Min syn på visuella verktyg i produktutvecklingsprocessen Mälardalens Högskola Philip Åhagen 4/13/2011
Innehåll Sammanfattning... 3 Ordlista... 4 Inledning... 4 Skisser... 5 Varför skissa?... 5 Olika typer av skisser... 5 Skiss och tankeskiss... 5 Minnesskiss... 6 Presentationsskiss... 6 Teknikskiss... 6 Förklaringsskiss... 6 Digital skissteknik... 7 Skisser i produktutvecklingsprocessen... 8 Datorbaserade 3D modelleringsverktyg... 9 Varför använda 3D modellering?... 9 3D modellering i produktutvecklingsprocessen... 9 Prototyper... 10 Varför bygga modell eller prototyp?... 10 Olika typer av prototyper... 10 Prototyper i produktutvecklingsprocessen... 10 Slutsatser... 11 Referenser... 12 2
Sammanfattning Enligt mig går det att dela in visuella verktyg för design i tre huvudgrupper; Skisser, 3D modellering och prototyper. Skisser och prototyper går i sin tur att dela in i mindre grupper. Skisser kan delas in i: skiss och tankeskiss, minnesskiss, presentationsskiss, teknikskiss och förklaringsskiss [2]. Prototyper kan delas in i: fysiska/analytiska prototyper och omfattande/fokuserade prototyper [3]. Fördelarna med att använda skisser i en designprocess är många. De gynnar utvecklingsprocessen på flera plan, de är kostnadseffektiva och kan göras tillgängliga när som helst. Datorstödd 3D modellering gör det möjligt att digitalt framställa produkten, utföra valfria tester, undersöka tillverkningsmetoder och skapa fotorealistiska renderingar inför en presentation eller liknande. Störta fördelen med prototyptillverkning är att det medför förmågan att kunna hålla och känna på en produkt som ännu inte producerats. Man kan även utvärdera en funktion eller produktens storlek genom att tillverka en relativt enkel fokuserad prototyp. Jag anser att ett visuellt verktyg kan ersättas av ett annat, men bara till en viss gräns. Du kan inte uppnå en 3D modells detaljnivå med skisser. Inte heller kan du erhålla förmågan att hålla och känna på en produkt genom 3D modellering, för det måste en prototyp byggas. Jag anser att skisser är som bäst tidigt i utvecklingsprocessen. När idéer ska genereras och utforskas. När sedan detaljer behöver skapas och utvärderas, tillverkningsmetod bestämmas och hållfasthetstester utföras lämpar sig datorbaserad 3D modellering bättre än skisser. Då prototyper kan vara kostsamma att tillverka och kan medföra att utvecklare låser sig till en design, bör prototyptillverkning tillämpas efter det att man utforskat hela designområdet och möjliga lösningar. 3
Ordlista CAD Står för Computer Aided Design. Översätts till datorstödd design CAE Står för Computer Aided Engineering. Översätts till datorstödd ingenjörskonst 3D 3 dimensioner. Höjd, bredd och djup CNC Står för Computer Numerical Control. Ett dator system för att styra verkstadsmaskiner. Inledning Visuella verktyg i produktutvecklingsprocessen innefattar flera olika typer av verktyg. I denna essä kommer dock störst vikt läggas på visuella verktyg som har stark koppling till design, dvs. skisser, datorbaserade 3D modeller och prototyper. Verktyg som t ex flödesscheman, story boards, tabeller etc. kommer ej behandlas. Frågor jag kommer besvara i denna essä är: Vilka visuella verktyg för design finns att tillgå i produktutvecklingsprocessen? Vilka är för och nackdelarna med dessa? Kan ett visuellt verktyg helt ersätta andra visuella verktyg? Vilka visuella verktyg är passande för vilka faser i produktutvecklingsprocessen? 4
Skisser Nationalencyklopedins [4] förklaring av ordet skiss: Utkast; snabb, summarisk framställning i bild eller ord. Skisser har funnits sedan medeltiden och fungerade redan då som ett hjälpmedel för att undersöka och förmedla idéer [2]. Samtidigt som alltmer avancerade verktyg för 3D modellering, prototyptillverkning och liknande ständigt uppfinns, har skisser sett ut och skapats på samma sätt sen medeltiden. Det är därför man inte ser på själva skissen vilket århundrade eller ens årtusende som skissen kommer ifrån, utan på motivet. Varför skissa? Att skissa i samband med produktutveckling resulterar inte bara i föreställande skisser utan gynnar även processen. Jag anser att man kan se på skisser som ett hjälpmedel för tanken. Om man har en idé på en design till en produkt, kan denna idé utvecklas och förbättras när den väl skissas. Det är mer till själva skapandet av skisserna än till själva skisserna. Sketches are a byproduct of sketching Bill Buxton [2]. Fördelarna med en skiss är många. Bl.a. kan den skapas snabbt, kan skapas när som helst, kan visas när som helst och är framför kostnads effektiv. Olika typer av skisser Skisser kan självklart kategoriseras på flera olika sätt. Jag väljer dock indelningen som Bill Buxton använder i sin bok Sketching User Experiences [2]. Han väljer att dela in skisser i kategorier efter syftet med skisserna: Skiss och tankeskiss Minnesskiss Presentationsskiss Teknikskiss Förklaringsskiss Skiss och tankeskiss Skisser som används vid idégenerering är ofta hastigt skapade. Syftet med dessa är rätt och slätt att utforska idéer. Att skissa en idé man tänker på har en förmåga att hjälpa hjärnan att generera flera idéer. Denna typ av skisser kallas ibland även för tankeskisser. Figur 1 Skiss och tankeskiss [2] 5
