Products Conceptual Design

8/20/2019 Products Conceptual Design

1/278


2/278

Products’ Conceptual Design

Designul Conceptual al Produselor


3/278


4/278

Prof.dr.ing. Dorin DIACOESCU

EDITURA UNIVERSITĂŢII TRASILVAIA BRAŞOV

2010

Prof.dr.ing. Mircea EAGOE

Prof.dr.ing. Codruţa JALIUŞef lucr.dr.ing. Radu SĂULESCU


5/278

©©©© 2010 EDITURA UIVERSITĂŢII TRASILVAIA BRAŞOV

Adresa: 500091 Braşov,

B-dul Iuliu Maniu 41ATel:0268 – 476050Fax: 0268 476051E-mail : [email protected]

Tipărit la:

Tipografia Universităţii "Transilvania" din BraşovB-dul Iuliu Maniu 41ATel: 0268 – 476050

Toate drepturile rezervate

Editură acreditată de CCSISAdresa nr. 1615 din 29 mai 2002

Referenţi ştiinţifici: Prof. univ. dr. ing., dr.h.c. Florea DUDIŢĂ

Prof. univ. dr. ing., dr.h.c. Ion VIŞA

Descrierea CIP a Bibliotecii aţionale a României Products' conceptual design / Dorin Diaconescu, Mircea Neagoe,

Codruţa Jaliu, Radu Săulescu. - Braşov : Editura Universităţii"Transilvania", 2010Bibliogr.ISBN 978-973-598-230-0

I. Diaconescu, Dorin

II. Neagoe, MirceaIII. Jaliu, CodruţaIV. Săulescu, Radu

658.512.2:62


6/278

5

Prefaţă

În anul 1982, sub conducerea ştiinţifică asubsemnatului, doi dintre foştii meistudenţi, deveniţi ulterior colegi de catedră,

Dorin Diaconescu şi Ion Vişa, îşi susţineaucu brio, în aceeaşi zi, tezele lor de doctorat

în domeniul mecanismelor.

La finele anilor optzeci, ca urmare a unorpreocupări intense, în Catedra de Organede maşini şi mecanisme a UniversităţiiTransilvania din Braşov, a fost înfiinţatăspecilizarea Roboţi industriali .

Către sfârşitul anilor nouăzeci, ca urmare aunor eforturi intense şi susţinute aleprof.univ.dr.ing. Ion Vişa, în aceeaşicatedră a mai apărut o nouă specilizare şi,ca o încununare a unei îndelungateexperienţe ştiinţifico-didactice, în anul 2005apare lucrarea deschizătoare de drumuri atalentatului prof.univ.dr.ing. DorinDiaconescu, intitulată Designul conceptualal produselor . Această lucrare, care vadeveni de referinţă în domeniu, rezonează

în mod fericit cu noua denumire a catedreinoastre: Design de Produs şi Robotică.

Nu pot decât să mă mândresc că primii meidoctoranzi, actualmente doi prestigioşiprofesori universitari, şi-au legat numele deprocesul de modernizare a învăţământuluisuperior tehnic românesc şi implicit deintegrarea lui în învăţământul superiortehnic european.

În Dicţionarul explicativ al limbii române,prin design se înţelege un domeniumultidisciplinar interesat de ansamblul

factorilor (social-economici, funcţionali,ergonomici, estetici etc.) care contribuie laaspectul şi calitatea produdului de mareserie, iar în Bertelsman Universal Lexicon,designul se referă la proiectarea estetică şiutilitară a produselor industriale fabricate înserie.

Designul industrial al produselor , sau maiscurt designul de produs, este ometadisciplină, relativ recent cristalizată, alcărei obiect este determinarea pe baze

ştiinţifice a soluţiilor de proiectare/dezvoltare a produselor industriale.

Foreword

In 1982, two of my former students, who,later, became my colleagues, DorinDiaconescu and Ion Vişa, presented, in the

same day, their PhD theses in the field ofmechanisms, under the supervision of theundersigned.

At the end of the 80ths, as a result of someintensive concerns, it was set up the studyprogram Industrial Robots in the MachineElements and Mechanisms Department ofTransilvania University of Brasov.

In the 90ths, a new study program started inthe same department as a result ofintensive and sustained efforts ofprof.univ.dr.eng. Ion Vişa; in 2005,crowning the long scientific and teachingexperience, a paper of the talentedprof.univ.dr.eng. Dorin Diaconescuappeared under the title Products’conceptual design. This paper which willbecome a pace maker in the field,resonates successfully to the newdenomination of our department: ProductDesign and Robotics.

I can only be proud that my first PhDstudents, now two prestigious professors,linked their name to the process ofRomanian technical high educationmodernization and, implicitly, to itsintegration into the European technical higheducation.

In the Romanian language dictionary,through design it is understood a multi-disciplinary field interested in the ensemble

of factors (social - economical, functional,ergonomic, aesthetical etc.) that contributeto the aspect and quality of a product, whilein Bertelsman Universal Lexicon, design isreferring to the aesthetic and subservientdesign of industrial products in grossproduction.

The products’ industrial design, or, in brief,the product design is a meta-discipline,recently crystallized, whose object is theestablishment on scientific basis of the

solutions for the industrial products’design/development.


7/278

6

Acest deziderat se realizează prinstructurarea procesului de proiectare cuajutorul unor noţiuni, algoritmi şi metodecare asigură obţinerea soluţiei optime, atât d.p.d.v. utilitar , cât şi estetic . La rândulsău, obţinerea soluţiei optime constă încorelarea compatibilă şi eficienţă ainformaţiei din toate domeniile conexe,astfel încât produsul industrial proiectat săconstituie, în condiţiile date, cel mai bunrăspuns la exigenţele sociale de naturăutilitară, economică, estetică, de siguranţăetc.

În conformitate cu literatura apărută, cuprecădere, în limba germană, dar şi în limbaengleză, procesul de design se distinge prin

patru faze relativ distincte: 1) elaborarealistei de cerinţe (în lb. engleză: specificaţiiledesignului de produs), 2) designulconceptual , 3) designul constructiv şi4) designul de detaliere. Designulconceptual porneşte de la lista de cerinţe şise încheie cu stabilirea soluţiei de principiu sau conceptul produsului; mai departe, pebaza acestui rezultat, designul constructivelaborează varianta optimă a proiectuluifinal.

Lucrarea de faţă, destinată designuluiconceptual , abordează mai întâiterminologia specifică acestei discipline, cuajutorul unor exemple intuitive. În aceastăabordare, ca de altfel în toată lucrarea,este utilizată, cu precădere, experienţaşcolii germane, a cărei prioritate îndomeniu este incontestabilă.

Se prezintă apoi modelul german pentruciclul de viaţă al unui produs, din care sedezvoltă o variantă generalizată. În

contextul ciclului de viaţă al produsului,sunt trecute în revistă cele maisemnificative modele de algoritmizare aprocesului de design, existente în literatură,şi se dezvoltă o nouă variantă generalizatăde modelare. Din varianta generalizată dealgoritmizare se explicitează pe larg etapareferitoare la designul conceptual alproduselor, care este urmată de unexemplu didactic de aplicare.

Sunt prezentate succint exemple de soluţiifolosite în tehnică pentru rezolvareaurmătoarelor funcţii uzuale:

This desideratum is fulfilled by structuringthe design process by means of concepts,algorithms and methods that ensure thegeneration of the optimal solution, bothsubserviently and aesthetically . Theachievement of the optimal solution relieson a compatible and efficient correlation ofinformation from all the connected fields, sothat the designed industrial product torepresent, in the given conditions, the bestanswer to the social exigencies ofsubservient, economic, aesthetic, safetyetc. nature.

According to the published literature,mainly in the German and English one, thedesign process is highlighted through four

relatively distinct phases: 1) elaboration ofthe requirements list (in English: productdesign specifications), 2) conceptualdesign, 3) embodiment design and4) detail design. The conceptual design starts from the requirements list and endswith the establishment of the principlesolution or the product concept ; further,based on this result, the embodimentdesign elaborates the optimal variant of thefinal project.

The present paper, dedicated to theconceptual design, approaches the specificterminology of the discipline, based onintuitive examples. In this approach, as inthe entire paper, it is mainly used theexperience of the German school, whosepriority in the field it is incontestable.

It is then presented the German model forthe product life cycle, from which ageneralized variant is developed. In the

context of the product life cycle, the mostsignificant models of the design processalgorithms from literature are presentedand a new generalized modeling variant isdeveloped. The step referring to theproducts’ conceptual design is explainedstarting from this generalized variant ofalgorithm, followed by an example ofapplication.

Examples of solutions used in technique forsolving the following usual functions arebriefly presented:


8/278

7

însumarea a două mişcări, distribuţianedeterminată a unei mişcări în alte douămişcări, însumarea a două momente,distribuţia nedeterminată a unui moment înalte două momente, transmiterea energieimecanice cu reducerea turaţiei sub unraport de transmitere constant şi propulsia

în medii fluide. În final, este evidenţiat, pebaza unor exemple comparative, aportulimens pe care soluţiile bionice îl pot avea

în rezolvarea celor mai diverse problemetehnice.

