Endüstri Ürünleri Tasarımı Eğitiminde Kullanılan 3Boyutlu Sayısal Tasarım Programlarının Bellek ve Tasarım Sürecine Katkıları Tahsin DEMĐR Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi, Enformatik Bölümü, Bilgisayar Ortamında Sanat ve Tasarım Yüksek Lisans Programı e-posta:tahsindemir@yandex.com ÖZET Bu çalışmanın amacı; 3Boyutlu sayısal teknolojilerin Endüstri Ürünleri Tasarımı eğitimi alanında kullanım olanaklarının tanıtılması, tasarımcıların tasarımlarını oluştururken 3Boyutlu sayısal yazılım ve üretim teknolojilerini ürün geliştirme ve tasarım süreçlerinde nasıl kullandıklarına dair örnekler sunmaktır.sayısal tasarım ortamı başlığı altında teknolojinin tasarıma etkilerini kavramsal yönden tartışmak için gerekli altyapı sunulmaktadır. Sonuç bölümü ise sayısal tasarım ve üretim teknolojilerinin endüstri ürünleri tasarımı eğitimi sürecindeki kullanım alanlarının geleceğe dönük tahminlerini içermektedir. Anahtar Sözcükler: Sayısal Tasarım, Bilişim Teknolojilerinin Tasarım Eğitiminde Kullanımı, Hızlı Prototipleme, 3D yazıcı teknolojilerinin tasarım alanında kullanımı, Bilgisayar Destekli Tasarım ABSTRACT The purpose of this study is about; introduce to opportunity of 3D computational technologies in the area of industrial design education, and presents instance how 3d computational programs and manufacturing technologies are using in product development process and design process. Under the topic of Computational design environment is giving the substructure of impressions of technologies to design for discuss in a way of conceptual. As an outcome phase, it contains prospectively expectations of usage area of computational design and manufacturing technologies in industrial design education process. Keywords: Computational Design, Usage of information technologies in design education, Rapid Prototyping, Usage of 3Dimensional printing technologies in design education, Computer Aided Design and Draft 1.GĐRĐŞ Günümüzde bilgisayar ve bilişim teknolojileri yaşamımızın her alanında kullanıldığı gibi eğitim alanında da kullanılmaktadır. Bilgi teknolojilerinin, kullanıldığı alanlarda verimliliği arttırması ve sağladığı olanaklar nedeni ile eğitim alanında da kullanımı hızla artmakta ve sayısal teknoloji devrimi yaşanmaktadır (Farhard,1991). Geleceğin insanlarını yetiştirme görevini üstlenen eğitim sistemimizin de eğitim alanında çağın gereği olarak kendini sürekli yenileme ve değişimin gereklerini yerine getirme sürecinde olması gerekmektedir (Özden, 1999). Çağdaş eğitim anlayışında bireylere bilgi aktarımı yanında, ilgi ve yeteneklerin geliştirilerek, bireylerdeki yaratıcı yetinin ortaya çıkmasını ve gelişmesini sağlamak son derece önem kazanmıştır. Hedef; yaratıcı, üretken, düşünen, tartışan bireyler yetiştirmektir. Yaratıcılık, gerek bilim ve teknikte, gerekse düşünsel, sanatsal ve kültürel alanda özgün ürünler verme demektir. Dolayısıyla bireylerin tek yönlü değil, bilişsel, devinişsel ve duyuşsal yönleriyle bir bütün olarak ele alınıp yetiştirilmesi söz konusudur. Bu nedenle, Tasarım disiplini içeren eğitimler, çağdaş eğitim kavramı ve uygulamaları içinde, bilim ve teknik eğitime özel bir yer ayırmaktadır (San, 1990). Günümüz tasarım eğitiminde bilgisayar genellikle bir temsil aracı olarak