Gürbüz (Robust) Tasarım

Robust kelimesinin Türkçe karşılığı gürbüz olarak geçmektedir. Gürbüzün kelime anlamı da TDK'da "sağlam, güçlü, iyi gelişmiş" olarak ifade edilmiştir. Kelime anlamından da yola çıkarsak, gürbüz tasarıma sağlam tasarım ifadesi kullansak çok da yanlış olmaz. Ancak burada belirtilen sağlamlık yapısal anlamda değil, çevresinden etkilenmeyen, değişken durumlar altında aynı performansı gösteren olarak algılanmalıdır. Çünkü Robust Design, bir ürünün geliştirme, üretim ve kullanım sırasında değişkenliklerden etkilenmeyen ürünler tasarlamayı hedefler. Gürbüzlük, yaygın olarak 2 farklı süreç içerisinde incelenir. Birincisi üretim sürecinin gürbüzlük, ikincisi ise kullanım sürecinde gürbüzlüktür.

Üretim sürecindeki gürbüzlük, üretim sırasında tüm kaynaklardan (teçhizat, personel, ortam vb.) gelen değişkenliğin etkisinin az olmasıdır.Örneğin bir ürünün performansı, üretimi yapan operatörden, üretim tezgahından, üretimin yapıldığı ortam koşullarından etkileniyorsa bu durumda üretim süreci gürbüz değildir.
Üretim sürecini gürbüz olabilmesi için;

• Kullanılan malzeme özelliği değişkenliğin etkisinin minimize edilmesi,
• Kullanılan üretim yönteminden kaynaklı değişkenliklerin minimize edilmesi, (tam otomatik üretim tezgahları, hassas çalışan enjeksiyon kalıbı vb.)
• Üretimi gerçekleştiren personelin etkisinin minimize edilmesi,
• Ortam şartlarındaki değişkenliğin minimize edilmesi,

gerekir.

Kullanım aşamasındaki gürbüzlük ise, ürünün kullanıldığı şartlardaki değişkenlikten etkilenmediği durumdur. Örneğin bir ürünün hem yüksek sıcaklık hem de yüksek sıcaklık ortamında çalışması bekleniyorsa, ancak ürün düşük sıcaklıkta çalışma performansı gereksinimleri karşılamıyorsa bu ürün gürbüz bir ürün değildir. Bu duruma bir örnek verilmesi gerekirse, geçmiş yıllarda üretilen cep telefonu ekranlar TFT tiptedir. TFT tip ekranların tepki süreleri sıcak ortamda kısa iken, soğuk ortamda süreler uzamaktadır.

Özetle, Tasarımda Gürbüzlük (Design For Robustness) bir ürünün, üretim ve kullanım aşamalarında değişkenliklerden etkilenmeyecek veya en az etkilenecek şekilde tasarım yapmayı hedefler. Bu amaçla, üretim gürbüzlüğü için, uygun malzeme, doğru üretim tekniği ve doğru üretim ortamı seçilecek şekilde tasarım şekillendirilmelidir. Ürünün kullanımı sırasındaki gürbüzlük için de ürünün kullanım tüm kullanım koşulları, kullanıcının ürünü kullanım şekli dikkate alınarak tasarım çalışması yapılmalıdır.

Yazar: Sedat Demir

Alternatiflerle İlerlemek (Set Based Design)

Set Based Engineering temel olarak, geliştirilen ürünün geliştirme aşamasının başından ürünün çıktığı son faza kadar alternatif çözümlerle ilerlemeyi önerir. Bu sayede, geliştirme sürecinin herhangi bir aşamasında alternatiflerden bir tanesinin yapılamaz olduğu tespit edildiğinde eldeki diğer çözümlerle yola devam edilir. Bu yöntemin daha maliyetli bir yaklaşım olduğu düşünülse de tasarım başında seçilen tek alternatifin geliştirme sürecinin sonlarına doğru yapılamaz olduğu veya gereksinimleri karşılamadığı tespit edildiğinde tekrar başa dönmek çok daha maliyetli olacaktır. Özellikle yeni geliştirilen (daha önce benzeri yapılmamış) bir ürün tasarımı yapılıyorsa alternatiflerle yola devam etmek stratejik açıdan uygun bir karar olacaktır. Bu sürecin sonunda, yapılabilir, rekabetçi, maliyet etkin bir ürün elde edilmesinin yanında, bilgi birikimi (knowhow) artışı da firmanın kazançları arasında olacaktır.

