purpose of the modularization of the developed converters was to provide the foundation for the whole family, and also to make use in manufacture of the advantages of modular approach to the design.

The research was initiated with the study of theoretical basis of Modular engineering, and the main importance has been given to the study of the Method of modular function deployment. This has been the basis for determination of the modules. In accordance with these findings, theoretical and practical aims of the research have been defined.

In the thesis, the methodology of configurating converters has also been dealt with. The methodology of configurating converters presented in this thesis is based on re-search done by Tiihonen and Soininen.

Through customers’ requirements and life cycle analysis, the technical specification of converters has been defined. Variability of the existing production range of converters has been analysed by functional decomposition. Applying the research method, a pro-posal of modular architecture of converters has also been defined. Besides the proposal of modular architecture, in this thesis the existing knowledge about converters has been structured together with new findings.

The methodology of configuration has been elaborated, and the architecture of con-figurators supporting the design of a new variant of converters has been proposed. The proposed architecture has been derived from the Paasiala research.

The converters from the production range of KONČAR – Electrical Engineering Insti-tute have been constructed so far in the way that each converter had been constructed individually. The results of this research have shown that the existing approach can be changed by structuring the existing knowledge and applying new findings. In this way, the modular approach can be introduced in the construction of individual subsystems.

XI

POPIS OZNAKA

DfX – metode oblikovanja DfA – oblikovanje za sklapanje DfM – tehnologično oblikovanje DfC – oblikovanje za cijenu DfQ – oblikovanje za kakvoću MFD – metode modularnog razvoja funkcije MIM – matrica identificiranja modula QFD – razvoj funkcije kakvoće LCC – životni ciklus proizvoda promatran kroz cijenu SWOT – prednosti i slabosti, te mogućnosti i prijetnje kojima je izloženo poduzeće UIC – međunarodna željeznička udruga m – masa komponente (kg) g – akceleracija sile teže (m/s2) c – koeficijent ovisan o položaju komponente na vagonu ax, ay, az – ubrzanja u smjeru koordinatnih osi (m/s2) σdop – dopušteno naprezanje (N/mm2) σM – vlačna čvrstoća σ02 – granica proporcionalnosti σR – trajna titrajna čvrstoća s – faktor sigurnosti IPXX – opća oznaka mehaničke zaštite IDEF0 – metoda za modeliranje aktivnosti u sustavu PS – parcijalni sustav PGP 150 – oznaka za tramvajski pretvarač VIS 50-1 – oznaka za vagonski pretvarač MRP – planiranje proizvodnih mogućnosti ERP – planiranje ukupnih mogućnosti poduzeća PDM – upravljanje podacima proizvoda CAD – oblikovanje uz pomoć računala

XII

POPIS SLIKA

Slika 1.1: Ukupna funkcija pretvarača električnih veličina tračničkih vozila [Končar IET, 2004]................................ 1-3 Slika 1.2: Metodologija rada primijenjenih istraživanja [Jorgensen, 1992.]................................................................ 1-5 Slika 2.1: Hijerarhija sustava [Hubka i Eder, 1988.]..................................................................................................... 2-2 Slika 2.2: Općeniti model tehničkog procesa [Hubka, Eder, 1988.] ............................................................................ 2-3 Slika 2.3: Temeljni pojmovi u teoriji sustava [Hubka, Eder, 1988.].............................................................................. 2-3 Slika 2.4: Proces konstruiranja shvaćen kao obrada informacije [Hubka i Eder, 1996.]............................................ 2-5 Slika 2.5: Domene procesa konstruiranja prema aksiomatskoj teoriji [Suh, 1978.] ................................................... 2-5 Slika 2.6: Principijelne relacije između procesa konstruiranja i proizvoda [Andreasen, 1998.] .................................. 2-6 Slika 2.7: Hijerarhijska struktura mogućih aktivnosti u procesu konstruiranja [Hubka, Eder, 1998.] ......................... 2-7 Slika 2.8: Odnos raznolikosti proizvoda i brzine promjene proizvoda [Sanderson, Uzumeri, 1997.] ....................... 2-10 Slika 2.9: Serijska prilagodba [Carson, 1997.]........................................................................................................... 2-12 Slika 2.10: Različite metode DfX [Ulrich i Eppinger, 2004.]......................................................................................... 2-15 Slika 2.11: Usporedba tradicionalnog razvoja proizvodnje i CE [ISO 94] ................................................................... 2-17 Slika 3.1: Različiti tipovi građevnih blokova [Borowski,1961.] ..................................................................................... 3-3 Slika 3.2: Vrste modularne arhitekture [Ulrich i Tung, 1991.] ...................................................................................... 3-5 Slika 3.3: Metoda modularizacije funkcije [Erixon, 1998.] ........................................................................................... 3-9 Slika 3.4: Djelovanje između sučelja [Erixon, 1998.] ................................................................................................. 3-12 Slika 3.5: List specifikacije modula [Erixon, 1998.] .................................................................................................... 3-14 Slika 3.6: Poduzeće modelirano kao sustav aktivnosti [O'Donnell, Duffy, 1999.] .................................................... 3-17 Slika 3.7: Logika modularizacije [Lampel i Mintzberg, 1996.].................................................................................... 3-17 Slika 3.8: Shvaćanje modula, modularnosti i modularizacije u literaturi [Miller, 2000.] ............................................. 3-21 Slika 4.1: Dijagram životnog ciklusa proizvoda [Olsen, 1992.; Andreasen, 1993.]..................................................... 4-6 Slika 4.2: Matrica "potrebe-specifikacije" za tramvajski pretvarač............................................................................. 4-26 Slika 4.3: Matrica "potrebe-specifikacije" za vagonski pretvarač............................................................................... 4-27 Slika 4.4: Funkcijska struktura tramvajskog pretvarača ............................................................................................ 4-31 Slika 4.5: Funkcijska struktura tramvajskog pretvarača – Parcijalni sustavi PS1, PS21, PS2, PS22 i PS3 ............ 4-32 Slika 4.6: Funkcijska struktura tramvajskog pretvarača – Parcijalni sustavi PS4, PS6, PS5, PS22 i PS23 ............ 4-33 Slika 4.7: Prva funkcijska razina vagonskog pretvarača ........................................................................................... 4-36 Slika 4.8: Funkcijska struktura vagonskog pretvarača .............................................................................................. 4-37 Slika 4.9: Funkcijska struktura vagonskog pretvarača – Parcijalni sustavi PS4, PS5, PS6 i PS8............................ 4-38 Slika 4.10: Funkcijska struktura vagonskog pretvarača – Parcijalni sustavi PS36, PS1, PS31, PS32 i PS33 .......... 4-39 Slika 4.11: Funkcijska struktura vagonskog pretvarača – Parcijalni sustavi PS9, PS3, PS34, PS35, PS7 i PS2 ..... 4-40 Slika 4.12: Konstrukcijska matrica tramvajskog pretvarača ........................................................................................ 4-42 Slika 4.13: Konstrukcijska matrica vagonskog pretvarača .......................................................................................... 4-43 Slika 4.14: Konstrukcijska matrica vagonskog pretvarača – nastavak........................................................................ 4-44 Slika 5.1: Pretvarač KONČAR (KONČAR IET) ........................................................................................................... 5-2 Slika 5.2: Ušica modula (Končar IET).......................................................................................................................... 5-7 Slika 5.3: Izvedba modula (Končar IET) ...................................................................................................................... 5-7 Slika 6.1: Razvojni proces za konfigurabilne proizvode [Tiihonen, Soininen, 1997.].................................................. 6-3 Slika 6.2: Razvojno-prodajno-otpremni ciklus konfigurabilnih proizvoda [Tiihonen, Soininen, 1997.]........................ 6-4 Slika 6.3: Uobičajena podjela tramvajskog pretvarača na polja (Končar IET) .......................................................... 6-11 Slika 6.4: Uobičajena podjela vagonskog pretvarača na polja (Končar IET) ............................................................ 6-12 Slika 6.5: Tipični razvojno-prodajno-otpremni proces bez podrške konfiguratora [Tiihonen, Soininen, 1997.]........ 6-14 Slika 6.6: Razvojno prodajni proces pretvarača uz podršku konfiguratora............................................................... 6-15 Slika 6.7: Arhitektura sustava za potporu pri konfiguriranju nove varijante pretvarača ............................................ 6-19