kullanılmaktadır; bilgisayar ortamında çizim, üç boyutlu modelleme ve animasyon gibi tekniklerin geleneksel tasarım sürecine destek görselleştirme araçları olarak kullanımı yaygındır. Buna ek olarak, geleneksel tasarım sürecine destek olarak 3boyutlu yazılımlar ile beraber kullanılan hızlı prototipleme ve üretim teknolojileri de tasarımcıların ürün geliştirme süreçlerine ve tasarım faaliyetlerine katkı sağlar. Geleneksel yaklaşımda tasarım ortamı,tasarım düşüncesinin çeşitli temsiller aracılığıyla görsel düşünme ile geliştirildiği ortamdır. Örneğin, geleneksel yöntemlerde çalışmalar; kağıt üzerinde
eskiz, teknik çizim ve sonrasında maket çalışması şeklinde görsel düşünce ilişkileri kurularak neticelenmektedir. Şekil 2 - Sayısal Tasarım Ortamı Şekil 1 - Geleneksel Tasarım Ortamı Bilgisayarın ardındaki sayısal tasarım ortamı ise hesaplamaya ve algoritmalara dayalıdır ve bu ortam görsel düşünmenin yanı sıra sayısal ve algoritmik düşünme biçimini gerektirir. Bu anlamda sayısal tabanlı tasarım ortamı geleneksel tasarım ortamından farklılıklar gösterir ve tasarımcılara yeni olanaklar sunar (Akipek, 2007 ). Kavramsal olarak bilgisayar destekli çizimden (CAD), bilgisayar destekli üretime (CAM) ve hesaplamalı tasarıma ( Computational Design ) doğru bir sayısal devrimin yaşandığı günümüzde, bilgisayar, artık sadece bir görselleştirme aracı olarak değil, sayısal tabanlı bir tasarım ortamı olarak kullanılmaya başlanmıştır. Sayısal tabanlı tasarım süreçlerinde (CAD) bir ürünün tasarımından önce, sürecin tasarımı ve araştırılması önem kazanmaktadır. Ürünün tasarımından çok ürünün ortaya çıkmasını sağlayan sürecin kendisi ile ilgilenen Tasarım Araştırma (Design Research) kavramı tasarım alanlarının kendi sınırlı alanları içinde kalmamasını ve çeşitli disiplin ve teknolojiler arasında ortak bir diyalog geliştirerek yeni ürün geliştirilmesindeki süreçleri araştırmasını beklemektedir (Cross, 1999). Bu bağlamda sayısal ortamları, ürünlerin tasarım aşamalarında kullanılan 3boyutlu yazılımlar ve üretim yöntemleri sayesinde geleneksel tasarım ortamından daha hızlı ve birden fazla tasarım konseptini kısa sürede oluşturmaya imkan tanıyan ortamlar olarak görmek mümkündür. Şekil 3 - Sayısal Tasarım Ortamı 3Boyutlu sayısal teknolojilerin (CAD/CAM) tasarım ve uygulama sürecine katılması ile sayısal ortamda geliştirilen tasarımın üç boyutlu maketi, hızlı prototipleme gibi teknikler ile çıktı alınabilir; sayısal ortamdaki tasarım bilgileri doğrudan fabrikaya aktarılabilir ve aktarılan bilgi CAD/CAM teknolojisiyle üretimi yönlendirir. Bu gibi olanaklar sayısal tabanlı bir tasarım-üretim sistemine geçişin işaretlerini vermektedir. Bu yazıda 3Boyutlu sayısal teknolojiler (CAD/CAM) yalnızca teknolojik açıdan ele alınmamakta; bu teknolojilerin kullanımının yol açtığı kavramsal dönüşümler incelenmektedir. Sayısal tabanlı tasarım ve üretim teknolojileri tasarım geliştirme süreçlerinde farklı şekillerde kullanılmakta ve farklı kavramsal yaklaşımlarla açıklanmaktadır. Sayısal dünya ve endüstri ilişkisini anlamak için farklı yaklaşımların çerçevesini çizmek gerekir. Bu yaklaşım, teknolojileri kullanım alanlarına göre sınıflandırmak değil, kullanımının ardındaki düşünsel yaklaşımları açığa çıkarmayı hedefleyen ilişkisel ve kavramsal bir haritadır.
