Techniques and methods for conceptual design - Design Methods and Processes - ELPID
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Design Methods and Processes Techniques and methods for conceptual design Gaetano Cascini Niccolò Becattini
DESIGN METHODS AND PROCESSES Classification schemes (John Clarkson) Stage-based vs Activity-based Models Solution-oriented vs Problem-oriented Abstract vs Procedural vs Analytical approaches Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
DESIGN METHODS AND PROCESSES Stage-based Models (Blessing, 1994) Stage-based structure of the project life-cycle Iterative problem-solving process Jones (1963) Cross (1994) Ehrlenspiel (1995) Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
DESIGN METHODS AND PROCESSES Main stages of the Design Process Stakeholders Design Needs Brief Requirements Design task clarification Key problems Problem Partial solutions framing and idea generation Design Ideal selection proposal and concept formulation Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
DESIGN METHODS AND PROCESSES Role of Design Methods Stakeholders Design methods/tools Design Needs to control the proper Brief Requirements execution of the task Design task clarification Key problems Problem Partial solutions framing and idea generation Design Ideal selection proposal Design methods/tools and concept to support the formulation execution of the task Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Network of Problems and Partial Solutions Problem formulation through functional interactions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING • (Some) characteristics of design problems There is no definitive formulation of the problem − Temporary formulations are unstable and can change as more information becomes available Formulations of the problem are solution- dependent − The way the solution is conceived influences the way the problem is conceived Proposing solutions is a means of What’s the opposite of Eureka? understanding the problem − Many constraints and criteria emerge as a result of evaluating solution proposals Source: Cross (2008) Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FORMULATION THROUGH FUNCTIONAL INTERACTIONS S-Curve of Evolution: Degree of the system’s Law of increasing the degree of IDEALITY performance (main function) I Benefits Drawbacks Costs - I Useful functions - Harmful functions Resources - - Time Mature system Convolution A system is born Expansion (Ideality growth) Creating Functionality Adding Functionality Preserving Functionality Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FORMULATION THROUGH FUNCTIONAL INTERACTIONS Classification of Functional interactions Benefits o Useful Functions: positive impacts due to the existence of a technical (sub-)system o They can be Sufficient or Insufficient Drawbacks o Harmful Functions: undesired side effects due to the existence of a technical (sub-)system Costs o Excessive consumption of Resources: Space, Time, Energy, Information, Material Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FORMULATION THROUGH FUNCTIONAL INTERACTIONS What to do? (10 minutes) Think about the Benefits your solution provides o Identify 2 Useful Functional Interaction o 1 Sufficient functional interaction (fully satisfactory) o 1 Insufficient functional interaction (not fully satisfactory) Think about the Drawbacks your solution generates o Identify at least 1 Harmful functional interaction that is due to your solution Think about the Costs for your solution o Identify at least 2 resources that your solution is excessively consuming: Space, Time, Energy, Information, Material Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: Pb 1 Pb 2 S 1.1 S 1.2 S 2.2 Pb 3 Pb n S 1.3 S 2.3 S 1.n S 2.n S 3.n Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: Nodes: o Problems (Pb) – whatever we are not comfortable with – whatever objective we would like to achieve o Describe it with a statement about what we don’t like: – Lack of a desired function e.g., How to cut glass and plastics with a single device? – Insufficient performance of a desired function e.g., The grinder produces non uniform grains of material – Undesired side effect of a design choice e.g., The grinder heats the plastic grains too much The glass wears the grinder blades too fast – Excessive consumption of a resource e.g., The grinder consumes too much energy Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: Nodes: o Partial Solution (PS) – whatever we know that at least partially addresses a problem e.g. A multi-blade shredder can grind glass and plastics – whatever we suppose that at least might address a problem e.g., A laser cutter might grind glass and plastics – whatever details a more specific way to implement a PS Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: Links: o Pb Pb (cause-effect relationships, decompositions) E.g., The grinder heats the plastic grains too muchThe plastic grain melt and clog the grinder E.g., The noise of the grinder can be decomposed in noise of the motor, noise of the transmission, noise of the grinding elements Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: Links: o Pb PS o PS Pb E.g., The grinder heats the plastic grains too much Reduce the speed of the blades E.g., Reduce the speed of the blades The grinding process is too slow Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: example How to cut glass and plastics with a single device? A multi-blade shredder to A laser cutter to grind grind glass and plastics glass and plastics The grinder heats the The glass wears the The grinder consumes plastic grains too much grinder blades too fast too much energy The plastic grain melt Reduce the speed of the and clog the grinder blades The grinding process is too slow Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Pb: 1 Miglioramento del banco simulazione giunzioni PS 1 Mantenimento del principio di frenatura per attrito coulombiano Pb: 1 Risposta del sistema Pb: 1 Miglioramento dell’uso del sistema Pb: 1 lato utente Difficoltà misura coppia minima del freno Accuratezza della frenata per non linearità Pb: 1 Pb: 1 a basse pressioni Pb: 1 Complessità Assemblaggio Tempi di risposta componenti Diagnostica Pb: 1 Pb: 1 lunghi non consentono Pb: 1 Facilità/semplicità di utilizzo di