Evaluating complicatedness in mechanical design

• Autorzy: Ben-Yehuda T. , Katz R. , Zonnenshain A.

Warianty tytułu

PL

Ocena skomplikowania w projektowaniu konstrukcji mechanicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Few researchers recognize the differences between complexity and complicatedness. Recent research indicates that complexity is an inherent property of the system, and is not a negative attribute. Complicatedness is a design property that can be reduced starting at the design stage. Design solutions for complex systems can be complicated or simple. This study explores the current definitions of complexity and complicatedness. It is concluded that the complicatedness of mechanical design depends on the complexity of design properties such as number of parts and interfaces, manufacturing processes, and assembly. A model for evaluating complicatedness is derived based on these parameters. The derived complicatedness model is the only model to consider both functional and physical attributes as parameters. This model is the main goal of this research. We analyse three sets of functionally equivalent systems to verify the model. We then validate the model with an experiment in which experienced engineers review the designs of these systems and grade the complicatedness of each. Analysis of the results yields a perfect fit for two of the sets. For the third set, in which industrial design is embedded in the mechanical components, the results are inconclusive.

PL

Niewielu naukowców uznaje różnicę pomiędzy złożonością a skomplikowaniem. Jednak ostatnie badania wskazują, że złożoność jest nieodłączną cechą systemu i nie jest to cecha negatywna. Skomplikowanie jest natomiast cechą konstrukcji, która może być zredukowana już na etapie projektowania. Rozwiązania projektowe dla złożonych systemów mogą być skomplikowane lub proste. W prezentowanym artykule analizie zostały poddane definicje złożoności i skomplikowania. Stwierdzono, że skomplikowanie konstrukcji mechanicznych zależy od parametrów projektowych takich jak liczba części i interfejsów, procesów produkcyjnych i montażu. Model oceny skomplikowania oparty jest na tych parametrach. Jest to model, który uwzględnia zarówno funkcjonalne, jak i fizyczne cechy konstrukcji. Opracowanie tego modelu było głównym celem przeprowadzonych badań. Do weryfikacji modelu przeanalizowane zostały trzy zestawy funkcjonalnie równoważnych rozwiązań konstrukcyjnych opracowanych przez niedoświadczonych konstruktorów. Weryfikacja polegała na analizie skomplikowania projektów przez doświadczonych inżynierów, którzy przeglądali projekty tych konstrukcji i oceniali poziom skomplikowania każdego z nich. Analiza wyników pokazała idealne dopasowanie dla dwóch zestawów. Dla trzeciego zestawu, w którym jako elementy mechaniczne wykorzystano rozwiązania przemysłowe, wyniki są niejednoznaczne.

Słowa kluczowe

EN

complicatedness; complexity; mechanical design; engineering design

PL

skomplikowanie; złożoność; projektowanie; konstrukcja mechaniczna; inżynieria projektowania

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2018
• Tom: no. 2
• Strony: 15--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ben-Yehuda T.

• Department of Mechanical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Izrael

autor

Katz R.

• Department of Mechanical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Izrael

autor

Zonnenshain A.

• Department of Mechanical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Izrael

