Il corso si occupa di progettazione sistematica del prodotto industriale. Nello specifico vengono affrontate le fasi più critiche del ciclo progettuale, cioè la pianificazione e la ideazione concettuale di un nuovo prodotto, mostrandone obiettivi e criticità. Vengono, quindi, introdotti metodologie e strumenti utili a supportare l'azione del progettista in tali attività, stimolandone le attitudini creative e guidandolo verso soluzioni tecniche originali al problema progettuale.
Engineering Design Methods: Strategies for Product Design, 4th Edition, Nigel Cross, John Wiley and Sons Ltd., Chichester, 2008. Engineering Design: A Systematic Approach, Third Edition, G. Pahl, W. Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote, Springer, 2007. Re-engineering of Products and Processes - How to Achieve Global success in the Changing Marketplace, First Edition, Y. Borgianni, G. Cascini, F. Rotini, Springer 2012. Appunti delle lezioni e pubblicazioni disponibili sulla piattaforma Moodle del corso accessibile al seguente indirizzo web: http://e-l.unifi.it/
Obiettivi Formativi
L’obiettivo formativo del corso è quello di trasferire agli studenti un set di strumenti metodologici per la progettazione sistematica del prodotto industriale. Più in particolare, le metodologie trattate sono quelle indicate per le fasi ritenute più critiche del processo di progettazione del nuovo prodotto e cioè: la pianificazione e la progettazione concettuale della soluzione tecnica. Si presuppone che lo studente abbia una conoscenza di base degli strumenti di prototipazione virtuale nonché una conoscenza approfondita degli elementi funzionali delle macchine e del loro dimensionamento.
Conoscenze erogate:
cc1: La conoscenza approfondita degli aspetti teorico-scientifici dell'ingegneria, sia in generale sia in modo approfondito relativamente a quelli dell'ingegneria meccanica, nella quale sono capaci di identificare, formulare e risolvere, anche in modo innovativo, problemi complessi o che richiedono un approccio interdisciplinare. La capacità di comprendere un contesto multidisciplinare in ambito ingegneristico e di operare in ottica problem solving., cc3: La conoscenza e l’utilizzo di strumenti scientifici (informatici e di altra natura) specifici per il settore della progettazione nell’ambito proprio dell’ingegneria meccanica., cc9: La conoscenza del concetto di innovazione industriale, di qualità e delle problematiche ambientali applicate alla progettazione meccanica e alla costruzione delle macchine. La conoscenza dei metodi per la gestione sistemica dell’innovazione. La conoscenza dei metodi per la tutela della proprietà individuale., cc12: La conoscenza dei metodi per ideare, pianificare, progettare e gestire sistemi, processi e servizi complessi e/o innovativi.
Capacità di applicazione:
ca1: La capacità di applicare la propria conoscenza e la propria comprensione per identificare problemi e formulare soluzioni, nell’ambito dell’ingegneria meccanica, per impostare, progettare e realizzare e verificare, sistemi ed apparati anche di elevata complessità funzionale, tenendo conto di implicazioni relative agli aspetti ambientali, economici ed etici, il tutto attraverso l’uso di metodi consolidati;, ca2: La capacità di applicare la propria conoscenza e la propria comprensione per analizzare e ottimizzare apparati e sistemi meccanici, nonché di innovare i medesimi anche attraverso lo sviluppo ed il miglioramento dei metodi di progettazione, confrontandosi con continuità con la rapida evoluzione propria dell’ambito dell’ingegneria meccanica., ca4: La capacità di realizzare progetti ingegneristici adeguati al loro livello di conoscenza e di comprensione, lavorando in collaborazione con ingegneri e non ingegneri. I progetti possono riguardare componenti, apparati e sistemi meccanici di vario genere e per le più ampie applicazioni., ca5: La capacità approfondita di scegliere e utilizzare attrezzature, strumenti, procedure e metodi appropriati, conoscendone i limiti e le potenzialità; in particolare la capacità di condurre esperimenti anche complessi, gestire ed impiegare strumentazione e software avanzati, con capacità di analisi adeguata., ca7: La capacità di definire, progettare e condurre le indagini utili alla comprensione dei problemi, attraverso l’uso di modelli e tecniche sia teorici che sperimentali., ca9: La capacità di valutare criticamente dati e risultati e trarre conclusioni appropriate, consapevoli del grado di incertezza da cui potrebbero essere affette., ca10: Le capacità avanzate di operare efficacemente, individualmente e come componenti di un gruppo, avendo chiaro il contesto della problematica ingegneristica e le implicazioni interdisciplinari che contraddistinguono l’ingegneria meccanica., ca11: Le capacità migliorate di presentare in forma scritta, verbale e, eventualmente. multimediale, le proprie argomentazioni e i risultati del proprio studio o lavoro, con caratteristiche di organicità e rigore tecnico., ca12: La capacità adeguata di comprensione delle fonti in lingua inglese., ca14: La capacità di apprendimento e di aggiornamento autonomo e continuo in un contesto, come quello dell’ingegneria industriale, in costante evoluzione., ca15: La capacità di raggiungere una preparazione adeguata per poter accedere al terzo livello degli studi universitari (frequenza a master di secondo livello ed a scuole di dottorato), in modo da approfondire ulteriormente conoscenze e capacità nell’ambito della ricerca.