simulare Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Miglioramento ergonomia Pb: 1 correttamente il giunto Riduzione trafilamenti idraulici/ Pb: 1 perdite di pressione Pb: 1 Manovrabilità/ergonomia Giunti con rundown PS: 1 Pb: 1 Impostazione automatica del Pb: 1 Il tool si scalda Pb: 1 Pb: 1 Miglioramento interfaccia utente lunghi "coppia 0" Guide per l’allineamento Attacco diverso per Velocità di trasporto del banco PSET Versatilità tipo di dell’avvitatore ciascun avvitatore Diagnostica esclusivamente reattiva Chiarezza dei messaggi all’utente Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 frenataPb: 1 PS: 1 Pb: 1 Miglioramento Interfaccia software Flessibilità di utilizzo Complessità dei parametri da gestire Riduzione del numero di Pb: 1 Aumento di tool testabili (specie in parametri che l’operatore deve Moduli pre-assemblati (con nuovo Sforzo utente Realizzabilità di test H/V Pb: 1 impostare velocità) Pb: 1 approccio) eccetto il freno Pb: 1 GUI attuale obsoleta Maggiore sensibilità PS: 1 L’input dei tools richiede Pb: 1 Pb: 1 PS: 1 all’inclinazione del tool PS: 1 Pb: 1 Riduzione di numeri di parametri da all’operatore molto tempo Tool diagnostici dedicati agli Riduzione tempi morti tra due test Adozione di layer di SW diversi Pb: 1 inserire per il sistema Misura delle sollecitazioni Identificazione dello 0 sviluppatori Pb: 1 consecutivi PS: 1 Question to experts: 5 flessionali date dall’uso Pb: 1 Il know-how degli utenti è molto Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 improprio dell’avvitatore e Pb: 1 PS: 1 Mantenimento delle caratteristiche di diversificato Campagna test per Non conosciamo i limiti coppia- Pb: 1 Bloccaggio ruote con freno sulle ruote misurare variabilità velocità-tempo-angolo del «pulizia» della misura Rimozione dell’olio dal sistema Gestione magazzino sicurezza Tempo tra due serraggi consecutivi Generazione di feeling negativo PS: 1 PS: 1 Pb: 1 Misura della velocità Pb: 1 Introduzione di logiche proattive/ Pb: 1 Pb: 1 parametri in funzione del sistema attuale della copppia Pb: 1 nell’operatore Pb: 1 del tool – risoluzione preventive Pb: 1 Profilazione dell’utente in funzione Inserimento di + dati Cambio del sistema di attuatori banco/freno... Rimozione del bagno d’olio Sistema azionato a mano (con Il sistema necessita di troppi step Profilazione dell’interfaccia/ delle competenze (interfaccia della misura + Parametri sono una Pb: 1 Test ISO realizzato a mano per arrivare allo scopo operatività rispetto alle semplificata + parametri avanzati) Pb: 1 Pb: 1 dell’encoder Pb: 1 manovella) Pb: 1 complicazione (conoscenze e Pb: 1 PS: 1 competenze dell’operatore Necessità di usare più PS: 1 Pb: 1 tempi) per utenti basic L’ingolmbro dei freni Freni esterni troppo PS: 1 Distinzione problematiche freno da PS: 1 PS: 1 Pb: 1 Riduzione numero calibrazioni Controllo per inseguire freni con trasduttori Sistemi con maniglia tipo carrello non consente di avere ingombrantilimitano la Pb: 1 problematiche avvitatore Pb: 1 Componentistica con tolleranze più Ribaltamento del banco PS: 1 Pb: 1 traiettoria (non lineare) diversi per aumentare il Misurare la coppia del aeroporto Pb: 1 adeguata flessibilità e capacità massima dei Riduzione valore magazzino Parametrizzazione ERP (sistema di Artigianalità del montaggio del gruppo strette che riproduca il tipo di range di coppie di Pb: 1 freno, non dell’avvitatore Necessità dello sviluppatore in loco I pulse tool creano modularità tool testabili a 250 Nm PS: 46 PS: 1 Le cause sono da riordino) freno, anche se preassemblato PS: 1 Prove di frenata Sul banco nuovo Pb: 1 Pb: 1 giunto funzionamento Pb: 1 problemi sul sistema imputare al tipo di cambio SW e HW Costo elevato encoder Sistema automatico / motorizzato Introduzione di simulazione di Realizzazione di una simulazione Cambio encoder sistema (idraulico) ed Separare misura velocità di prestazioni superiori Identificazione freno per test curve complesse realistica (no approssimazione al tipo di attuatore Question to experts: 1 e misura angolo Question to experts: 1 lineare) (soffietto) PS: 1 PS: 1 PS: 1 rotazione albero Pb: 1 Da chiarire con chi si preoccupa PS: 1 Quali tipologie di materiali PS: 1 Affiancare tecnologia Ridurre il tempo di «restore» del freno dell’Hardware e del processo di Sistema di stabilizzazione Pb: 1 Pb: 1 Service parti custom utilizzano i fornitori? Che Pb: 1 Pb: 1 Cambio sistema di nuova a sistema idraulico frenatura controllo: chiudere specifiche seguono i fornitori? Scarsa accessibilità delle informazioni Maggiore rigidezza percepita (lato PS: 1 Problemi di schiacciamento/sicurezza Corretta esecuzione del test anello mediante misura Freno modulare diagnostiche cliente) del sistema utente della coppia espandibile Utilizzo servosistemi PS: 1 PS: 1 PS: 1 Pb: 1 Question to experts: 1 Pb: 1 Nuovo sistema SW/algoritmi Modellizzazione MATLAB della valvola Caratterizzare i parametri del PID PS: 1 Calibrazione di tutto il banco Devono essere realizzati dei Complessità tastiera e monitor PS: 1 MOOG Pb: 1 Pb: 1 Comunicazione più chiara dei benefici (introduzione di una incertezza per componenti a livello di Pb: 1 Possibili instabilità al cliente ciasuno dei moduli) incertezza molto più basso, in Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 PS: 1 Posizionamento del tool sul banco tastiera e monitor PS: 1 Simulatore giunto con dovute a due anelli PS: 1 modo da mantenere adeguato il Maggiore PS: 1 Pb: 1 livello di incertezza del banco Sicurezza Consumi Ingombri Eliminazione prove molle a tazza chiusi che Pb: 1 conoscenza del Eliminazione prove interagiscono nel suo complesso? frenata con algoritmi Pb: 1 Pb: 1 Question to experts: 1 Sostituzione dei diversi freni conSingolo freno molto fenomeno frenata con HW più Posizione tastiera e monitor (modellazione del di controllo più PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 uno molto versatile versatile Pb: 1 performante Sollecitazioni impulsive Sollecitazione degli Modellizzazione MATLAB della sistema fisico) performanti e vibrazioni striscianti per la valvola MOOG Pb: 1 Attuatore con guida automatica del Introduzione di una guida Identificazione gestualità Identificazione del freno su cui Pb: 1 Question to experts: 5 Posizionamento tool su banco trasmissione del PS: 1 Gestione parti custom tool (gabbia per il tool e meccanismo