Bibliografia

• 1. Suh N.: The principles of design. New York: Oxford University Press, 1990.
• 2. Suh N.: Complexity. New York: Oxford University Press, 2005.
• 3. Braha D., Maimon O.: The Design Process: Properties, Paradigms, and Structure. JIEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, 1997, 27(3), pp. 146-166.
• 4. Suh N.: A theory of complexity, periodicity and the design axioms. Research in Engineering Design, 1999, 11(2), pp. 116-132. DOI: 10.1007/ pl00003883
• 5. Ameri F., Summers J., Mocko G.: Engineering design complexity: an investigation of methods and measures. Research in Engineering Design, 2008, 19(2-3), pp. 161-179. DOI: 10.1007/s00163-008- 0053-2
• 6. Tang V., Salminen V.: Towards a theory of complicatedness: framework for complex systems analysis and design. In: 13th International Confe-rence on Engineering Design, Glasgow (Scotland), August 2001. Proceedings of the 13th International Conference on Engineering Design, 2001, pp. 125-132.
• 7. Ward D.: The simplicity cycle. New York: HarperBusiness, 2005, pp 18-21.
• 8. Teegavarapu S., Snider M., Summers J., Thompson L., Grujicic M.: A driver for selection of functionally inequivalent concepts at varying levels of abstraction. Journal of Design Research, 2007, 6(1/2), pp. 239-259. DOI: 10.1504/jdr.2007.015571
• 9. Lewis K.: Making sense of elegant complexity in design. Journal of Mechanical Design, 2012, 134(12), 120801. DOI: 10.1115/1.4023002 10.
• Ko K., Pochiraju K., Manoochehri S.: Dynamic evolution of information complexity for analysis of design and development. Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, 2007, 1(1), pp. 36-47. DOI: 10.1299/jamdsm.1.36
• 11. Goldwasser M., Latombe J.C., Motwani R.: Complexity measures for assembly sequences. In: 13th International Conference on Robotics and Automation, Minneapolis (USA), 22–28 April 1996. IEEE, 1996, Part 2, pp. 1581-1587. DOI: 10.1109/robot.1996.506981
• 12. Maimon O., Braha D.: On the complexity of the design synthesis problem. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics - Part A: Systems and Humans, 1996, 26(1), pp. 142-151. DOI: 10.1109/3468.477869
• 13. Vaidya A., Shah J.: Design shell for parametric design at embodiment stage. In: ASME 2003 Design Engineering Technical Conference and Computers and Information in Engineering Conference, Chicago (USA), 2-6 September 2003. Proceedings of the ASME Design Engineering Technical Conference, 2003, 2B, pp. 823-832. DOI: 10.1115/detc2003/ dac-48788
• 14. Bashir H., Thomson V.: (1999) Estimating design complexity. Journal of Engineering Design, 1999, 10, pp. 247-257. DOI: 10.1080/095448299261317
• 15. Little G., Tuttle R., Clark D., Corney J.: A feature complexity index. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 1998, 212(5), pp. 405-412. DOI: 10.1243/0954406981521321
• 16. Wu K., Levine M.: 3-D object representation using parametric geons. Technical Report CIM 93-13. Montreal: Center for Intelligent Machines, McGill University, 1993.
• 17. Biederman I., Cooper E.E., Hummel J.E., Fiser J.: Geon theory as an account of shape recognition in mind, brain, and machine. In: British Machine Vision Conference, Surrey, 1993. Proceedings of the Fourth British Machine Vision Conference, 1993, pp. 175-186. DOI: 10.5244/c.7.18
• 18. Caprace J.D., Rigo P.: A complexity metric for practical ship design. In: PRADS’10 - The 11th International Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures, Rio de Janeiro (Brazil), 19–24 September 2010. Proceeding of PRADS 2010, pp. 775-782.
• 19. Boothroyd Dewhust Inc: DFMA software: DFA product simplification. [Online]. 2015. [Accessed 11 June 2016]. Available from: http://www.dfma. com/pdf/dfadescription.pdf
• 20. Samy S., ElMaraghy H.: A model for measuring products assembly complexity. International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 2010, 23(11), pp. 1015-1027. DOI: 10.1080/0951192x.2010.511652.
• 21. Sinha S., De Weck O.: Structural complexity quantification for engineered complex systems and implications on system architecture and design. In: ASME 2013 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Portland (USA), August 4-7 2013. 39th Design Automation Conference, 2013, 3A. DOI: 10.1115/detc2013-12013
• 22. Ko K., Yu C., Pochiraju K., Manoochehri S.: Analysis of information complexity during product development. In: ASME 2005 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Long Beach (USA), 24-28 September 2005. 31st Design Automation Conference, 2005, Parts A and B, 2, pp. 719-727. DOI: 10.1115/detc2005-85284
• 23. Braha D., Maimon O.: A mathematical theory of design: foundations, algorithms, and applications. Boston: Springer, 1998.
• 24. Braha D., Maimon O. The measurement of a design structural and functional complexity. IEEE Tran-sactions on Systems, Man, and Cybernetics - Part A: Systems and Humans, 1998, 28(4), pp. 527-535. DOI: 10.1109/3468.686715
• 25. Ben-Yehuda T., Zonnenshain A., Katz R.: Evaluating complicatedness in mechanical design. Procedia CIRP, 2015, 36, pp. 41-47. DOI: 10.1016/j. procir.2015.01.074
• 26. Rodriguez-Toro C., Tate S., Jared G., Swift K.: Complexity metrics for design (simplicity + simplicity = complexity). Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2003, 217(5), pp. 721-725. DOI: 10.1243/095440503322011461
• 27. De Visser M.: The 3D Printing Eleven (3): Complexity is free. 3DP.Lighting. [Online]. 2014. [Accessed 30 May 2016]. Available from: http://www.3dprinting.lighting/3dp11-3-complexity-is-free/
• 28. National Instruments: LabVIEW System Design Software. Austin: National Instruments Corporation, 2013.
• 29. Maeda J.: The laws of simplicity. Cambridge: MIT Press, 2006.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).