Bu yönteme zıt olarak tercih edilen diğer yönteme de Point Based Engineering olarak ifade edilen, tek alternatifli tasarım yöntemidir. Bu yöntemde kavramsal tasarım aşamasının sonunda alternatiflerden bir tanesiyle sürece devam edilmesine karar verilir. İlerleyen süreçlerde (özellikle doğrulama aşamasının sonunda veya üretime aktarım işlemlerine geçildiğinde) seçilen çözümün gereksinimleri tam olarak karşılamadığı tespit edildiğinde yapılacak yeni çalışmaların firmaya yaratacağı maliyet oldukça fazla olacaktır. Maliyet kaybı, sadece yeni yapılacak çalışmaların işçilik giderlerinden değil, ürünün hedeflenen zamanda ortaya çıkmamasından kaynaklı satış kayıplarından da olacaktır.

Bu nedenle, özellikle yeni geliştirilen bir ürünün tasarım çalışmalarına alternatif çözümlerle devam edilmeli, tasarım doğrulama faaliyetlerinin ve üretilebilirlik çalışmasının tamamlanmasının ardından avantajlı tasarım çözümü seçilerek üretime geçilmelidir.  

Aşağıdaki görsellerde bu iki farklı yöntemin kıyaslanması özetlenmiştir.

Set Based vs. Point Based Design

Set Based vs. Point Based Design

Yazar: Sedat Demir

Poka Yoke: Hatayı Engelle

Hata Engelleyici Çözümler Tasarlamak isimli yazıda hataların engellenmesine yönelik uygulamalardan bahsedilmişti. Bu uygulamalar, Poka Yoke yaklaşımının önerdiği genel tavsiyelerin özeti olarak kaleme alınmıştı. Belirtilen tavsiyeleri tasarımlarına yansıtan tasarımcılar, sadece ürünlerini değil ürünlerinin kullanımı sırasında oluşabilecek hatalari veya kazaları da tasarlarlar ve bu senaryoları engelleyecek detayları da ürün tasarımı sırasında dikkate alırlar. 

Bu yazımda, hata senaryoları düşünülerek tasarlanan ürünlerden örnekler vermeye çalışacağım.

Poka Yoke'nin kelime anlamına bakarsak; Poka Yoke Japonca kökenli bir terimdir. Bu terimde yer alan kelimelerden Poka : Kaza ile yapılabilecek hata, Yoke : Korumak anlamına gelmektedir. Yani Poka Yoke'yi Türkçe'de "Kazadan Korumak" veya "Hatayı Engellemek" olarak ifade edebiliriz. Ingilizce'de ise Poka Yoke mistake-proofing olarak kullanılır. 

Poka Yoke uygulanan örneklere ev elektroniğinden örnekler;

• Çamaşır makinesinin kapağının kapatılmadan çalışmaması veya çalışırken kapağının açılamaması,

• Mikrodalga fırının ve bulaşık makinesinin  kapağı kapatılmadan çalışmaması veya kapağı açıldığında çalışmasının durması,

• Blender gibi mutfak aletlerinin çalışabilmesi için birden fazla tuşuna basılması gerekmesi,

• Evlerdeki elektrik hatlarında fazla güç tüketimi veya elektrik kaçağı olduğu durumda elektrik beslemesini sonlandıran  sigortaların bulunması,

• Elektrik ve telefon hatlarında veya bilgisayar kabajında kullanılan priz/soketlerin belirli bir yönde monte edilecek geometride olması,

• Asansör kapılarının kapanmadan çalışmaması günlük hayatımızda veya ev elektroniğinde uygulanan Poka Yoke'ler için iyi örnekler olabilir.

Ulaşımda kullandığımız toplu taşıma araçlarında veya otomobillerde de Hata Engelleyici uygulamalara da sık rastlanır. Örneğin;

• Bazı otobüslerin tam olarak durmadan kapılarının açılmaması,

• Hatta bazı minibüslerin el freninin çekilmeden kapılarının açılmaması,

• Otomobillerde ESP, ABS gibi donanımların olması,

• Yeni otomobilere park sensörü,  far sensörü gibi detaylar eklenmesi,

• Araçlar arasındaki mesafeyi limitleyen takip mesafesi sensörünün olması,

• Emniyet kemeri ikazları olması ulaşım ve otomotiv alanındaki Poka Yokelere iyi örneklerdir.