2. SAYISAL TASARIM ORTAMI VE AMACI Sayısal bir tasarım ortamı sunan (CAD) yazılımları tasarımcılara kendi fikirlerini daha iyi ifade etmeleri için olanaklar sağlar. Sayısal tasarım ortamında tasarım yönteminin amacı; zihinsel olarak tasarlanan ve yaratılan ürünleri, tasarımcının yeteneklerini kullanarak sayısal ortama taşımak; sonuç ürünü fiziksel model olarak çıkarabilmek ve bu fiziksel objeyi sunum sırasında kullanmaktır. Tasarımcılar tasarım sürecinin erken aşamalarında kullandıkları sayısal tasarım araçları sayesinde ürün alternatiflerini sayısal ortamda oluştururken 3boyutlu CAD datalarından elde ettikleri bilgiler ile de fiziksel olarak ürünü üretmeden önce tasarım alternatiflerinin verimli ve etkileşimli olarak testini ve analizlerini gerçekleştirebilirler (Lee ve Park, 2005). Sayısal tasarlama metodunun ara yüzü geleneksel tasarlam metolarının arayüzü ile paralellik gösterir. Zira her iki yöntem de uzay geometriyi kullanmaktadır. Dolayısıyla sanılanın aksine sayısal tasarım programları öğrencinin tasarım yöntemini farklılaştırmaz. Sayısal Tasarım kurgusu da tıpkı geleneksel tasarlama yöntemleri gibi X-Y-Z koordinat sistemine bağlı olarak; bağıl değerlerin dijital ortama işlenmesiyle çalışır (Uzun, 2011 ). Tasarlama eylemleri; neticesinde ulaşılmak istenen sonuç ürün çeşitli alanlarda ve düzlemlerde çalışılarak elde edilir. Bu düzlemlerden en önemlileri "Plan - Kesit- Görünüş" düzlemi ve "3Boyutlu model" düzlemidir. Bu bağlamda; tasarlama sürecinde tasarımcının X-Y-Z koordinat sisteminden oluşmuş 3boyutlu bir çalışma düzlemine gereksinimi vardır. Şekil 4 - Sayısal Ortamda Uzay Geometri Şekil 5 - Sayısal Ortamda X-Y-Z çalışma düzlemi Sayısal Modelleme programlarının kendi içerisinde sınıflandırılmasında arayüz kullanım kolaylığı, Ürün işleme hızı ve sonuç alma hızı gibi faktörler önem kazanmaktadır (Uzun, 2011). Bu bağlamda sayısal tasarım programları; tercih edilirken tasarımcının yeteneklerine en uygun olanı seçmesi gerekmektedir. Bu seçim programın kolay "öğrenebilirlik" ve "kullanılabilirlik" sağlaması ile doğru orantılıdır. 3. SAYISAL TASARIM SÜRECĐ VE YÖ TEMLERĐ 3 boyutlu Sayısal teknolojiler kavramı bu yazı kapsamında, tasarım geliştirme amacıyla kullanılan sayısal tabanlı çizim ve modelleme programlarını ifade etmektedir. Tasarım teknolojilerinin tanımlanması ve sınıflandırılması için Tasarımcıların bilgisayarı tasarım için nasıl kullandıklarının ve tasarım yöntemlerinin incelenmesi gerekir. Tasarım süreçlerini sayısal teknolojiler üzerine kurgulayan tasarımcıların, sabit bir tasarım yöntemi olduğundan bahsedilemez, tersine her projede konunun gerektirdiği yaklaşıma uygun olan teknolojiler ile çalışır(akipek, 2007). Bu süreçlerde tasarımcı, geleneksel tekniklerinin yanı sıra bilgisayar destekli tasarım unsurlarını yardımcı araç olarak kullanır. Bu araçlar tasarım stratejisinin oluşturulmasında, analiz aşamalarında, tasarım araştırma (Design Research) sürecinde tasarımcıya avantajlar sağlayacağı için kullanılmaktadır. Tasarım araştırma süreci sorunu araştırma ve tanımlama, çözümü tartışma, tasarımın genel özelliklerini belirleme, taslak tasarım önerisi geliştirme, tasarım önerisine yönelik araştırma, yapım,değerlendirme ve test aşamalarından oluşmaktadır.(ling, 2009).
