Tässä artikkelissa
Käsitteen todistamiseen tarkoitettu prototyyppi testaa, voiko ehdotettu ajatus tai mekanismi toimia. Ulkonäköprototyyppi edustaa tuotteen näkyvää muotoa. Toiminnallinen prototyyppi tukee määriteltyä käyttäytymistestia, joka voi koskea vain yhtä komponenttia tai alajärjestelmää. Näin ollen valmiin näköinen malli voi olla kuormatestiin vähemmän hyödyllinen kuin karkea, avoin kokoonpano.
CNC-koneistettu näyte voi täyttää mikä tahansa näistä tarkoituksista. Liike, pääsy, sovitus ja kuorman kestävyys vaativat erilaisia prototyypin ominaisuuksia, joten sen tarkoitus ja edustamat olosuhteet määrittävät, mitä tuloksesta voidaan päätellä.
Käsitteellinen, ulkonäköön ja toiminnalliseen testaukseen tarkoitetut prototyypit
Prototyyppiterminologia vaihtelee eri insinööriryhmien kesken. Alla olevat luokat kuvaavat hyödyllisiä tarkoituksia eikä pakollista kehitysvaiheiden järjestystä. Design Society -järjestön julkaisema kirjallisuuskatsaus dokumentoi tämän määritelmien ja strategioiden monimuotoisuuden. [1]
| Prototyypin tarkoitus | Pääkysymys | Mitä se täytyy edustaa | Mitä merkintä yksinään ei vahvista |
|---|---|---|---|
| Käsitteen todistaminen | Toimiiko tämä periaate tai mekanismi? | Elementit, jotka ovat välttämättömiä ehdotetun toiminnan osoittamiseksi | Lopullinen ulkonäkö, kestävyys tai valmistettavuus |
| Ulkonäkö / näyttää siltä kuin… | Kommunikoidaanko muodolla tarkoitettu tuote? | Oleelliset muoto-, koko-, pinnan ja visuaaliset tiedot | Sisäinen toiminta tai kuormituskyky |
| Käytettävyys / tuntuu siltä kuin… | Voiko tarkoitettu käyttäjä käsitellä ja käyttää sitä suunnitellulla tavalla? | Olemassa olevat otteet, pääsy, paino, tasapaino ja vuorovaikutus | Edustamattomat käyttövoimat tai sisäinen suorituskyky |
| Toiminnallinen / toimii kuin alkuperäinen | Täyttääkö valittu toiminto testitavoitteensa? | Ne ominaisuudet ja olosuhteet, jotka ohjaavat kyseistä toimintoa | Testaamattomat toiminnot, ympäristöt tai tuotannon tasalaatuisuus |
Nämä tarkoitukset voivat päällekkäistyä. Varhainen mekanismiesimerkki on sekä käsitteen todistus että rajoitettu toiminnallinen malli. Stanfordin prototyyppiohjeet sallivat eksplisiittisesti works-like-prototyypin edustavan vain yhtä suunnittelun näkökulmaa; sen ei tarvitse muistuttaa valmista tuotetta. [2]
Sovita prototyypin uskottavuus testattavaan kysymykseen
Tarkkuus kuvaa, kuinka tarkasti prototyyppi edustaa suunnittelua niissä aspekteissa, joita tutkitaan. Se ei ole yksittäinen kokonaissuorituskykyarvosana. Malli voi esimerkiksi toistaa ulkomitat tarkasti käyttäen eri materiaaleja ja jättäen sisäisen mekanismin pois.
Määritä, mitkä ominaisuudet vaikuttavat tulokseen:
- Geometria: tarkistukseen tarvittavat liitännät, liikealueet, varavat ja kiinnityspaikat.
- Materiaali ja tila: käyttäytymiseen vaikuttavat ominaisuudet, käsittelyt ja kosketuspinnat.
- Kokoonpano: tasaus- tai kuormansiirtoon vaikuttavat liitettävät osat, tuennat ja kiinnityskappaleet.
- Toiminta: testiin sisällytetyt voimat, nopeus, toistuva käyttö ja ympäristö.