Poka Yoke uygulanan diğer örnekler de imalat alanından verilebilir. Özellikle DFM kapsamında yapılan uygulamalar Poka Yoke örnekleri olarak verilebilir.

• Mümkünse parçaların simetrik olması, yani montaj yönünden bağımsız olarak yerine takılabilir tipte olması,

• Simetrik görünen, ancak monte edildiği yerde tek bir yönü olması gereken parçaların montaj oryantasyonunun doğru yapılabilmesine zorlayacak arayüzlerinin bulunması,

• Dogru kabloların doğru yere takılması için farklı renkte kablolar veya farklı konnektörler kullanılması,

• Mümkünse tek tip cıvata kullanılarak yanlış cıvatanın yanlış yere takılma ihtimalinin ortadan kaldırılması,

• Parçaların, mümkün olan en az sayıda parçadan oluşacak sekilde tasarlanması (az parça, az hata) imalat sürecindeki Poka Yoke'ler olarak belirtilebilir.

Önceki yazılarımda değindiğim gibi, tasarımda DFX konularını dikkate almak, üretilebilir,  kullanıcı dostu, estetik tasarımlar yapmak, kullanıcıdan veya üründen kaynaklı hataları öngörerek bunlara önlem almak tasarımcıların görevidir.  Bu nedenle, "Kullanıcı tasarladığım ürünü kullanırken ne tip hatalar yapabilir?" sorusunu tasarımcıların kendilerine sorması ve bu soruların cevapları üzerinden kafa yorup önlemler alması, özetle Poka Yoke uygulaması ürün kalitesi açısından önemlidir.

Sedat Demir

Uzun Zaman Oldu

    Geçtiğimiz 3 ay hayatımın en yoğun,  en heyecanlı, en mutlu dönemiydi. Bebeklerim Defne ve Ömer Kerem dünyaya geldiler. 
Bu sebeple, sırf keyif almak için yazdığım yazılarıma ara vermiştim.

Tekrar bir şeyler karalamaya, karalarken bilgilerimi tazelemeye/yeni şeyler öğrenmeye devam edeceğim.

Karaladıklarıma bir şekilde gözü ilişen birileri olur ve yardımcı olabilirsem ne mutlu bana..

Hata Engelleyici Çözümleri Tasarlamak

Ürün tasarımı yaparken, ürünün sadece fonksiyonlarını değil, ürünün ortaya çıkması sırasında oluşabilecek olumsuzlukları ve zorlukları da düşünmek gerekir. Hem üretim, hem de montaj sırasında oluşabilecek problemleri önceden öngörerek erkenden önlemler almak üretim maliyetlerini, kalite kontrol maliyetlerini ve sürelerini düşürecektir. Daha çok, montaj için tasarım (Design for Assembly) amaçlı önerilen önlemleri, bu yazımda kısmen yazmaya çalıştım.

Eleyin

Üretilebilirlik açısından zafiyet gösterebilecek veya hatalı montaja sebep olabilecek detayları eleyebilirsiniz. Geçmiş tasarım ve üretim faaliyetlerinde karşılaşılan problemleri dikkate alarak yeni yapılacak tasarımlarda bu problemleri dikkate almak önemlidir. Ya da birden fazla parçadan oluşan bir parçanın montajında yaşanan zorluk ve hataları ön görerek parçaları birleştirerek tek parçalı bir tasarım yönelebilirsiniz.

Değiştirin

İstenilen ürün kalitesini sağlayamayan üretim tekniği ya da yöntemlerini değiştirin. Alüminyum döküm yöntemiyle üretilen parçanın, iç yapısındaki çekinti ve gaz boşlukları istenmeyen seviyelerde ise ve bu hataların parçanın yapısal fonksiyonunu uzun vadede etkileyebileceği değerlendiriliyorsa döküm yönteminden vazgeçilmesi değerlendirilebilir. Ya da kaynaklı birleştirme yöntemiyle üretilen bir parçada, kaynak kalitesinin ve üretimin tekrar edilebilirliğinin yüksek olması isteniyorsa, insan gücü ile yapılan yöntem değiştirilerek otomatize yöntemlerin kullanılması gerekebilir.

