Mühendislik Tasarımı. Rıdvan YAKUT

Transkript

1 Mühendislik Tasarımı Rıdvan YAKUT

2 Mühendislik Tasarımı Nedir? Tasarım belirli bir ihtiyacı karşılamaya yönelik olarak sistematik bir plan dahilinde yürütülen teorik ve uygulamalı çalışmalar bütünü olarak tanımlanır. Bununla birlikte mühendislik tasarımı kavramı yalnızca çözüm üretmekten ibaret değildir.

3 Mühendislik Tasarımı Nedir? Ancak mühendislik yaklaşımıyla tasarımınız değerlendirilir ise elde edilen ürünün; işlevselliği, güvenilirliği, üretilebilirliği, rekabet gücü, kullanılabilirliği, toplam maliyeti pazarlanabilirliği de dikkate alınır.

4 Tasarım Süreci Nasıl İşler? Tasarım süreci, özü itibariyle yenilikçi ve ilerlemesi sırasında bir çok karar alınması gereken bir süreçtir. Kimi zaman tıkanma noktasına gelmemek için eldeki yetersiz veriler ile karar almak da gerekebilir. Geliştirme ve karar alma süreçlerinde görsel, yazınsal ve işitsel her türlü iletişim yoğun olarak gerçekleştirilir.

5 Mühendislikte Tasarım Süreci Bir mühendislik tasarımının başlatılması ve sürdürülmesi; farklı disiplinlerin bu iletişim yöntemlerini etkin şekilde kullanması ve koordineli çalışmasıyla sağlanır. Temel olarak yürütülen çalışmalar; araştırma, tasarım-analiz, geliştirme, prototip üretimi ve kalite testleridir. Peki bir sorunun tespitinden nihai tasarıma ulaşana kadar nasıl bir yol izlenir? Bu yolu izlerken aldığımız kararları hangi faktörler etkiler?

6 Mühendislik Tasarım Aşamaları Problem tanımlama Taslak Tasarım Gerçekçi Tahminler Sayısal Modelleme Prototip Tasarım

7 Problem Tanımlama Tasarımı başlatan faktör ihtiyaçtır. İhtiyaç tanımlanırken genel ifadeler kullanılır. Problemin açıklaması; ihtiyacın daha detaylandırılmış halidir. Bu açıklamaya tasarımın hedefleri, kısıtları, girdi ve çıktıları dahildir. Sorunun doğru ele alınması ve tanımlanması çözümü kolaylaştırır.

8 Taslak Tasarım Taslak fikirlerin ortaya atılmasıyla ilk tasarım oluşmaya başlar. Tek bir tasarımdansa farklı seçenekleri ortaya çıkarıp aralarından seçim yapmak tercih edilir. Taslak tasarımda ölçülendirme önemli değildir tasarlanan model eskiz olarak sunulabilir.

9 Gerçekçi Tahminler Tasarımcı bu aşamada seçilen tasarım için karşılaşılabilecek problemleri ve çözümü yollarını ortaya koyar. Tasarımcı çalışmasını özgürce sürdürmesine rağmen, ihtiyaç kalemleri arasında teknik verilerin yanı sıra maliyet gibi faktörler tasarımcıyı sınırlar. Ekibin tecrübesiyle yapacağı tahminler tasarımın gereklerini karşılamalı ve gerçekçi olmalı.

10 Sayısal Modelleme Ürünün üretilebilirliği de hesaba katarak çözümler değerlendirilir ve en uygun çözüm belirlenir. Fiziksel ürüne geçmeden önce analiz ve optimizasyon çalışmaları sayısal modelleme ile gerçekleştirilir.

11 Prototip Tasarım Son aşamada sayısal modelleme üzerinden tasarım gerekleri değerlendirilir. Değerlendirme, sürecin işleyişi açısından çok önemlidir ve genellikle prototip üretimini içerir. Prototip ile tasarımın laboratuvar ve saha testleri de uygulanır.

12 Prototip Tasarım Sonuçta elde edilen prototip üzerinde sorgulamalar yapılır; Tasarım problemin çözümü için yeterli mi? Test sonuçları tasarımın güvenilir olduğunu gösteriyor mu? Benzer çözümlere göre rekabet edecek düzeyde mi? Üretim maliyetleri yeterince düşük mü? Seri üretime geçtiğinde satışı veya kullanımı kar getirebilir mi?

13 Tasarımın Değerlendirilmesi Görüldüğü gibi mühendislik tasarımını sadece parlak bir fikirden ibaret görmek hata olacaktır. Bir tasarımın şekillenirken karşılaştığı maddi ve fiziki sınırlamalar, belirlenemeyen sorunlar, rekabet koşulları ve ticari kaygılar sonuca etki etmektedir.

14 Tasarımın Değerlendirilmesi Bunlara ek olarak kullanıcıların kalite fiyat algısı dahi bir tasarıma harcanan emek ve yatırımı belirlemede önemli rol oynar. Yatırımcıları ve kullanıcıları bir tasarımın ilgili konuda en iyi çözüm olduğuna inandırmak da bütün anlatabilmekten geçer. bu süreci etkili bir sunum ile

15 Tasarımın Değerlendirilmesi Üretilmesi mümkün olmayan ya da seri üretim maliyetlerini ticari olarak karşılayamayan tasarımlar ise fikir aşamasında kalır ve bu tasarımlar hayata geçirilemez. Ayrıca güvenilirlik testlerinden ve uluslararası standartlardan bağımsız gerçekleştirilen tasarımlar endüstride karşılığını bulamaz.