lavorare in maniera automatica (tipo segnale di coppia Qual è la strategia di Pb: 1 Pb: 1 pressione grilletto) con LED) È necessario svitare il Intervenire direttamente controllo più idonea? Question to experts: 1 giunto a valle del test sul freno, non sul sistema Pb: 1 Pb: 1 Dimensioni del banco Peso/massa del PS: 1 (raddoppio tempi) di attuazione/controllo PS: 1 (prevalentemente larghezza per banco Tempi legati all’attuale architettura Tempi legati all’attuale architettura Da chiarire con esperti la riduzioni spazio linee montaggio) Virtualizzazione tastiera Sistemi plug and play HW SW fattibilità PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 Inclinabilità (oltre che rotazione) del Cambio layout componentistica banco Banco utilizzabile per moduli Materiali più leggeri monitor PS: 1 PS: 1 Velocizzare il flush del freno (?) Banco ad altezza regolabile Pb: 1 Pb: 1 Calibrazione e catena di misura Costi Pb: 1 La risposta del sistema dipende dalla configurazione del banco La procedura di calibrazione dipende dal banco Pb: 1 Configurazione parametri sistema frenante Pb: 1 Pb: 1 Incremento velocità di reazione Influenza fenomeni di elasticità meccanica PS: 1 Sistema autoconfigurante??? Pb: 1 PS: 1 PS: 1 Atlas vende servizio Modello del sistema che Pb: 1 Tool di riferimento tiene conto dell’HW e del Preclusione di alcune soluzioni grado di usura Pb: 1 (come stampa pdf) e funzionalità più moderne Disaccoppiamento dei freni PS: 1 Disaccoppiare i Pb: 1 sottosistemi Modifica proprietà olio? Pb: 1 Pb: 1 Affidabilità inferiore? Surriscaldamento elettrovalvole Pb: 1 Pb: 1 Maggiore consumo di Sicurezza energia Pb: 1 PS: 1 Servovalvola Introduzione di un pulsante unico x sovradimensionata per download configurazioni e log l’accoppiamento dei PS: 1 freni Se numero freni ridotto: uso di due servovalvole Pb: 1 Incremento costi PS: 1 PS: 1 PRO: Velocità di reazioni al di sotto PS: 1 FRENO MECCANICO ATTUATO di ms DA PIEZOELETTRICO. La PRO:controllo più versatile pressione non è generata da un idraulico, ma da un piezo. PS: 1 PRO:Migliori prestazioni su avvitatori veloci e piccoli (es. Pb: 1 ambito cellulari) Fenomeno di isteresi sul controllo di coppia PS: 1 Cambio del principio di funzionamento Question to experts: 1 del freno Se il funzionamento nel Pb: 1 Pb: 1 Exemplary transitorio tecnicamente appare Richiesta di elevati voltaggi (con adeguato, è da verificare il Tecnologia nuova e competenze conseguente necessità di mantenimento della forza nuove componentistica dedicata) richiesta per un intervallo temporale più esteso PS: 1 Principio di funzionamento basato Question to experts: 1 PS: 1 PS: 1 su magnetismo/Elettromagnetismo La richiesta elevati voltaggi PRO: Pulito FRENO PNEUMATICO: potrebbe portare a verifiche Aria in pressione con pistone che va a porsi su sulla sicurezza (correnti, elementi rotanti potenze in gioco) Soluzione competitor risalente a circa dieci anni fa PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 PRO: transizione più soft verso PRO:Minor impatto ambientale se FRENO ELETTROMAGNETICO a correnti nuova tecnologia (modifiche a secco PRO: Può scaricare in aria parassite PS: 1 tecnologiche e di competenze più E’ una specificazione di come andare a PS: 1 PRO: Prestazioni e capacità in funzione contenute rispetto all’attuale concretizzare il freno elettromagnetico. dell’intensità del campo elettrico/ Più è la velocità, più sono le correnti parassite, PRO: minore dipendenza dalle sistema) magnetico applicato (e quindi più frena. Esistono in ambito ferroviario, condizioni ambientali (temperatura, Question to experts: 1 PS: 1 umidità ecc) potenzialmente maggiori e più ampie) comportamento dissipativo. Verificare se funzionamento a PRO: controllo coppia (tramite servo Non sono motori in frenatura, ma sono magneti secco o a bagno d’olio, che motori per movimentazione magneti) che realizzano una coppia resistente sul volano, hanno conseguenze differenti PS: 1 ma soltanto magneti che si allontano o si PS: 1 avvicinano. Nella versione più evoluta, c’è un PS: 1 Pb: 1 PS: 1 PRO:ingombri ridotti e forze Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 FRENI ELETTROREOLOGICI o MAGNETO REOLOGICI (fluidi che servo motore, per grandi masse (banchi freno), PS: 1 elevate (soprattutto se rapportate PRO: operatività in transitori brevi e Smaltire e gestire più calore cambiano la viscosità in base al campo elettrico/magnetico, cambi PRO: il fluido è contenuto in circuito Aria comprimibile Forze non adeguate Controllabilità insufficiente velocità non altissime Freno magnetico/ elettromagnetico agli ingombri necessari) maggiore reattività dissipato anche di ordine di grandezza). Applicazioni in ambito di sospensioni chiuso, quindi sistema molto pulito auto Pb: 1 Question to experts: 1 Network of PS: 1 Il sistema freno EM potrebbe avere Verifica sulle reali prestazioni PS: 1 PS: 1 molta inerzia (coppia, angolo e ottenibili PRO: rimozione uso olio, riducendo velocità) che influenza PRO: Dimensioni attese contenute PRO:forze elevate perdite, sporco, manutenzione negativamente la coppia da misurare Pb: 1 Question to experts: 1 Invecchiamento del fluido (per i fluidi magnetoreologici) Pb: 1 PS: 1 Verifica applicabilità tecnica e Pb: 1 PRO: ingombri più ridotti tecnologica al contesto del Riduzione ingombri gruppo freno PS: 1 Tempi di reazione non allineati alle sistema frenante specifiche attese PRO: competenze e componentistica già presenti ed esistenti (stesso Pb: 1 motore al posto del freno per avere Durata e vita dei componenti Pb: 1 medesime prestazioni) Pb: 1 verosimilmente inferiore Standardizzazione dei componenti Problemi di isteresi, che potrebbe dare un controllo di coppia meno affidabile Question to experts: 1 Verificare gli effettivi ingombri PS: 1 su coppie elevate Pb: 1 PRO: Possibilità di sostituire i dispositivi montati sul banco con un unico freno EM capace di gestire Minore corrispondenza del l’intero range di funzionamento richiesto fenomeno di frenatura EM con il (nell’attuale banco esistono più freni/dispositivi Pb: 1 fenomeno di frenatura sul campo PS: 1 idraulici, per testare più range di lavoro) Fenomeni elettromagnetici (che vede superfici a contatto), con indesiderati PRO: aspettative di controllo più conseguente richiesta di maggiore efficiente (perché tutto elettronico/ conoscenza del fenomeno