13-2-2006 1Herhaling titel van presentatie

OntwerpmethodologieLES 1

Steve Vanlanduit

IntroductieDoel kursus: een ‘systematische ontwerp aanpak’Onderwerpen: Organisatie van het ontwerpproces:

– De verschillende fasen in het ontwerpproces– Project management– Economische aspecten

Doelgerichte ontwerpaspecten:– Ergonomie, design for assembly, design for

manufacturability– Green design, materiaalkeuze in het ontwerp

Computerondersteund ontwerpen:– CAD– PDM– CAE (ontwerp optimalisatie, robuust ontwerp)

Ontwerpmethodologie Les 1

IntroductiePractica: uitvoeren van een ontwerp:

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

Gebruik van software:– MS Project– CAD (SolidWorks)

Ontwerpmethodologie Les 1

OverzichtLes 1: De verschillende fasen in het ontwerpprocesLes 2: Organisatorische aspecten

Deel 1: Project management (met intro MS Project)Deel 2: Economische aspecten bij het ontwerp

Les 3: DFX Deel 1Deel 1: Ergonomie, design for assembly, Deel 2: Design for manufacturing

Les 4: DFX Deel 2Deel 1: Green design, Deel 2: Materiaalkeuze in het ontwerp

Les 5: Computerondersteund ontwerpenDeel 1: Intro CAD, PDMDeel 2: Ontwerp optimalisatie, robuust ontwerp

Les 6: Gastlessen

Ontwerpmethodologie Les 1

Definitie ontwerpen

Ontwerpen is...

Abstract Vaag Breed Modisch (letterwoord concepten)

Ontwerpmethodologie Les 1

Definitie ontwerpen

‘Ontwerpen is het aangeven van de besteoplossingen om aan een behoefte tevoldoen met behulp van beschikbaremiddelen en met inachtneming van maatstaven van natuurkundige en maatschappelijke aard.’

Ontwerpmethodologie Les 1

Definitie ontwerpen

Behoefte? specificatie fase

Beschikbare middelen project planning fase

Oplossingen conceptfase

Maatstaven gedetailleerd ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?

Waarom methodologie?• Verkorting van de doorlooptijd (TTM) van het

ontwerpproces.• Meer vraag naar kwaliteit van de markt

(estetisch functioneel, recycling, etc.)• Lagere integrale kosten van het product

(30% Lopez effect).• Groeiende complexiteit van producten.

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?Kosten van een nieuw product:

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?

Kosten van een nieuw product:

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?

Kosten van een nieuw product:

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?

Kosten van een nieuw product:

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?

Complexiteit van het product

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?Time-to-market van het productStudie van McKinsey toon aan dat (voor producten met life cycle van 5 jaar):• Prijserosie = 12% per jaar• 50% overschrijding van het ontwerpbudget 3,5%

winstderving• 9% kostenoverschrijding van het product 22% winstderving• 6 maanden te laat op de markt 33% winstderving

Reductie TTM:• Allocatie HRM• Gestructureerde omgeving• State-of-the-art tools

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?

Nood aan productontwikkeling in België?

Ontwerpmethodologie Les 1

Nood aan methodologie?Kosten, doorlooptijd, kwaliteit en complexiteit beheersen strategische doelstellingen:• Juiste, volledige en goed beheerde informatie• Effectieve communicatie • Duidelijke en vastgestelde verantwoordelijkheden en een

effectief procesmanagement.• Het klassieke sequentiële productcreatieproces

omvormen tot een proces met zo veel mogelijk parallelle processen.

Hoe realiseren?ANTWOORD: Concurrent engineering (Ndl: geïntegreerde

productontwikkeling

Ontwerpmethodologie Les 1

Concurrent engineeringDefinitie CE:“Het gelijktijdig (parallel) laten verlopen van de verschillende

stadia in het ontwerpproces en het in beschouwing nemen van het volledig productleven door de samenwerking tussen verschillende leden uit de bedrijfsstructuur”

Ontstaan 1983: Amerikaanse Ministerie van DefensieSucces stories:• Rolls Royce: Trent motor ontwikkeld met 30% besparing en

reductie in TTM• HP 20% kostenreductie• GE: ontwikkeling rotorblad van 18 7 maanden• KMO’s voeren gemakkelijker CE beleid

Ontwerpmethodologie Les 1

Concurrent engineeringKernideeën:• Gelijktijdige activiteiten• Definitie van ontwerpproject teams: gelijktijdige

betrokkenheid• Vrijgave van gegevens• Bewustzijn van het beslissingsproces en

verantwoordelijkheden• Focus op het volledige productleven• Aandacht voor de planning (proces even belangrijk als

product).• Stimulering van meervoudige conceptgeneratie.• Communicatie naar de geschikte personen op het juiste

moment (ev. hergebruik van informatie).• Gebruik van informatietechnologie: o.a. PDM, RP, CAD