XIII

POPIS TABLICA

Tablica 2.1: Odnos arhitekture proizvoda i funkcije proizvoda [Erens, Verhulst, 1996.] ....................................... 2-14 Tablica 2.2: Pravila sklapanja [Otto, Wood 2001.] ................................................................................................. 2-18 Tablica 3.1: Uzroci modularnosti [Erixon, 1993.].................................................................................................... 3-10 Tablica 3.2: Smanjenje cijene proizvoda uvođenjem modularizacije [Ostgren, 1994.] ......................................... 3-16 Tablica 3.3: Geometrijske međuveze [Verho i Salminen, 1993.]........................................................................... 3-19 Tablica 3.4: Informacijske međuveze [Verho i Salminen, 1993.]........................................................................... 3-19 Tablica 5.1: Osnovni podaci o nosivoj strukturi pretvarača (KONČAR IET)............................................................ 5-4 Tablica 5.2: Osnovni podaci o materijalima i izračunatim naprezanjima na sudar (KONČAR IET)........................ 5-6 Tablica 5.3: Procjena ljudskog rada u satima po pojedinim fazama (KONČAR IET).............................................. 5-8 Tablica 5.4: Procjena cijena ljudskog rada po pojedinim fazama – iznosi u eurima (KONČAR IET) ..................... 5-8

UVODNA RAZMATRANJA

1-1

1 1. UVODNA RAZMATRANJA

U ovom se radu analiziraju funkcijski zahtjevi i varijabilnost postojećeg proizvodnog asortimana pret-varača za potrebe industrije tračničkih vozila te daje prijedlog modularne arhitekture. Pri ovome je pot-rebno razraditi metodologiju konfiguriranja varijanti pretvarača i koncipirati programski sustav za pot-poru pri konstruiranju nove varijante pretvarača. Sukladno tome rad je podijeljen na dvije logičke cjeli-ne. Prva cjelina počinje uvodnom glavom u koju je uključen pregled motivacije za istraživanje, defini-ranje glavnih ciljeva i metodologije istraživanja, a nastavlja se kroz drugu i treću glavu.

1.1 MOTIVACIJA ZA RAD

Zbog povećanih zahtjeva tržišta dolazi do određenih promjena u proizvodnji kako bi proiz-vodni proces bio učinkovitiji. Cilj nam je postaviti proizvodni proces koji mora imati zna-čajke serijske proizvodnje. Poduzeća žele realizirati što veći broj ponovnog korištenja istih komponenata, dokumentacije, tehnologije, što ostvaruje dodatna pozitivna djelo-vanja: manje količine dokumenata kao i jednostavniju uporabu dokumenta čime se postiže ukupno smanjenje troškova.

Oštra tržišna utakmica povećava potrebu konstruiranja varijanata proizvoda u što kraćem periodu i uz što manje troškove. Zbog toga je nužno potrebno shvatiti razvoj varijanata proizvoda kao konfiguriranje novih proizvoda od već prije definiranih modula.

Pojam modula je poznat već mnogo godina. Ako se vratimo u prošlost, vidimo da su Rimljani upotrebljavali ovaj pojam da bi označili standardnu dužinu u građevnoj arhi-tekturi. Za vrijeme "Bauhaus" razdoblja u Njemačkoj arhitekti su upotrebljavali pojam industrijskih građevnih blokova za izradu zgrada [Miller, 2000.].

UVODNA RAZMATRANJA

1-2

Postavlja se pitanje: ako je pojam modula poznat od davnina, zašto pisati o tome u ovo-me radu? Odgovor je vrlo jednostavan: tehnologija su se i proizvodnja razvile i posta-le vrlo kompleksno područje koje zahtijeva nova znanja i iskustva te otvara nove mo-gućnosti. Proizvodi su danas vrlo složeni, a razvoj mikroprocesora dovodi do uvođenja novih komponenti proizvoda kao što je softver, što dovodi do novog shvaćanja modu-larnosti neovisno o fizičkim i geometrijskim vezama.

Mnogi danas modularizaciju shvaćaju kao način strategije masovne prilagodbe. Mali broj autora se bavi modularizacijom kao načinom razmišljanja uključenim u organiza-ciju i tehnologiju i kako ga postići.

Ovaj rad pripada polju znanosti o konstruiranju. Hubka i Eder navode dva glavna cilja znanosti o konstruiranju: proširiti znanje o konstruiranju i proširiti znanje o tehničkim sustavima [Hubka i Eder, 1988.].

Navedeni ciljevi bi trebali pomoći napretku racionalizacije inženjerskog konstruiranja u praksi.

Ovim radom se želi dati prilog razumijevanju uloge modula, modularnosti i modularizacije. Primjena modularizacije mijenja filozofiju poduzeća nudeći nove mogućnosti, uključujući nove zahtjeve za projektiranjem i konstruiranjem. Razvojni cilj ovog rada je predlaganje in-ženjerskih metoda za racionalnije inženjerske aktivnosti temeljene na ideji modularizacije i projektiranja za ponovnu uporabu.

1.2 CILJEVI ISTRAŽIVANJA I PODRUČJE

Potaknuto problematikom razvoja pretvarača električnih veličina za potrebe industrije tračničkih vozila (lokomotive, vagoni i tramvaji) istraživanje predstavljeno u ovom radu je usmjereno k razvoju familije pretvarača temeljenoj na modularnoj arhitekturi. Svaki mo-dul može imati vrlo složenu hijerarhijsku strukturu komponenata, ali u odnosu prema drugim modulima mora imati definirane veze koje određuju na koji način se povezuje s drugim modulima [O'Grady, 1999].

Ukupna funkcija pretvarača električnih veličina tračničkih veličina prikazana je na (Slika 1.1). Funkcijska struktura tehničkog sustava prikazana je određenim brojem parcijalnih funkcija koje egzistiraju kao parcijalni sustavi (PS). Logička povezanost ovih podsusta-va daje funkcijsku strukturu tehničkog sustava.

Poopćeni model pretvarača električnih veličina (Slika 1.1) u sebi objedinjuje tramvajski i vagonski pretvarač, koji su različiti po namjeni ali sadrže zajedničke funkcije. Tramvajski je pretvarač glavnog pogona i služi za napajanje pogonske grupe sastavljene od dva elek-tričkiparalelno spojena asinkrona stroja. Pretvarač pri napajanju pogonske grupe pretvara istosmjerni napon međukruga u trofazni simetrični izmjenični napon promjenjivog iznosa i frekvencije. Vagonski je pretvarač pomoćnih napajanja. Pretvaračem je na efikasan način riješeno napajanje trošila u putničkim klimatiziranim vagonima na svim europskim pruga-

UVODNA RAZMATRANJA

1-3

ma u cilju postizanja punog komfora putnika. Napajanje pretvarača vrši se iz voda električ-nog grijanja vlaka. Pretvarač radi na bilo kojem od četiri sustava napajanja:

izmjenični 1000V, 16 2/3 Hz, izmjenični 1500V, 50 Hz istosmjerni 1500V, istosmjerni 3000V,

koji postoje na europskoj pružnoj mreži.

Pun

jenj

e ko

nden

zato

rai p

riključi

vanj

e na

nap

ajan

je

P

S1

F

iltrir

anje

Is

tosm

jern

o -

izm

jeničn

a pr

etvo

rba

Upr

avlja

nje

izv

ršni

m

čla

novi

ma

H

lađe

nje

Kuć

ište

pr

etva

rača

Vraća

nje

ener

gije

Kon

trola

ener

gije

koče

nja

P

S22

Kon

trola

post

ojan

jana

pona

Pre

spaj

anje

serij

a - p

aral

ela

za iz

mje

ničn

o-is

tosm

jern

i na

pon

PS

31

Glađe

nje

ulaz

nest

ruje

PS3

2

Ispr

avlja

nje

i st

abili

zira

nje

ulaz

nog

napo

na

PS

33

Isto

smje

rno-

isto

smje

rna

pret

vorb

a s

galv

ansk

im

odva

janj

em

P

S34

Uze

mlji

vanj

e,ul

azna

zaš

tita,

mje

renj

e ul

azni

hve

ličin

a

P

S36

Z

AJE

DN

IČK

E P

OD

FUN

KC

IJE

U T

RA

MVA

JSK

OM

I VA

GO

NS

KO

M P

RE

TVA

RAČ

U

P

OD

FUN

KC

IJE

SP

EC

IFIČ

NE

ZA

TR

AM

VA

JSK

I PR

ETV

AR

AČ

P

OD

FUN

KCIJ

E S

PEC

IFIČ

NE

ZA

VA

GO

NS

KI P

RE

TVAR

AČ

P

S21

P

S23

PS

2

PS

3

PS

4

PS

5

PS6

P

RE

TVAR

AČ E

LEKT

RIČ

NIH

VE

LIČ

INA

TR

AČ

NIČ

KIH

VO

ZILA

Slika 1.1: Ukupna funkcija pretvarača električnih veličina tračničkih vozila

[Končar IET, 2004]

UVODNA RAZMATRANJA

1-4

Pretvarač po svojim konstrukcijskim osobinama spada u grupu varijantnih konstrukcija. Temeljna karakteristika varijantnih konstrukcija je da se osnovna funkcija i struktura proizvoda ne mijenjaju, ali se mogu mijenjati principi rada pojedinih parcijalnih funkcija [Pahl i Beitz, 1988]. Zbog toga se za koncipiranje i konstrukcijsko rješavanje pretva-rača koriste slična rješenja kao podloge za rješavanje novih konstrukcijskih zadataka. Na temelju zahtjeva naručitelja oblikuje se tehnička specifikacija proizvoda koja služi za daljnju razradu konstrukcijskog rješenja proizvoda. Tehnička specifikacija služi za kon-figuriranje tehničkog rješenja, što predstavlja definiranje rješenja za svaku parcijalnu funkciju proizvoda.