Prerequisiti
Nessuno.
Metodi Didattici
Il corso prevede lezioni teoriche ed esercitazioni. Le lezioni sono integrate con esempi e tutorial volti a chiarire l’uso degli strumenti metodologici introdotti. Le esercitazioni hanno lo scopo di far applicare le nozioni introdotte durante le lezioni teoriche attraverso casi di studio, al fine di mettere lo studente nelle condizioni di poter valutare le problematiche di uso degli strumenti metodologici trattati.
Altre Informazioni
Ricevimento su appuntamento concordato con il Docente.
Modalità di verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento prevede un lavoro di gruppo e la presentazione di report in cui vengono proposti una relazione tecnica sul progetto di innovazione svolto, prova orale con domande relative agli aspetti dell'elaborato attinenti con gli argomenti del corso. Lo studente dovrà dimostrare di saper effettuare un’analisi sistematica delle soluzioni tecniche presenti in un determinato contesto industriale; identificare opportunità di innovazione radicale/incrementale nel contesto industriale considerato a partire dai bisogni non soddisfatti; tradurre le opportunità di innovazione in obiettivi di progettazione; affrontare un problema progettuale in maniera sistematica e creativa.
In particolare, si tratta di concepire un prodotto a partire dall’analisi dei bisogni insoddisfatti dai prodotti presenti sul mercato, applicando i metodi di pianificazione e progettazione concettuale introdotti durante il corso. Il progetto dovrà essere svolto da gruppi costituiti da tre studenti. L’esame sarà effettuato in forma orale, a tal fine i gruppi di progetto dovranno:produrre una relazione scritta sull’attività svolta (di lunghezza non superiore alle 30 pagine), che riassuma:il problema progettuale affrontato;l’organizzazione del gruppo di progetto, dalla quale sia possibile desumere i ruoli di ciascun componente;l’approccio metodologico seguito per analizzare e risolvere il problema progettuale, descrivendo gli strumenti metodologici utilizzati e come essi sono stati impiegati per il progetto specifico;i risultati ottenuti dal processo di progettazione sistematico attuato, loro valutazione e selezione della soluzione concettuale più promettente;verifica brevettuale preliminare.sostenere un orale di discussione dell’elaborato svolto.La relazione scritta dovrà pervenire al docente del corso non oltre il terzo giorno precedente la data dell’appello. I criteri generali con cui è formulata la valutazione sono:percorso metodologico seguito per la pianificazione, la progettazione concettuale e lo sviluppo della soluzione (peso 0.45);novità e originalità della soluzione tecnica generata e coerenza con il percorso metodologico (peso 0.35);qualità degli elaborati prodotti per l’esame (peso 0.20).