La finele lucrării este foarte bine gândit unminilexicon al terminologiei utilizate.Lucrarea se încheie cu o bibliografieselectivă de lucrări fundamentale, în

domeniul designului conceptual.

Designul conceptual al produselor , care, numă îndoiesc, va deveni o lucrare dereferinţă în literatura de specialitate, va fiutilă inginerilor designeri şi cadrelordidactice, doctoranzilor şi studenţilor din

învăţământul superior tehnic românesc.

summing of 2 motions, undetermineddistribution of one motion into other twomotions, summing of two torques,undetermined distribution of a torque inother two torques, transmission ofmechanical energy with speed reductionunder a constant transmission ratio, andpropulsion in fluid mediums. Then, thehuge contribution that the bionic solutionscan have in solving the most diversetechnical problems is highlighted on thebasis of comparative examples.

At the end, a mini-lexicon of theterminology used in the paper is very goodconceived. The paper ends with selectivereferences of fundamental papers from the

conceptual design field.

The products’ conceptual design, which willbecome a pace maker paper in the field,will be useful to the engineers, designers,professors, PhD students and studentsfrom the Romanian technical higheducation.

Prof.univ.dr.eng., dr.h.c. Florea Dudiţă

Apariţia acestei cărţi a fost posibilă cusprijinul Ministerului Educaţiei şiCercetării prin contractul de cercetarenr. 4GR28.05.2007- cod CNCSIS 923.

The publishing of this book was madepossible with support from the Ministryof Education and Research by researchcontract no. 4GR28.05.2007- CNCSIScode 923.


9/278

8

CUPRINS

1. Introducere...................................................................................................................... 13

2. oţiuni de bază utilizate în designul conceptual al produselor................................... 172.1. Funcţia globală a unui produs; fluxurile şi subfuncţiile funcţiei globale.............. 172.2. Structura unui produs şi structura funcţiei globale a produsului........................... 242.3. Detalierea unei funcţii; principii de rezolvare şi variante conceptuale ................. 282.4. Sinteza conceptuală a unei funcţii compuse.......................................................... 44

3. Modelarea procesului de design al produselor tehnice................................................ 533.1. Modelarea ciclului de viaţă al unui produs tehnic................................................. 533.2. Modelarea proiectării unui produs tehnic.............................................................. 57

3.2.1. Caracteristici de bază ale temei de proiectare.............................................. 573.2.2. Modelul lui Archer ....................................................................................... 58

3.2.3. Modelul lui French ...................................................................................... 603.2.4. Modelul lui Pugh ......................................................................................... 623.2.5. Modelul lui Dieter ........................................................................................ 633.2.6. Modelul Pahl & Beitz .................................................................................. 653.2.7. Modelul german VDI ................................................................................... 673.2.8. Concluzii şi dezvoltări ................................................................................. 72

4. Modelarea proiectării conceptuale a produselor tehnice ............................................ 814.1. Despre elaborarea listei de cerinţe (SDP).............................................................. 814.2. Algoritmi de modelare a proiectării conceptuale .................................................. 94

4.2.1. Modelul lui Cross’s...................................................................................... 94

4.2.2. Modelul Ulrich & Eppinger ........................................................................ 964.2.3. Modelul lui Dieter ........................................................................................ 974.2.4. Modelul Pahl & Beitz .................................................................................. 974.2.5. Modelul german VDI ................................................................................. 1004.2.6. Concluzii.................................................................................................... 101

4.3. Varianta generalizată de modelare a proiectării conceptuale.............................. 1094.3.1. Structura algoritmului generalizat de proiectare conceptuală.................... 1094.3.2. Algoritmul de sinteză a variantelor conceptuale........................................ 1124.3.3. Concluzii.................................................................................................... 116

4.4. Stabilirea soluţiei conceptuale prin evaluarea variantelor conceptuale............... 1204.4.1. Criterii de evaluare..................................................................................... 120

4.4.2. Evaluarea soluţiilor în literatura de limbă germană................................... 1234.4.3. Evaluarea soluţiilor în literatura de limbă engleză .................................... 1324.4.4. Despre cele două variante de evaluare fină. Formula FRISCO................. 133

5. Exemplu de proiectare conceptuală a unui produs tehnic......................................... 1405.0. Despre specificaţiile de design ale produsului (SDP).......................................... 1405.1. Identificarea funcţiei motoreductorului............................................................... 1415.2. Detalierea funcţiei motoreductorului................................................................... 1435.3. Generarea variantelor conceptuale ...................................................................... 146

5.3.1. Generarea (sinteza) variantelor de rezolvare ............................................. 1465.3.2. Stabilirea variantelor conceptuale.............................................................. 147

5.4. Evaluarea variantelor conceptuale....................................................................... 156


10/278

9

CONTENTS

1. Introduction .................................................................................................................... 13

2. Basic concepts used in products’ conceptual design .................................................... 172.1. The overall function of a product; the flows and the sub-functions of the overallfunction.................................................................................................................. 17

2.2. The product structure and the structure of the overall function ............................ 242.3. The function detailing; solving principles and solving structures......................... 282.4. Conceptual synthesis of a compound function...................................................... 44

3. Modeling of the technical products’ design process..................................................... 533.1. Modeling of a technical product life cycle............................................................ 533.2. Modeling of a technical product design ................................................................ 57

3.2.1. Basic characteristics of the design task........................................................ 57

3.2.2. Archer ’s model............................................................................................. 583.2.3. French’s model ............................................................................................ 603.2.4. Pugh’s model ............................................................................................... 623.2.5. Dieter ’s model ............................................................................................. 633.2.6. Pahl ’s & Beitz ’s model .............................................................................. 653.2.7. The German model VDI ............................................................................... 673.2.8. Conclusions and developments.................................................................... 72

4. Modeling of the technical products’ conceptual design .............................................. 814.1. On the requirements’ list (PDS) elaboration......................................................... 814.2. Algorithms for the conceptual design modeling ................................................... 94

4.2.1. Cross’s model .............................................................................................. 944.2.2. Ulrich’s & Eppinger ’s model ..................................................................... 964.2.3. Dieter’s model.............................................................................................. 974.2.4. Pahl’s & Beitz’s model ............................................................................... 974.2.5. The German model VDI ............................................................................. 1004.2.6. Conclusions................................................................................................ 101

4.3. The generalized variant for the conceptual design modeling.............................. 1094.3.1. The structure of the conceptual design generalized algorithm .................. 1094.3.2. The algorithm for the synthesis of conceptual variants ............................. 1124.3.3. Conclusions................................................................................................ 116

4.4. The conceptual solution settlement by the conceptual variants’ evaluation ....... 120

4.4.1. Evaluation criteria...................................................................................... 1204.4.2. Solution evaluation in German literature................................................... 1234.4.3. Solution evaluation in English literature.................................................... 1324.4.4. On the two variants of fine evaluation. FRISCO formula ......................... 133

5. Example of a technical product conceptual design .................................................... 1405.0. On the product design specifications (PDS)........................................................ 1405.1. The identification of the motor-reducer function................................................ 1415.2. Detailing of the motor-reducer function............................................................. 1435.3. Generation of the solving variants....................................................................... 146

5.3.1. Generation (synthesis) of the solving structures variants .......................... 146

5.3.2. Establishment of the conceptual variants................................................... 1475.4. Evaluation of the conceptual variants ................................................................. 156


11/278

10

6. Exemple de soluţii ale unor funcţii cu utilizare tehnică uzuală................................. 1616.1. Însumarea a 2 mişcări; distribuirea nedeterminată a unei mişcări în

alte 2 mişcări ....................................................................................................... 1616.1.1. Exemple de utilizare .................................................................................. 161

6.1.2. Proprietăţi caracteristice unităţilor planetare diferenţiale.......................... 1696.2. Însumarea a 2 momente; distribuirea nedeterminată a unui moment înalte 2 momente .................................................................................................... 1776.2.1. Exemple de utilizare .................................................................................. 1776.2.2. Proprietăţi caracteristice unui mecanism cu M = 1 şi L = 3 ...................... 180

6.3. Transmiterea puterii cu reducerea turaţiei sub raport constant ........................... 1836.3.1. Reductoare cu axe fixe............................................................................... 1846.3.2. Reductoare planetare cu două roţi centrale................................................ 1886.3.3. Reductoare planetare cu o roată centrală ................................................... 196

6.4. Transmiterea energiei mecanice, fără modificarea turaţiei ................................. 2076.4.1. Funcţiile cuplajelor mobile ........................................................................ 211

6.4.2. Tipurile cuplajelor mobile, după mişcările relative ale arborilor .............. 2116.4.3. Tipurile cuplajelor mobile, după uniformitatea transmiterii mişcării........ 2126.4.4. Tipurile cuplajelor mobile, după particularităţile lor morfologice ............ 2156.4.5. Despre funcţiile şi performanţele cuplajelor mobile.................................. 222

6.5. Soluţii de propulsie în medii fluide ..................................................................... 2246.5.1. Privire filogenetică cu ajutorul unor exemple reprezentative .................... 2256.5.2. Concluzie ................................................................................................... 233