sul PS: 1 digitale), raffinato e maggiore campo per introdurre eventuali PRO: usura pressochè assente affidabilità correzioni PS: 1 Problems and Pb: 1 PRO: semplicità costruttiva, minori Il freno idraulico attuale è un freno parti in movimento a reazione, con il freno magnetico/ EM e la curva output potrebbe non garantire la qualità/linearità attesa Pb: 1 Pb: 1 Sicurezza operatore per campi EM Probabili interferenze dei campi PS: 1 generati elettromagnetici verso l’esterno o subiti (in particolare per la catena PRO: la possibilità di recupero di di misura, segnale 2mV) energia e il minor sporco potrebbero avere un’influenza positiva sulla Pb: 1 risposta del mercato Consumo energetico maggiore e quindi durata operativa inferiore PS: 1 PRO: il freno magnetico consente il recupero di energia, eco design e harvesting PS: 1 Question to experts: 1 Pb: 1 PRO: ricarica di batterie Verifica sulla fattibilità di Per l’inerzia, l’aggiunta di Partial Solutions recuperare energia meccanica componenti, va in direzione (tramite molle, volani o parti contraria idrauliche) after a half-day workshop in industry Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Pb: 1 Miglioramento del banco simulaz ione giunzioni PS 1 Mantenimento del principio di frenatura per attrito c oulombiano Pb: 1 Risposta del sistema Pb: 1 Miglioramento dell’uso del s is tema Pb: 1 lato utente Difficoltà misura c oppia minima del freno Accuratez za della frenata per non linearità Pb: 1 Pb: 1 a basse press ioni Pb: 1 Complessità Assemblaggio Tempi di ri sposta componenti Diagnostica Pb: 1 Pb: 1 lunghi non consentono di simulare Pb: 1 Facilità/semplicità di utilizzo Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Miglioramento ergonomia Pb: 1 correttamente il gi unto Riduzione trafilamenti idraulic i/ Pb: 1 Giunti con rundown PS: 1 Pb: 1 perdite di pres sione Pb: 1 Manovrabilità/ergonomia Il tool si sc alda Impostazione automatica del Pb: 1 lunghi "c oppia 0" Pb : 1 Pb: 1 Miglioramento interfaccia utente Guide per l’allineamento Attacco divers o per Velocità di trasporto de l banco PSET Versatilità tipo di dell’avvi tatore ciascun avvitatore Diagnostica esclusivamente reattiva Chiarezza de i messaggi all’utente Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 frenata Pb: 1 PS: 1 Pb: 1 Pb: 1 Miglioramento Interfaccia software F lessibilità di utilizzo Comple ssità de i parame tri da ge stire Riduzione del numero di Aumento di tool testabili (specie in parametri che l’operatore deve Moduli pre-assemblati (con nuovo Sforzo utente Realizzabilità di te st H/V Pb: 1 impos tare velocità) Pb: 1 approccio) eccetto il freno Pb: 1 GUI attuale obsoleta PS: 1 Maggiore sens ibilità L’input dei tools richiede Pb: 1 Pb: 1 PS: 1 all’inc linazione del tool PS: 1 Pb : 1 Riduzione di numeri di parametri da all’operatore molto tempo Tool diagnostici de dicati agli Riduzione tempi morti tra due test Adozione di layer di SW diversi Pb: 1 inserire per il sistema Mi sura delle sollec itazioni Identificazione de llo 0 sviluppatori Pb: 1 consecutivi PS: 1 Question to experts: 5 flessionali date dall’uso Pb: 1 Il know-how degli utenti è molto Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Ca mpagna test per Non c onosciamo i limiti coppia- Pb : 1 improprio dell’av vitatore e Pb : 1 PS: 1 Mante nimento delle caratteristiche di diversificato Bloccaggio ruote con freno sulle ruote misura re variabilità v elocità-tempo-angolo del «pulizia» dell a misura Rimozione dell’olio dal s is tema Gestione magazzino sicurezza Tempo tra due serraggi consecutivi Generazione di feeling negativo PS: 1 PS: 1 Pb: 1 Misura della velocità Pb: 1 Introduzione di logiche proattive/ Pb: 1 Pb: 1 parametri in funzione de l s is tema attuale della copppia Pb: 1 nell’operatore Pb: 1 del tool – risoluzione preventive Pb: 1 Profilazione dell’ute nte in funzione Inserimento di + dati Cambio del sistema di attuatori banco/freno.. . Rimoz ione del bagno d’olio Il sistema necessita di troppi step Profilazione dell’interfaccia/ delle competenze (interfaccia Pb: 1 della mis ura Sistema azionato a mano (con + Parametri sono una Test ISO r ealizzato a mano per arrivare allo scopo operatività rispetto alle semplificata + parametri avanzati) Pb: 1 Pb : 1 dell’encoder Pb: 1 manove lla ) Pb: 1 c omplicazione (conosc enze e Pb: 1 PS: 1 competenz e dell’operatore Neces sità di usare più PS: 1 Pb: 1 tempi) per utenti basic L’ingolmbro dei freni Freni esterni troppo PS: 1 Distinzione problematiche freno da PS: 1 PS: 1 Pb: 1 Riduzione numero c alibrazioni Control lo per ins eguire freni con trasduttori Siste mi con maniglia tipo carrello non cons ente di avere ingombrantilimitano la Pb: 1 problematiche avvitatore Pb: 1 Componentistica con tolle ranze più Ribaltamento del banco PS: 1 Pb : 1 traiettoria (non lineare) diversi per aumentare il Misurare la coppia del aeroporto Pb: 1 adeguata flessibilità e capacità massima dei Riduzione valore magazzino Parametrizzazione ERP (siste ma di Artigianalità del montaggio del gruppo stre tte che riproduca il tipo di range di coppie di Pb: 1 freno, non dell’av vitatore Necessità dello sviluppa tore in loco I pulse tool creano modularità tool tes tabili a 250 Nm PS: 46 PS: 1 Le caus e sono da riordino) fre no, anche se preassemblato PS: 1 Prove di frena ta Sul banco nuovo Pb: 1 Pb: 1 giunto funz ionamento Pb: 1 problemi s ul s is tema imputare al tipo di cambio SW e HW Costo elevato enc oder Sistema automatico / motorizzato Introduzione di simulazione di Realizzazione di una simulazione Cambio encoder s is tema (idraulico) ed Separare m is ura velocità di prestazioni superiori Identificazione freno per test curve complesse realistic a (no approssimazione al tipo di attuatore Question to experts: 1 e misura angolo (soffietto) Question to experts: 1 PS: 1 lineare) rotazione albero PS: 1 Pb: 1 Da c hiari re con chi si preoccupa PS: 1 PS: 1 Quali tipologie di materiali PS: 1 Affiancare tecnologia Ridurre il tempo di «restore» del freno dell’Hardware e del processo di Sistema di stabilizzazione Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Service parti custom utilizzano i fornitori? Che Pb: 1 Cambio sistema di nuova a sistema idraulico frenatura controllo: chiude re specific he s eguono i forni tori? Problemi di schiacciamento/sicurezza Scarsa accessibilità delle informazioni