Szerző:

A mérnöki tervezés kutatása, örök probléma

A mérnöki tervezést olyan kreatív folyamatként definiálhatjuk, amelynek célja többnyire egy még nem létező, új, mesterségesen létrehozandó dolog.

A mérnöki tervezést olyan kreatív folyamatként definiálhatjuk, amelynek célja többnyire egy még nem létező, új, mesterségesen létrehozandó dolog. A tudományos alapok segítségével zajló kutatás-fejlesztés célja ezzel szemben az, hogy már létező jelenségek tulajdonságait megismerje. A két tevékenységet az kapcsolhatja össze, hogy mind a kutatás-fejlesztést, mind pedig a tervezést legeredményesebben a tudomány módszereinek és eredményeinek a felhasználásával művelhetjük.

A kutatás-fejlesztés módszertanának ismerete a tervezési folyamatban nagy előnyt jelent, hiszen olyan előzménynek tekinthető, amely nem csupán a hogyan kérdéseket jelentő technológiai természetű kérdésekre, hanem a miért kérdésekre is időnként segít magyarázatokat és válaszokat adni. Számos esetben a kutatás-fejlesztés és a mérnöki tervezés nem is válik el élesen egymástól, hiszen sokszor a jól sikerült kutatás-fejlesztési projektre alapozott mérnöki munka vezet eredményre, más esetben éppen a mérnöki tevékenység közben felbukkanó problémák hívják életre a kutatás-fejlesztési projektet.

A termék tervezés alapproblémájának tekinthető, hogy a terméket minden esetben valamilyen viszonylag jól körülírható használati célból tervezzük, amely előre meghatározott tulajdonságai révén jól körülhatárolt funkciókat tölt be. Ezen célok ismeretében igyekszünk a termék geometriai, fizikai, kémiai s egyéb tulajdonságaira előírásokat megfogalmazni. A szakirodalomban gyakran találkozhatunk azzal, hogy a logikailag is téves „visszakövetkeztetni” kifejezést használják ezzel összefüggésben. A termékkel kapcsolatos követelmények ismeretében a tulajdonságokra tehát nem visszakövetkeztetni lehet, hanem éppen ellenkezőleg, előre kell kreatív jóslásokat tenni. Ebből adódik az a jelentős szemléletbeli különbség a visszakövetkeztetést pártolókkal szemben, amely kutató munkánkat e tárgyban mindvégig meghatározza.

A tervezés visszakövetkeztetési folyamatként való értelmezése azért sem indokolt, mert a követelmények ismeretében logikailag helyes lépések sorozatával nem egyetlen, hanem sokszor számos, ha nem végtelen számú megoldásra juthatunk. Következésképpen ez a szemlélet azt sugallja, hogy minden tervezési folyamat egy nem nulláról induló fejlesztés, hanem minden esetben valójában csak továbbfejlesztésről beszélhetünk. Ez esetben ugyanis egy már vagy a természetben meglévő képződmény, vagy az emberi tevékenység révén létrejött alkotás továbbalakítására, valamilyen szempontból való kiegészítésére, más meglévő elemekkel való kombinálására kerül sor. Az általunk létrehozott mesterséges alkotások kizárólag a természet tőlünk függetlenül is létező erőit, törvényszerűségeit használják fel.

Az előzetes elvárás lista valamennyi pontját teljesítő tervek ellenőrzésekor gyakran találkozhatunk azzal, hogy több olyan funkciót is sikerül megvalósítanunk, amelyet meg sem céloztunk. Így tehát tudományos értelemben szigorúan vett következtetési folyamatról sem beszélhetünk. Nem indulhatunk tehát ki abból, hogy az előttünk álló tervezés végeredményét ismerjük.

A felsőoktatásban a konstrukciós tervezés képzés területén találkozhatunk metodológiai kérdésekkel, sok esetben még a kutatói és a tervezői gondolkodásmód szembeállítására, összevetésére is sor kerül. Ennek azonban értelme igazán csak akkor van, ha mindkét területen már gazdag szakmai tapasztalatokkal rendelkező szereplői vannak.