6.6. Soluţii bionice şi soluţii tehnice echivalente....................................................... 233

Anexe..................................................................................................................................... 241ANEXA A.1. Definirea principalelor noţiuni de bază..................................................243

ANEXA A.2. Modelarea randamentului unităţii planetare monomobile ..................... 254ANEXA A.3. Modelarea reductorului planetar Vaucanson .........................................258ANEXA A.4. Asupra metodei TRIZ (teoria rezolvării probemelor de

inventică)...............................................................................................268

Bibliografie ........................................................................................................................... 277


12/278

11

6. Solving examples for functions with usual technical use ........................................... 1616.1. Summation of two motions; distribution of a motion into other two motions 161

6.1.1. Examples of use ......................................................................................... 1616.1.2. Characteristic properties of a planetary gear unit ...................................... 169

6.2. Summation of two torques. Indeterminate distribution of a torque intoother two torques ................................................................................................. 1776.2.1. Examples of use ......................................................................................... 1776.2.2. Characteristic properties of a gear mechanism with M = 1 and L = 3....... 180

6.3. Power transmission with rotative speed reduction under a constant ratio .......... 1836.3.1. Gear reducers with fixed axes.................................................................... 1846.3.2. Planetary reducers with two sun gears....................................................... 1886.3.3. Planetary reducers with a single sun gears ................................................ 196

6.4. Mechanical energy transmission without rotative speed modification ............... 2076.4.1. Functions of the mobile joints.................................................................... 2116.4.2. Types of mobile joints considering the shafts relative motions................. 211

6.4.3. Types of mobile joints considering the motion transmission uniformity .. 2126.4.4. Types of the mobile couplings considering their morphological features. 2156.4.5. On the functions and performances of the mobile joints ........................... 222

6.5. Propelling solutions in fluid mediums................................................................. 2246.5.1. Phylogenetic view by means of some representative examples ................ 2256.5.2. Conclusion ................................................................................................. 233

6.6. Bionic solutions and equivalent technical solutions............................................ 233

Appendices............................................................................................................................ 241APPENDIX A.1. Defining the main basic notions.......................................................243APPENDIX A.2. Efficiency modeling of the monomobile planetary unit ..................254

APPENDIX A.3. Modeling of the Vaucanson planetary reducer ................................258APPENDIX A.4. On the TRIZ method (theory of inventive problem

solving)............................................................................................268

References............................................................................................................................. 277


13/278

12

BAZADE

INFORMAŢII

Varianteconcep-

tuale

Structura funcţiei

globale

1. Identificarea funcţiei globale

a produsului

2.Detalierea funcţieiglobale

3. Generareavariantelorconceptuale

4. Evaluarea tehnico-

economică

Funcţia globală a

rodusuluiConceptul

produsului

Cerinţe+

Criterii de evaluare:

i = 100 ±±±± 1,5 %ηηηηmin = 0,5

Lista de

cerinţe(SDP)


14/278


15/278

14

Proprietăţile unui produs (artefact ) suntdescrise cu ajutorul caracteristicilor . Sedisting:

1) caracteristici de stare (exemple: gabarit,culoare, material, formă etc.),

2) caracteristici funcţionale (exemple:raport de transmitere, turaţie maximă,moment maxim, temperatură defuncţionare etc.) şi

3) caracteristici de relaţie cu mediul(exemple: preţ de cost, nivel acustic,locaţie etc.).

Comunicarea caracteristicilor poate firealizată: verbal , grafic şi/sau numeric .

Pe baza caracteristicilor, un produs poate fi

descris la diverse niveluri de abstractizare,adică de neglijare a unor caracteristiciconsiderate de importanţă secundară; pot fiobţinute astfel diferite modele aleprodusului, de la modelul concret până lamodelul de maximă abstractizare, în caresunt păstrate doar caracteristicileconsiderate strict esenţiale.

Performanţele unui produs, descrise prin„valorile“ caracteristicilor de maximăimportanţă, sunt direct dependente degradul de dezvoltare atins de societate, în

plan economic, tehnologic şi cultural.

Formularea problemelor (pe baza nevoilorsociale) şi rezolvarea acestora, cudezvoltarea în timp a soluţiilor, formeazăobiectul unei metadiscipline, relativ recentcristalizată, denumită designul produselorindustriale sau prescurtat: design industrial sau design de produs.

După Micul Dicţionar Enciclopedic (Ed. tiinţifică şi Enciclopedică, Bucureşti),prin design industrial sau design se

înţelege: activitatea de proiectare a produselor, care urmează a fi fabricate lascară industrială, în acord cu nevoilesocietăţii.

După DEX-S (Ed. Academiei, Bucureşti),designul se referă la un domeniumultidisciplinar interesat de ansamblulfactorilor (social-economici, ergonomici,tehnici, estetici etc.) care contribuie lacalitatea şi aspectul produsului de mareserie.

Product properties are described by meansof the characteristics. There arehighlighted:

1) state characteristics (e.g. overall size,color, material, form),

2) functional characteristics (e.g.transmission ratio, maximum speed,maximum torque, running temperature)and

3) characteristics of the relation with theenvironment (e.g. cost, acoustic level,location).

The characteristics can be communicated:verbal , graphic and/or numeric .

Based on its characteristics, a product can

be described at different levels ofabstraction, namely to neglect somecharacteristics of secondary importance;thus, there can be obtained different modelsof the product, from the concrete model tothe model of maximum abstraction, in whichthere are kept only the characteristics thatare considered essential, for the given data.

Product performances, described through the„values“ of the characteristics of maximumimportance, are directly dependent of thesociety degree of development, in the

economical, technological and cultural field.

Problems formulation (on the basis of thesocial needs) and their solving, with thesolutions' development in time, form theobject of a meta-discipline, crystallizedrelatively recent, called industrial productsdesign or abr.: industrial design or productdesign.

In the Small Encyclopedic Dictionary (Scientific and Encyclopedic PublishingHouse, Bucharest), industrial design ordesign is explained through: the activity ofdesigning products that will bemanufactured at industrial level, accordingto the society needs.

In DEX-S (Academy’s Publishing House,Bucharest), design is referring to amultidisciplinary field that is interested inthe factors assembly (social-economical,ergonomic, technical, aesthetic etc.), whichcontributes to the quality and aspect of theserialized product .


16/278

15

Spre deosebire de proiectarea tradiţională, în care stabilirea soluţiilor se realizeazăcvasi-empiric, designul industrial eliminăempirismul prin determinarea pe bazeştiinţifice a soluţiilor de proiectare şidezvoltare a produselor; acest deziderat se

realizează prin structurarea procesului deproiectare cu ajutorul unor noţiuni, algoritmişi metode care asigură obţinerea soluţieioptime, atât d.p.d.v. utilitar, cât şi estetic.Obţinerea soluţiei optime se realizează princorelarea sistematică şi eficienţă ainformaţiei din toate domeniile conexe,astfel încât produsul proiectat să constituie,

în condiţiile date, cel mai bun răspuns laexigenţele de natură utilitară, economică,estetică, de siguranţă etc.

Conform teoriei designului industrial,dezvoltată cu precădere de şcolilegermană, engleză şi americană, algoritmulgeneral de proiectare a unui produs poate fidivizat în patru faze relativ distincte [16]:

1) formularea problemei (din nevoia socialăidentificată), sub forma unei liste de obiective: cerinţe şi criterii de evaluaretehnico-economică; acesată fază maieste cunoscută şi ca “ planificarea şiclarificarea sarcinilor” ,

2) dezvoltarea soluţiilor conceptuale şistabilirea conceptului sau soluţiei de principiu a produsului; această fazăeste denumită “design conceptual” ,

3) elaborarea proiectului constructiv ,această fază este denumită “designconstructiv” ,

4) detalierea proiectului constructiv şielaborarea documentaţiei produsului ,formată din documente cu referire la:fabricaţie, asamblare, testare, desfacere,

utilizare, întreţinere şi reparaţie,refolosire, reciclare şi de scoatere din uza produsului; această fază este denumită“design de detaliu” .

Monitorizarea tendinţelor şi schimbărilor,care intervin în timpul unui ciclu de viaţă alprodusului, permit dezvoltarea produsului,prin reluarea ciclului la momentul oportun.

Unlike the traditional design, in which thesolutions are established quasi-empirically,the industrial design eliminates theempiricism by establishing scientifically thesolutions for the products design anddevelopment; this desideratum is obtained

through the design process structuring bymeans of notions, algorithms and methodsthat allows obtaining the optimum solution,both utilitarian and aesthetical. Theoptimum solution is obtained by a systemicand efficient correlation of the informationfrom all the connected fields, so that thedesigned product to represent, in givenconditions, the best answer to therequirements of utilitarian, economical,aesthetical, safety nature.