yaparak birbiriyle etkileşim içindedir. Başka bir ifadeyle bellek X-Y-Z düzleminde çalışıyorken yeni bir veriyi alıp düzleme taşıyıp tekrar sayısal modelleme komutları kullanarak modellemeye devam edebilir(uzun,2011). Şekil 6 - Tasarım Araştırma Süreçleri Endüstriyel tasarım; araştırma sürecinin kolaylaştırılmasında görsel düşünce ve yaratıcılık ile birleşen sayısal ortamda çizilmiş çizim bir tür tasarım modeli teşkil eder. Bu modelde kullanılan şematik çizimler, fikirler ve konseptler analitik tasarım geliştirme ve üretim yöntemlerini beslemektedir. Bilgisayar destekli proje şekillendirmede sanal ortamda ortaya konan tüm çizimler sayısal tasarım düşüncesi içerisinde tasarımcının zihni ile örtülü ve bağımlı görsel temsiller teşkil eder (Tovey, 1989). Sayısal tasarım sürecini; tasarımcının zihnindeki tasarım fikirlerini program parametreleri ve komutlarının kullanılarak sayısal ortama aktarması şeklinde tanımlayabiliriz. Aktarma olarak tanımlanan, Sayısal tasarım yöntemleri 2' ye ayrılır. Şekil 8 - Zihinsel yaratım süreci Sayısal tasarım yöntemlerini ikiye ayırmamızda ki neden beynin çalışma prensiplerinden kaynaklanır. Yaratıcılık kısmı ile ilgili olan ve zihinde gerçekleşen tüm süreçlerde bilgisayarlardan yararlanmak yaratım sürecini desteklemektedir. Bu süreçler yetenekleri denetleme, zihinsel modelleri test etme, kavramsallaştırma ve soyut düşünme, sorgulama ile şüphecilik dengesi, söylenenlerle yapılanları uyumlandırmak evrenlerinden oluşur (Varoğlu, ). Đkinci yönteme göre ise ; Tasarım, önceden planlanmış bir taslak olmaksızın modelleme komutları kullanılarak programın ara yüzünde gerçekleşebilir (Gero,2010 ). 4. 3BOYUTLU MODEL VE YARATICI BELLEK ĐLĐŞKĐSĐ Şekil 7 - Sayısal Tasarım Yöntemi Şeması Birinci yönteme göre; Önceden planlanmış bir taslak tasarımcının belleğinde, hafıza kaydında yer alan ve henüz somutlaşmamış, hayali bir üründür. Bellekten açığa çıkan bu hayali ürün; verilerin, program komutları yardımıyla X-Y-Z düzlemlerine işlenmesi sonucunda 3 boyutlu modele dönüşür. Bu döngü geri beslemeler Bilgisayar terminolojisine göre bellek, bir data yani veri arşividir (Uzun, 2011). Tasarım belleği ise geçmiş gözlemler ve deneyimlerle biriken, değişken ve birbirine eklemlenerek bir önceki veriden beslenen bir datadır. Öte yandan, tasarım belleği bilgisayar hafızasında tutulan data anlamındaki stoklama belleğinden ziyade, tasarlama sürecine katkı sağlayıcı bir bellek olması beklenir. Bilgisayar açısından bellek, bir yerde bulunan şey anlamındadır (Barlet, 1977). Oysa, bir yerde bulunan bu şey kavramı, tasarım sürecinde, yaratılacak nesne üzerinde belirleyici olmalı ve tasarımcıya çıkış noktası sağlamalıdır. Yaratıcı bellek, insan beyninde kodlanan görsel bilgileri içerir. Đnsan belleği tasarım sürecine girdiğinde bu kayıtları kullanır. Dolayısıyla
Barlet in de belirlediği gibi ; Bellek bir akıl yürütme sürecidir. Bellek, bir hatırlama sürecidir. Bu süreçte, zihindeki görsel kayıtların ve geçmiş deneyimlerin açığa çıkması beklenir böylelikle belleğin tasarım sürecine katkısı başlamış olur. Sayısal veri tabanında ve insan belleğinde dizinler yer almaktadır. Đnsan belleğinde yer alan dizinlerin farklı zamanlarda kullanımlarından; farklı tasarımlar açığa çıkabilir. Bellekte yer alan ve alt şemayı besleyecek tüm veriler, ürünün açığa çıkma sürecinde tasarıma katkıda bulunacaklardır. Renk, ışık, malzeme, kütle bilgisi, form yapısı, dolu - boş oranları ve çevresel algılar tasarımın şekillenmesinde