Ontwerpmethodologie Les 1

Concurrent engineering

Ontwerpmethodologie Les 1

Concurrent engineeringDe ‘Product lifecycle’

Ontwerpmethodologie Les 1

Concurrent engineering

Ontwerpmethodologie Les 1

Concurrent engineering

Ontwerpmethodologie Les 1

Concurrent engineering

Voorbeeld gelijktijdige activiteiten:

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: overzichtTypes ontwerpproblemen:• Selectief ontwerp (Eng.: selection design) betreft de keuze van een of

meer items uit een lijst van vergelijkbare items• Conguratie ontwerp omvat het assembleren van een componenten die

reeds gedesigned zijn• Parametrisch ontwerp omvat het vinden van waarden voor kenmerken

die het object karakteriseren• Origineel ontwerp slaat op het ontwikkelen van een component, proces

of systeem dat voorheen niet bestond.• Herontwerp (Eng.: Redesign) is het meest voorkomende ontwerp

probleem• Volgroeid ontwerp (Eng.: Mature design) handelt over een ontwerp dat

nauwelijks veranderd is gedurende meerdere jaren.

Ontwerpmethodologie Les 1

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: overzicht

Het design proces: overzichtAlgemene kenmerken:• Van functie naar vorm• Iteratief proces• Design review meetings

• Agenda• Presentatie• Actiepunten

• Belang van informatie• Semantisch• Grafisch• Analytisch• Fysisch

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: overzicht

Belang van informatie

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: overzichtDoelgerichte ontwerpstrategieën (DFX) hebben dezelfde structuur:• DFA• DFM• DFU• DFR• DFD• DFC• DF6σ• Etc.

Ontwerpmethodologie Les 1

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 1. Project definitie en planning

Het design proces: 1. Project definitie en planning

Het project team, de persoonlijkheden Organisator/coordinator : geschikt als voorzitter van het team, heeft niet

noodzakelijk veel technische expertise of creatieve bijdragen. Createur : ontwikkeld nieuwe idee.en die anderen kunnen uitwerken. Resource-onderzoeker : exploreert mogelijkheden zonder deze in detail

uit te werken. Motivator : dynamisch assertief, maakt objectieve beslissingen. Evaluator : heeft een goede visie op de algemene doelstelling. Team werker : subjectieve beslissingsnemer die probeert een

consensus in de groep te bereiken. Oplosser : persoon die ideeën op een betrouwbare en eci.ente manier in

oplossingen omzet. Voltooier : nauwgezet, levert tijdig resultaten, detail-geöriënteerd en

delegeert weinig.

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 1. Project definitie en planning

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

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 1. Project definitie en planning

Project teams, de samenstelling:• Functionele organisatie (13%)• Functionele matrix (26%)• Balanced matrix (16%)• Project matrix (28%)• Project team (16%)

• 5-15 leden• Ev. tijdelijke leden

discipline

project

Ontwerpmethodologie Les 1

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 2. Design specificaties

Het design proces: 2. Design specificaties

Project impuls? twee belangrijke drijfveren:• Market driven• Technology driven

4 Groepen impulsen:• Exploitatie van ongebruikt bedrijfspotentieel• Exploitatie van nieuw bedrijfspotentieel• Respons op veranderingen vanuit de omgeving• Respons op veranderingen, intern in het bedrijf

Ontwerpmethodologie Les 1

Strategie voor het ontwikkelingsbeleid:• Marktonderzoek:

• Nood aan product?• Huidige situatie?

• Omgevingsonderzoek• Intern onderzoek

• BCG matrix• LCA analyse

• SWOT analyse

• Groeimogelijkheden?

• Product eisen en offers?• Invloed op de markt?• Dynamisch gegeven

Het design proces: 2. design specificaties

Ontwerpmethodologie Les 1

BCG matrix

Ontwerpmethodologie Les 1

LCA analyse

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

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 2. Design specificaties

Producteisen:– Specifiek– Meetbaar– Orthogonaal– Universeel– Extern

Classificatie:– Kostprijs– Functioneerbaarheid – Fabriceerbaarheid

Ontwerpmethodologie Les 1

Classificatie van de producteisen

Het design proces: 2. Design specificaties

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 2. Design specificaties

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 2. Design specificaties

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 2. Design specificaties

Tools om producteisen weer te geven:–QFD–Diagram van Kano–LCD Strategy wheel

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD• Stap 1: WHO: Identificeer de klanten• Stap 2: WHAT: Bepaal de klanteneisen• Stap 3: WHO vs WHAT: Relatief belang

van de klanteneisen• Stap 4: NOW en NOW vs WHAT: Hoe

tevreden is de klant nu?• Stap 5: HOW: Hoe wordt aan de

klanteneisen voldaan?• Stap 6: HOW vs WHAT: Relateren van

klanteneisen met engineering specificaties.

• Stap 7: HOW MUCH: Engineering target waarden.