Minnesskiss Skisser kan även fungera som en förlängning av minnet. Genom att snabbt skissa ner en bild som beskriver en idé, kan man erhålla samma idé vid ett senare tillfälle genom att titta på just den skissen. Skissen behöver inte vara detaljerad för hjärnan ska koppla skissen till idén. Hjärnan kommer direkt att associera skissen med den idén även om skissen endast består av ett streck. Figur 2 Minnesskiss [2] Presentationsskiss Presentationsskisser skapas för kunder eller liknande. Dessa skisser ska vara gjorda på ett sätt så att mottagaren förstår, dvs. ska idén förmedlas till en person som saknar kompetensen att läsa ritningar och skisser, behöver skissen utformas så att idén kan förmedlas trotts kompetensgap. T ex kan skisserna göras mer verklighetstrogna för att öka förståelsen. Teknikskiss När en lösning behöver förmedlas eller förklaras snarare än en idé, används skisser som förklarar funktioner mer utförligt än en idéskiss. Dessa skisser är detaljerade och är oftast avsedda för de som faktiskt ska bygga vad som ritats. Figur 3 Presentationsskiss [2] Förklaringsskiss Den här typen av skisser används när något behöver förklaras, så som hur något fungerar eller är konstruerat. Dessa skisser kan vara sprängskisser, genomskärningsskisser eller så kan de vara skisser som delats in i rutor på ett papper för att förklara ett händelseförlopp, som en seriebok. Figur 4 Teknikskiss [2] Figur 5 Förklaringsskiss [2] 6
Digital skissteknik Idag finns det verktyg för att digitalt framställa en skiss. Detta kallas ofta för digital skissteknik. Det innebär att, med hjälp av hårdvara och mjukvara kan skapa en digital skiss i en dator. Hårdvaran för att skapa digitala skisser kan bestå av en ritplatta med tillhörande penna, en skärm som tillåter att man ritar direkt på skärmen eller en scanner (det senare alternativet kräver att skissen först skapas på papper). Mjukvaran kan bestå av ett eller flera datorprogram som stödjer hårdvarans funktioner och tillåter bearbetning av skisserna. Främsta fördelen med digitala skisser är enligt mig att det är enklare att göra digitala skisser mer verklighetstrogna och således mer attraktiva för kunder. Andra fördelar är förmågan att lätt kunna skapa varianter av samma skiss, ångra ett ritsträck eller byta färg på skissen med ett knapptryck. Jag anser att digitala skisser har sina fördelar gentemot traditionell skissning, men dessa fördelar uppkommer först då behovet av snygga presentationsskisser uppstår, t ex vid en presentation för kunder eller liknande. Vid idégenerering eller som kommunikationsverktyg ser jag inte behovet av att byta ut traditionella skisser mot digitala skisser. Jag bedömer att det även finns nackdelar med digitala skisser. I och med att det blir enklare att skapa mer verklighetstrogna skisser, finns risken att skisserna överarbetas och designen framstår i kundens ögon som fulländad istället för ett förslag. Figur 6 Fuel Cell Car [1] Figur 7 Fuel Cell Car [1] 7
Skisser i produktutvecklingsprocessen Som beskrivits tidigare kan skisser användas i flera syften. De kan vara till hjälp i idégenereringen, underlätta kommunikationen och agera som en förlängning av minnet. Alltså kan skisser användas genom hela produktutvecklingsprocessen. Vad skiljer då skisser från t ex en prototyp? De är båda verktyg för att visualisera en idé eller ett koncept. Jag anser att då skisser står för utkast, ej fulländat, förslag, står prototyp för motsatsen. Vid skapandet av en prototyp är designen nästintill bestämd och endast detaljer kan omarbetas innan produktutvecklingen nått sitt slut. Investeringen som krävs för att skapa en prototyp kontra skisser är även det en stor skillnad då prototyper i regel är betydligt mer kostsamma att tillverka. Det anser jag även är anledningen till att man inledningsvis använder sig av skisser och först mot slutet tillverkar prototyper. Inledningsvis i ett produktutvecklingsprojekt, när förändringar av designen fortfarande relativt billiga, används gärna skisser för att på ett förmånligt sätt undersöka idéer och bibehålla flexibiliteten. Först senare i produktutvecklingen, när designen så gott som fastställts, är man villig att bekosta prototypbygge för att undersöka och utvärdera detaljer och funktioner. I början av produktutvecklingen används gärna skisser som håller designen flexibel och i takt med att skisser, ritningar och 3D modeller blir mer detaljerade ökar upplösningen på produkten och detaljer uppkommer. Figur 8 Goggles [1] 8