U fazi konfiguriranja konstrukcije korištenjem sličnog rješenja olakšava se izrada pre-tvarača i njegova konstrukcijska razrada. Za realizaciji ovog zadatka koncipirati će se programski sustav za potporu pri konstruiranju nove varijante pretvarača. Osnovni cilj istraživanja je pomoći konstruktoru pri koncipiranju i projektiranju konstrukcijskog rješe-nja, smanjiti vrijeme izrade konstrukcijske dokumentacije i na taj način utjecati na sma-njenje ukupnih troškova razvoja proizvoda. Ovo se istraživanje zbog navedenih tvrdnji može svrstati u primijenjena istraživanja. Prema [Ropoholu, 1971], primijenjena istra-živanja imaju dvije vrste ciljeva: teoretske i praktične. Vezano uz tu činjenicu možemo izdvojiti dva temeljna cilja predstavljenog istraživanja: analiziranje varijabilnosti posto-jećeg proizvodnog asortimana pretvarača, dok drugi dio postavljenih ciljeva obuhvaća prijedlog modularne arhitekture proizvoda s opisom njenih elemenata te metodologiju konfiguriranja varijanti pretvarača i koncipiranje programskog sustava za potporu pri konstruiranju nove varijante pretvarača.

1.3 PRISTUP – ISTRAŽIVAČKE METODE

Metodologija istraživanja opisanih u ovom radu temelji se na kritičkom racionalizmu i induktivizmu [Jorgensen, 1992.]. Prema ovoj metodologiji se poznate teorije, metode i modeli dalje razvijaju proučavanjem odgovarajuće literature, logičkog strukturiranja i prak-tičnih razmatranja.

UVODNA RAZMATRANJA

1-5

Istraživanje

Razvoj

Problemskaosnova

Teoretskaosnova

Analiza Sinteza

Dijagnoza Model

Novo znanje

Transfer znanja,razvoj metoda,

implementacija...

Praktičnirezultati

Novo znanje

Sinteza Analiza

Slika 1.2: Metodologija rada primijenjenih istraživanja

[Jorgensen, 1992.]

Ishodište istraživanja prikazanih u radu stvarni je problem koji je analiziran te su po-stavljeni glavni zahtjevi za njegovo rješavanje (Slika 1.2).

Paralelno s ovom aktivnošću definirano problemsko područje izraženo je u kontekstu teo-retskih temelja.

Kod primijenjenih istraživanja je vrlo teško dati odgovarajuću ocjenu vrijednosti dobivenih rješenja jer rezultati ne mogu biti dokazani formalnim znanjem, a teško je dobiti i empirij-ske vrijednosti. Jedini kriterij koji tada preostaje je uspješnost višestruke implementacije i usporedba sa sličnim projektima.

1.4 STRUKTURA RADA

U ovom se radu analiziraju funkcijski zahtjevi i varijabilnost postojećeg proizvodnog asortimana pretvarača za potrebe industrije tračničkih vozila te daje prijedlog modularne arhitekture. Pri ovome je potrebno razraditi metodologiju konfiguriranja varijanti pretva-rača i koncipirati programski sustav za potporu pri konstruiranju nove varijante pretva-rača. Sukladno tome rad je podijeljen na dvije logičke cjeline. Prva cjelina počinje uvod-nom glavom u koju je uključen pregled motivacije za istraživanje, definiranje glavnih ci-ljeva i metodologije istraživanja, a nastavlja se kroz drugu i treću glavu.

UVODNA RAZMATRANJA

1-6

U drugoj su glavi prikazane teoretske osnove koje predstavljaju polazišnu točku istraži-vanja. Ukratko su opisani: Teorija tehničkih sustava, Teorija procesa konstruiranja, Arhi-tektura proizvoda, Design for X (DfX).

U trećoj glavi je prikazano shvaćanje modularnosti u literaturi i teoretske osnove Mo-dularnog inženjerstva. Ukratko su opisani pojam modula, modularnosti, modularizacije te prednosti i nedostaci modularizacije proizvoda. Osim navedenog, glava donosi pregled Metode modularnog razvoja funkcije koja predstavlja temelj za određivanje modula.

Druga logička cjelina rada proteže se kroz četvrtu, petu i šestu glavu te opisuje rezu ltate istraživanja, prijedlog tehnološkog oblikovanja pretvarača za proizvodnju, metodologiju konfiguriranja varijanti te prijedlog sustava.

U četvrtoj glavi prikazani su rezultati istraživanja. Na početku glave ukratko je prikaza-no stanje i pozicija poduzeća, a zatim je napravljena SWOT-analiza da bi se prikazao položaj poduzeća na tržištu. Poslije toga je kroz zahtjeve naručitelja i analizu životnog ciklusa proizvoda definirana njegova tehnička specifikacija. Funkcijskom dekompozici-jom izvršena je analiza varijabilnosti postojećeg proizvodnog asortimana pretvarača i dan prijedlog modularne arhitekture pomoću matrice određivanja modula. Na kraju glave prikazana su tehnička rješenja tramvajskog i vagonskog pretvarača.

U petoj glavi prikazana je Metoda tehnologičnog oblikovanja pretvarača za proizvodnju usporednom analizom mase i izvedbe "KONČAREVA" pretvarača i pretvarača drugih proizvođača. Ovo je vrlo značajna metoda jer se njenom primjenom postiže smanjenje cijene proizvoda bez utjecaja na kakvoću.

Šesta glava razrađuje metodologiju konfiguriranja varijanti pretvarača. Narudžbom kup-ca pokreće se konfiguracijski proces što rezultira stvaranjem konfiguracijskog modela na temelju kojega se konfigurira pretvarač. U drugom dijelu glave opisan je prodajno–raz-vojni proces pretvarača uz uporabu konfiguratora proizvoda – alata koji omogućava lak-še upravljanje kompleksnim proizvodima i smanjenje pogrešaka u konfiguracijskom pro-cesu. Na kraju glave opisan je prijedlog arhitekture konfiguratora za potporu pri konstrui-ranju nove varijante pretvarača.

Ovaj rad završava zaključnom glavom u kojoj se analiziraju rezultati rada te predlažu pravci daljnjih istraživanja.

TEORETSKE OSNOVE I POSTOJEĆA ISTRAŽIVANJA

2-1

2 2. TEORETSKE OSNOVE I

POSTOJEĆA ISTRAŽIVANJA

U drugoj su glavi prikazane teoretske osnove koje predstavljaju polazišnu točku istraživanja. Ukratko su opisani: Teorija tehničkih sustava, Teorija procesa konstruiranja, Arhitektura proizvoda, Design for X (DfX).

2.1 TEORIJA TEHNIČKIH SUSTAVA

Izraz tehnički sustav može se uporabiti da bi se prikazale sve vrste predmeta izrađenih ljudskom rukom [Hubka i Eder,1988.].

Teorija tehničkog sustava je temeljena na teoriji sustava. Tehnički sustav je apstrakcija kreirana ljudskom aktivnošću s namjenom modeliranja i strukturiranja područja zanima-nja (Slika 2.1).


2-2

Sustavi

PrirodniSustavi

UmjetniSustavi

BiološkiSustavi

TehničkiSustavi

DruštveniSustavi

StrojniSustavi

ElektričniSustavi

ProgramskiSustavi

GrađevniSustavi

Slika 2.1: Hijerarhija sustava [Hubka i Eder, 1988.]

Primarni cilj Teorije tehničkih sustava je klasificiranje i kategorizacija znanja o tehničkim sustavima u uređeni skup zaključaka vezanih uz njihovu prirodu, reguliranje kontrole i razvoj [Hubka i Eder, 1988.]. Teorija tehničkih sustava modelira fenomenološki koristeći pravila i metode za modeliranje tehničkih sustava te je kao takva primjenjiva za opisi-vanje strukture i ponašanja proizvoda. Fenomenološki modeli se zasnivaju na teorijama konstruiranja, kao što je upravo Teorija tehničkih sustava [Hubka, 1976.] i određuju te-melje za modeliranje strukture i ponašanje proizvoda [Roth, 1980.; Yoshikava, 1987.; Pahl i Beitz, 1988.].