A terméktervezés elvi folyamata sokkal összetettebb annál, mint amely lépésekre egy-egy konkrét feladat megoldása során szükségünk van. Ennek megfelelően a tervezési folyamat struktúrája, fázisai nagyon eltérőek lehetnek aszerint, hogy mi a megoldandó probléma. Jelen k+f projektünk esetében viszont éppen azt keressük, hogy ezekben a rendkívül különböző folyamatokban mi a közös.

Meggyőződésünk, hogy a termék életciklusa, a termék életpályája a hozzá rendelhető környezet jól megfogalmazható módszerekkel írható le. A tervezési cél meghatározása, a termék funkciók tisztázása, a vele szemben támasztott követelmények meghatározása mind- mind olyan lépés, amelyek mára már jól alkalmazható módszerekkel elvégezhetők, mint pl. a funkcióelemzés, az értékelemzés, az életciklus-elemzés, stb. Ma jellemzően a termékjellemzők meghatározása után elindul egy többé-kevésbé módszeres tervezői munka, amelynek végeredménye különböző tervváltozatok kialakítása. Ezt általában egy értékelés, majd a döntés követi. Mindegyik lépés végrehajtásához különböző hatékonyságú módszerek állnak rendelkezésre. A tervezés ezt követően is egy több lépésben megvalósuló, iteratív eljárások tömegét alkalmazó folyamat, amely a részletek pontosításával és javításával halad előre, gyakran súlyos kompromisszumokkal terhelt, vagy ezt elkerülendő, akár a folyamat elejéig történő visszalépést is megengedő folyamat.

Fogyasztói termékek esetében még szigorúbb elvárások is előfordulnak, így további olyan módszerek jöhetnek számításba, amelyek különleges szilárdsági, ergonómiai, antropometriai, fiziológiai méretezési eljárásokat igényelnek. A módszeres mérnöki tervezés tehát tudományos szempontból egy olyan interdiszciplináris megközelítési módnak tekinthető, amelyben keverednek a különböző tudományok eredményei és a tudományosnak nem tekinthető művészi eszközök, szubjektív tényezők. Az emberiség által eddig megismert valamennyi jelenség, összefüggés, megérzés felhasználására sor kerülhet annak érdekében, hogy egy mérnöki alkotás létrejöhessen. A rendelkezésre álló eszközök egy olyan új konstellációja alakulhat ki tehát ezáltal, amely valamilyen szempontból többet, jobbat, újat eredményezhet.

Integrált mérnöki tervezési módszerek címszó alatt a szakirodalomban több területen is találkozhatunk, azonban ezek mindegyikéhez az itt tárgyaltakhoz képest egy sokkal szűkebb értelmezés párosul. A kutató-fejlesztő munkánk során nem célzunk meg kevesebbet, mint kísérletet teszünk a mérnöki tervezés előzményeinek és az azt követő szakaszainak is az integrálására oly módon, hogy egy minél általánosabb módszertani eszköztárat rendeljünk a mérnöki tervezéshez.

A módszeres tervezés célja nem csupán a megoldani kívánt feladat követelményeinek a maradéktalan teljesítése, hanem a nehezen megragadható korszerűség, valamint az optimális konstrukció többé-kevésbé előzetesen rögzített menetrend szerinti levezetése. A mérnöki tervezői munkát szokás úgy jellemezni, hogy nagyon sok szakmai tudás és tapasztalat mellett egy jó adag intuícióra, megérzésre van szükség. Az igazán jó megoldásokat nem módszeresen levezetni, hanem szinte alig algoritmizálható folyamatban megtalálni, ráhibázva kitalálni szokás.

A kutatás-fejlesztési projekt keretében az elméleti alapokhoz való visszatérést, új összefüggések feltárását az indokolja, hogy az elmúlt években számos körülménye a mérnöki tervezésnek jelentősen megváltozott. Új anyagok, új technológiák, korszerű tervezést segítő eszközök váltak hozzáférhetővé.

