Loovustehnikate ülevaade: Konstrueerimine kui teadus, kunst ja käsitöö
Konstrueerimine masina loomisel on ühtaegu nii teadus, kunst kui ka käsitöö. Teadus, kuna tugineb materjali- ja tugevusõpetuse, masinaelementide, masinate töökindluse teadmistele. Kunst, kuna konstruktoril peab olema võime oma töö tulemusi natuuris ette kujutada, tajuda inimese vajadusi, ka moeka kujustamise seisukohalt. Käsitöö – oskus vallata tehnilise joonestamise võtteid, arvutiprogramme, tunda standardeid, konstruktsioonide tehnoloogilisust, ka õpitavaid loova töö võtteid – nt Leiutava Probleemilahenduse Teooria TRIZ arsenali. Tähtis on omandada metallitunnetus, mis tuleb ainult praktilise konstrueerimise käigus ja oma konstrueeritu nägemises valmiskujul. Lõpuks on vaja tunda patendindust, et ideid kaitsta. Konstrueerime ju enamasti globaalse kasutaja ja äri tarbeks.
Loomulikult on äriidee arendamine, sh konstrueerimine, mitmetahuline otsinguline protsess. See on seotud untsuminekutega ja jälle uute ajurünnakute ning katsetustega. On vaja palju ideid, lausa sadu, et neid vaagida ja “kanalisatsioonist” alla lasta (sele 1), enne kui jõutakse tegelikult eduka ärilahenduseni.
Ideid tuleb luua ja süstemaatiliselt koguda, kasutades igasuguseid loometöö ärgitamise vahendeid, maailma patendikogemust. Mõne idee puhul selgub tema väärtus ja hind alles konstrueerimise käigus. Aga projekt võib jäädagi riiulile. Tuleb hinnata, mis juhtub, kui konstruktsioon puruneb, ja vastavalt sellele valida ohutustegurid. Juhtub, et konstrueerimise tulem tapab (Vaata “Estonia” juhtumit allpool).
Igaüks ei peagi leiutama, kuid leiutajat tuleb toetada
Nii nagu inimesed on väga erinevad, nii on ka konstruktorid erinevad. On loovad ideegeneraatorid, töökad vormistajad, tugevad projektijuhid ja hea äritaibuga insenerid*. Kõiki neid on vaja. Uuring näitab, et iga viies mehaanikainseneriks õppinu võiks leiutada maailma tasemel, kui ta satub õigete võimaluste juurde. Igaüks ei peagi leiutama, kuid meeskond peab ideegeneraatorit toetama firma ja seega ka iseenda kasuks. Masinaelementide ja konstrueerimise aluste tundmine on vajalik nii tegevkonstruktorile kui ka tootmisjuhile, teadurile ja müügimehele.
On terve hulk konstrueerimise rõhuasetusi. Võidakse esmajoones silmas pidada valmistamise tehnoloogilisust (Design for Manufacturing), hõlpsasti koostatavust (Design for Assembly), kvaliteeti, maksumust, materjalikasutust jne. On tosinkond varianti “Design for...”, tooteloome on mitmepalgelise suunitlusega.
Tootmisprotsesse toetavad arvutid ja tööpingitehnoloogia automatiseerimine, uued tööriistamaterjalid ja töötlemisre˛iimi valik. Tehnoloogiainsener oleks nagu lihtsamas seisus, kuna konstruktsiooniline areng on jõudnud targemate tööpinkideni. Arvutil joonestamise arengut 3D-s kiputakse, muide, üle tähtsustama. Enamasti on konstruktoril nii hea ruumiline ettekujutusvõime, et 3D jääb rohkem reklaami illustratsiooniks. Aga 2D-joonestamine aitab õigesti hinnata proportsioone profiilis ning mõõtmestada.
Arvuti seljas ei saa sõita
Masinaehituslikku tooteloomet “moodsad” valdkonnad ei asenda, vaid täiendavad. Professor Priidu Pukk Stockholmi Tehnikaülikoolist on tõdenud: “Arvuti seljas ei saa sõita, samas võib sõidukis olla kümneid arvuteid”.