Definicija Hubke i Edera [Hubka i Eder, 1988.] kaže da su tehnički sustav (proizvod), čo-vjek i okolina potrebni za izvođenje tehničkog procesa u kojem se operandi transformi-raju iz ulaznog stanja u izlazno stanje (Slika 2.2). U toj transformaciji operanda mijenjaju se njihovi atributi. Da bi se izvršio tehnički proces, potrebni su efekti. Tehnički sustav, čovjek i okolina kreiraju te efekte, npr. svjetlost, silu, toplinu. Tehnički proces može se podijeliti u potprocese. Svaki od tih potprocesa također zahtijeva efekte za svoje izvrše-nje. Potpunost svih potprocesa, odnosno uspješno transformiranje njihovih operanda od ulaznog stanja prema izlaznom, određuje svrhu tehničkog sustava [Štorga, 2005.]. U struk-turi komponenti koje čine tehnički sustav mogu se razlikovati skup konstitucijskih elementa i skup relacija između njih.


2-3

OKOLINAČOVJEK

TEHNIČKISUSTAV

TEHNIČKI PROCES

Pripremna faza Izvršna faza Završna faza

OPERANDI 1 OPERANDI 2

Slika 2.2: Općeniti model tehničkog procesa [Hubka, Eder, 1988.]

U najopćenitijem obliku sustav je određen kao uređenje elemenata koji djeluju jedan na drugi međusobnim vezama koje su odvojene od okoline granicom sustava [Hubka i Eder, 1988.] (Slika 2.3).

Teorija tehničkih sustava je relevantna za ovaj rad iz razloga što objašnjava kako i zašto treba modelirati proizvod (tehnički sustav), čije je proučavanje predmet ovog rada.

Ulaz

Veza

ElementStruktura:

Izlaz

Okolina

Granica sustava

Slika 2.3: Temeljni pojmovi u teoriji sustava [Hubka, Eder, 1988.]

Pojmovi sustav i element su rekurzivni jer elementi sustava mogu biti sustav, a svaki sustav može hijerarhijski biti dio većeg sustava te se može dijeliti na podsustave [Blanchard i Fabrycky, 1998.].


2-4

Tehnički sustav pokazuje ponašanje. Ponašanje sustava se može odrediti pitanjima: kako sustav radi? što čini? [Jensen, 1999.].

Sustav, struktura, ponašanje i atributi tehničkog sustava su važni čimbenici u teoriji teh-ničkih sustava. Struktura tehničkog sustava utječe na njegovo ponašanje. Različitom strukturom sustava može se postići isto ponašanje i funkcije. Iz ovoga proizlazi da pro-jektanti imaju važnu ulogu u izboru tehničkog sustava [Hubka, Eder, 1988.].

Struktura je jedna od karakteristika koje može odrediti konstruktor za vrijeme konstrui-ranja što ima za posljedicu utjecaj na izvršenje, promjene, varijantnost, standardizaciju, proizvodnost i upravljanje konstrukcijama [Urlich, Eppinger, 1995.]. Modularnost je struk-turni atribut za koji konstruktor svjesno treba odlučiti o uključenju u konstrukciju, a time i u strukturu. Andreasen je pokazao da u tehničkom sustavu postoje četiri vrste struktu-ra koje utječu na njegovo ponašanje [Andreasen, 1995.]:

Funkcijska struktura. Sustav mora raditi dobro pri svojoj temeljnoj uporabi. Ovo shvaćanje polazi od temeljnih inženjerskih disciplina (kinematika, dinami-ka, termodinamika itd.).

Struktura životnog vijeka. Mora se prilagoditi životnim fazama (konstrui-ranje za održavanje, konstruiranje za korištenje, konstruiranje za izradu, kon-struiranje za sklapanje, itd.).

Struktura familije. Tehnički sustav mora biti povezan sa sličnim sustavima koristeći podsustave u više proizvodnih varijanti.

Genetička struktura. Temeljni način opisivanja tehničkog sustava u teoriji domena vezano uz četiri različite domene (proces, funkcije, organi, dijelovi).

2.2 TEORIJA PROCESA KONSTRUIRANJA

Godinama je oblikovanje promatrano kao sastavni dio pri izradi, a ne kao zasebna dis-ciplina. Razvojem tehnologije rasla je potreba za poboljšanjem konstrukcijskih metoda uslijed povećanja kompleksnosti proizvoda. Zbog toga se razvijala znanost o konstrui-ranju, a s njom modeli i metode kao podrška procesu konstruiranja. U literaturi postoje mnoge definicije o pojmu konstruiranja. Hubka i Eder proces konstruiranja vide kao transformaciju informacija iz stanja zahtjeva i potreba u konačno stanje prikaza tehnič-kog sustava [Hubka, Eder, 1996.]. Konstrukcijski proces može se shvatiti i kao obrada informacija. On uključuje konstruktora, sredstvo za rad, konstrukcijsku informaciju, up-ravljanje konstrukcijom i ograničenja okoline [Hubka, Eder, 1996.] (Slika 2.4).


2-5

Konstruktori RadnasredstvaKonstrukcijske

informacijeUpravljanje

konstruiranjem

KonstruiranjeTransformacija informacije

Početnostanje informacije

Zahtjevi,ograničenja

Konačnostanje informacije

Opistehničkog sustava

Slika 2.4: Proces konstruiranja shvaćen kao obrada informacije [Hubka i Eder, 1996.]

Suh je izvorno predložio aksiomatsku teoriju konstruiranja [Suh, 1978.]. Ona se zasni-va na dva aksioma: aksiomu neovisnosti i aksiomu informacija. Aksiom neovisnosti osigurava neovisnost funkcionalnih zahtjeva (onoga što se traži i kako se to postiže), a aksiom informacija osigurava minimizaciju informacijskog sadržaja konstrukcije (odre-đuje se sadržaj konstrukcijskog rješenja kao mjera za određivanje relativne vrijednosti i usporedbu alternativnih rješenja koja zadovoljavaju prvi aksiom). Prema aksiomatskoj teoriji konstruiranja [Suh, 1999.] proces konstruiranja uključuje kontinuiranu obradu in-formacija između i unutar četiri različite domene: domena potrošača, funkcionalna do-mena, fizikalna domena i domena procesa. Potrebe korisnika pojavljuju se u domeni potrošača, a formaliziraju u funkcionalnoj domeni. Članovi domene korisnika formali-ziraju se u funkcionalnoj domeni kao funkcionalni zahtjevi (FR) koji u potpunosti opisu-ju konstrukcijsko rješenje [Pavlić, 2003.]. Pri tome se teži da je svaki funkcionalni zahtjev neovisan od ostalih funkcionalnih zahtjeva. Da bi se smanjila kompleksnost opisa, važ-no je potrebe opisati minimalnim skupom nezavisnih zahtjeva.

Zahtjevikorisnika

FR DP PV

Domena potrošača Funkcionalna domena Fizikalna domena Domena procesa

Slika 2.5: Domene procesa konstruiranja prema aksiomatskoj teoriji [Suh, 1978.]

Kreativna faza konstruiranja ili sinteza uključuje prema Suhu pridruživanje funkcional-nih zahtjeva (FR) parametrima konstrukcije u fizikalnoj domeni. Parametar konstrukcije (DP) može biti svojstvo materijala, veličina komponente, položaj komponente u sklopu, broj komponenata, itd. Broj mogućih rješenja za svaki skup (FR) ovisi o inovativnosti i iskustvu konstruktora [Pavlić, 2003.]. Za razliku od sinteze, verifikacija je aktivnost u kojoj se kontroliraju svojstva proizvoda i njegovih podsustava prema zahtjevima kon-struktorskog zadatka. Aktivnost analize se u konceptualnoj fazi procesa konstruiranja


2-6

može promatrati kao podskup aktivnosti verifikacije, kojom se određuje ponašanje proiz-voda kroz analizu funkcionalnosti i svojstava podsustava proizvoda.