Pidä nämä ominaisuudet edustavina; yksinkertaista ne piirteet, jotka eivät vaikuta kysymykseen. MIT:n suunnittelukurssi erottaa liikegeometrian tutkimiseen riittävät mallit niistä, joita tarvitaan dynaamisen käyttäytymisen tutkimiseen. Tarvittava tarkkuustaso riippuu kokeesta. [3]
Esimerkiksi sen tarkistaminen, estääkö kansi peukalokahvaa, ei vaadi täyttä kestävyystestausohjelmaa. Kahvan liukupinnan kulumisen mittaaminen vaatii kuitenkin huomiota kosketusaineisiin ja käyttöolosuhteisiin. Aineet ja osien suunnittelua ohjaava asiakirja selittää, miten materiaalin laatu, käsittelytila ja ympäristö vaikuttavat osan määrittelyyn.
Yksi liukusite, kolme eri kysymystä
Tarkastellaan pienelle pääsypaneelille tarkoitettua käsin toimivaa liukupulttia. Pultti liikkuu ohjaimien läpi kiinnikkeeseen, joka on kiinnitetty ympäröivään kehykseen. Sen kehitysmallit voivat näyttää hyvin erilaisilta riippuen ratkaisemattomasta kysymyksestä.
Pystyykö pultti saavuttamaan kiinnikkeen ja kulkeutumaan sen ohi?
Käsitteellisen todistuksen (proof-of-concept) kokoonpano voi paljastaa mekanismin ja jättää pois koristeellisen kanteen. Säilytetään ohjaimeen ja kiinnikkeeseen liittyvät keskinäiset sijainnit, pultin liikealue ja mahdolliset pysäytyskohdat. Havaitaan, pääseekö pultti sisään, vetäytyykö se ulos ja kulkeutuuko se paneelin ohi tarkoitetulla liikkeellä. Tämä vahvistaa liikkeen kyseisessä järjestelyssä; se ei kuitenkaan vahvista pitovoiman arvoa.
Pystyykö käyttäjä saamaan kiinni kahvasta ja liikuttamaan sitä?
Ulkoista mallia tulisi käyttää kanteen, kahvan sijaintiin ja lähellä oleviin paneelin reunoihin. Jos käyttötarkoituksessa on mukana hanskat, tämä ehto on otettava huomioon arvioinnissa. Kiinteä kahva voi paljastaa pääsyn ongelmia, mutta se ei voi vahvistaa käyttövoimaa. Käyttövoiman tutkimiseksi mallin on toistettava vastus, jonka käyttäjän on voitettava.
Pysyykö se paikoillaan ja irtoaaako se määritellyissä olosuhteissa?
Tätä kysymystä varten toimiva kokoonpano vaatii asianmukaiset pultin ja kiinnikkeen geometriat, kosketusaineet, ohjaimet ja kiinnitysjärjestelyn. Määritellään kohdistettu kuorma ja sen suunta, miten paneeli ja kehys tuetaan sekä testataanko irrotusta kuormitettuna vai kuormituksen poistamisen jälkeen. Mitataan pitovoima ja irrotusvoima suhteessa suunnittelun vaatimuksiin. Jos toistuvaa käyttöä on tärkeää, tämä testi on määriteltävä erikseen; pultin avaaminen kerran ei vahvista käyttöikää.
Tarkistusten yhdistäminen yhdeksi näytteeksi voi olla järkevää, kun tarvittava geometria on jo määritelty. Aiemmin erilliset mallit voivat paljastaa liikkeen tai pääsyn ongelman ennen kuin kokonaiskokoonpano on valmis. Testin tarkoitus määrittää, mitkä yksinkertaistukset pysyvät hyväksyttävinä.
Kirjoita testiselostus, jossa määritellään näyte
Käytä piirustuksen rinnalla lyhyttä teknistä tallennetta. NASAn varmistus- ja validointisuunnittelun ohjeet vaativat testikohteiden tunnistamista ja niille suoritettavien toimintojen määrittelyä. Sen avaruusohjelman rakenne on erityinen kyseiseen kontekstiin, mutta testatun kohteen ja soveltamisalan tunnistaminen on hyödyllistä myös tavallisessa prototyyppityössä. [4]
- Kysymys ja päätös: mikä epävarmuus tämä valmistus ratkaisee ja mikä tulos oikeuttaa seuraavan suunnittelupäätöksen.