M aggi ore rigidezza percepita (lato PS: 1 Corretta esecuzione del test anello mediante misura Fre no modulare diagnostiche cliente) del sistema utente della coppia e spandibile Utilizzo servosistemi PS: 1 PS: 1 PS: 1 Pb: 1 Question to experts: 1 Pb: 1 Nuovo sistema SW/algoritmi M ode llizzazione MATLAB della val vola Caratte rizzare i parametri del PID PS: 1 Calibrazione di tutto il banco Devono essere realizzati dei Complessità tastiera e moni tor Pb: 1 PS: 1 MOOG Pb: 1 c omponenti a livello di Comunicazione più chiara dei be nefici (introduzione di una incertezza per Pb: 1 Possibili ins tabilità al clie nte ciasuno dei moduli) incertezza molto più basso, in Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 PS: 1 Posizionamento del tool s ul banco tastiera e monitor PS: 1 Simulatore giunto con dovute a due anelli PS: 1 modo da mantenere adeguato il Maggiore PS: 1 Pb: 1 livello di incertezza del banco Sicurezza Consumi Ingombri Eliminazione prove molle a tazza chiusi che Pb: 1 conoscenza del Eliminazione prove interagisc ono nel suo complesso? frenata con algoritmi Pb: 1 Pb: 1 Question to experts: 1 Sostituz ione dei diversi freni con Singolo freno molto fenomeno frenata con HW più Posizione tastiera e monitor (modellazione del di controllo più PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 Sollecitazioni impuls ive Sollecitazione degli uno molto versatile versatile Pb: 1 pe rformanti performante Modellizzazione MATLAB della siste ma fisico) e vibrazioni striscianti per la valv ola MOOG Pb: 1 Attuatore con guida automatica del Introduzione di una guida Identificazione ge stualità Identificazione del fre no su cui Pb: 1 Question to experts: 5 Posizioname nto tool su banco trasm is sione del PS: 1 tool (gabbia per il tool e meccanismo lavorare in manie ra a utomatica (tipo Gestione parti custom segnale di coppia Qual è la strategia di Pb: 1 Pb: 1 pressione grilletto) con LED) È nec ess ario svitare il Intervenire direttam ente controllo più idonea? sul freno, non sul sistema Question to experts: 1 giunto a valle del test Pb: 1 Pb: 1 Dimensioni del banco Pe so/massa del PS: 1 (raddoppio tempi) di attuazione/controllo PS: 1 (prevalentemente larghezza per banco Da chiarire con esperti la Tempi legati all ’attuale archite ttura Te mpi le gati all’attuale architettura riduzioni spazio linee montaggio) Virtualizzazione tastiera Siste mi plug and play HW SW fattibilità PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 Inclinabilità (oltre che rotazione) del Cambio layout componentistica banco Banco utilizzabile per moduli Materiali più leggeri monitor PS: 1 PS: 1 Ve locizzare il flush del fre no (?) Banco ad altezza regolabile Pb : 1 Pb: 1 Calibrazione e catena di misura Costi Pb: 1 La risposta del sistema dipende dalla configurazione del banco La procedura di calibrazione dipende dal banco Pb: 1 Configurazione parametri sis tema frenante Pb : 1 Pb: 1 Incremento velocità di reaz ione Influenza fenomeni di elasticità meccanic a PS: 1 Sis tema autoconfigurante??? Pb: 1 PS: 1 PS: 1 Atlas vende serv iz io Modello del sistema c he Pb: 1 Tool di riferimento tiene conto dell’HW e del Preclusione di alcune s oluzioni grado di us ura (c ome s tampa pdf) e funzionalità Pb: 1 più moderne Disaccoppiamento dei freni PS: 1 Disaccoppiare i Pb: 1 sottosistemi Modifica proprietà olio? Pb : 1 Pb: 1 Affidabilità inferiore? Surriscaldamento elettrovalvole Pb : 1 Pb: 1 Maggiore consumo di Sicurez za energia Pb : 1 PS: 1 Servovalvola Introduzione di un pulsante unico x sovradimensionata per download configurazioni e log l’ac coppiamento dei PS: 1 freni Se numero freni ridotto: us o di due serv ovalvole Pb : 1 Incremento cos ti PS: 1 PS: 1 PS: 1 PRO: Velocità di reazioni al di sotto FREN O M ECCANICO ATTUATO di ms DA PIEZ OELETTRICO. La PR O:c ontrollo più versatile pressione non è generata da un idraulico, ma da un piezo. PS: 1 PRO:Migliori prestazioni su av vitatori v eloci e piccoli (es. Pb: 1 ambito cellulari) Fenomeno di is teresi s ul c ontrollo di coppia PS: 1 Cambio del principio di funzionamento Quest ion to experts: 1 del freno Se il funzionamento nel Pb: 1 Pb : 1 transitorio tecnic amente appare Richiesta di elevati voltaggi (c on adeguato, è da v erificare il Tecnologia nuova e c ompetenze c onseguente necess ità di mantenimento della forza nuove componentistica dedicata) ric hiesta per un intervall o temporale più estes o PS: 1 Principio di funzionamento basato Question to experts: 1 PS: 1 PS: 1 su magnetismo/Elettromagnetis mo La richiesta elevati voltaggi PRO: Pulito FRENO PN EUMATICO: potrebbe portare a verifiche Aria in pressione con pistone c he v a a porsi su s ulla sicurez za (correnti, elementi rotanti potenze in gioco) Soluz ione competitor risalente a circa dieci anni fa PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 PRO: transizione più soft verso PRO:Minor impatto ambientale se FRENO ELETTROMAGNETICO a correnti nuova tecnologia (modifiche a secco PRO: Può scaricare in aria paras site PS: 1 tecnologic he e di competenze più E’ una s pecificazione di c ome andare a PS: 1 PRO: Prestazioni e capacità in funzione contenute rispetto all’attuale concretizzare il freno elettromagnetic o. dell’intensità del campo elettrico/ sis tema) Più è la velocità, più sono le c orrenti parassite, PRO: minore dipendenza dalle condizioni ambientali (temperatura, magne tico applicato (e quindi Question to experts: 1 PS: 1 più frena. Es is tono in ambito ferroviario, potenzialmente ma ggiori e più ampie ) c omportamento dissipativ o. umidità ecc) Verific are se funzionamento a PRO: controllo coppia (tramite servo Non s ono motori in frenatura, ma sono magneti secco o a bagno d’olio, c he motori per movime ntazione magneti) che realizzano una coppia resistente sul volano, hanno conseguenze differenti PS: 1 ma s oltanto magneti che s i allontano o s i PS: 1 av vicinano. Nella versione più evoluta, c’è un PS: 1 Pb: 1 PS: 1 PRO:ingombri ridotti e forz e Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 F RENI ELETTROREOLOGICI o MAGNETO REOLOGICI (fluidi che servo motore, per grandi mas se (banchi freno), PS: 1 elevate (soprattutto se rapportate PRO: ope ratività in transitori brevi e Smaltire e gestire più calore cambiano la v is cosità in base al c ampo elettric o/magnetico, cambi PRO: il fluido è contenuto in circuito