According to the industrial design theory,developed mainly by the German, Englishand American schools, the general designalgorithm of a product can be divided intofour phases, relatively distinct [16]:

1) problem formulation (from the identifiedsocial need), in the form of a list of objectives: requirements and criteriaof technical – economical evaluation;this phase, known as “ planning andclarifying the task” ,

2) development of the product conceptualsolutions and establishment of the productconcept or principle solution; this phaseis denominated “conceptual design” ,

3) elaboration of the layout ; this phase isknown as “embodiment design” ,

4) the layout detailing and elaboration ofthe product documentation, consistingof documents referring to the product:manufacture, assemblage, testing, sale,

use, maintenance and reparation, reuse,recycling and disuse; this phase isknown as “detail design” .

The audit of trends and changes thatinterfere in the product life cycle allows theproduct development, by resuming the cyclein the opportune moment.


17/278

16

În concluzie, procesul de design industrial ,definit ca activitate destinată creaţiei şi dezvoltării de produse optime, are ca rezultatfinal documentaţia de produs. Elaborareaacesteia este precedată de obţinerea a treirezultate-cheie intermediare:

a) Lista de cerinţe, ca rezultat al fazei deproiectare nr. 1),

b) Soluţia de principiu sau soluţia-concept a produsului, ca rezultat al fazei deproiectare nr. 2), şi

c) Proiectul definitiv al produsului , carezultat al fazei de proiectare nr. 3).

Faza secundă a algoritmului de proiectareprezentat formează obiectul unei discipline

de graniţă, relativ recent cristalizată,intitulată design conceptual; aceastătitulatură provine din scopul urmărit, adicădin soluţia concept (sau, în formulare mairecentă, soluţia de principiu a produsului).

Deoarece operează cu substructurispecifice unor discipline foarte diferite,designul conceptual are ca obiectiv centralcrearea unei structuri metodologice(alcătuită din noţiuni, metode şi algoritmi)destinată să asigure găsirea celui mai bun

concept de produs (în condiţiile date), prinrealizarea unui management eficient alinformaţiilor culese din ştiinţă, tehnologie,economie, piaţă, cultură, legislaţie, politicăetc.

Principalele cuvinte-cheie, specifice acesteidiscipline, se referă la noţiunile de: cerinţă,criteriu de evaluare tehnico-economică,materie, energie, informaţie, funcţie,subfuncţie, structură de subfuncţii, efect(principiu) fizic, purtător de efecte, principiude rezolvare, matrice morfologică (pentrucompunerea combinatorie a soluţiilorparţiale), variantă de rezolvare, variantăconceptuală, soluţie de principiu (concept)etc.

Din diversele abordări ale designuluiconceptual apărute pe plan mondial, înaceastă lucrare s-a preferat folosirea, cuprecădere, a formalismului dezvoltat deşcoala germană [7, 8, 9, 11, 12, 16, 20], acărei prioritate în domeniu, pe plan mondial,este unanim recunoscută.

In conclusion, the industrial design process,defined as an activity dedicated to thecreation and development of optimalproducts, has as the final result – theproduct documentation. The obtaining ofthree intermediate key-results precedes its

elaboration:a) The requirements list , as the result of

the design phase no. 1),

b) The product principle solution orconcept-solution, as the result of thedesign phase no. 2), and

c) The product definitive layout , as theresult of the design phase no. 3).

The second phase of the presented designalgorithm forms the object of a boundary

discipline, crystallized relatively recent,called conceptual design; this entitlingproceeds from the traced goal, that is fromthe concept solution (or, in a more recentformulation, principle solution of the product).

Because operates with specificsubstructures of different disciplines, theconceptual design has as central objectivethe development of a methodologicalstructure (consisting of notions, methodsand algorithms) that is meant to ensure the

best product concept (in given conditions),by making an efficient management of theinformation gathered from science,technology, economy, market, culture,legislation, politics etc.

The main keywords, that are specific to thisdiscipline, are referring to notions of:requirement, technical-economicalevaluation criterion, material, energy,information, function, sub-function, structureof sub-functions, physical effect (principle),effects carrier, solving principle,morphological matrix (for the combinatorycomposition of the partial solutions), solvingvariant, solving structure, principle solution(concept) etc.

Among the different international approachesof the conceptual design, in this book it waspreferred the use of the formalism developedby the German school [7, 8, 9, 11, 12, 16,20], whose priority in this field, on aninternational scale, is recognizedunanimously.


18/278

17

2. NOŢIUNI DE BAZĂ UTILIZATE ÎN DESIGNUL CONCEPTUAL ALPRODUSELOR

Pe baza unor exemple de produse relativsimple, în continuare se efectuează analizaconceptuală a acestora, adică se stabilescproprietăţile semnificative ale fiecăruiprodus, din punctul de vedere al designuluiconceptual . Se creează astfel un cadruintuitiv pentru introducerea, definirea şiinterpretarea noţiunilor primare cu caredesignul conceptual operează uzual.

Sunt considerate, ca exemple de analiză,produse de largă utilizare:

1) o râşniţă electrică de cafea (fig. 2.2,a),

2) o maşină electrică de spălat rufe (fig. 2.3,a),

3) o maşină electrică de stors rufe (fig. 2.4,a) şi

4) un cric de autoturism (fig. 2.5,a).

Fiecare etapă de analiză este urmată deprecizări privind definirea şi interpretareanoţiunilor utilizate.

2.1. FUNCŢIA GLOBALĂ A UNUIPRODUS; FLUXURILE I

SUBFUNCŢIILE FUNCŢIEIGLOBALE

Identificarea funcţiei globale, pentru unprodus dat, presupune identificareaentităţilor de intrare, a entităţilor de ieşire şia corelaţiilor realizate de produs întreacestea. În continuare, se identifică acesteaspecte, în formă simplificată, pentru celepatru exemple considerate mai sus.

În cazul râşniţei electrice de cafea, pe baza

tab. 2.1 (stânga) şi a fig. 2.1, se potidentifica următoarele entităţi:

a) entităţi de intrare:

-de tip material : boabe prăjite de cafea;

-de tip energetic : energie electrică;

-de tip informaţional : a) date privindvolumul de cafea-boabe care poate fiintrodus şi granulaţia de măcinare dorită;b) date şi instrucţiuni cu referire la punerea

în funcţiune; c) semnalul de pornire (toate

aceste date sunt procesate de operatoruluman);

2. BASIC CONCEPTS USED INPRODUCTS’ CONCEPTUALDESIGN

The conceptual analysis is further presented,based on some examples of relatively simpleproducts; namely there are established therelevant properties for each product fromthe conceptual design point of view. Thus, itis created an intuitive frame for theintroduction, definition and interpretation ofthe primary notions with which theconceptual design usually operates.

Products of large use are considered asexamples of analysis:

1) an electric coffee mill (Fig. 2.2,a),

2) an electric washing machine (Fig. 2.3,a),

3) an electric wring machine (Fig. 2.4,a) and

4) a car jack (Fig. 2.5,a).

Each analysis step is followed byspecifications regarding the definition andinterpretation of the used concepts.

2.1 THE OVERALL FUNCTION OF APRODUCT; THE FLOWS AND THE

SUBFUNCTIONS OF THE OVERALLFUNCTION

The identification of the overall function for agiven product assumes the identification ofthe input entities, of the output entities and ofthe correlations between them, which aredue to the product. Further on, there areidentified these aspects, in a simplified form,for the four previously presented examples.

For the electrical coffee mill, the following

entities can be identified, based on Table2.1 (left) and on Fig. 2.3:

a) input entities:

-of material type: roasted coffee beans;

-of energetic type: the electrical energy;

- of informational type: a) data concerningthe volume of coffee beans that can beintroduced and the requested millinggranulation; b) data and instructions referringto its putting into service; c) the starting

signal (all these data are processed by thecontrol system of the human operator);


19/278

18

b) entităţi de ieşire :

-de tip material : cafea măcinată;

-de tip energetic : căldură, zgomot şienergie musculară (pentru echilibrareamomentului-motor);

-de tip informaţional : granulaţia cafeleiobţinută prin măcinare.

O cutie neagră (black box), cu intrările şiieşirile precizate mai sus (fig. 2.1,a),exprimă grafic funcţia globală a produsuluiconsiderat; exprimată în cuvinte, aceastăfuncţie poate fi formulată succint astfel:râşniţa reduce mecanic granulaţia unuimaterial de tip granular (cafeaua-boabe), cuajutorul energiei electrice şi a unui sistemde control uman.

În funcţie de natura entităţilor cu care

operează, cutia neagră din fig. 2.1,a poate fidescompusă în trei cutii negre distincte(fig. 2.1,b). Pe de o parte, aceste cutii negre

b) output entities:

-of material type: milled coffee;

-of energetic type: heat, noise andmuscular energy (for the motor torqueequilibration);

-of informational type: the granulation ofthe coffee, which is obtained by milling.

A black box, with the previously specifiedinputs and outputs (Fig.2.1,a), expressesgraphically the overall function of theconsidered product; succinct, this functioncan be formulated as follows: the millreduces mechanically the granulation of amaterial of a granular type (coffee beans),by using electric energy and a humancontrol system.