Datorbaserade 3D modelleringsverktyg 3D modelering är ett sätt att digitalt bygga upp en produkt i 3 dimensioner. Detta görs i regel i ett CAD program på en dator. CAD står för Computer Aided Design. CAD användes för första gången runt 1960 talet i flyg och bilindustrin, men det var först under 1980 och 1990 talet som tekniken verkligen tog fart. CAD kan användas i flera syften. Man kan skapa trådmodeller, 2D modeller, 3D modeller och måttsatta ritningar mm. CAD används vanligast vid detaljerad konstruktion av 3D modeller av fysiska komponenter, men också i produktutvecklingsprocesser för att bl.a. undersöka tillverkningsmetoder, analysera dynamiska egenskaper och för att utforma objekt. Varför använda 3D modellering? CAD program har bidragit till att många företag kunnat sänka sina utvecklingskostnader och förkortat sina designcykler. En av de främsta anledningar till att använda CAD enligt mig är förmågan att analysera en produkt utan att behöva tillverka den. Med simulationer i CAD kan man på ett realistiskt sätt simulera verkliga förhållanden och minska tiden och kostnaderna för att tillverka och testa prototyper[5]. Genom att modellera en produkt i CAD och applicera ljus, färger, material och omge modellen av en så kallad scen, kan mycket realistiska foton skapas. Ljuset, färgerna och materialen ger produkten det utseende man strävar efter och scenen förklarar i vilket sammanhang produkten ska användas i. Då en produkt modellerats upp i ett CAD program, kan modellen användas som underlag vid tillverkning av modell eller prototyp. Detta görs möjligt genom att överföra den digitala modellen till en friformningsmaskin eller CNC styrd fräs. 3D modellering i produktutvecklingsprocessen I takt med att datorer blir alltmer kraftfulla och gränssnittet mellan tekniken och människan ständigt förbättras, blir det lättare att skapa 3D modeller. Man kan idag relativt enkelt modellera flera varianter av en tänkt produkt, analysera egenskaper och undersöka tillverkningsmetoder. Jag tror att det är just i denna fas av utvecklingsprocessen som 3D modellerering gör som mest nytta, när grunddragen på produkten bestämts men detaljer ska fastställas. Liknande digitala skisser, tror jag man bör passa sig för att blanda in 3D modellering i produktutvecklingen för tidigt då jag tror kunder kan uppleva att fotorealistiska 3D modeller står för något fulländat och bestämt. Ytterligare en nackdel med 3D modellering är kostnaderna för att investera i den hård och mjukvara som krävs för att tillämpa verktyget. Figur 9 3D modell skapad i SolidWorks 9
Prototyper Nationalencyklopedins [4] förklaring av prototyp: Originalmodell som de följande formerna baseras på. Inom industriell produktutveckling avses försöksmodell som är riktig i funktion, konstruktion och utseende. Varför bygga modell eller prototyp? Då man ska skapa en ny produktdesign finns risken att många oväntade problem uppstår. Genom att tillämpa prototyper i designprocessen kan produktdesignerna utforska olika lösningsalternativ, utföra tester och hitta fel som kanske annars förblivit okända tills produkten gått till produktion. Genom att skapa en prototyp medför det förmågan att hålla och ta på produkten, vilket jag tror kan vara värdefullt under en utvecklingsprocess. Olika typer av prototyper Det finns flera olika tolkningar på vad som ingår under samlingsnamnet prototyp. Ullrich och Eppinger [3] delar, i sin bok Product Design and Development, in prototyper i två aspekter; fysiska/analytiska prototyper och omfattande/fokuserade prototyper. Fysiska prototyper är modeller används för att utvärdera produktens design och för att testa t ex hållfasthet. Analytiska prototyper används för att utvärdera vissa delar av produkten och består av bl.a. matematiska modeller och datorbaserade 3D modeller. Omfattande prototyper används för att utvärdera produkten i sin helhet, en prototyp som har funktioner och utseende likt slutprodukten. Fokuserade prototyper behöver inte likna slutprodukten utan kan skapas för att utvärdera en teknik, funktion eller storlek. Då man behöver utvärdera en teknik eller funktion, som är kritisk för att slutprodukten skall fungera, kan