16 Kentsel Enerji Altyapısı Durum Çalışması Örnek Çalışma

17 Problem Tanımlama Birçok ülke eskimiş enerji altyapılarına sahiptir. Artan enerji talebi ile birlikte mevcut altyapı yetersiz kalmıştır. Altyapı yenilemeleri süresince şehir merkezleri daha fazla enerjiye ihtiyaç duyacaktır. Altyapı gerekli ihtiyacı karşılayamadığı için elektrik kesintileri yaşanmakta ve bu da günlük hayatı olumsuz yönde etkilemektedir.

18 Problem Tanımlama Bu nedenle büyük modern bir şehrin enerji hatlarındaki yükü azaltacak strateji, ürün ve sistemlerin tasarlanması gerekmektedir. Sistem tasarlanırken nasıl yapılması değil ne yapılması gerektiği belirlenmelidir.

19 Sistem Gereksinimleri Maliyet Güvenirlik Verimlilik Estetik Gürültü seviyesi Kolay kurulum Uygulanabilirlik Kolay bakım Güvenli kullanım Kurulum alanı

20 Taslak Tasarım Tasarım ekibinin farklı düşünceleri süzgeçten geçtikten sonra fikirlerin daraldığı yakınsak düşünme aşamasına geçilir. Ortaya atılan fikir değerlendirilmiş, ekonomik ve teknik olarak yapılamayacak olanlar elenmiştir. Not: Düşük maliyetli tasarım geliştirilmesi amaçlanmaktadır.

21 Çözüm Önerileri 1. Çatılara mini rüzgar türbinleri 2. Üzerinde yüründüğünde enerji üreten kaldırımlar 3. Sifon çekildiğinde enerji üreten mini türbinler 4. Yeni yüksek-kapasite malzemelerin kullanıldığı bataryalar 5. Kullanılmadığında enerji hattına şarj veren bataryalar 6. Şehir boyunca çatılara konumlanmış güneş panelleri 7. Gelgitlerle enerji üretimi

22 Çözüm Önerileri 8. Seri hidroelektrik barajın geliştirilmesi 9. Yer altındaki sıcak sularla jeotermal enerji santrallerinin yapımı 10. Füzyon reaktör geliştirilmesi 11. Yosunun biyo yakıt olarak kullanılması 12. Döner kapılardan enerji üretimi 13. Jimnastik salonlarından enerji üretimi (koşu bandı, bisikletler vs) 14. Koşan hayvanlardan enerji üretimi

23 Çözüm Önerileri 15. Kasırgalardaki büyük enerjiyi toplamak için sistem 16. Çalışma masalarının altında pedalların bulunduğu ağ sistemi 17. Mikrofon membranlar kullanılarak sesten enerji yakalanması 18. Enerji tüketimini izleyen ve tasarruf sağlayan akıllı sayaçlar 19. Şehrin etrafına heykel gibi konumlanmış Darrieus rüzgar pervaneleri

24 Seçilen Tasarımlar 2. Üzerinde yüründüğünde enerji üreten kaldırımlar 3. Sifon çekildiğinde enerji üreten mini türbinler 13. Jimnastik salonlarından enerji üretimi (koşu bandı, bisikletler vs) 16. Enerji tüketimini izleyen ve tasarruf sağlayan akıllı sayaçlar 18. Çalışma masalarının altında pedalların bulunduğu ağ sistemi

25 Gerçekçi Tahminler Ekip eğer üzerinde yüründüğünde enerji üreten kaldırımlar projesini seçmiş olsaydı sistemin her bir bileşenini tasarlamak veya seçmek, son ürün yerleşim planını belirlemek ve bir üretim planı geliştirmek zorunda olurdu. Tasarım ekibi bu tasarımda karşılaşılabilecek problemleri göz önünde bulundurması gerekirdi.

26 Piezoelektrik Kristallerin Özelliği Deforme edilmiş piezoelektrik disk bir voltaj yaratır.

27 Seçilen Tasarım İçin Karşılaşılacak Problemler Bir insanın yürürken oluşturduğu baskı kuvvetinin hesaplanması Küçük bir deformasyonun enerji oluşturabilmesi için kaldırım yüzeyinin nasıl tasarlanması gerektiği Voltaj ve akımların hesaplanması ve enerjinin uygun ve depolanabilir forma dönüştürülmesi Sistemin kaldırımlara entegre edilebilmesi için plan geliştirilmesi

28 Seçilen Tasarım İçin Karşılaşılacak Problemler Coğrafi etkilerin analizi (sıcaklık, nem, yükseklik ve korozyon vb) Güvenlik ve çevreye olan etkilerinin standartlara uyması Bileşenlerin yorulma ömürlerinin hesaplanması Üretim ve montaj süresinin belirlenmesi Bileşen boyutlarının ve ürün yerleşim planının belirlenmesi

29 Sayısal Modelleme Bir önceki aşamada belirlenen problemlere çözüm üretilir. Malzeme seçimi yapılır. Model boyutlandırması yapılır. Maliyet analizi yapılır. Analiz ve optimizasyonlar yapılır.

30 Prototip Tasarım Çoğu kez CAD modeli sadece ürün bileşenlerinin yerleşim planını göstermek için değil aynı zamanda ürün performansını simüle etmek içinde kullanılır.

31 Kaynaklar Makine Mühendisliğine Giriş Jonathan Wickert, Kemper Lewis Shigley s Mechanical Engineering Design Richard G. Budynas, Keith J. Nisbett Catiaturk.com