Aria comprimibile Forze non adeguate Controllabilità insufficiente velocità non altis sime Freno magnetico/ elettromagnetico agli ingombri nec es sari) maggi ore reattività dis sipato anche di ordine di grandezz a). Applic az ioni in ambito di s ospensioni chiuso, quindi sistema molto pulito auto Pb: 1 Question to experts: 1 PS: 1 Il sistema freno EM potrebbe avere Verifica sulle reali prestaz ioni PS: 1 PS: 1 molta inerzia (coppia, angolo e ottenibili PRO: rimozione uso olio, riducendo velocità) che influenza PRO: Dimensioni attese contenute PRO:forze elevate perdite, sporco, manutenzione negativamente la coppia da Pb: 1 misurare Question to experts: 1 Inv ec chiamento del fluido (per i fluidi magnetoreologici) Pb : 1 PS: 1 Verifica applicabilità tecnica e Pb: 1 PRO: ingombri più ridotti tec nologica al contesto del Riduzione ingombri gruppo freno PS: 1 Tempi di reazione non allineati alle sistema frenante s pecific he attese PRO: compe te nze e compone ntistica già presenti ed e sistenti (stesso Pb: 1 motore al posto del freno pe r ave re Durata e vita dei componenti Pb : 1 me desime prestazioni) Pb: 1 veros imilmente inferiore Standardizz azione dei componenti Problemi di is teresi, che potrebbe dare un c ontrollo di c oppia meno affidabile Question to experts: 1 Verificare gli effettivi ingombri PS: 1 su coppie elevate Pb: 1 PRO: Possibilità di sostituire i dispositivi montati sul banco con un unico freno EM capace di gestire Minore corrispondenza del l’intero range di funziona me nto richiesto fenomeno di frenatura EM c on il (nell’attuale banco esistono più freni/dispositivi Pb : 1 fenomeno di frenatura sul campo PS: 1 idraulici, per te stare più ra nge di lavoro) Fenomeni elettromagnetici (che vede s uperfici a contatto), c on indesiderati PRO: aspettative di controllo più c onseguente richiesta di m aggiore efficiente (perché tutto elettronico/ conosc enza del fenomeno sul PS: 1 digitale), raffinato e ma ggiore campo per introdurre eventuali PRO: usura pressochè assente affidabilità c orrez ioni PS: 1 Pb: 1 PRO: semplicità costrutti va, minori Il freno idraulico attuale è un freno parti in movime nto a reazione, con il freno magnetico/ EM e la c urva output potrebbe non garantire la qualità/linearità attes a Pb: 1 Pb: 1 Sic urezza operatore per campi EM Probabili interferenz e dei campi PS: 1 generati elettromagnetic i vers o l’esterno o subiti (in particolare per la c atena PRO: la possibilità di recupe ro di di misura, segnale 2mV) energia e il minor sporco potre bbe ro avere un’influenza positiva sulla Pb: 1 risposta de l mercato Consumo energetic o maggiore e quindi durata operativa inferiore PS: 1 PRO: il freno magnetico consente il re cupero di ener gia, e co design e harvesting PS: 1 Question to experts: 1 Pb: 1 PRO: ricarica di batte rie Verific a sulla fattibilità di Per l’inerzia, l’aggiunta di recuperare energia mec canica componenti, va in direzione (tramite molle, volani o parti c ontraria idrauliche) Pb: 1 Exemplary Miglioramento del banco simulazione giunzioni Network of Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Miglioramento Assemblaggio e Aderenza del giunto Versatilità del Risposta del sistema Ecosostenibilità del dell’uso del sistema calibrazione banco simulato alla curva sistema di frenatura sistema lato utente teorica Pb: 1 Problema da risolvere o Problems and Task da svolgere PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 Modifiche al Modifiche alla Disaccoppiamento Question to experts: 1 Soluzione Parziale o Scelta sistema lato Cambio del Cambio del progettuale logica del dei freni Verifiche ambiti e interazione sistema di principio di software applicazioni Partial Solutions attuazione freno industriali frenatura Question to experts: 1 Lacuna di conoscenza o PS: 1 PS: 1 verifica sperimentale da PS: 1 Miglioramento Profilazione PS: 1 realizzare Più accurata ergonomia utente e Question to experts: 1 PS: 1 PS: 1 PS: 1 descrizione Riduzione del PS: 1 PS: 1 PS: 1 diagnostica after realaboration comportamento numero di prove Verifica range di Freni a Freni di tipo Freni con fluidi integrata Utilizzo di più Utilizzo di più Attuazione Collegamento tra nodi meccanico con di frenata funzionamento nel funzionamento elettromagnetico E/M reologici elettrovalvole servovalvole piezoelettrica contesto specifico (dall’alto verso il basso): modelli pneumatico legame causa-effetto o di dipendenza logica Pb: 1 Pb: 1 Pb: 1 Potenziali and clustering Maggiore libertà Necessità di aumenti peso settaggio effettuare nuove (e.g. con servo) o Pb: 1 parametri campagne di test costi (e.g > Pb: 1 Pb: 1 potenziale e riscrittura Maggiori consumi Pb: 1 Pb: 1 #componenti o Pb: 1 sorgente di firmware del e minore Potenziale Problemi con la con materiali più Scarsa Gestione inerzie misure scorrette sistema autonomia del riduzione catena di misura Smaltimento leggeri) controllabilità per coppie sistema affiabilità/vita dei (calibrazione, calore della frenata elevate componenti interferenze,..) PS: 1 Recupero di energia dalla frenata Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING What to do? (Use Post-It - 20 minutes) Start generating a Network of Problems. • Pick the notes with the 5 functional interactions you already defined and place them on the flipchart paper sheet • Start checking for potential connections among them and for missing links and elements • Define some of the missing elements – (sub)Problems (e.g. problem decomposition) – Partial solutions – Further consequences generated by Partial Solutions • Create missing links Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: How to build them Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PROBLEM FRAMING Network of Problems and Partial Solutions: How to build them Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Why searching for patents? What for? Why? 60-80% of information contained in patents is not available elsewhere (Sources: EPO 2001, Mucke 2011) Patents describe problems and solution What for? Avoid infringing existing patents Get inspiration from other fields of application sharing the same problem WARNING Information contained in patents is not necessarily correct! Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Structure of a patent A European patent application consists of (Article 78(1) EPC): Request for grant Description of the invention (Rule 42 EPC) – a summary of the prior art, a disclosure of the invention and what problem it is supposed to solve Claims (Articles 69, 84 and Rule 43 EPC) – determine the extent of protection conferred by a European patent Drawings (if any) referred to in the description or the claims – the description and drawings are used to interpret the claims Abstract (Article 85, Rule 47 EPC) – around 150 words that can be used as a search tool for other patent applications “The extent of the protection conferred by a European patent or a European patent application shall be determined by the terms of the claims. Nevertheless, the description and drawings shall be used to interpret the claims.” Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Structure of a patent Description Prior art o Teapot with one spout Drawback of prior art o Time-consuming Problem to solve o Reduce filling time Solution o Provide a second spout Advantage of the invention o The time needed to fill multiple cups is reduced Source: Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Structure of a patent Sample patent front page Patent Number Title Inventor Publication Date Applicant (or Assignee) Priority Date Abstract Data IPC code Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Structure of a patent State of the Art Description Drawings Claims Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Structure of a patent Patent Numer (or Publication Number): alpha-numeric code identifying patent document, assigned at the moment of Publication. Patent Nr.= Country Code + number (+ Kind code) IT = Italy Es. US = United States A = application EP = European Pantent B = granted WO = International Application PCT … Progressive Number Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Main Databases for Patent searches Free-of-charge Databases for patent searches: o Espacenet (EPO) o PatentScope (WIPO) o UIBM (IT) o USPTO (US) o J-PLAT-PAT (JP) o Google Patents, PatentInspiration, The Lens, ecc… WARNING! No patent Database has complete coverage of all patent documents ever published worldwide!! Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Main Databases for patent searches Summary and Comparison Table … different Search Services and Patent Databases with different functionalities!! Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Patent database - ESPACENET Key features and Strengths: Three search Interfaces: Smart search, Advanced Search, Classification Search; COVERAGE: • Applications (A) and Granted patents (B) from over 90 world wide patent authorities (EP, WIPO, National Offices); • Bibliographic data and Legal status information for all docs; • Full text: only for docs in English, French and German language; • Classifications: CPC, IPC; SEARCH OPTIONS: • Full text Search in English, French and German; • 10 predefined search fields; • Boolean Operators, Wild Cards; • Forward and Backward citations; LANGUAGE: • Interface language: DE, EN FR • Automatic translation tool; ESPACENET Limits: http://worldwide.espacenet.com Maximum number of search terms per field is 10; Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Patent database - ESPACENET Boolean Operators AND, OR, NOT Wildcards and truncation * car* -> cars, carbon, carriage, carrynig, …; # car#on -> carton, carbon, …; ? clock? -> clocks, clock String search: “ ” -> ”seat belt” The system will retrieve documents having the exact expression “seat belt”; Date range in publication date search: : YYYYMMDD: YYYYMMDD Example: Pubblication Date 2000:2001 will retrieve all patent and application documents published from 1-Jan-2000 to 31-Dec-2001. Parentheses to organize complex search queries: Example: (mouse OR rat) AND (trap OR mousetrap) ESPACENET http://worldwide.espacenet.com Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
EXAMPLE SEARCHES KR101976113B1 VR System providing escape room game equipped with VR device Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
EXAMPLE SEARCHES US2019201806A1 SMART ENTERTAINMENT TECHNOLOGY ATTRACTIONS Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
PATENT SEARCH What to do? (Use Post-It - 30 minutes) Search for relevant patents and populate your Network of Problem. • Go through the suggested patent search engine, define keywords and strategies to retrieve patents • Briefly check their contents so that problems addressed and solutions proposed become clear • Use Post-its to note problems and solutions and put them (with patent numbers) on the Network of problems with appropriate connections Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
DESIGN BY ANALOGY Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
DESIGN BY ANALOGY Search for analogies General Alternative Model system that of the solved the Problem same Pb Analysis and Solution Abstraction Generation Design Transfer Problem Solution Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
DESIGN-BY-ANALOGY What to do? (Use Post-It - 20 minutes) Try to figure out potential analogies that can help you to generate potentially relevant new ideas. • Try to figure out what other solutions or strategies are typically leveraging similar functional interactions in a different context • Try to figure out what other solutions or strategies are typically taking place in similar contexts by leveraging potentially relevant functional interactions • Generate your own solutions and use Post-Its to add them to your Network of Problems (make connections!) Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Types of problems (in engineering design) How to deliver a desired function? Object “change” “increase” Parameter/Feature of the object “decrease” “stabilize” How to improve an insufficient useful function? Action Tool Object How to avoid the undesired consequences of a harmful function? Action Tool Object How to reduce/avoid the consumption of ….? Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Solution strategies (in engineering design) How to deliver a desired function? Object “change” “increase” Parameter/Feature of the object “decrease” “stabilize” Search for effects/principles to deliver the function Pointers to effects • Checklists of physical fields • Databases of effects Search for analogies • In Nature • In other fields of application Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Pointers to effects Checklists of physical fields FIELDS AND FORCES Mechanical Fields Electromagnetic fields Other fields Field Dynamics Gravity forces Electric discharges Heating Single wave Friction forces Electrostatic field Cooling Oscillation Elasticity Electric current Thermal shock Pulsation Internal tension Skin current Odor Resonance Inertia Foucault currents Taste Standing wave Centrifugal forces Magnetic field Chemical reactions Traveling wave Lifting forces Electromagnetic field Nuclear forces Field gradient (lifting) Microwaves Reflection Mechanical Radio waves Refraction vibrations Infrared waves Focusing (oscillations) Visible light Shielding Acoustic vibrations Coherent light (laser) Amplification (oscillations) Ultraviolet rays Scanning Buoyancy X-rays Scattering Pressure of liquids Electron beam Interfering and gases Expansion Diffusion Structuring Osmosis Filtering Thermal tension Sound Ultrasound Coriolis forces Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Pointers to effects Databases of effects http://wbam2244.dns-systems.net//EDB_Welcome.php Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Search for analogies In nature E.g., AskNature ( Lectures on Bio-Inspired Design) Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Search for analogies In other fields of application E.g., by patent searches Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Solution strategies (in engineering design) How to improve an insufficient useful function? Action Tool Object Keeping the same working principle Modify the tool and/or the object Modify the environment Modify the timing/frequency of action Adding another field in parallel Changing the working principle Technology substitution Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Improving an insufficient useful function Keeping the same working principle Modify the tool and/or the object Stab. Pos. Road Tyre Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Improving an insufficient useful function Keeping the same working principle Modify the environment In order to improve the efficiency of an air- conditioning system, the outdoor fans are installed on the northern side of the building, thus taking advantage from the shady environment. Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Improving an insufficient useful function Keeping the same working principle Modify the timing/frequency of action • E.g., Matching/unmatching frequencies with natural frequency Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Improving an insufficient useful function Keeping the same working principle Adding another field in parallel F1 F1 S1 S1 S2 S2 F2 Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Improving an insufficient useful function Changing the working principle Technology substitution Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Solution strategies (in engineering design) How to avoid the undesired consequences of a harmful function? Action Tool Object Eliminate the undesired interaction Trimming Add a barrier between the Tool and the Object A new element A modification of the Tool or the Object Attract the harm on another element Counteract the harmful action Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Avoid the harm of a harmful function Eliminate the undesired interaction Trimming • Remove the Tool and/or the Object (if necessary transfer its useful functions to another element) • “Separate” Tool and Object of the HF so as to eliminate the undesired interaction? Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Avoid the harm of a harmful function Add a barrier between the Tool and the Object A new element Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Avoid the harm of a harmful function Add a barrier between the Tool and the Object A modification of the Tool or the Object Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Avoid the harm of a harmful function Attract the harm on another element E.g. lightning rod Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Avoid the harm of a harmful function Counteract the harmful action Deliver an opposite action on the same object Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
Solution strategies (in engineering design) How to reduce/avoid the consumption of ….? Space Material Time Information Energy Eliminate the elements/interactions requiring excessive resources Trimming (as above) Reduce the supply of the resource Useful function Insufficient Useful Function (as above) Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
OUTLINE - Some tools for… …Problem Framing Problem formulation through functional interactions Network of Problems and Partial Solutions …State of the art analysis Patent landscaping …Idea generation Design by analogy Problem solving strategies Dealing with conflicting requirements Morphological table Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
CONTRADICTIONS System evolution implies the resolution of contradictions, i.e. conflicts between a system and its environment or between the components of the system System Requirements Evaluation Par. 2 Problems from different domains, sharing the same contradiction, can be solved by means of the same solving principles Evaluation Par. 1 Conclusions for practice: To solve a problem we should first discover underlying contradictions To achieve maximum benefits, contradictions should be resolved, not compromised Overcoming contradictions is a driving force behind technology evolution. Resolving contradictions, instead of compromising or optimizing, results in breakthrough solutions Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
CONTRADICTIONS R2-: unwanted result 2 V: value of a Feature R1+: desired result 1 Element feature Desired result R2+: desired result 2 Λ: opposite value of a Feature R1-: unwanted result 1 Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
CONTRADICTIONS R2-: R2-:DIFFICULT unwanted TO result PARK2 V: valueV:ofBIG a Feature R1+: R1+: desired COMFORT result 1 Element CAR feature SIZE Desired result R2+: EASY desired TOresult PARK 2 Λ: opposite value of a Λ: SMALL Feature R1-: R1-:NOT unwanted ENOUGHresult SPACE1 Gaetano Cascini: Design Methods and Processes
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