In terms of the operational entities’ nature,

the black box from Fig. 2.1,a can bedecomposed into three distinct black boxes(Fig. 2.1,b). On one side, these black boxes

Funcţiaglobală

Overall function

M M

E E*

I I

Intrare Input

IeşireOutput

FM

FE

FI

M M

E E

*

I

I*

β

γ

α

a b

Fig. 2.1,a. Funcţia globală a unui produs: (M,E,I)/(M*,E*,I*) = notaţiile entităţilor de intrare(M = material, E = energie, I = informaţie) şi respectiv de ieşire. b. Structura de funcţii, de ordinul1M+1E+1I, derivată din funcţia globală prin detaliere (descompunere): FM, FE, FI = subfuncţialobală corespunzătoare fluxului de material , – de energie şi respectiv – de informaţie; α = comenzi deornire/oprire, β = conectare/deconectare material-energie, γ = variaţii ale unor mărimi de stare:ranulaţie (pentru râşniţă), culoarea apei (pentru maşina de spălat), debitul de apă scursă (pentru

maşina de stors), înălţimea de ridicare (pentru cric).

Fig. 2.1,a. The overall function of the product: (M,E,I)/(M*,E*,I*) = the notations of the inputand output entities (M = material, E = energy, I = information). b. The structure (of the overallunction) of 1M – 1E – 1I order, derived from the overall function by detailing : FM, FE, FI = the

notations of the overall subfunction of the material flow, - energy flow and information flow

respectively; α = start/stop, β = material-energy connection/disconnection, γ = granulation (for thecoffee mill), water’s colour (for the washing machine), the flow of the water (for the wring machine),the lifting height (for the lifting jack).


20/278

19

pun în evidenţă cele trei fluxuri aferentefuncţiei globale:1) un flux de material (reprezentat cu liniegroasă),2) un flux de energie (reprezentat cu linie

subţire) şi3) un flux de informaţie (reprezentat cu linie

întreruptă).

Pe de altă parte, fiecare cutie neagră dinfig. 2.1,b desemnează câte o sub-funcţieglobală distinctă:

1) subfuncţia desemnată de prima cutieneagră (FM ): reducerea granulaţiei materialului (intră cafea boabe şi energiemecanică şi iese cafea măcinată);

2) subfuncţia descrisă de cutia secundă(FE ): transformarea energiei electrice înenergie mecanică (intră energie electrică,semnale de conectare şi de deconectare aacesteia şi iese energie mecanică de rotaţie

însoţită de zgomot, căldură etc.);

3) subfuncţia desemnată de cutia terţă (FI ):convertirea datelor de intrare (privindpregătirea punerii în funcţiune, granulaţiacurentă şi granulaţia dorită etc.) în semnalede pornire/oprire şi în date de ieşire,

referitoare la granulaţia realizată, volumulde cafea măcinată etc. (date înregistratevizual în memoria operatorului uman).

Pentru funcţia globală a acestui produs(fig. 2.1), fluxul de material constituie fluxul principal , iar fluxurile de energie şi deinformaţie constituie fluxuri secundare;implicit, subfuncţia FM devine subfuncţie principală, iar subfuncţiile FE şi FI devinsubfuncţii secundare.

În mod analog se identifică entităţile deintrare şi de ieşire, funcţiile globale, fluxurileşi subfuncţiile globale pentru celelalteexemple de produse. Rezultatele obţinutesunt prezentate succint în tabelele 2.1 şi 2.2,coroborate cu fig. 2.1.

Analiza comparativă, a acestor exemple,evidenţiază următoarele două particularităţi:

1°. În toate aceste cazuri, fluxul de materialeste flux principal şi, ca urmare, subfuncţia

globală aferentă FM (fig. 2.1,b) devinesubfuncţie principală;

highlight the three flows that are afferent tothe overall function:1) a material flow (represented with a thick

line),2) an energy flow (represented with a thin

line) and3) an information flow (represented with a

dashed line).

On the other side, each black box fromFig. 2.1,b designates a distinct overall sub-function:

1) the subfunction designated by the firstblack box (FM ): the mechanical reduction ofthe material granulation (coffee beans andmechanical energy go in and milled coffeegoes out);

2) the subfunction described by the secondbox (FE ): the transformation of electricalenergy into mechanical energy (electricalenergy, connecting and disconnectingsignals go in and rotational mechanicalenergy, heat, noise etc. go out);

3) the subfunction designated by the third box(FI ): the conversion of the input data(regarding the preparation of putting intoservice, the requested granulation and thecurrent granulation etc.) into starting/stoppingsignals and into output data, regarding theobtained granulation, the volume of milledcoffee etc. (data that are visually recorded inthe human operator memory).

For the overall function of this product(Fig. 2.1), the material flow represents themain flow , while the energy and theinformation flows are secondary flows;implicitly, the subfunction FM becomes themain subfunction, while the subfunctions FEand FI become secondary subfunctions.

Analogous, there can be identified the inputand output entities, the overall functions, theflows and the overall subfunctions for theother examples of products. The results arepresented in Tables 2.1 and 2.2,corroborated with Fig. 2.1.

The comparative analysis of these exampleshighlights the following two specific features:

1°. In all these cases, the material flow isthe main flow and, therefore, the afferent

overall subfunction FM (Fig. 2.1,b) becomesthe main subfunction;


21/278

20

Tab 2.1. Entităţile de intrare şi ieşire ale produselor de tip:râşniţă de cafea şi maşină de spălat (variante simplificate)

ProdusulEntităţi RÂŞNIŢĂ ELECTRICĂ DE

CAFEAMAŞINĂ ELECTRICĂ DE

SPĂLAT

M Boabe prăjite de cafea Rufemurdare+apă+detergent

E Energie electrică

I N T R A R E

I

Control uman: date privind mărimile de stare ale materialelorla intrare şi mărimile de stare dorite la ieşire; date şi

instrucţiuni referitoare la punerea în funcţiune, semnal de pornire

M* Cafea măcinată la granulaţia

impusă

Rufe curate ude; amestec de

apă, detergent şi murdărie

Căldură şi zgomotE*

Energie musculară pentru

echilibrarea carcasei

Energie potenţială a bazei

pentru echilibrarea carcasei

maşinii I E Ş I R E

I* Date privind mărimile de stare ale materialelor rezultate la

ieşire (înregistrate în memoria operatorului uman)

otaţii: M, M*= material ; E, E*= energie; I, I*= informaţie.

Tab 2.2. Entităţile de intrare şi ieşire ale produselor de tip: storcător de rufe şi cric de autoturism (variante simplificate)

ProdusulEntităţi STORCĂTOR ELECTRIC

DE RUFECRIC DE AUTOTURISM

M Rufe ude Şasiu de autoturismE Energie electrică Energie musculară

I N T R A R E

I

Control uman: date privind mărimile de stare ale materialelorla intrare şi mărimile de stare dorite la ieşire; date şi

instrucţiuni referitoare la punerea în funcţiune,

semnal de pornireM* Rufe stoarse; apă evacuată

Şasiu ridicat la înălţimea

necesară

E* Căldură, zgomot, energie

potenţială a bazei pentru

echilibrarea carcasei

Căldură, energie potenţială a

bazei pentru echilibrarea

cricului I E Ş I R E

I* Date privind mărimile de stare ale materialelor de ieşire

(înregistrate în memoria operatorului uman)

otaţii: M, M*= material ; E, E*= energie; I, I*= informaţie.


22/278

21

Tab. 2.1 The input and output entities for the products of the following types:coffee mill and washing machine (simplified variants)

PRODUCT:Entities

ELECTRIC COFFEE MILLELECTRIC WASHING

MACHINE

M Roasted coffee beansDirty laundry + water +

detergent

E Electric energy

I N P U T

I

Human control: data regarding the state parameters of the inputmaterials and the state parameters that are wished at the

output; data and instructions regarding the putting into service, starting signal

M* Milled coffee at the imposed

granulation

Wet clean laundry; mixture

of water, detergent and dirt

Heat and noiseE*

Muscular energy for the

casing equilibration

The base potential energy for

the equilibration of the

machine casing O U T P U T

I* Data regarding the state parameters of the output materials

(recorded in the human operator memory)

otations: M, M*= material ; E, E*= energy; I, I*= information.

Tab. 2.2 The input and output entities of the products of following types:wring machine and car lifting jack (simplified variants)

PRODUCT:Entities ELECTRIC WRING

MACHINECAR LIFTING JACK

M Wet laundry Car undercarriageE Electric energy Muscular energy

I N P U T

I

Human control: data regarding the state parameters of the inputmaterials and the state parameters that are wished at the

output; data and instructions regarding the putting into service, starting signal

M* Wrung out laundry;

evacuated water

The undercarriage lifted at

the necessary height

E* Heat, noise, base potential

energy for the casing

equilibration

Heat, base potential energy

for the lifting jack

equilibration

O U T P U T

I* Data regarding the state parameters of the output materials

(recorded in the human operator memory)

otations: M, M

*

= material ; E, E

*

= energy; I, I

*

= information.