farklılık yaratacaktır. Bu nedenle eş zamanda eş verilerle başlanan proje elde etme biçimi her ne kadar prototip üretimi gibi görünse de ; ürün olacak proje nesnesi farklı bellek datalarından açığa çıkacağından hiç bir zaman eş modelde olmayacaktır. Şekil 10 - Belleğin 3boyutlu Modele Geçiş Döngüsü 5. ZĐHĐ SEL BELLEK VE SAYISAL TASARIM BELLEĞĐ Tasarımcının belleği, bilgisayarın hafızasında tutulan bellekten farklıdır. Farklılık ; değişkenlikten ileri gelir. Tasarım belleği veriyi işlemek üzere alt kayıtlardan alır, üst bilgiyi ekleyerek tasarlar ve sonuca ulaşır. Bu sonuca ulaşmak için bilişim teknolojilerini pragmatik görsel bir araç olarak kullanır. Tasarım belleği, zihinsel bellek ile dijital belleğin birlikteliğinden yararlanarak 2 boyutlu düşünsel düzlemden 3 boyutlu düşünsel düzleme geçer. Tasarlama sürecinde kullanıcı bir önceki günün kavramsal tasarımına bir sonraki gün dijital datalar aracılığı ile kolaylıkla erişir. Şayet tasarlama eylemi devam ederse; zihinsel bellekten yeni kayıtlar açığa çıkararak sayısal belleğe işlenir. Bu döngü tasarlama sürecinde tekrar eder. Şekil 9 - Tasarım Belleği ile Sayısal Bellek arasındaki döngü 3boyutlu sayısal görselleştirme programları; ürünlerin fiziksel olarak üretilmeden evvel, 3 boyutlu modellerinin sanal ortamda kullanılmasını sağlayan bir nevi simülasyon araçlarıdır. Böylelikle modelin çevre ile olan ilişkisini önceden algılayabilir, yapısal ve kavramsal oranlarını etüt edebiliriz. Programın üst becerisi olarak tanımlayabileceğimiz bu ability (yapabilirlik) düzeyi, ürün tasarımında yeni bir algılama biçimi sağlar. Bu algı tasarımcılara ileri bir teknolojiyi sunmaktadır.(uzun, 2011). Bu ileri teknolojiler, tasarıma kattığı sayısal faydaların yanı sıra; tasarlanmış ürünü önceden görebilmek, çeşitli kamera açılarından ürüne bakabilmek gibi sanal olanaklar tanıması ile de ayrıcalıklıdır. Bu yeni teknolojinin ortaya çıkardığı sayısal tasarım ve modelleme programlarının kullanılması, yepyeni bir tasarım dili geliştirme olanağı tanımaktadır. SO UÇ Sayısal tasarım yöntemleri; geleneksel iki boyutlu düşünsel ortamda açığa çıkması düşük olasılıklı formların dijital ortamda açığa çıkmasına olanak sağlar. Ayrıca yeni nesil parametrik bilgi sistemine dayalı modelleme programları; çoklu ve eğrisel yüzey modelleyebilmek imkanı tanıyabildiği gibi bu modeli, bilgisayar ortamında canlandırıp adeta gerçek olmayan fakat gerçekmiş gibi davranan sanal bir ortamda, kamera yolu ile gezinerek iç bükey veya dış bükey curve yüzeylerin kavramsal ürün algısını deneyimlemek imkanı verebilmesiyle de ayrıcalıklı bir tasarım yöntemidir. Etkin bir sayısal tasarım metodolojisi kullanımı ile bellekteki zihinsel gerçek sayısal araçların kullanımı ile sayısal gerçeğe dönüşerek virtual
reality olurken, en sonunda model çıktısı ile uygulamaya hazır bir model olarak olgunlaştığında yapıya yani gerçek e dönüşecektir. Tasarım öğrenim programında, tasarlama sürecinin başından itibaren ve kesintisiz bir şekilde sayısal tasarım yöntemleri, bir rehber öğretici eşliğinde kullanıldığında sonuç ürüne 3 boyutlu olarak ulaşabilme olasılığı yükselmektedir. Bu bağlamda eğitimde sayısal tasarım kullanımına teşvik etme, yönlendirme ve rehberlik etme; öğrencinin programın başlangıç ve ileri seviye becerilerine ulaşabilme istekliliği önkoşulları gerçekleştiğinde; sayısal tasarım programları ve sayısal yöntemler, bellekteki tasarım nesnesini gerçek bir nesneye dönüştüren başarılı bir araç olacaktır.