Engelleyin

Fabrika seviyesinde veya kullanıcı tarafından yapılacak montajlarda hata oluşmasını engelleyecek önlemler alınmalıdır. Örneğin, çok sayıda kablo birleştirmesi yapılan bir üründe, montajı yapacak kişinin hata yapmaması için her kabloda farklı konnektörlerin kullanılması olası problemleri engelleyecektir. Ya da simetrik gibi görünen ancak bazı detaylar nedeniyle simetrik olmayan parçaların montajı sırasında hata oluşmasını engellemek için parçanın belirli bir yönde monte edilmesini zorlayacak detay eklenebilir. Örneğin iki parçanın montaj arayüzüne faklı çaplarda 2 pim yerleştirilerek tek pozisyonda montaj yapılması sağlanabilir. Montaj yapacak kişi bu pimlerin denk geldiği tek durumda birleştirme işlemini yapabilecektir.

Kolaylaştırın

Montajı yapacak kişinin zaman kazanması ve hata yapmaması için işleri kolaylaştıracak yönlendirmeler oldukça yararlı olacaktır. Örneğin, kabloların belirli bir renklerde yapılması bu amaçlıdır. Hangi renk kablonun hangi bağlantı noktasına gittiğini takip etmek oldukça kolaydır. Ya da parça üzerinde belirli bir işaret ya da markalama olması da montaj ve kullanım sırasında kolaylık katacaktır.

Yakalayın

Bir iş yapılırken oluşabilecek hataları öngörerek bu hataları yakalamaya yönelik önlemleri sürece dahil etmek hataların erken çözülmesini sağlayacaktır. Birden fazla üretim veya montaj aşaması olan süreçlerde bu tip durumla çok karşılaşılmaktadır. Özellikle otomasyon dahilinde çok sayıda prosesten geçen bir ürün, iş akışı sırasında bazı noktalarda kontrol edilir. Bu kontrol noktaları hata senaryolarında öngörülen hata durumlarına göre belirlenmektedir.

Tasarımcılar İçin Üretim Yöntemleri Kılavuzu

Daha önceki yazılarımda da belirtmiştim, üretim için tasarım yapmak, ya da üretilebilir tasarım yapmak oldukça önemlidir. Özellikle, tasarım sonunda üretim kapasitesinin yetmediği ortaya çıktığında geç kalınmış olabilir. Bu nedenle, tasarım yaparken üretim yeteneklerinin göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

Büyük firmaların bir kısmı, bazı tasarım iş paketlerini küçük ölçekli alt yüklenicilere vermektedir. Alt yüklenicilerde tasarlanan parçalar firma bünyesinde üretilerek son montajda kullanılmaktadır. Tasarlanan parçaların, üretim kapasitesiyle uyumlu olmama ihtimali göz ardı edilmemesi gereken bir risktir. Bu riski ortadan kaldırmak için, bazı firmalar üretim ve montaj kapasiteleri hakkında bilgiler içeren kılavuzlar oluşturmaktadır. Bu kılavuzlarda, firmanın bünyesinde olan imalat yöntemleri ve kullandıkları üretim tezgahları bilgileri bulunmaktadır. Tasarımı yapan alt yükleniciler, kılavuzlarda bulunan kapasite bilgilerini kullanarak tasarımlarını yapabilecek ve tasarlanan parçaların üretilememesi gibi bir risk oluşmayacaktır.

Parçaların ana yüklenicide tasarlandığı, üretimin alt yüklenicilerde yapıldığı bir durum da söz konusu olabilir. Böyle bir durumda da tasarımcıların çalışabilecekleri alt yüklenicilerin üretim yeteneklerini bilmesi üretilebilirlik kontrolü için gereklidir. Firmaların tedarik sorumluları, çalıştıkları alt yüklenicilerin kapasitelerini içeren kılavuzlar hazırlaması ve bu kılavuzu tasarım departmanı ile paylaşması üretilemeyen tasarım yapılma ihtimalini ortadan kaldıracaktır.

Tasarımın Yol Haritası

Tasarım sürecine bir mucit gözüyle bakıldığında ortaya çıkan süreç; Fikir à Çözüm ve Hesaplamalar à Değerlendirme Çalışmaları à Tasarım Çözümü  aşamalarından oluşmaktadır.