Masinaehitus on meie tööstuse edukamaid külgi. Aga Soomes tehakse kallimat omatoodangut, leiutatakse 40 korda rohkem uut kui meil. Ometi ei ole me oluliselt rumalamad! Üks probleeme on ilmselt masinaehitajate haridus, sealtkaudu eesti inimese loomingulise eneseusu nappus. Annab tunda konstruktsiooniõpetuse vähikäik eelmise perioodi lõpus, kus see asendus Moskvast tulnud õppekavades tehnoloogia- ja tööriistaalase koolituse eelistamisega. See sobis pealesurutud masstootmisega, kuna konstruktsioonid töötati välja N. Liidu keskustes.
Kahju on näiteks enamikes kõrgkoolides hääbunud tõste- ja transpordimasinate kursusest, mis pärast masinaelementide kursust andis hea ülevaate masinast kui tervikust. Seal on ju tõste-, sõidu-, pöörde- ja konveiermehhanismide masinaehituslik klassika. Sada aastat teati: “Kes oskab konstrueerida kraanasid, oskab konstrueerida mistahes masinaid”.
Konstrueerimine on mõttetöö läbi kõigi etappide
Tooteloome ülesanded läbivad töös mitmeid etappe, mis võivad olla mitmeti liigitatud (sele 2) [1]. Lääne kirjanduses eristatakse näiteks ülesande töötlemise ja täpsustamise osa (Clarification of the Task), otsingulist põhimõttekonstrueerimist (Conceptual Design) ja toote lõplikku valmiskonstrueerimist (Embodiment Design). Läbi kõikide etappide kaasnevad tagasipöördumised, väärtushinnangud ja parima lahenduse otsingud.
Varases staadiumis kuluhinnangu andmisega tuleb olla ettevaatlik, sest esialgu pilootseadet plaanides võib hind osutuda väga kõrgeks**. Lahendus ajapikku areneb, muutub tehnoloogilisemaks – vastavalt ettevõetud toodangu mahule. Eri tootearendajate grupid loovad tänapäeval koos meeskonnatööna, peavad sidet ja konsulteerivad, sageli arvuti abil (Integreeritud tootearendus). Uue toodangu turule väljundamise kiirus võib osutuda konkurentsivõitluses otsustavaks.
Senituntu kopeerimine annab viletsa tulemuse
Kõik tehnilised süsteemid eksisteerivad selleks, et teha teoks kasulikke funktsioone. Konstrueerimise eesmärk on ettenähtud funktsionaalse ülesande ratsionaalne lahendamine. Tuletame loova töö tehnikatest meelde, et tootel on põhifunktsioon ja abifunktsioonid, kasulikud ja kahjulikud funktsioonid ning igal elemendil on oma peafunktsioon. Kuidas neid ühendada?
Konstrueerimisõpikuist jookseb läbi lõbus näide tootearendusest (Karl T. Urlich, Massachussetts IT), kus oli ülesandeks konstrueerida küünelõikaja-näpitangid. Kui võtta formaalselt tuntud elemendid, näiteks kere kaks poolt, kinnitada keresse lõiketerad, näha ette juhikud terade kokkuliigutamiseks, kokkusurumiseks jne, saamegi formaalloogilise lahenduse (sele 3). On silmnähtav, et tuntud elementide pimesi kopeerimine andis viletsa tulemuse, eriti kui seda võrrelda elegantse tehnilise kujustusega (sele 4).
Genrich Altshulleri formuleeringu järgi on ideaalne konstruktsioon selline, kus funktsioon täidetakse ja kulusid polegi. Ideaalile lähenedes on siinkohal ühendatud mitme elemendi funktsioonid ja koosteosi on palju vähem. Vetruv kere on ühtlasi ühendatud näpitsaks ja selle keeratud esiservad teritatud teradeks. Kang ja ekstsentrik on ühendatud lihtsal tihvtil. Toode on kahtlemata tehnoloogilisem, elemendid stantsitavad.
Konstruktor seisab toote ja tarbija vahel. Kui ikka hea konstruktsioon on loodud, tullakse valmistamisega ikka toime – see on vana tõde. Tootmistehnik seisab toote ja tootmise vahel, mis on kitsam missioon.
Innovaatiline omatoodang on võimalik
Jätkates tulevikus vaid odava allhankega, pulgatreimise ja juhtmeotsikustamisega, konkureerime arengumaade odava tööjõuga. See pole võidetav. Innovaatilise omatoodanguga on võimalik: me konkureerime kindla peale arenenud maailmaga. Meil on ajupotentsiaal olemas, vaja on seda vaid teadvustada. Just sellele peab olema orienteeritud ka mehaanikainseneride ettevalmistus. Neile tuleb sisendada selget tulevikunägemust, usku oma loomevõimesse.
