Ämnet Maskinkonstruktion sägs ofta utvecklingsmässigt befinna sig i en förvetenskaplig utvecklingsfas. En vetenskaplig paradigm finns ännu inte helt etablerad, och ämnets teoretiska grund är fortfarande under stark utveckling. Denna utveckling startade i slutet av 1960-talet och början av 1970-talet och pågår nu över hela världen inom olika områden såsom
- Konstruktionsteori och Konstruktionsmetodik (DTM),
- Datorstödd konstruktion (CAD)
- Produktmodellering och Produktdatahantering (PDM)
- "Concurrent Engineering"
Ämnet Maskinkonstruktion och dess delområden skall ses i ett sammanhang av industriell produktutveckling. Här behövs nya effektivare teorier, metoder, modeller, verktyg och arbetssätt för att reducera utvecklingskostnader och utvecklingstid, och samtidigt öka produkternas kvalitet. Med sådant stöd blir det möjligt för företag att försäkra sig om att uppnådda resultat och fattade beslut i varje processteg stämmer överens med ursprungligen identifierade behov och uppställda kriterier för den utvecklade produkten. Modern informationsteknologi, som utvecklats starkt under samma tidsperiod som ämnet maskinkonstruktion, erbjuder möjligheter att utveckla ett sådant stöd.
Chalmers engagemang i denna utveckling startade med Hans Johannessons forskning i slutet av 1980-talet. Detta arbete utgick från början från en vision om att uppfylla behovet av produktinformation hos alla i ett utvecklande och tillverkande företag med en integrerad digital produktmodell. Hur skall en sådan modell byggas upp, användas och underhållas i ett sådant industriellt sammanhang? Detta är den övergripande forskningsfrågan och den kan sedan kan brytas ner i delfrågor rörande teoribas, tänkbara informationsmodeller, modelleringsmetoder och arbetssätt.
Av en produktmodell av detta slag krävs att olika aktörer i produktutvecklingsprocessen i modellen skall kunna se den information behöver se, strukturerad på det sätt de bäst förstår. Man vill ha en egen "vy" av modellen. Dessutom skall olika delar i modellen beskrivas och kopplas ihop på ett sådant sätt att erforderliga analyser kan göras. Konsekvenser av ändringar skall exempelvis kunna spåras genom modellens alla delar från användarkrav till färdigkonstruerade komponenter och delsystem.
Maskinkonstruktionsforskningen på Chalmers syftar till att utveckla
- nya specifikationsmetoder, för att fullständigt förstå och kunna beskriva vad som skall utvecklas
- nya syntesmetoder för att komma fram till hur man skall åstadkomma det som specificerats
- nya modelleringsmetoder för att visa/beskriva och kommunicera funna lösningar och
- nya analysmetoder för att kontrollera att modellerade och valda lösningar uppfyller alla kriterier och innehåller alla aspekter som finns i specifikationen.
En idealisk situation för en produktutvecklare vore att ha tillgång till metoder och modeller som visar konsekvenserna av varje beslut i varje steg av produktutvecklingsprocessen så att dessa kan jämföras med kriterierna i en giltig korrekt specifikation.
Den integrerade digitala produktmodellen skall ses som ett integrerat nätverk av olika delmodeller, lagrade i olika databaser i olika datorbaserade verktyg som PDM-system, CAD/CAM-system, CAE-system, textbehandlingssystem osv. Idag utgör sådana verktyg mer eller mindre isolerade öar, och utmaningen är att föra samman dem och få dem att kommunicera. Därigenom kommer en användare att kunna uppleva en transparent produktmodell där all produktrelaterad information finns tillgänglig när den behövs.
Gemensamt för utvecklingen av metoder och generiska modeller inom Maskinkonstruktionsgruppen på Chalmers är att den har en fast grund i existerande konstruktionsteori och konstruktionsmetodik. Arbetet fokuseras på utveckling av nya teorier och datorbaserade metoder anpassade för utveckling av produkter som ska uppfylla kundkrav och kännetecknas av plattformstänkande och kundanpassning. Alla utvecklade metoder och modeller syftar till att ge stöd att "göra rätt" i varje steg i processen. Därigenom underlättas kravuppfyllelsen och onödiga iterationer i processen kan undvikas. Detta är avgörande om man samtidigt skall lyckas med att minska kostnader och utvecklingstid, och öka kvaliteten i processen.
Hans Johannessons forskning inom området startade i slutet av 1980-talet och inriktades mot datorbaserade produktmodeller för parametrisk konstruktion. Perspektivet har nu breddats och omfattar generiska digitala produktmodeller, modelleringsmetoder och metoder för analys av konceptlösningar. Krav- och lösningsmodellering samt lösningsanalys i tidig utvecklingsfas har visats särskilt intresse. Den teoretiska basen för denna forskning är "Teknisk Systemteori" och den sk "Domänteorin" från den europeiska "WDK-skolan" för konstruktionsvetenskap, samt den amerikanska teorin för "Axiomatisk konstruktion" som lagts fram av Nam Suh. Inom båda dessa "skolor" fokuseras top-down nedbrytning av produktfunktioner och produktlösningar (eng. function-means decomposition) som ett kraftfullt hjälpmedel för syntes och modellering. Genom att föra samman dessa teorier och vidareutveckla dem, har grunden för en generisk objektorienterad produktmodellstruktur kunnat läggas.
Den föreslagna produktmodellstrukturen kan för närvarande hantera funktionskriterier, begränsande kriterier och konceptlösningar. Dessa modelleras alla som objekt och hänsyn tas till dessa objekts hierarkiska natur. Livscykelinformation, liksom olika slags modeller och dokument i olika programvaruverktyg, kan länkas till objekten i den hierarkiska strukturen. Den föreslagna modellen har därmed potential att bli en förebild för hur framtidens PDM-system skall fungera. Dessa system kommer att spela huvudrollen i framtidens integrerade digitala produktmodeller.
Analys av konceptlösningar, i tidig konstruktionsfas då tillgången på information är begränsad, är mycket viktigt eftersom val av koncept är avgörande för hur man skall lyckas senare i processen. Detta är också mycket svårt att göra beroende på bristen på information. För att lösa en del av detta problemkomplex finns en relationsuppsättning i den föreslagna produktmodellen som stöder axiomatisk analys av funktionella kopplingar samt analys av geometriska kopplingar förorsakade av geometriska begränsningar. Med hjälp av dessa analyser kan man i ett tidigt skede identifiera och utesluta funktionellt kopplade, icke-robusta konceptlösningar, samt konceptlösningar med risk för toleranskedjor.
Nyligen har Maskinkonstruktionsgruppen på Chalmers tagit steget in i ett nytt forskningsområde där vi för samman maskinkonstruktion och industridesign. Här har vi en spännande utmaning att utveckla nya modeller, metoder, verktyg och arbetssätt för att stödja tvärfunktionellt samarbete mellan konstruktörer och industridesigners i industriell produktutveckling.
(Texten publicerades 2000 i skriften Ny kunskap.)