Ancak, belirli bir pazara hizmet eden ve çeşitli disiplinler barındıran bir firma için tasarım süreci daha fazla basamaklardan oluşmaktadır. Çünkü, bir ihtiyacı iyi tanımlamak, ortaya rekabetçi bir ürün çıkartmak, ürünü ucuza üretmek, hukuksal düzenlemelere uygun ürünler çıkartmak, satış sonrası hizmeti uygun bir şekilde vermek, vb. konular, kurumsal firmaların ele aldığı önemli kalemlerdir. Bu nedenle profesyonel anlamda ele alınan tasarım sürecindeki basamaklar daha detaylıdır.

İhtiyacın Tespiti

Firmalar bazen kendi iç ihtiyaçlarını, bazen de piyasadaki potansiyel talebi tespit ederek bir tasarım geliştirme süreci başlatır. Kendi iç ihtiyaçları doğal süreç içerisinde ortaya çıkarken, piyasadaki taleplerin tespiti araştırma etütleri sonucunda ortaya çıkar. İhtiyaçların çoğu mevcut bir ürün üzerinde geliştirme veya iyileştirme sonucu ortaya çıkar.

Problemin Tanımı

İhtiyacı bir probleme bağlayarak tanımlamak ve tam olarak ne istendiğini ortaya koymak kritik bir basamaktır. Bu aşamayı “Gereksinim Belirleme Aşaması” olarak tanımlamak doğru olacaktır. Yeni tasarlanacak ürün ile ilgili tüm performans beklentileri, ölçüsel limitler, üretim adetleri, ağırlık limitleri vb. tüm gereksinimler detaylı olarak tanımlanmalıdır. Bu bilgiler doğrultusunda tasarımcı kendi yol haritasını çizebilecektir. Örneğin, üretim adetleri bilgisine göre üretim prosesini, ağırlık bilgisine göre parça malzemesini, yapısal gereksinim bilgisine göre malzemenin mukavemetini belirleyerek tasarımı detaylandıracak ve alternatif kavramsal çözümleri daha gerçekçi olarak ortaya koyabilecektir.

Kavramsal Çözümlerin Sentezlenmesi

Ortaya konulan kavramsal çözümler kendileri aralarında avantajlar ve dezavantajlar içerecektir. Tüm Bazı gereksinimleri sağlarken, diğer gereksinimleri sağlanamadığı durumlar olabilecektir. Örneğin, üretim adetlerine göre alüminyum döküm ile üretimin daha uygun olacağı değerlendirilen bir parçanın, döküm malzemenin özellikleri sebebiyle yapısal mukavemet gereksinimlerini karşılamaması sonucu ortaya çıkabilir. Bu durumda kavramsal çözümlerin artı ve eksileri ortaya konularak bir karşılaştırma matrisi hazırlanır ve en önemli gereksinimlere göre bu kavramsal çözümler puanlandırılıp en ideal çözüm seçilebilir.

Analiz Çalışması

Ortaya çıkan kavramsal çözüm gereksinimlere göre analiz edilmelidir. Yapısal, termal, dinamik analizler gibi performans analizlerinin yanında, maliyet, süre vb. diğer özelliklerin analizlerin edilmesi kritik bir aşamadır. Bu çalışmalar sonunda tasarlanan parçanın yeterlilikleri tespit edilmiş olacaktır.

Optimizasyon (En iyileme)

Analiz çalışmaları sonucunda tasarımın en iyilenmesi üzerine çalışma yapılmalıdır. Bu çalışma sonucunda iyileştirilmesi gereken bölgeler ortaya çıkartılacaktır. Bazen de tasarlanan parçanın gereğinden fazla mukavim olduğu tespit edilerek parça üzerinde inceltmeler veya boşaltmalar yapılabilir sonucu ortaya çıkar. Bu sayede de daha hafif parça ve daha az malzeme kullanımına bağlı olarak daha ucuz parça elde edilmiş olur.

Tasarım Değerlendirme ve Doğrulama

Çalışmalar sonucunda, tasarımın gereksinimleri sağlayıp sağlamadığı ile ilgili doğrulama çalışmaları yapılması gerekmektedir. Parça üretilerek fonksiyonel testler yapılabilir, veya pilot kullanıcılarla çalışılarak geri bildirimler alınabilir veya piyasaya az miktarda ürünler sürülerek piyasa tepkisi ölçülebilir. Bu sayede hedeflenen kriterlerin sağlanıp sağlanmadığı incelenmiş olacaktır.

Sürecin özeti aşağıdaki resim ile tanımlanabilir.

["Mechanical Design", Childs, 2004]