- Näytteen tunnistetiedot: osa, versio, määrä, materiaalit ja mahdolliset tarkoitukselliset erot tarkoitettuun tuotteeseen verrattuna.
- Asettelu ja olosuhteet: vastinosat, kiinnitys, kuormitus, ympäristö ja tämän testin suorittamiseen vaadittava valmistelu.
- Havainto tai mittaus: mitä tallennetaan, millä menetelmällä ja mikä on hyväksyntäkriteeri, jos sellainen on määritelty.
- Tulos ja rajoitukset: mitä tapahtui, mitkä olosuhteet todella testattiin ja mitä kysymyksiä jää ratkaisematta.
Koneistettujen näytteiden osalta meidän CNC prototyyppi- ja tuotantopalvelusivu kuvaa valmistustilauksen vaiheet. Pidä näytteen teknisen testin kuvaus erillään sen ostamis- ja toimitusvaatimuksista.
Pidä johtopäätös testin sisällä
«Prototyyppi toimii» on liian yleinen lause seuraavan rakentamisen ohjaamiseen. Hyödyllinen tulos määrittelee testatun revision, havaitun käyttäytymisen ja testiolosuhteet. Liukuvan lukon osalta ilmoita kiinnitys-, pitous- ja vapautumistulokset erikseen eikä yhdistä niitä yhdeksi kokonaishyväksynnäksi.
Jos näyte epäonnistuu, tarkista ensin, vastaavatko sen todelliset mitat, materiaali, kokoonpano ja asennus suunniteltua testiä. Valmistusvirhe tai tahaton korvaus voi peittää suunnittelukysymyksen. Jos näyte onnistuu, tunnista, mikä ratkaisematon kysymys ansaitsee seuraavan testin.
Säilytä testattu konfiguraatio suunnittelun muuttuessa. Stanfordin ohjeet korostavat välitulosten dokumentointia, jotta myöhempää vertailua varten on luotettava viite. [2] Kun huomio siirtyy yksittäisestä suunnittelusta toistettavaan valmistukseen, käytä erillistä tuotantovalmiuden tarkastusta; prototyypistä tuotantoon -opas käsittelee tätä siirtymää.
Kysymyksiä prototyyppityypeistä
Voiko käsitteen todistus olla samalla funktionaalinen?
Kyllä. Käsitteen todistus voi osoittaa tietyn toimivan mekanismin. Sen kutsuminen funktionaaliseksi tulisi määritellä, mitä käyttäytymistä se edustaa, eikä viitata siihen, että koko tuote on validoidu.
Onko jokainen CNC-prototyyppi funktionaalinen prototyyppi?
Nro. CNC-koneistus kuvaa, miten osa valmistetaan. Sen geometria, materiaali, kokoonpano ja testitarkoitus määrittävät, onko kyseessä ulkonäkömalli, sovitustestiä varten tehty näyte vai toiminnallinen testiosake.
Täytyykö jokaisen prototyypin käyttää lopullista materiaalia?
Ei. Korvaava materiaali voi olla riittävä muoto- tai pääsytestiin. Kun tulos riippuu materiaalin ominaisuuksista, säilytä asiaankuuluva laatu, käsittelytila ja käsittelyn vaikutukset tai rajoita johtopäätöstä selkeästi.
Tekniset lähteet
- Jensen, Özkil ja Mortensen, Prototyypit insinöörisuunnittelussa: määritelmät ja strategiat, 2016, määritelmät ja prototyypityksen valinnat.
- Stanford Biodesign, Prototyypitys: rakenna V1, 2021, prototyyppien tarkoitukset ja välitulosten dokumentointi.
- MIT OpenCourseWare, D-Lab II: suunnittelu – toteutus, 2010, alajärjestelmien kokeet ja testaus.
- NASA, Järjestelmäinsinöörintäkäsikirja, liite I, testiosakkeet ja varmistus-/validointisuunnittelu.