Prema Andreasenu, konceptualnu fazu procesa konstruiranja čine dvije potpuno razli-čite aktivnosti: sinteza i verifikacija [Andreasen, 1998.]. Sinteza je aktivnost tijekom koje se proizvod određuje značenjem pojedinih atributa. Tijekom sinteze proizvoda inženjer za modeliranje proizvoda primjenjuje elemente različitih modela i relacije između tih elemenata. Ako se sinteza shvati kao aktivnost, ona se dalje dijeli u dekompoziciju, ka-rakterizaciju i kompoziciju. Dekompozicija znači raščlambu proizvoda koji se konstruira u jednostavnije podsustave. Karakterizacija je proces u kojem inženjeri određuju karak-teristike podsustava proizvoda i njihove vrijednosti. Tijekom kompozicije se određuju sučelja između pojedinih podsustava proizvoda zbog njihove integracije u cjelovito rje-šenje [Andreasen, 1998.].

Prema Andreasenu principijelne relacije između procesa inženjerskog konstruiranja i proizvoda mogu se definirati (Slika 2.6).

Proceskonstruiranja

Sinteza Verifikacija

Dekompozicija Odredivanjekarakterisitka KompozicijaAnaliza

Modeliproizvoda

Funkcionalnost Svojstva

Konstrukcijskimodeli

proizvoda

Modeliproizvoda zafaze životnog

ciklusa

odreduje

imaju

rezultira s Proizvod

Ponašanje

Slika 2.6: Principijelne relacije između procesa konstruiranja i proizvoda

[Andreasen, 1998.]

Za efikasno odvijanje procesa konstruiranja potrebno je definirati informacijsku infra-strukturu koja omogućava pohranu i administriranje informacija o proizvodu koji se konstruira. Specifikacija podataka koji čine informacijsku infrastrukturu zove se infor-macijski model proizvoda [Zhang, MacCallum, Duffy, 1996.] te je on prikaz realnih svoj-stava proizvoda. Potreba za informacijskim modelom proizvoda je indicirana svojstvom konstruiranja kao dinamičkog procesa donošenja odluka što rezultira stalnim nastaja-


2-7

njem novih podataka u procesu konstruiranja te višestrukim promjenama njihovih vrije-dnosti [Štorga, 2002.].

Proces konstruiranja u poduzećima predstavlja timsku aktivnost koju izvode ljudi sa znanjem i iskustvom. Hubka i Eder postavljaju pet razina aktivnosti u inženjerskom kon-struiranju [Hubka, Eder, 1996.] (Slika 2.7).

PROCES KONSTRUIRANJA

1.Faze konstruiranja

Planiranje Koncipiranje Projektiranje Razrada

2. Operacijekonstruiranja itd.

Odrediti

kvalite tupov ršine

Odredit i

tole rancije

Dim

enzionir ati

Ra zm

otritinačin iz rade

I zborm

aterij ala

Oblikova ti

Odrediti

konfigu racijuO

dr editi nosi oceparcija lnihfun kcija

Ustanovit i

fun kcijeO

dredit inač inedjelov anja

Ustanovit i

efekte (akcije)U

stanovititeh nologijeO

dreditioper acije

3.Temeljneoperacije

Razraditizadatak

Tražitirješenja

Vrednovati,odlučiti

Povezivanjerješenja

Diskusija

4. Elementarneaktivnosti

Pregledavanje Učenje Eksperimentiranje Glavna diskusija Optimiziranje itd.

5. Elementarneoperacije

˙Gledati-opažati˙Čitati˙Slušati, interpretirati˙Mjeriti˙Zapamtiti, podsjetiti se

˙Govoriti, objasniti˙Pisati(izvještaj)˙Skicirati˙Nacrtati˙Kotirati˙Izraditi sastavnicu

˙Proraračunati˙Zabilježiti, komentirati˙Srediti, klasificirati

˙Usporediti˙Kombinirati˙Analizirati, sintetizirati˙Apstrahirati, konkretizirati˙Postavi analogije, inverziju˙Inducirati, deducirati

Prireditiinformacije

Verificiratiprovjeriti

Prikazatinpr. grafički

Slika 2.7: Hijerarhijska struktura mogućih aktivnosti u procesu konstruiranja

[Hubka, Eder, 1998.]

Na najvišem stupnju konstruiranje je prikazano kao proces detaljiziranja i konkretizacije pri opisivanju konstrukcije. U poduzećima se za vođenje konstrukcijskih projekata koriste modeli temeljeni na životnom ciklusu proizvoda. Sljedeća razina prikazuje konstruiranje kao skup operacija koje se provode za opis tehničkog sustava. Treća razina predstav-lja područje generalnog rješavanja problema. Teorija generalnog rješavanja problema zasniva se na promatranju načina ljudskog razmišljanja i rješavanja problema. Četvrta ra-zina opisuje temeljne aktivnosti: diskutiranje, eksperimentiranje i učenje kao dio rješavanja


2-8

problema. Peti stupanj shvaća konstruiranje kao izvršenje elementarnih operacija (uspo-ređivanje, računanje, itd.).

Teorije koje modeliraju proces konstruiranja su općenite i sveobuhvatne fenomenološ-ke teorije (deskriptivne i preskriptivne) koje racionalno objašnjavaju prirodu konstrukcij-skog procesa [Hubka, 1976.; VDI 2221, 1993.; Roth, 1980.; Yoshikava, 1987.; Pahl, Beitz, 1988.; Ullman, 1992.]. Proces konstruiranja može se opisati s različitih gledišta, kao npr. s motrišta planiranja, organizacije, metoda, aktivnosti.

Glavni problem konstruiranja je pronalaženje odgovarajuće strukture kako bi proizvod ili proces odgovarao budućoj namjeni. Konstruiranje predstavlja kreativni proces u kojem je uvijek u određenom stupnju prisutno ponavljanje. Ono također predstavlja ljudsku aktiv-nost (pojedinca ili grupe) povezanu s njihovim alatom (računala) i uporabom informacija u radnom okruženju.

U procesu konstruiranja postoje različite metode koje pomažu konstruktoru na različitim razinama konstruiranja. Ove metode uključuju simulacije, metodu konačnih elemenata i inženjerstvo potpomognuto računalom (CAE). Potreba što ranijeg izlaska novih proizvo-da na tržište zahtijeva racionalizaciju procesa konstruiranja. Racionalizacija konstrukcij-skog procesa podrazumijeva da se proizvod i proizvodni proces razvijaju istovremeno. U procesu konstruiranja definiran je pojam konstrukcijske metode što predstavlja sustav metodičkih pravila i instrukcija namijenjenih vođenju i određivanju načina izvršenja svake aktivnosti u procesu konstruiranja. Postojanje metode omogućava razvijanje plana aktiv-nosti kojim se za konkretan slučaj postavljaju pravila ponašanja pri konstruiranju.

Razlozi zašto su teorije konstruiranja važne proizlaze iz uvjeta koji danas postoje na tržištu:

potrebe tržišta se povećavaju s vremenom što utječe na skraćenje vremena koje je potrebno od narudžbe do izrade proizvoda

pritisak tržišnog natjecanja raste velikom brzinom i sve više će rasti u bu-dućnosti

novi uvjeti proizašli iz zakonodavstva (zakonske odredbe vezane uz kakvoću, sigurnost i okoliš)

stanje s dobavljivošću sirovog materijala.

Posebni ciljevi primjene teorija konstruiranja: povećanje kakvoće tehničkog sustava uzevši u obzir sva njegova svojstva smanjenje vremena konstruiranja smanjenje rizika konstruktora i poduzeća smanjenje ljudskog rada pri rutinskim operacijama konstruiranja povećanje atraktivnosti konstruktorovog posla smanjenje vremena školovanja konstruktora stvaranje baza znanja za primjenu računala u konstruiranju prikupljanje i bilježenje svih dostupnih informacija i njihovo pohranjivanje u

informacijski sustav.


2-9

2.3 VARIJANTNOST PROIZVODA

U 1980-im tržišno natjecanje se pojačalo i svijet ekonomije od tada postao je potpuno drugačiji nego što je bio prije [Hill, 1989.]. Brze, neizvjesne i neprestane promjene bez ikakve stvarne kategorije ograničenja su realnost tržišta danas. Nova tržišta i proizvodi stalno nastaju, mijenjaju se i nestaju unutar sve kraćeg vremena [Goldman, 1995.]. Tržiš-tem pokretana proizvodnja ima u mnogim slučajevima značenje rasta proizvodnih va-rijanti. Istraživanja [Schuh i Becker, 1989.] su otkrila da 60% novih oblikovanih varijanti postoji u prethodnim proizvodima zbog nedostatka kontrole i informacija. Warnecke je u svojim istraživanjima utvrdio da su troškovi varijanti obično podcijenjeni i nedovoljno razumljivi pri donošenju odluke o uvođenju varijanti [Warnecke, 1993.]. Ovo je rezulti-ralo visokom cijenom projektiranja i planiranja, logistike i održavanja kontrole proizvod-nje i upravljanja podacima. Iz prevelikog proizvodnog asortimana koji sadrži mnogo va-rijanti proizvoda proizlaze problemi koji se mogu opisati kao:

zbog velikog broja varijanti je teško povećati ekonomske učinke niska iskoristivost u proizvodnji i niska razina automatizacije uzrokuje visoku

proizvodnu cijenu, nekonkurentnost i nisku profitabilnost.