Igas ettevõttes – ka kõige väiksemas – tuleb vabastada vähemalt üks insener töötama välja tulevikutoodangut. Ent kas tal kitsaks ei lähe? Lõpetuseks mõtlemisülesanne: kuidas mahutada kodugaraa˛i viis Hondat? Aga lisaks sõiduautole Honda võib garaa˛i panna ka muruniiduki, mootorratta, paadimootori ja veel muid Honda tooteid. Mitmekesine toodang teeb firma elujõuliseks.
Jätkuvas kriisisituatsioonis võib omatoodangu loomine olla päästev. Miks mitte ka Eestis [2]?
Kirjandus
1. Mart Tiidemann. Masinaelementide projekteerimise alused. Tallinna Tehnikakõrgkool.Tallinn 2010, 117 lk.
2. Ahto Kalja, Tiit Tiidemann, Toomas Matsalu. TRIZ and a new Artificial Intelligent PRIZ type software. Proceedings of the TRIZ-Future Conference 2007, Frankfurt, Germany, pp 203–205.
LISA
Aastal 1994 uppus Läänemerel parvlaev “Estonia”. Ohvreid oli 852. Laeva ehitas Saksamaal Meyer Werft, tehnilise korrasoleku eest vastutas Rootsi meresõiduamet, “Estonia” ohutussertifikaati olevat väidetavalt võltsinud Prantsuse sertifitseerimisbüroo. Järgnes õud, lein, uurimine, vandenõuteooriad. Kirjutati raamatuid, vändati filme, aga konkreetseid süüdlasi ei leitud ega karistatud.
Laevahuku põhjus oli konstruktsiooniviga. Solase mereohutuse reeglid näevad ette avaneva ninaga parvlaeva sisse lisaust teatud kaugusele ninast. Kui midagi peaks juhtuma ninaga, hoiaks lisauks vee laeva tungimise eest. Saksa laevaehitustehases toodi lisauks ettepoole ja tehti ühtlasi aparelliks – laadimissillaks, mida sai randumisel vastavalt ette alla lasta. Kuna aparell püsti tõstetuna hästi ära ei mahtunud, konstrueeriti nina tekiosasse tasku, kuhu aparell otsapidi tõusis.
Konstruktor polnud kuulanud vajalikku ainet
Konsruktsioon osutus vigaseks, kuna nina ära kukkudes haakus see uksega ja tõmbas ka selle lahti. Kaitsefunktsioon nullistus. Lained viisid laeva vesilasti ja see läks ümber. Niisama lihtne see oligi.
Tegijaiks selliste konstruktsioonide juures peaks olema spetsialistid, kes on õppinud näiteks õppeainet “Tõste- ja transpordimasinad ning tekimehhanismid”. Kes konkreetse idee peale tuli, et kaitseuksele aparelli funktsioonid külge pookis? Kas tehti äri huvides, et mõni lisasõiduk sisse mahuks? Konstruktiivne lahendus oli mannetu, aga tõde tegijaist summutati.
Teine küsimus on, et miks nina kinnitus purunes ja see üldse ära kukkus. Ka selle kohta on mitu versiooni konstruktsioonivigu. Karmis konkurentsivõitluses laevaehitajad lasid välja järjest suuremaid laevu ja nii mitmedki sõlmed jäid kiirustades eelmise mudeliga samaks, st väiksemaks, nõrgemaks. Aga räägiti ka hilisemast ninaosa hingede ja kinnituskohtade oskamatust jäigastamisest. Avastati, et ava seinad kinnitite all on liiga läbipainduvad ja keevitatigi “tugevdused”.
Elastsus oleks aga parem olnud, sest oleks tekkinud väiksemad jõud (pikemal elastsel teekonnal väiksemate kiirenduste tõttu seosest F=m*a). Laevad ongi iseenesest painduvad, et annaks järele deformatsioonidele, lainete jõule. Aga (Eestis?) tehti asjatundmatu tugevdus. On vaja konstruktoriharidust ja haritust, et sellised asjad läbi tunnetada.
Jälgi Forte uudiseid ka Twitteris!