KAY AKLAR Barlett, F. Remembering : A Study in Experimental and Social Psyhology, Cambridge Uniersity Press, Cambridge, 1932/1977. Cross, N. (1999), Design Research: A Disciplined Conversation, Design Issues, Vol. 15, No. 2, 5-10, (1999) Farhad, S., Development of a distance education assessment instrument, Educational Technology Research and Development, Springer Boston, Volume 39, pp. 65-77, (1991). Gero J.S., (1999), Constructive memory in design thinking, in G.Goldschmidt and W.Porter (eds), Design Thinking Research Symposium: Design Representation, MIT,Cambridge, I.29-35,(Şekil 7,8) Lee W. ; Dept. of Ind. Design, KAIST, Daejon, South Korea ; Park J. Mixed and Augmented Reality, Proceedings. Fourth IEEE and ACM International Symposium on ( 2005 ) Ling, B. (Design Sojourn) Nov 05, 2009 Özden, Y. (1999) "Öğrenme ve Öğretme" 3. Baskı. Pegem A Yayıncılık Tic. Ltd.Şti. Ankara.(5-9) (124-126) San, Đ. (1990) "Güzel Sanatlar Eğitimi Grubu Raporu" Eğitim Bilimleri Birinci Ulusal Kongresi Değerlendirme Raporları. A.Ü.Eğitim Bilimleri Fakültesi. 24-28. Eylül.1990. A.Ü.Eğitim Bilimleri Fakültesi Yayınları. No:165 Ankara. Tovey M., Departmant of Industrial Design, Coventry Polytechnic Design Studies Volume 10, Issue 1, January (1989) Pg 24-39 Uzun T., Akademik Bilişim 11 - XIII. Akademik Bilişim Konferansı Bildirileri 2-4 Şubat ( 2011 ) Đnönü Üniversitesi, Malatya ŞEKĐLLER Şekil-1 http://www.turkcadcam.net/rapor/cadcamtarihcesi/index5.html Şekil-2 http://www.autodesk.com Sketchbook Pro 2011 ortamında basit 3 boyutlu nesne görüntülenmiştir. Şekil-3 http://www.autodesk.com Autodesk Sketchbook Pro 2011 ortamnda basit 3boyutl nesne görüntülenmiştir. Şekil-4 http://www.autodesk.com AutoCAD 2011 ortamında basit 3 boyutlu nesne görüntülenmiştir Şekil-5 http://www.solidworks.com Solidworks 2010 ortamında basit 3 boyutlu nesne X-Y-Z Düzlemleri görüntülenmiştir. Şekil-6 http://centroidhub.wordpress.com/tag/designprocess/ Şekil-7 Şekil-8 Başkent Üniversitesi Đktisadi ve Đdari Bilimler Fakültesi Prof.Dr.Abdülkadir Varoğlu Sorun çözme ve Yaratıcı Düşünce Şekil-9 Şekil-10