Skraćivanje vremena izrade je postalo vrlo važno u industriji. Proizvodno vrijeme se nastoji maksimalno skratiti zbog toga što je vrijeme izlaska na tržište postalo najvaž-nije. Povećao se broj poduzeća koja su uvidjela važnost skraćivanja vremena u svim aktivnostima. Probleme u planiranju predstavljaju projekti koji sadrže visok udio novih tehnologija, često nepoznatih poduzeću, stoga što je veći dio cijene proizvoda određen već u projektnoj ili razvojnoj fazi. Pri projektiranju uređaja danas se javlja potreba za ši-rokom uporabom onoga što je ranije bilo uporabljeno. Više nije dovoljno samo razmatrati funkcije proizvoda ili zahtjeve za raznolikosti (varijantnosti) zbog toga što za vrijeme svoga životnog ciklusa proizvod mora osigurati različite zahtjeve glede održavanja, servisira-nja, prodaje i recikliranja.

Bez obzira na gore navedene probleme, zbog pritiska potrošača i konkurencije na tržištu se povećava broj varijanti proizvoda. Vrijeme potrebno da se novi proizvod pojavi na tr-žištu sve je kraće, a pojavljuju se varijante proizvoda prilagođene pojedinim zahtjevima potrošača. Potrebno je sagledati i utjecaj vremena promjene proizvoda na tržištu, a ne samo varijantnost proizvoda. Promatrajući raznolikost proizvoda i brzinu promjene proiz-voda u grafičkom prikazu, možemo razlikovati četiri grupe proizvoda [Sanderson, Uzumeri, 1997.] (Slika 2.8).


2-10

Raz

nolik

ost p

roiz

voda

Brzina promjene

Ručni alati

PROIZVODIS INTENZIVNOMRAZNOLIKOŠĆU

Velika raznolikostSpora promjena

Televizija

Radiouređaj

DINAMIČNI PROIZVODI

Moda

Velika raznolikost Nagla promjena Promjenjiva raznolikost Mnogo brzina promjene Ubrzanje promjena

Roboti Računalne radnestanice

NEPROMJENJIVIPROIZVOD Mala raznolikost Spora promjena

Šećer

PROIZVODI INTENZIVNE PROMJENE Mala raznolikost Brza i ubrzana promjena Memorijski čipovi

VelikaMala

Velika

Mala

Slika 2.8: Odnos raznolikosti proizvoda i brzine promjene proizvoda

[Sanderson, Uzumeri, 1997.]

Prvu grupu čine nepromjenjivi proizvodi. To su proizvodi koji imaju malu raznolikost i spore promjene.

Drugu grupu proizvoda čine proizvodi s intenzivnom raznolikošću za koje je karak-teristična velika raznolikost i spore promjene. To su proizvodi koji imaju dugu primjenu, a njihov originalni oblik gotovo nikada ne zastarijeva. Proizvođači izvode promjene dodava-njem novih varijanti radije nego zamjenom postojećih konstrukcija (ručni alati, strojni alati).

Treću grupu proizvoda čine proizvodi intenzivne promjene. Ovi proizvodi su opisani malom raznolikošću i visokom brzinom promjene. Sva poduzeća usmjeravaju maksi-malni napor na stvaranje sljedeće generacije proizvoda. Svaki novi proizvod se u vrlo kratkom vremenu predstavlja tržištu i zamjenjuje svog prethodnika. Poduzeća koja prva proizvedu sljedeću generaciju dobit će nagradu kroz tržište, a ona koja trebaju previše vremena, bit će izbačena iz tržišne utrke.

Četvrtu grupu proizvoda čine dinamični proizvodi. To su proizvodi velike raznolikosti, odnosno na njima se događaju česte promjene. Razvoj tehnologije stvara više načina za uporabu dinamičnih proizvoda, Primjere ovih proizvoda nalazimo u automobilskoj industriji, računalnoj industriji, elektronici itd.


2-11

Jedan od glavnih smjerova rješavanja prilagodbe proizvoda zahtjevima naručitelja je razvoj konfigurabilnih proizvoda. To su proizvodi koji obuhvaćaju skup različitih, ali po-vezanih varijanata proizvoda. Iz slike 2.8 vidljivo je da u konfigurabilne proizvode ulaze dinamični proizvodi koji imaju veliku raznolikost i česte promjene. U grupi dinamičnih proizvoda pojavljuju se proizvodi koji ispunjavaju zahtjeve različitih grupa kupaca. Da bi se postigla velika raznolikost i česte promjene, nužno je koristiti konfigurabilne proiz-vode. Konfigurabilnost proizvoda shvaćamo kao aktivnost za zadovoljenje želja kupaca stvarajući proizvod od ranije definiranih komponenti. Ona se danas razvija u velikom broju poduzeća iz različitih grana industrije. U cilju razvoja konfigurabilnosti proizvod treba biti pripremljen. To znači da proizvod treba biti modulariziran i sastavljen od ranije definiranih komponenti. Konfigurabilnost proizvoda obuhvaća konstrukciju, proizvodnju, prodaju, montažu i održavanje. Konfiguratori proizvoda su računalni alati koji omoguća-vaju uključivanje želja kupaca u razvijanje traženog konfiguriranog proizvoda. Oni pred-stavljaju skup pravila koja stvaraju:

specifikaciju komponenata ili sklopova proizvodnu strukturu cjelokupnu dokumentaciju (priručnike za održavanje, upute za sklapanje,

upute za montažu).

Razvojem konfigurabilnih proizvoda želi se postići lakše upravljanje proizvodima i dje-lovati na neke dijelove životnog vijeka varijanti proizvoda (narudžbe, prodaja, konstrui-ranje, proizvodnja i održavanje). Razvojem konfigurabilnih proizvoda razvija se nova vrs-ta proizvodnje koja se naziva serijska prilagodba [Carson, 1997.].

Poduzeća, koja su u proizvodnom programu imala pojedinačnu proizvodnju, prelaze na serijsku prilagodbu zbog smanjenja vremena isporuke i mogućnosti ponovnog korištenja znanja stečenog u razvojnom procesu proizvoda. Prijelaz s jedne na drugu vrstu proiz-vodnje opravdan je samo ako je broj varijanata proizvoda dovoljno velik zbog toga što se ovdje javljaju problemi vezani uz standardizaciju i sistematizaciju proizvoda.

Prelazak sa serijske proizvodnje na serijsku prilagodbu se događa kada postoji potreba povećanja konkurentnosti na tržištu. Povećanje konkurentnosti se postiže ponudom vari-janti proizvoda s ciljem da se ne mijenja niska cijena na koju su potrošači navikli. Slika 2.9 prikazuje odnos cijene i prilagodbe zahtjeva naručitelja.


2-12

PRILAGODBA ZAHTJEVIMANARUČITELJA

NISKAVISOKA

NIS

KAVI

SOKA

CIJ

ENA

SERIJSKAPROIZVODNJA

SERIJSKAPRILAGODBA

(KONFIGURABILNIPROIZVOD)

PPOJEDINAČNAPROIZVODNJA

Slika 2.9: Serijska prilagodba [Carson, 1997.]

Konfigurabilni proizvodi imaju sljedeće značajke: svaka varijanta konstruirana je prema individualnim zahtjevima naručitelja prethodna definiranost, s ciljem zadovoljavanja šireg opsega različitih zahtje-

va naručitelja svaka varijanta je određena kombinacijom gotovih komponenata.

Konfigurabilni proizvodi imaju sljedeće prednosti [Tiihonen, Soininen 1997. i Riitahuhta, 2001.]:

mogućnost zadovoljenja većeg broja zahtjeva naručitelja varijante proizvoda temeljene su na sistematiziranom znanju o konfiguriranju za isporuku varijanti na tržište potrebno je manje vremena povećana kontrola proizvoda.

Konfiguriranjem se do određene razine strukturiraju pojedine varijante proizvoda u skladu s naručiteljevim zahtjevima. Proces konfiguriranja počinje listom zahtijeva koja stvar-no predstavlja naručiteljeve zahtjeve.

Rezultat procesa konfiguriranja je konfiguracija kojom je opisana varijanta proizvoda koja će se proizvoditi za određenu narudžbu. Rezultat procesa konfiguriranja može biti više konfiguracija. Proces konfiguriranja je iterativni postupak kod kojeg rezultat ne mo-ra u potpunosti zadovoljiti zadane zahtjeve. Tada je potrebno proces konfiguracije po-noviti sve dok se ne dobije konfiguracija koja u potpunosti zadovoljava zadane zahtjeve. Može se dogoditi, s obzirom na zahtjeve, da niti jedna konfiguracija ne zadovoljava zadane uvjete.