A XXI. század gazdasága „koncepcióvezérelt”, ami azt jelenti, hogy az új termékekben és szolgáltatásokban új koncepciók testesülnek meg. A műszaki fejlesztés ellentmondásokkal teli környezetben kell megvalósuljanak korunkban. A vállalati menedzsmentnek a műszaki-gazdasági külső és belső környezeti kényszerek hatására meg kell őriznie versenyképességét. Ezen versenyképesség legfőbb kritériuma, hogy egy vállalat képviselni tudja-e a műszaki fejlődés élvonalát, vagy legalább szorosan követi azt. Az élvonal képviseletét, illetve szoros követését három sajátosság nehezíti meg:

  1. A műszaki fejlődés egyre gyorsul, ezért a fejlesztési pozíció megőrzése mind intenzívebb fejlesztést, mind nagyobb anyagi ráfordításokat követel meg.
  2. A műszaki fejlődés egyre bonyolultabb megoldásokat követel, ami szintén növeli a költségeket.
  3. A gyorsabb műszaki fejlődés viszont lerövidítette az innovációk, az ezeket hordozó termékek és szolgáltatások piaci élettartamát – vagyis az egyre nagyobb fejlesztési ráfordításokat, az egyre magasabb költségeket mind rövidebb idő alatt kell “kitermelnie” a vállalatnak. Ez a műszaki fejlesztés nagy ellentmondása korunknak.

Ma már nem csupán gyorsabb és komfortosabb a tervezés folyamata, hanem módszertanát tekintve is elérő gondolkodásmód van kialakulóban. A professzionális tervezés hatékony csapatmunka, számtalan tudományterület eredményeit egyesíti. A többnyire művészi tevékenységnek tekintett ipari formatervezés és a több lépésben megvalósuló mérnöki tervezés eredményeként áll elő egy-egy viszonylag bonyolultabb, nagyobb szériában készülő termék teljes körű műszaki dokumentációja.

A fejlesztési folyamatban számos döntési pont található, ahol az érdekeltek számára nem áll rendelkezésre minden olyan információ, amely a fejlesztés, vagy továbbfejlesztés kezdetekor megfogalmazódott. Fordítva is igaz, a tervezési folyamat kezdeti szakaszaiban sincs általában lehetőség arra, hogy a későbbi munkaszakaszok során felmerülő szempontok figyelembevételére sor kerülhessen. Éppen ezért rendkívül indokolt olyan integrált mérnöki tervezési módszer fejlesztését célul kitűzni, amely lehetővé teszi az iterációs eljárások számának csökkentését, a tervezés folyamán elvesző követelmények teljesülését, a teljes tervezési folyamat optimalizálását.

Az optimalizálás célfüggvényeinek meghatározása önmagában is egy különösképpen fontos kutatási cél, hiszen a műszaki, minőségi, környezetvédelmi, ergonómiai, gazdaságossági, design szempontokon keresztül egy sor egyéb más számszerűsíthető és kvalitatív tényező játszik szerepet a végeredmény minősítésében.

A kutatás-fejlesztési munka hasznosítására, a kidolgozandó módszerek megfelelőségének ellenőrzésére a leginkább alkalmas teszt az lehet, ha egy konkrét termék vonatkozásában megtörténhet a teljes innovációs lánc valamennyi lépésének a vizsgálata.

Az igényes kivitelű, bennünket körülvevő tárgyak kiváló példaként szolgálhatnak arra, ahol kiemelten fontos a design, a konstrukciós és a gyártási szempontok mellett a gazdaságosság kritériumainak egyidejű teljesülése. A műszaki specifikáció megfogalmazását követően gyakran találkozunk azzal a problémával, hogy az építészeti, gépészeti, villamos, stb. terveken szereplő szerkezetek, megoldások nem kellően részletezett módon, a többi szakmaterület igényeinek és lehetőségeinek a figyelembe vételével készülnek el. Így óhatatlanul is az optimálistól távol eső, számos kompromisszumos kényszert tartalmazó, végeredményét tekintve pedig a szükségesnél drágább megoldások születnek. Különösen nagy probléma ez egy viszonylag kis piacon eladható, kis és közepes sorozatokban készülő termék esetében. Az „alapos” tervezéskor a fejlesztési költségek egy darabra vetítetten fajlagosan igen magasak lesznek, viszont kevésbé „alapos” tervezés esetén a termék gyártási és kivitelezési költsége lesz várhatóan magasabb.