vissa delar som är avgörande för funktionen friläggas i en prototyp. Prototyper i produktutvecklingsprocessen När man ska förmedla en idé eller ett koncept, är en skiss bra, CAD modell bättre, men bäst är en modell eller en prototyp. En prototyp låter betraktaren undersöka, hålla och känna på produkten innan den börjat producerats. Man kan uppleva designen istället för att bara se på den. Idag kan man göra mycket av produktutvecklingen i CAD program. Det är lätt att utifrån en 3Dmodell ändra färger, analysera och simulera verkliga förhållanden och undersöka möjliga tillverkningsmetoder. Men det ungefär så långt den digitala världen sträcker sig. När det handlar om att få en känsla för hur en produkt t ex känns i handen eller hur väl produkten är anpassad till människans storlek, krävs en fysisk modell. Prototyptillverkning är ett bra sätt utvärdera och ge feedback på detaljer. Om det finns resurser till att skapa en prototyp anser jag att man definitivt ska överväga att använda verktyget. Man bör dock vänta med att bygga prototyper till det att man utforskat design området, eliminerat svagare koncept och bara ett fåtal möjliga lösningar och designer kvarstår. På detta sätt minimerar man risken att bygga prototypen i onödan. Prototyptillverkning kräver olika stor investering beroende på vilken sorts produkt man utvecklar. Men enligt min uppfattning överskrider fördelarna kostnaderna i så gott som alla fall. En nackdel med prototyptillverkning kan vara att om en prototyp tillverkas förtidigt i en designprocess kan designen bli låst till just det utseendet den skapas med. 10
Slutsatser Jag kommer i detta stycke svara på frågeställningen i inledningen. Vilka visuella verktyg för design finns att tillgå i produktutvecklingsprocessen? Enligt mig går det att dela in visuella verktyg för design i tre huvudgrupper; Skisser, 3D modellering och prototyper. Skisser och prototyper går i sin tur att dela in i mindre grupper. Skisser kan delas in i: skiss och tankeskiss, minnesskiss, presentationsskiss, teknikskiss och förklaringsskiss. Prototyper kan delas in i: fysiska/analytiska prototyper och omfattande/fokuserade prototyper. Vilka är för och nackdelarna med dessa? Fördelarna med att använda skisser i en design process är många. De gynnar utvecklingsprocessen på flera plan, de är kostnadseffektiva och kan göras tillgängliga när som helst. Datorstödd 3D modellering gör det möjligt att digitalt framställa produkten, utföra valfria tester, undersöka tillverkningsmetoder och skapa fotorealistiska renderingar inför en presentation. En nackdel med datorstödd 3D modellering är att betraktare har en tendens att se t ex CAD modeller som något där designen är bestämd istället för ett förslag. Ytterligare en nackdel med 3Dmodellering är kostnaderna för att investera i den hård och mjukvara som krävs för att tillämpa verktyget. Främsta fördelen med prototyptillverkning är att det medför förmågan att kunna hålla och känna på en produkt som ännu inte producerats. Man kan även utvärdera en funktion eller produktens storlek genom att tillverka en relativt enkel fokuserad prototyp. Nackdelar med prototyptillverkning kan vara de relaterade kostnaderna och risken att produktens design låses till en tidig prototyp. Kan ett visuellt verktyg helt ersätta andra visuella verktyg? Jag anser att ett visuellt verktyg till viss del kan ersättas av ett annat, men bara till en viss gräns. Du kan inte uppnå en 3D modells detaljnivå med skisser. Inte heller kan du erhålla förmågan att hålla och känna på en produkt genom 3D modellering, för det måste en prototyp byggas. Vilka visuella verktyg är passande för vilka faser i produktutvecklingsprocessen? Jag anser att skisser är som bäst tidigt i utvecklingsprocessen. När idéer ska genereras och utforskas. När sedan detaljer behöver skapas och utvärderas, tillverkningsmetod bestämmas och hållfasthetstester utföras lämpar sig datorbaserad 3D modellering bättre än skisser. Då prototyper kan vara kostsamma att tillverka och kan medföra att utvecklare låser sig till en design, bör prototyptillverkning tillämpas efter det att man utforskat hela designområdet och möjliga lösningar. 11
Referenser Böcker [1] Design Sketching 3 rd ed, Erik Olofsson & Klara Sjölén, 2007 [2] Sketching User Experiences, Bill Buxton, 2007 [3] Product Design and Development, 4 th ed, Ulrich & Eppinger, 2008 Internet [4] Nationalencyklopedin, 2011 http://www.ne.se/sok/skiss?type=ne Vetenskapliga artiklar [5] Virtual Prototyping for Customized Product Development, Integrated Manufacturing Systems, Mitchell M. Tseng, Jianxin Jiao, Chuan Jun Su, Vol.9, No.6, 1998. 12