23/278

22

2°. Deşi toate operează cu materiale,subfuncţiile principale din cele patruexemple sunt complet diferite între ele;astfel (v. tab.2.1 şi 2.2 şi fig.2.1):

a) subfuncţia din primul exemplu (tab. 2.1)

se referă la reducerea mecanică agranulaţiei unui material (cafea);

b) în cazul exemplului secund (tab. 2.1),subfuncţia principală se referă la separareamecanico – chimică a unui amestec de maimulte materiale (rufe murdare + apă +detergent) în două grupe distincte (rufe curateude şi separat apă murdară + detergent);

c) în cel de-al treilea exemplu (tab. 2.2),subfuncţia principală se referă la separareamecanică a unui amestec de douămateriale (rufe ude) în cele douăcomponente (rufe şi separat apă);

d) în ultimul exemplu (tab. 2.2), subfuncţiaprincipală se referă la deplasarea unui corpmaterial (ridicarea şasiului unui autoturism),dintr-o poziţie iniţială dată într-o poziţienecesară.

2.1* Definiţii şi semnificaţii ale noţiunilorutilizate:

1°. Produs tehnic : sistem deschis creat deom, în care sunt convertite materiale,energie şi/sau informaţie, pentrusatisfacerea unei nevoi sociale.

Proprietăţi:

- Orice produs este dependent de contextultehnic, economic şi cultural în care esterealizat; modificările de context pot conducela apariţia, dezvoltarea, înlocuirea şi/saudispariţia produsului.

- Viaţa unui produs cuprinde următoarelefaze principale: a) planificare, b) studiupreliminar, c ) dezvoltare, d ) fabricare,e) punere în funcţiune, f ) exploatare şig ) înlocuire.

- Realizarea şi desfacerea oricărui produsurmăreşte obţinerea de profit .

- Nevoile (cerinţele) şi condiţiile, caredetermină apariţia şi/sau dezvoltarea unuiprodus, sunt modelate cu ajutorul listei decerinţe, denumită şi Specificaţii de Design

ale Produsului ( SDP ).

2°. Even if all of them operate with materials,the main subfunctions from the four examplesare completely different from each other; thus,(see Tab. 2.1 and 2.2 and Fig. 2.1):

a) the subfunction from the first example

(Tab. 2.1) reduces mechanically thematerial (coffee) granulation;

b) in the case of the second example(Tab. 2.1), the main subfunction separatesmechanically and chemically a mixture ofmaterials (dirty laundry + water + detergent)into two distinct groups (wet clean laundryand separately, dirty water + detergent);

c) for the third example (Tab. 2.2), the mainsubfunction separates mechanically amixture of two materials (wet laundry) intothe two components (laundry and,separately, water);

d) for the last example (Tab. 2.2), the mainsubfunction is referring to the displacementof a body (lifts the undercarriage), from thegiven initial position to a necessary position.

2.1* Definitions and meanings of theused notions

1°. Technical product : an open system,made by human being, in which there areconverted materials, energy and/orinformation, in order to satisfy a social need.

Properties:

-Any product depends on the technical,economical and cultural context in which itis made; the context changes can lead tothe appearance, development, replacementand/or disappearance of the product.

- The product life contains the followingmain phases: a) planning, b) preliminarystudy, c ) development, d ) manufacturing,e) putting into service, f ) operation andg ) replacement.

- The aim of any product development andmanufacturing is to obtain profit .

- The needs (requirements) and conditionsthat cause the appearance and/ordevelopment of a product are modeledusing a requirements list , denominated also

as Product Design Specifications (PDS ).


24/278

23

2°. Specificaţiile de design ale produsului cuprind:

a) Nevoile şi dorinţele clienţilor convertite în condiţii tehnice, estetice şieconomice;

b) Restricţii concurenţiale, sociale,ecologice şi organizatorice;

c) Date privind posibilităţile de desfacere şivolumul de fabricaţie;

d) Date referitoare la mijloacele şiresursele tehnico-economice interne şiexterne;

e) Condiţii referitoare la politica şiorientările firmei etc.

SDP este un document dinamic, în care sereflectă orice modificare din ciclul de viaţă alprodusului.

3°. Funcţia unui produs: corelaţia sauansamblul de corelaţii dintre mărimile destare ale entităţilor de ieşire şi mărimile destare ale entităţilor de intrare.

Proprietăţi:

- Pentru a sesiza uşor corelaţia ierarhică a unei funcţii , faţă de alte funcţii, sefolosesc noţiunile derivate de: funcţie

globală, subfuncţie globală şisubfuncţie.Aceeaşi funcţie poate fi îndeplinită demai multe produse diferite între ele (deexemplu: deplasarea verticală a unuimaterial poate fi realizată cu diverseproduse: cric mecanic, cilindru hidraulictelescopic, lift, macara etc.).

- În raport cu entităţile cu care operează, într-o funcţie globală pot să intervină: unflux de material , un flux de energie şi/sauun flux de informaţie.

- Fiecare flux poate fi caracterizat, iniţial,printr-o funcţie unică, denumităsubfuncţia globală a fluxului ; ca urmare,funcţia globală a unui produs poate fidivizată, iniţial , într-un număr desubfuncţii (globale) egal cu numărulfluxurilor sale.

- În raport cu destinaţia produsului, unuldintre fluxurile acestuia este flux principal ,iar celelalte sunt secundare; implicit,subfuncţia globală aferentă fluxuluiprincipal devine subfuncţie principală, iarcelelalte devin subfuncţii secundare.

2°. Product design specifications contain:

a) The needs and wishes of the clients,converted into technical , aesthetical andeconomical conditions;

b) Concurrent, social, ecological andorganizational restrictions;

c) Data regarding the sale possibilities andthe manufacturing volume;

d) Data regarding the technical-economicalinternal and external means andresources;

e) The conditions regarding the companypolicy and orientations etc.

PDS is a dynamic document in which thereare reflected any changes in the product life

cycle.

3°. Product function: the correlation or theassembly of correlations between the stateparameters of the output entities and thestate parameters of the input entities.

Properties:

- In order to approach easily thehierarchical correlation of a functionagainst other functions, the followingderived notions are used: overall function,overall subfunction and subfunction.The same function can be fulfilled by moreproducts, different from each other (forinstance: the vertical displacement of amaterial can be obtained with differentproducts: mechanical lifting jack, hydraulictelescopic cylinder, elevator, crane, etc.).

- In terms of the entities with which it isworking, in an overall function caninterfere: a material flow, an energy flowand/or an informational flow .

- Each flow can be initially characterized bya unique function, known as the flowoverall subfunction; therefore, the overallfunction of a product can be initially dividedinto a number of (overall) subfunctionsequal to the number of its flows.

- In terms of the product destination, oneof its flows is the main flow, while theothers are secondary ; implicitly, theoverall subfunction that corresponds tothe main flow becomes the mainsubfunction and the others becomesecondary subfunctions.


25/278

24

TEMA DE CASĂ 2.1: Se considerăurmătoarele produse: 1) motor electric,2) aspirator, 3) frigider, 4) maşină de şlefuitvibratoare, 5) ascensor, 6) sonerie electrică,7) cântar de bucătărie, 8) cutie de viteze,9) fierăstrău pendular, 10) moto-reductor.

Se cere să se identifice entităţile de intrare şide ieşire, să se reprezinte grafic şi să seformuleze funcţia globală pentru fiecare dintreaceste produse; se cere apoi să se reprezintegrafic fluxurile şi subfuncţiile globale aferente.

2.2. STRUCTURA UNUI PRODUS ISTRUCTURA FUNCŢIEI GLOBALE A

PRODUSULUI

Prin identificarea fluxurilor, efectuată înfig. 2.1,b, s-a iniţiat procesul dedezasamblare (detaliere) a funcţiei globale.La început s-a considerat că (sub)funcţiile,care intervin într-un flux, sunt înglobate

într-o (sub)funcţie unică denumităsubfuncţia globală a fluxului considerat.

În acest fel, fiecare funcţie globală,identificată în subcap. 2.1 (v. fig. 2.1,a), a

devenit un sistem deschis (v. fig. 2.1,b),format din k = 3 subfuncţii globale (k fiindnumărul de fluxuri din funcţia globală).

Un astfel de sistem este denumit, încontinuare, structură a funcţiei globale sau,prescurtat, structură de funcţii .

Având cel mai redus grad de detaliere(fiecare flux conţine o singură funcţie), oastfel de structură este numită, maicomplet, structură de funcţii de ordinul1M+1E+1I (adică dispune de: o funcţie în

fluxul de Material + o funcţie în fluxul deEnergie + o funcţie în fluxul de Informaţie).

În procesul analizei (când produsul estecunoscut ), structura de funcţii se află într-ocorespondenţă biunivocă cu structura produsului ; aceasta înseamnă că fiecăreisubfuncţii (din funcţia globală) îi corespundeun anumit modul din componenţa produsuluişi reciproc. Aşa de exemplu, râşniţa electricăde cafea, ilustrată simplificat în fig. 2.2,a, are

în structura sa următoarele module

(subsisteme):

HOMEWORK 2.1: There are consideredthe following products: 1) an electricalmotor, 2) an aspirator (cleaner), 3) a fridge,4) a jolting sanding machine, 5) an elevator,6) an electric bell, 7) a kitchen scale, 8) agear box, 9) a circular saw, 10) a motorspeed reducerIt is requested to identify the input andoutput entities, to plot and formulate theoverall function for each of the products;then, it is requested to plot the flows and thecorresponding overall sub-functions.