A fenntartható fejlődés követelményeivel összhangban nem szabad szó nélkül elmennünk az egyre erősödő környezetvédelmi szempontok mellett sem. A tervezési projektnek egyre inkább nem kizárólag szigorúan vett műszaki követelményeket kell érvényre juttatnia. A gazdasági számításokon túl a projektnek részét képezi számos egyéb terv, kalkuláció, például környezetvédelmi vonatkozásban is. Az életciklus-elemzés tartalmazza a termék teljes életútjának elemzését a bölcsőtől a sírig, sőt újabban a bölcsőtől a bölcsőig (a termék elhasználódása után keletkező hulladék más termék alapanyagaként történő hasznosításának lehetősége) is. Az életciklus-elemzés számszerűsített információt nyújt a megvalósítandó termék tervezéséhez, fejlesztéséhez, összehasonlító vizsgálatokhoz, vagy akár a vásárlók döntésének a megkönnyítéséhez.

A k+f program megvalósulásától az érdekelt felek azt várják, hogy az optimalizált mérnöki tervezési módszer az egymásnak sokszor ellentmondó követelmények ellenére, egy valamennyi elvárást maximálisan teljesítő megoldást eredményezzen.

Cégünk a fennállása során számos termékfejlesztési feladatot oldott meg. Ez egyben biztosíték is arra, hogy a korábbi években elvégzett és a folyamatban lévő munkák általánosítható tapasztalatai, azok tudományos igényű feldolgozása révén teljesíthető a fentiekben megfogalmazott kutatási cél.

Logikai szempontból tekintve paradox helyzetet eredményez, hogy miközben egyfelől azt állítjuk, hogy számos mérnöki feladatot oldottunk meg eredményesen, aközben rendkívül nehéz feladatnak kell tekintsük a sokszor elvégzett munka alkalmazott módszereinek leírását. A nehézséget az okozza, hogy szinte nincsen két egyforma feladat. Minden tervezési folyamatnak vannak olyan mozzanatai, amelyekről utólag már nagyon nehéz megállapítani, hogy milyen módon jutottunk a végén talpon maradt megoldáshoz.

A kutatás-fejlesztési program eredményei várhatóan az egyedi tervezési feladatok megoldása során járnak a legnagyobb haszonnal. A Direct-Line az utcabútorok gazdag választékát tervezi és gyártja egyedi kivitelben és nagy sorozatban. Az utcabútoraink különleges acélok és más korszerű alapanyagok felhasználásával készülnek, a fenntartás és az üzemeltetés gazdaságosságát is szem előtt tartva. Cégünk formatervező művészekkel és mérnökökkel dolgozik azon, hogy a megrendelői igényeket rendszerbe foglalja, az egyes szakmaterületek írott és íratlan szabályai szerint hatékonyan és gyorsan kiszolgálja.

Még ennél is sokkal igényesebb tervezői munkát jelent az olyan szennyvíztechnológiai berendezések, kutatási célokat szolgáló prototípusok tervezése és gyártása, amelyek nem csupán gépészeti ismereteket, hanem biológiai, kémiai, villamos jelenségek ismeretét és felhasználást teszi szükségessé.

Ez a tapasztalati bázis lesz segítségünkre abban, hogy a kutatás módszertani és műszaki tudományok területén felhalmozott ismereteinket felhasználva olyan új célokat fogalmazzunk meg, amelyek a k+f feladat meghatározásban leírtak irányába tovább visznek bennünket.

Dr. Reith János

Írjon nekünk

Ön mit gondol?

Vélemény, hozzászólás?

© Készítette - Direct Line - Bemind Kft.
csik