POJEDINAČNA PROIZVODNJA


2-13

Zadatak procesa konfiguriranja [Yu, 1996.] je da iz zadane skupine elemenata proiz-voda odredi varijantu proizvoda koristeći poznata pravila i ograničenja između odabra-nih elemenata koji zadovoljavaju tražene zahtjeve. Proces konfiguriranja treba izvršiti sljedeće zadaće:

određivanje povezanosti između modula i zahtjeva određivanje povezanosti između modula odabir modula prema listi zahtjeva.

2.4 ARHITEKTURA PROIZVODA

Pojmovi arhitektura i struktura proizvoda se često poistovjećuju. U američkoj literaturi se ovi pojmovi ne razlikuju, dok se u europskoj pojavljuje jasna razlika. Pod pojmom struktura proizvoda često se podrazumijeva hijerarhijska struktura komponenti proizvoda [Tichem, Andreasen, MacCllum 1997.]. Hijerarhijska struktura je značajka koja definira elemente i odnose između njih, a preuzeta je iz Teorije tehničkih sustava [Hubka, Eder, 1988.]. Hi-jerarhijska struktura komponenti je vrlo važno svojstvo proizvoda zbog toga što povezuje veći broj nositelja informacija u procesu razvoja proizvoda.

Skup elemenata i njihovih međusobnih veza koje definiraju proizvod naziva se arhitek-tura proizvoda [Riitahuhta, Andreasen, 1998.; Andreasen, McAloone, Mortensen, 2001.]. Temelja razlika između arhitekture i strukture proizvoda je što kod arhitekture proizvoda govorimo o fiktivnom proizvodu. Arhitektura proizvoda definirana je kao "…shema kojom su funkcionalni elementi proizvoda razmješteni u fizičke cjeline i koji međusobno djeluju." Na temelju arhitekture proizvoda nastaje stvarni proizvod sastavljen od fizičkih kompo-nenata. Ako govorimo o proizvodu sastavljenom od stvarnih komponenata, koristimo po-jam struktura proizvoda [Pavlić, 2003.].

2.4.1 Vrste arhitekture proizvoda

Ulrich i Eppinger [Ulrich, Eppinger, 1995.] razlikuju, ovisno o pridruživanju funkcija kom-ponentama, dvije vrste arhitekture proizvoda:

1. Integralnu arhitekturu proizvoda – izvedba funkcionalnih elemenata može biti raspodijeljena kroz više cjelina. Granice između cjelina je u ovom slučaju teš-ko odrediti ili čak niti ne postoje.

2. Modularnu arhitekturu proizvoda (ima dva važna svojstva): u cjelini (modulu) sadržana je jedna ili više funkcija međudjelovanja između modula su dobro definirana i temeljna za pri-

marnu funkciju proizvoda.

U tablici 2.1 [Erens, Verhulst, 1996.] prikazan je odnos arhitekture proizvoda i realizacije funkcija proizvoda. Korištenje modularne ili integralne arhitekture proizvoda ovisi o raz-ličitim zahtjevima koji su postavljeni razvoju familije proizvoda.


2-14

Tablica 2.1: Odnos arhitekture proizvoda i funkcije proizvoda [Erens, Verhulst, 1996.]

1:1 Jedna funkcija realizirana je u jednom elementu Modularna arhitektura

1:N Jedna funkcija realizirana je u više elemenata Integralna arhitektura

N:1 Nekoliko funkcija realizirano je u jednom elementu Modularna arhitektura

N:M Nekoliko funkcija realizirano je u više elemenata Integralna arhitektura

Istraživanje u stvarnom vremenu umjesto tradicionalnog tržišnog istraživanja može se izvoditi kada se postignu dovoljno niska cijena i velika brzina u razvoju novog proizvoda. Za postizanje stabilnosti i optimizacije proizvoda upotrebljava se integralna arhitektura.

2.4.2 Integralna arhitektura proizvoda

Naveli smo da je za integralnu arhitekturu karakteristično to što je većina funkcija sa-držana u više fizičkih elemenata. Posljedica ovakvog pristupa je da promjene na jed-nom elementu utječu na druge elemente. Karakteristično za ovakve proizvode je da su izrađeni u serijskoj proizvodnji pa se kod njih žele minimizirati troškovi vezani uz skla-panje. Na taj način se automatski povećava kompleksnost komponenata.

Integralna struktura proizvoda može biti sačinjena od elemenata: s nepromjenjivim fizič-kim komponentama i s jednom ili više promjenjivih fizičkih komponenti [Yu, Gonzales, Otto, 1998.]. Pomoću integralne arhitekture s promjenjivim fizičkim komponentama do-bivaju se varijante proizvoda različitih geometrijskih izvedbi. Temelj za promjenjivost geometrijskih veličina je korištenje zakona sličnosti pri razvoju varijanti. Zakoni sličnosti ne moraju se samo temeljiti na geometriji, već i na drugim sličnostima (temperaturnoj, elastičnoj, gradbenoj itd.).

2.4.3 Modularna arhitektura proizvoda

Modularizacija kao cilj ima usmjeravanje pažnje prema racionalizaciji oblikovanja, reali-zaciji i operabilnosti tehničkog sustava. Brojni članci i knjige koje su izdane o modularnim proizvodima, označavaju njihovu važnost u poslovnom i inženjerskom području. U teh-nici nema jedne sažete definicije modularnosti. Stvarno značenje riječi modul, modular-nost i modularizacija različito se promatra u tehničkoj literaturi i inženjerskoj praksi. Raz-ličita tehnička područja i industrijske grane drže se svojih vlastitih shvaćanja.

Načini razmišljanja o modularnosti i odgovarajući izrazi uzrokuju dosta konfuzije u nasto-janju opisivanja i primjene modularizacije. Ljudi vezani uz proizvodnju shvaćaju modul kao fizički podskup. Gradbeni blokovi se shvaćaju kao fizičke jedinice s jednostavnim geome-


2-15

trijskim sučeljem [Borowski, 1961.; Ulrich, Tung, 1991.], dok ljudi iz područja razvoja soft-vera ili upravljanja imaju apstraktnije shvaćanje modularnosti [Victor, Boynton, 1998.].

U različitim tehničkim područjima javljaju se izrazi modul, modularnost i modularizacija. Postavlja se pitanje je li sve to ista pojava ili su to različite pojave pokrivene istom riječju.

2.5 RAZLIČITE METODE KONSTRUKCIJSKE RAZRADE – DfX

DfX (engl. Design for X) bismo mogli definirati kao metode konstrukcijske razrade koje se fokusiraju na specifične aspekte životnog ciklusa proizvoda. Možemo ih prikazati u di-jagramu: životni vijek proizvoda/razvoj proizvoda [Ulrich, Eppinger, 2004.] (Slika 2.10). Promatrano s gledišta izrade i sklapanja, najvažniji su: konstruiranje za proizvodnju i konstruiranje za sklapanje.

Odlaganje

Korištenje iodržavanje

Izrada isklapanje

Naručivanjekomponenti

Funkcije Moduli Razrada Konstrukcijaalata

Matematičkii iskustvenimodeli

Konstruiranjeza okoliš(DfEnv)

Modelipogrešaka i

analizaefekata(FMEA)

Konstruiranjeza uslugu(DfS)

Modelipogršaka i

analizaefekata(FMEA)

Konstruiranjeza robusnost(DfR)

Konstruiranjeza sklapanje(DfA)

Fizičkiprototipovi

Konstruiranjeza izradu(DfM)

Slika 2.10: Različite metode DfX [Ulrich i Eppinger, 2004.]

U životnom ciklusu proizvod je izložen različitim aktivnostima. Zbog toga je o DfX po-trebno je razmišljati već pri izradi tehničke specifikacije.


2-16

DfX pristup se može proširiti na više načina: stalna interakcija s naručiteljem proširenje tehničke specifikacije razvoj vlastite sposobnosti za konceptualizaciju korištenje znanja iz prošlih projekata razvoj vlastite sposobnosti učenja korištenje računalne podrške prikupljanje znanja.

U DfX, X može imati dva značenja XLIFE ili XVIRTUE. U XLIFE, X je vezan za svaku životnu fazu proizvoda: proizvodnju, sklapanje, transport, ispitivanje, održavanje itd. U XVIRTUE, X je vezan za tzv. "univerzalnu vrijednost" [Olsen, 1992.], npr. cijenu, kvalitetu, vrijeme, efi-kasnost, fleksibilnost, rizik i djelovanje okoline.