2.2 PRODUCT STRUCTURE AND THESTRUCTURE OF THE OVERALL

FUNCTION

The disassembling process (detailing) of theoverall function was initiated by theidentification of the flows, presented in Figure2.1,b. First, it was considered that the(sub)functions which interfere in a flow areincluded in a unique (sub)function, called theoverall subfunction of the considered flow.

Thus, each overall function, which wasidentified in §2.1 (see Fig. 2.1,a), becomes

an open system (see Fig. 2.1,b), made ofk = 3 overall subfunctions (k being thenumber of flows from the overall function).

Further on, this kind of system is calledstructure of the overall function or, abridged,structure of functions.

Having the most reduced detailing degree(each flow contains only one function), thiskind of structure is called, more complete,structure of functions of 1M+1E+1I order (meaning that it disposes of: one function in

the Material flow + one function in the Energyflow + one function in the Information flow).

In the analysis process (when the product isknown), the structure of functions is in abiunique correspondence with the productstructure; this means that, for each sub-function from the overall function,corresponds a certain subassembly ormodule from the product structure, andreciprocally. Thus, for instance, the electriccoffee mill from Fig. 2.2,a, contains in its

structure the following modules(subassemblies):


26/278

25

- modulul care îndeplineşte subfuncţiaglobală FM (fig. 2.1,b) conţine (fig. 2.2,a):cuva metalică (în care se pun boabele decafea), capacul de închidere, cuţitulrotativ şi carcasa;

- motorul electric, întrerupătorul, cablul deconexiune la reţea şi carcasa (fig.2.2,a), lacare se adaugă (în timpul funcţionării) şimâinile operatorului, alcătuiesc modululcare îndeplineşte subfuncţia globală FE ;

- modulul de control, constituit deoperatorul uman, asigură îndeplinireasubfuncţiei FI ; deşi nu este o parteintrinsecă a produsului, acest modul

însoţeşte întotdeauna produsul în timpulfuncţionării sale.

Fiecare modul din componenţa produsuluiconstituie o soluţie constructivă pentrusubfuncţia pe care o îndeplineşte; dacă seface abstracţie de atributele constructive(prin simplificare şi reducere la aspectele deprincipiu, ca în reprezentarea din fig. 2.2,a),soluţia constructivă devine soluţie-concept sau soluţie de principiu a (sub)funcţieiconsiderate.

În designul conceptual, problemele deanaliză ocupă, de regulă, poziţii secundare,poziţiile principale revenind, cu precădere,

problemelor de sinteză. În procesul sintezei (când produsul estenecunoscut ), orice subfuncţie, din funcţiaglobală, poate fi îndeplinită de una sau demai multe „soluţii -concept potenţiale“, carepot fi total diferite între ele.

Agregarea acestor subsoluţii potenţiale, înconformitate cu structura de funcţii, conduce(pe baza unor prelucrări intermediare) la oclasă de soluţii potenţiale ale produsului căutat, numite variante conceptuale (saustructuri de lucru); dintre acestea pot fidecelate apoi, pe baza unor criterii tehnico-economice specifice, una sau câteva soluţiioptime, denumite soluţii-concept (concepte)sau soluţii de principiu ale produsului.

Prin urmare, conceptul unui produsdesemnează obiectul-scop pentru designulconceptual şi, implicit, obiectul-start pentrudesignul constructiv.

În concluzie, reprezentările principiale dinfig. 2.2,a, 2.3,a, 2.4,a şi 2.5,a sunt, de fapt,soluţii de principiu ale produselor analizate.

- the module that fulfils the overall sub-function FM (Fig. 2.1,b) contains(Fig. 2.2,a): the metallic pan (in whichthere are put the coffee beans), the closingcover, the rotational knife and the casing;

- the electric motor, the switch, theconnecting cable, the casing (Fig. 2.2,a)and the operator hands (when heoperates) form the module that fulfils theoverall subfunction FE ;

- the control module, made of the humanoperator, ensures the performance ofsubfunction FI ; although this module isnot an intrinsic part of the product, italways accompanies the product whileoperating.

Each module from the product structurerepresents a constructive solution for thesubfunction accomplished by it; if there arenot considered the constructive attributes(by simplification and reduction to theprinciple aspects, like in the representationfrom Fig. 2.2,a), the constructive solutionbecomes the concept-solution or principlesolution of the considered (sub)function.

As a rule, in the conceptual design, theanalysis problems represent secondaryproblems, the main positions being

occupied by the synthesis problems.In the synthesis process (when the productis unknown), any subfunction from theoverall function can be fulfilled by one ormore „ potential concept-solutions“, whichcan be totally different from each other.

Usually, by connecting these potential sub-solutions, according to the structure offunctions, it is obtained a class of potentialsolutions of the searched product, calledconceptual variants (or working structures);

then, using specific technical and economicrestrictions, there can be detected amongthem, one or more optimal solutions, calledthe product concept-solutions or principlesolutions.

Thus, the product concept designates thegoal -object for the conceptual design and,implicitly, the start -object for theembodiment design.

In conclusion, the representations fromFig. 2.2,a, 2.3,a, 2.4,a and 2.5,a are in fact principle solutions of the analyzed products.


27/278

26

Fig. 2.2,a. Râşniţă electrică de cafea( soluţie de principiu): 1 - cuvă metalică, 2 - cuţitrotativ, 3 - capac transparent, 3a - buton (montat încapac) pentru pornirea motorului, 4 - rotorulmotorului, 5 - statorul motorului, 5a - tijaîntrerupătorului electric, 5b - resort care menţineîntrerupătorul electric normal deschis, 5c - perii

pentru alimentarea rotorului prin colector, 6 - cablude alimentare de la reţea, 7 - boabe de cafea.

Fig. 2.2,b. Structura de funcţii, de ordinul 3M+4E+4I, derivată din structura de ordinul 1M+1E+1I(fig. 2.1,b), prin detalierea (sub)funcţiilor globale FM, FE şi FI pe baza schemei din fig. 2.2,a.

Fig. 2.2,c. Reprezentarea simbolică a structurii de funcţii din fig. 2.2,b, pe baza simbolizăriiVDI [20].

1

2

3

3a

4

5

5c

6

5a

5b

7

M*

FE3

I*

M

E

I

E*

Cafea

boabe

Cafea

măcinată

Energieelectrică

Căldură, zgomot,energie potenţială

musculară

Sistem decontrol uman

Granulaţia

cafelei

FM1 FM2 FM3

FE1 FE2 FE4

FI2

FI1 FI3 FI4

FM2 FM3M*

FE4 FE1 FE3

FI2

FI1 FI5

FI4 I*

M

E

I

E* FE2

Cafeaboabe

Cafeamăcinată

Energieelectrică

Sistem decontrol uman

Granulaţiacafelei

Căldură, zgomot,energie potenţialămusculară

FM1


28/278

27

1

2

3

3a

4

5

5c

6

5a

5b

7

M*

FE3

I*

M

E

I

E*

Coffee

grains

Milled

coffee

Electricalenergy

Heat, noise, potentialmuscular energy

Human control system Coffee

granulation

FM1 FM2 FM3

FE1 FE2 FE4

FI2

FI1 FI3 FI4

Fig. 2.2,b. Function structure of order 3M-4E-4I, derived from the structure of the order 1M-1E-1I (Fig. 2.1,b) by detailing of the overall (sub)functions FM, FE and FI (based on the schemefrom the Fig. 2.2,a).

FM2 FM3M*

FE4 FE1 FE3

FI2

FI1

FI5 FI4

I*

M

E

I

E* FE2

Coffee grains

Milledcoffee

Electricalenergy

Human control system

Coffee granulation

Heat, noise, potential

muscular energy

FM1

Fig. 2.2,c. Symbolic representation of the function structure from the Fig. 2.2,b (based on the VDIsymbolization [20]).

Fig. 2.2,a. Coffee mill ( principle solution):1 - metallic pot, 2 - rotating knife, 3 - transparent cover,3rd - button (mounted in the cover) to start the engine,4 - rotor, 5 - stator 5th - electrical switch rod, 5b - spring

which keeps normally open the electric switch,5c - brushes for supplying the rotor through thecollector, 6 - main cable, 7 - coffee beans.


29/278

28

2.3. DETALIEREA UNEI FUNCŢII;PRINCIPII DE REZOLVARE IVARIANTE CONCEPTUALE

Conform subcap. 2.2, în sinteza conceptului

unui produs (necunoscut), cea mai delicatăetapă este stabilirea „soluţiilor -concept potenţiale“, pentru fiecare subfuncţie dinstructura funcţiei globale; în cazul uneisubfuncţii simple, aceste soluţii suntdenumite principii de rezolvare (sau principiide lucru) ale (sub)funcţiilor considerate.

În stabilirea principiilor de rezolvare ale(sub)funcţiilor , o importantă simplificare seobţine prin detalierea structurii de funcţii:subfuncţia globală a fiecărui flux

(v. fig.2.1,b) se descompune în (sub)funcţiimai simple.