• Stap 8: HOW vs HOW: Hoe zijn de specificaties afhankelijk van elkaar?

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD: WHAT

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD: WHO vs WHAT

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD: NOW en NOW vs WHAT

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD: HOW en HOW vs WHAT

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD: HOW MUCH

Ontwerpmethodologie Les 1

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD: HOW vs HOW

Ontwerpmethodologie Les 1

QFD

QFD doorheen het ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Diagram van Kano

• Strikte eisen• Minimale eisen • Wensen

Ontwerpmethodologie Les 1

Diagram van Kano• Strikte eisen• Minimale eisen • Wensen

Ontwerpmethodologie Les 1

Life Cycle Design Strategies Wheel

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwikkelen van de FUNCTIE van het product

Ontwerpmethodologie Les 1

Opdelen van de ‘functies’1.Externe functies2.Interne functies (ontwerper

zelf heeft invloed op de keuze)3.Interne sub-functies

Voorbeeld: vruchtenpers

Behoefte = externe functie‘winnen van sap uit vruchten’NIET sapcentrifugemachine

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Per functie: basisprocessen?• doorbreken van de celwanden:

• het uitoefenen van mechanische krachten (persen);• het fijnsnijden;• het verwarmen (stuk koken).

• Het verzamelen:• het laten uitdruipen;• het centrifugeren.

• Afscheiden:• het zeven• het bezinken.

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Uitgewerkte interne sub-functies:

Ontwerpmethodologie Les 1

Genereren concepten:• Samennemen van deelfuncties• Ordenen van functies• Groeperen van deelfuncties

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Genereren van concepten:• Eenvoudige concept generatie methodes• Bron: patentonderzoek (zie ook TRIZ)• Morfologische kaart• TRIZ

Evalueren van concepten:• De beslissingsmatrix• Belief maps

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Eenvoudige conceptgeneratiemethodes:• Brainstorming• De 6-3-5 methode• De Gallery methode• De Delphi methode• De synectics methode• Gebruik van analogieen• Gebruik van extremen• Externe expertise

Ontwerpmethodologie Les 1

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

De morfologische matrix

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

TRIZ: veertig inventieve principes1. Fragmentatie2. Verwijdering3. Lokale kwaliteit4. Asymetrie5. Combineren6. Universaliteit7. Nesten8. Tegengewicht9. Voorafgaandelijke tegenactie10.Voorafgaandelijke actie11.Op voorhand opvangen12.Equipotentialiteit13.Inversie14.Sferoidaliteit15.Dynamiciteit16.Gedeeltelijke actie

17. Andere dimensie18. Mechanische trilling19. Periodische actie20. Continuiteit21. Erdoorheen haasten22. Schade in voordeel23. Feedback24. Mediator25. Self-service26. Copieren27. .........40. Samengestelde materialen

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Concept evaluatie:• Specificaties uit de klanteneisen• Gereedheid van de technologie

• Kritische parameters van de functie?• Veilige werkingsgebied?• Falingsmodes?• Beschikbare processen?• Demonstrator hardware?• Controleerbaar doorheen de levenscyclus?

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Methode van Pugh: ‘Belief maps’

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

De beslissingsmatrix

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 3. Conceptueel ontwerp

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 4. Product ontwikkeling

Ontwikkelen van de VORMvan het product

• ‘Vormgevende fase’ ofwel• ‘Gedetailleerd ontwerp’ ofwel• ‘Product ontwikkelingsfase’

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 4. Product ontwikkeling

Product ontwikkelen:• Vormgeving• Materiaal • Productie (afwerking, toleranties)

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 4. Product ontwikkeling

Tools:• Tekeningen:

• Layout tekeningen• Detail tekeningen• Assembly tekening• CAD tekeningen

60% van alle componenten wordt niet gemaakt zoals getekend!

• Prototypes• CAE• BOM

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 4. Product ontwikkeling

Bill of Materials

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 5. Product ondersteuning

Ontwerpmethodologie Les 1

Het design proces: 5. Product ondersteuning

Additionele documentatie:– Quality Control QC en Quality Assurance QA documentatie: wat

moet er gemeten worden? Hoe? Hoe vaak?– Fabricage richtlijnen: materieel, gereedschap processen.– Assembly instructies: stap per stap documentatie die de

samenbouw van producten beschrijft.– Installatie instructies: unpacking, connecties (elektrisch), opstarten,

testen.– Operating instructions: opstarten, stand-by, normale werking, nood

operatie, afsluiten.– Onderhoudsinstructies– Afdank instructies (schadelijke producten, demonteren).

ECO– De identifcatie– De reden – De beschrijving– Lijst van documenten en departementen – De goedkeuring van de verandering.– Instructies van het tijdstip van introductie

Ontwerpmethodologie Les 1

Te onthouden

• Concurrent engineering• Algemene structuur van het ontwerpproces• QFD• Conceptgeneratie methodes

Ontwerpmethodologie Les 1