DFX se može promatrati kao usmjerena aktivnost sa svrhom prilagodbe proizvoda u ži-votnim fazama sustava. Usmjerene aktivnosti su: Oblikovanje za sklapanje (DfA) i Obli-kovanje za proizvodnju (DfM). Moglo bi se razmatrati optimiziranje cijelog životnog ciklusa kroz Oblikovanje za natjecanje [Huang, 1996.], kao i Oblikovanje za cijenu (DfC) te Obli-kovanje za kakvoću (DfQ) [Morup, 1993.].

Hubka i Eder također razmatraju DfX sa gledišta svojstva proizvoda, kao na primjer: konstruiranje za čvrstoću, konstruiranje za oblik, konstruiranje za funkciju, itd. [Hubka, Eder, 1984.].

Ima mnogo pogleda na DFX, npr. shvaćaju ga kao strategiju, metodu, alat, sistemsko zna-nje, kao mogućnosti konstruktora, itd. Unatoč raznim pogledima zadaci su isti: mjeriti utje-caj svojstva konstrukcije s obzirom na svaku životnu fazu sustava (sklapanje, održava-nje, recikliranje) i s obzirom na svaku korist duž cijelog životnog vijeka proizvoda (vrije-me izrade, cijena, kakvoća) [WDK 1993.].

Traženjem generičkog oblika u DFX Andreasen i Olsen predlažu Teoriju razmještaja, koja opisuje povezivanje između različitih faza proizvoda i "sedam univerzalnih karakteristika" proizvodnog sustava [Andreasen, Olsen, 1990.]. Ova teorija postavlja temeljni odnos iz-među razvoja proizvoda s obzirom na životne faze sustava (sklapanje, cijena) koje su neovisne o razvoju (domena specifičnog znanja) i postizanje ciljeva, za aktivnost proiz-vodnje kao cjeline. Razmještaj je definiran kao "dio odluke tako da odlučuje o strukturi proizvoda, koji određuje tip, sadržaj i slijed aktivnosti."

DFX se također predstavlja kao jedan od najdjelotvornijih čimbenika u pristupu uvođenja Concurrent Engineeringa – CE [Huang, 1996.]. Concurrent Engineering (ili Simultaneous Engineering – SE) prvo se javlja 1989. god. u SAD-u prvenstveno izražavajući želju za povećanjem konkurentnosti kroz smanjenje vremena izrade [Sohlenius, 1992.]. CE može označavati i Integrirani razvoj proizvoda i pretpostavlja da se razvoj proizvoda i proiz-vodnog sustava odvija, ako je moguće, paralelno. ISO 9000 standard za osiguranje ka-kvoće također naglašava potrebnu povezanost između oblikovanja proizvoda i proizvodnih procesa. Navedeni faktori pridonose općem skraćenju proizvodnog vremena (Slika 2.11).


2-17

Konceptproizvoda

Određivanjesustava

Detaljnokonstruiranje

Konstrukcijasustava

proizvodnjePostavljanje

sustavaproizvodnje

ProizvodnjaTradicionalnirazvoj proizvoda

Smanjenje vremena izrade

Vremenska ušteda

Konceptproizvoda

Određivanjesustava

Detaljnokonstruiranje

Konstrukcijasustava

proizvodnjePostavljanje

sustavaproizvodnje

Proizvodnja

Slika 2.11: Usporedba tradicionalnog razvoja proizvodnje i CE [ISO 94]

Ključni faktori u CE su organizacija razvojnog posla i upotreba "multi-iskustvenog" tima.

Njemačka istraživanja pokazuju da je za neka proizvodna područja unutar elektroničke industrije vrijeme razvoja proizvoda duže od ciklusa životnog proizvoda [Smith, 1988.]. U isto vrijeme, neka istraživanja čine jasnijim da je ukupna cijena procesa razvoja proizvoda određena u ranoj fazi procesa.

Norell i Andersson zaključuju da poduzeća primjenjujući DfX metode, općenito skraćuju razvojno vrijeme proizvoda [Norell, Andersson, 1996.].

Najveći problem koji se javlja pri razvoju proizvoda je njihova složenost za izradu. Teš-koće u proizvodnji čine proizvod skupljim jer ga je teže izraditi, potrebno je više vremena, može biti nepouzdan i teško ga je održavati. Tehnološko oblikovanje za proizvodnju (DfM) i sklapanje (DfA) predstavljaju način kako lakše i jeftinije napraviti proizvod. DfM i DfA su, kao i druge metode za konstruiranje, primjenjive za vrijeme procesa oblikovanja proizvoda


2-18

[Otto, Wood, 2001.]. Cilj DfM-a je oblikovati dijelove za lakšu izradu iz sirovog materijala. DfA ima zadatak olakšati načine i metode sklapanja proizvoda. Navedene metode su važne zbog nekoliko razloga:

smanjenje broja dijelova, a time se postiže niža cijena konstrukcija je lakša za proizvodnju i sklapanje pa se troši manje vremena

što ima za posljedicu nižu cijenu.

DfM i DfA općenito povećavaju kakvoću konstrukcije [Otto, Wood 2001.].

DFM metode uspješno se primjenjuju u industriji i daju poboljšanje za nedostatke u obli-kovanju proizvoda [Norell, 1992.]. DFM metode kao cjelina služe za potporu konstruktoru u pronalaženju konstrukcije koja će biti optimalna za cijeli proces proizvodnje u podu-zeću. Herbertsson izlaže da su mogućnosti za razvoj opće metode za DfM nemogu-će [Herbertsson, 1995.].

Boothroyd i Brannon raspravljaju o označenim poboljšanjima i kakvoći proizvoda i profitab-ilnosti kroz upotrebu DfA (Oblikovanju za sklapanje) [Boothroyd 1992.; Brannon 1991.].

Temelj u pristupu DfM i DfA je primjena pravila konstruiranja. Poslije razvoja koncepta konstruiranja provjerava se njegova valjanost primjenom pravila. Provjera koncepta je iterativni postupak koji se provodi dok se ne postigne usklađenost s pravilima. Pravila za sklapanje prikazana su u tablici 2.2 koja je adaptirana iz više izvora [Otto, Wood 2001.].

Tablica 2.2: Pravila sklapanja [Otto, Wood 2001.]

1. Smanjiti broj dijelova dodavanjem više funkcija u pojedine dijelove. Iredale, 1964.2. Modularizacija složenih dijelova u jednostavnije podsklopove. Crow, 1988.

3. Sklapanje izvoditi u otvorenom prostoru, uvijek osigurati pristup važnim komponentama. Tipping, 1965.

4. Dijelove prije ugradnje postaviti na isti način kako se ugrađuju. Tipping, 1965.5. Standardizirati dijelove za smanjenje varijantnosti. Tipping, 1965.

6. Dijelove napraviti simetričnim gdje god je to moguće. Iredale, 1964.,

Paterson,1965.7. Nesimetrične dijelove konstruirati u polarnim koordinatama. Tipping, 1965.

8. Izbjegavati oštre dijelove. Iredale, 1964.,

Paterson,1965.

9. Spriječiti gniježđenje dijelova. Iredale, 1964.,Tipping, 1965.

10. Osigurati pravilan položaj nesimetričnih oblika. Iredale, 1964.,Tipping, 1965.

11. Konstruirati oblike za lakšu montažu. Iredale, 1964.,Baldwin, 1966.

12. Osigurati prilagođavanje karakteristika. Baldwin, 1966.13. Dodavanje novih dijelova u sklop. Tipping, 1965.14. Pri sklapanju ne skretati sa smjera. Iredale, 1964.15. Izbjegavati spajanje. Iredale, 1964.


2-19

Pravila konstruiranja za sklapanje možemo podijeliti u četiri grupe: sistemska pravila pravila upravljanja pravila sklapanja pravila spajanja [Otto, Wood 2001.].

DfA se temelji na hipotezi da kroz poboljšanje mogućnosti sklapanja, poboljšanje u mno-gim drugim procesima slijedi automatski. Metode sklapanja pokazale su se veoma snaž-nim DfM alatima. Kada proizvod dolazi na sklapanje, udio rada u procesu je visok, vre-menska ograničenja su potrošena i ranije zanemarivanje npr. nekorektne tolerancije, loše planiranje te proizvodne pogreške dolaze do izražaja.

Sklapanje sadrži nekoliko aktivnosti kao što su transport, rukovanje, unoše

Documents

Modularna arhitektura pretvaraca tracnickih vozila · ciklus pretvarača, tehnologično oblikovanje za proizvodnju, konfigu- riranje varijanti pretvara č a, konfiguratori pretvara