În cazul produselor complexe, se detaliazămai întâi structura de funcţii până la unordin convenabil, după care se izoleazăfiecare subfuncţie componentă şi sedetaliază, mai departe, separat; evident,fiecare (sub)funcţie izolată va desemna unprodus distinct, de complexitate mai redusă.

În cazul produselor mai puţin complexe,descompunerea poate continua până când

subfuncţiile componente devin:- fie funcţii simple (a căror descompunere

nu mai este posibilă),

- fie funcţii ale căror structuri de rezolvaresunt deja cunoscute.

Astfel, în cazul râşniţei de cafea (fig. 2.2,a),prin detaliere după procedeul de mai sus,structura de funcţii de ordinul 1M+1E+1I (fig. 2.1,b) trece în structura de funcţii dinfig. 2.2,b; în conformitate cu fig. 2.2,b,subfuncţiile globale ale fluxurilor din fig. 2.1,bse detaliază astfel:

1) Subfuncţia globală FM , a fluxului dematerial (fig. 2.1,b), devine o (sub)structurăde funcţii formată din următoarele(sub)funcţii (v. fig. 2.2,b ):

FM1 – conectarea material - energiemecanică;

FM2 – reducerea granulaţiei materialului;

FM3 – înregistrarea granulaţiei curente.

2) Subfuncţia globală FE , a fluxului deenergie (fig. 2.1,b), devine o (sub)structură de

2.3 THE FUNCTION DETAILING;SOLVING PRINCIPLES ANDCONCEPTUAL VARIANTS

According to §2.2, in the synthesis of the

concept for a (unknown) product, the mostdelicate stage is the establishment of the“ potential concept solutions“, for each sub-function from the global function structure;for a simple (sub)function, these solutionsare called solving principles (or working principles) of the considered (sub)functions.

An important simplification in establishingthe solving principles of the (sub)functionsis obtained by detailing the structure offunctions: the overall subfunction of each

flow (see Fig. 2.1,b) is decomposed intosimpler (sub)functions

In the case of complex products, firstly, thestructure of functions is detailed up to aconvenient order and then, each componentsubfunction is isolated and is detailedseparately; obviously, each isolated(sub)function will designate a distinctproduct, of a more reduced complexity

In the case of less complex products, thedecomposition can continue till the

component subfunctions become:- either simple functions (their

decomposition is not possible),

- either functions for which the solvingstructures are already known.

Thus, for the coffee mill (Fig. 2.2,a), bydetailing in accordance to the previousprocedure, the structure of functions of1M+1E+1I order (Fig. 2.1,b) turns in thestructure of functions from Fig. 2.2,b; due toFig. 2.2,b, the overall subfunctions of theflows from Fig. 2.1,b is detailed as follows:

1) The overall subfunction FM of thematerial flow (Fig. 2.1,b) becomes a(sub)structure of functions consisting of thefollowing (sub)functions (see Fig. 2.2,b):

FM1 – material and mechanical energyconnection;

FM2 – material granulation reduction;

FM3 – current granulation recording .

2) The overall subfunction FE of the energyflow (Fig. 2.1,b) becomes a (sub)structure


30/278

29

funcţii care conţine următoarele (sub)funcţii(v. fig.2.2,b ):

FE1 – conectarea/deconectarea tensiunii dela sursa electrică, la comanda depornire/oprire; această funcţie poate fi

descrisă cu ajutorul algebrei Booleene şi estedenumită funcţie logică de tip AND (v. punctul2.3).

FE2 – transformarea energiei electrice înenergie mecanică de rotaţie;

FE3 – transmiterea energiei mecanice (dela motor la cuţitul rotativ);

FE4 – emiterea de căldură şi zgomot (întimpul procesului de transformare şi detransmitere a energiei), însoţită deinducerea unui moment reactiv în bază

(mâna operatorului).3) Subfuncţia globală FI , aferentă fluxului deinformaţie (fig. 2.1,b), devine o(sub)structură de funcţii formată dinurmătoarele (sub)funcţii (v. fig. 2.2,b ):

FI1 – emiterea semnalului de pornire (la îndeplinirea condiţiilor din instrucţiunile deutilizare) şi transmiterea informaţiei privindgranulaţia dorită către (sub)funcţia FI3;

FI2 – comandă execuţia semnalelor de

pornire şi oprire; spre deosebire de funcţiaFE1, funcţia FI2 este o funcţie logică de tipINHIBITION (v. punctul 2.3);

FI3 – receptarea informaţiilor referitoare lagranulaţia dorită şi granulaţia curentă şicompararea acestora;

FI4 – emiterea semnalului de oprire, cândcele două granulaţii devin egale, şiînregistrarea granulaţiei finale.

Structura de funcţii, rezultată prin detaliere(fig. 2.2,b), conţine: 3 subfuncţii în fluxul de

Material, 4 subfuncţii în fluxul de Energie şi4 subfuncţii în fluxul de Informaţie; deci, înforma detaliată din fig. 2.2,b, structura defuncţii a produsului analizat are ordinul3M + 4E + 4I.

coala germană a propus mai multe variantede simbolizare a funcţiilor simple, în formăabstractizată (abstracţie făcând de naturaconcretă a materialului , a energiei şi respectiva informaţiei utilizate); cea mai recentă

variantă de simbolizare, normalizată prinVDI 2222, este prezentată şi explicitată, cuajutorul unor exemple intuitive, în tab. 2.3.

of functions that contains the following(sub)functions (see Fig. 2.2,b):

FE1 – connection/disconnection of thevoltage from the electric power source whenthe command of starting/stopping is given;

this function can be described usingBoolean algebra and is called logicalfunction of AND type (see &2.3).

FE2 – transformation of the electric energyinto rotational mechanical energy;

FE3 – transmission of mechanical energy(from the motor to the rotational knife);

FE4 – emission of heat and noise (duringthe energy transformation and transmissionprocess), accompanied by induction of areactive torque in the base (operator hand).

3) The overall subfunction FI that is afferent tothe information flow (Fig. 2.1,b), becomes a(sub)structure of functions which is formed ofthe following (sub)functions (see Fig. 2.2,b):

FI1 – emission of the starting signal (whenthe conditions from the using instructionsare fulfilled) and transmission of theinformation regarding the wishedgranulation to the FI3 (sub)function;

FI2 – commands the execution of the

starting and stopping signals; unlikefunction FE1, the function FI2 is a logicalfunction of INHIBITION type (see &2.3);

FI3 – reception of the information regardingthe wished granulation and the currentgranulation and their comparison;

FI4 – emission of the stopping signal, whenthe two granulations become equal andrecording of the final granulation.

The structure of functions that results fromdetailing (Fig. 2.2,b) contains: 3 subfunctionsin the Material flow, 4 subfunctions in theEnergy flow and 4 subfunctions in theInformation flow; therefore, in the detailedform from Fig. 2.2,b the structure of functionsfor the analyzed product has the order3M+4E+4I.The German school proposed more variantsof symbolization for the simple functions, inan abstracted form (excepting the concretenature of the used material , energy andinformation); the most recent variant of

symbolization, standardized throughVDI 2222, is presented and explained usingthe intuitive examples from Tab. 2.3.


31/278

3 0

P e r f o r a t o r

d e b a n d ă

F u n c ţ i i

( s u b f u n c ţ i i )

d e b a z ă

M ă r i m i

g e n e r a l e

D e p o z i t a r e

T r a n s m i t e r e n e r a m i f i c a t ă d e t i p :

C o n d u c e r e s a

u

t r a n s m i t e r e

( c u s c h i m b a r e a

o z i ţ i e i )

M o d i f i c a r e


u n o r m ă r i m i d e

s t a r e )

T r a n s f o r m a r e


n a t u r i i )

T r a n s m i t e r e r a m i f i c a t ă d e t i p :

Î n s u m a r e

D i s t r i b u i r e

M ă r i m i d e

a c e e a ş i n a t u r ă

M ă r i m i d e

a c e e a ş i n a t u r ă

M ă r i m i d e n a t u r ă d i f e r i t ă

M

ă r i m i d e n a t u r ă d i f e r i t ă

M a t e r i a l E n e r g i e I n f o r m a ţ i e

S i m b o l

E x e m p l u

S i m b o l

E x e m p l u

S i m b o l

E x e m p l u

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

G a z d e t o n a n t

R e ţ e a d e p l a t i n ă

Î n c ă l z i t o r

C o n d e n s a r e

S e p a r a t o r

p n e u m a t i c

u l e i

V a g o n c u

m o t o r l i n i a r

Î n t r e r u p ă t o r

B a n d ă

p e r f o r a t ă

M o d i f i c a r e c o d

C o d i f i c a r e

C a l c u l a t o r d e b u z u n a r

T i p ă r i r e 2 - e x e m p l a r e

A b ţ i b i l d

P i e r d e r e

p r i n

p r o p a g a r e

M

M

M

M

M

M

T a b . 2 . 3 . T a b e l s i n o p t i c c u

s i m b o l i z ă r i l e V D I p e n t r u p r i n c i p a l e l e f u n c ţ i i d e b a z ă ( p r e l u c r a r e d u

p ă V D I 2 2 2 2 ) .

T r i o d

Documents

Products Conceptual Design