Programma del corso
Introduzione al corso: contesto e motivazioni (richiamo del ciclo progettuale, impatto delle varie fasi sul successo del prodotto, successo e innovazione e creatività, termini della creatività, importanza degli strumenti per stimolare la creatività), approcci inefficienti di progettazione del prodotto (efficacia ed efficienza del processo, brainstorming e trial & error), obiettivo del corso e introduzione al metodo mostrato nel corso, introduzione alle parti del corso e mappa delle lezioni, modalità di verifica dell’apprendimento, materiale didattico. 2. PARTE I: Metodi per la Pianificazione del Prodotto Industriale. a. Un modello di riferimento per la rappresentazione del Prodotto nella fase di pianificazione: il concetto di bisogno, di esigenza correlata da soddisfare tecnicamente, di soluzione tecnica e quindi di modalità con cui soddisfare il bisogno, il concetto di beneficio percepito (come discriminante di scelta fra diverse modalità con cui si soddisfa l’esigenza correlata al bisogno) e la correlazione dei benefici con le caratteristiche di prodotto, la definizione di attributo di prodotto come beneficio e la classificazione secondo i termini della idealità, la definizione di valore (intenso come capacità di un artefatto di soddisfare un percipiente e quindi come funzione del complesso di benefici prodotti), le dimensioni del valore (concetto di stakeholder, concetto di ciclo vita/uso), il concetto di profilo di valore, il concetto di requisito ingegneristico e sua utilità ai fini della pianificazione del prodotto. b. Pianificazione del prodotto, obiettivi, risultati attesi, classificazione degli approcci e introduzione del metodo: obiettivo della fase di pianificazione e descrizione del risultato atteso (obiettivo sostenibile espresso sotto la forma di profilo di valore, che si vuole perseguire nella progettazione tecnica), introduzione agli approcci di product planning riscontrabili in letteratura (forecasting di prodotto, approcci responsivi, proattivi e ibridi, pregi e difetti), introduzione del metodo oggetto del corso (illustrazione delle fasi di analisi, sintesi e valutazione e degli strumenti suggeriti, inquadramento del metodo proposto secondo la letteratura). c. Analisi della situazione AS-IS: descrizione del risultato parziale atteso (mappa concettuale che rappresenta lo stato dell’arte dei prodotti presenti sul mercato, i quali sono modellati secondo i concetti introdotti in a), e cioè in termini di benefici offerti a quali stakeholder e in quali fasi del ciclo di vita/uso), utilità del risultato parziale atteso, la gestione ed il recupero delle informazioni per effettuare le analisi, la sintesi e la rappresentazione del modello (curve del valore multidimensionali, grafico delle dimensioni del valore, uso del paradigma QFD per la costruzione delle curve del valore multidimensionali), questionario di Likert come strumento per la scrematura dei benefici. d. Sintesi delle opportunità di innovazione: descrizione del risultato parziale atteso (set di profili di prodotto alternativi che abbiano superato un primo screening di sostenibilità), sulla base dei risultati delle analisi, sono introdotte modalità di implementazione di una strategia incrementale (il modello di Kano e il suo impiego sul profilo di prodotto) e di una strategia radicale (i concetti fondamentali della Blue Ocean, criterio guida per applicare le ERR ai profili di valore esistenti, IDEA per la creazione di nuovi benefici, 6PF come strategie di ridefinizione del mercato, ibridizzazione), analisi preliminare della sostenibilità dei profili generati. e. Valutazione delle opportunità di innovazione: valutazione dei risultati parziali ottenuti nella fase di generazione secondo la logica della Value Engineering (criteri con i quali eseguire la valutazione dei risultati di una strategia incrementale e di una strategia radicale), la metrica di misura dei benefici generati attraverso una strategia di innovazione radicale (Kano quantitativo, le VAMs e il loro impiego per effettuare la selezione delle idee). 3. PARTE II: Metodi Sistematici per la Progettazione Concettuale del Prodotto Industriale. a. Il processo di progettazione: Il processo di progettazione nel ciclo di vita del prodotto: implicazioni sulle fasi successive. Progettazione originale e progettazione incrementale: concetti e differenze di base. La progettazione concettuale, di embodiment e di dettaglio: l’iteratività del processo di progettazione. b. Traduzione degli attributi di prodotto in requisiti tecnici: il passaggio dal product planning alla progettazione ingegneristica: perché è necessario trasformare gli attributi di prodotto in requisiti espressi in forma tecnica. Il concetto di funzione, principio fisico, struttura. Checklist per l’acquisizione dei requisiti progettuali e relativa implementazione nella matrice di conversione e mappatura degli attributi di prodotto (PP-CD). Estrazione della lista di requisiti in forma tecnica e catalogazione secondo la logica 6PF, all’interno della matrice PP-CD. Importanza di un set esaustivo di informazioni di partenza e iteratività del processo di acquisizione: la definizione del task di progettazione. c. La progettazione concettuale Progettazione solution-based VS problem-based: differenze tra la tipologia di approccio più intuitiva e quella più analitica. L’inerzia psicologica del progettista ed il concetto di astrazione come strumento per l’innovazione. La progettazione concettuale sistematica e relative fasi (Generativa, Compositiva e Selettiva): l’approccio al task di progettazione attraverso iterazioni tra stadi ben definiti. Modello classico di progettazione sistematica Functional Decomposition and Morphology: concetti di base, esempi e limiti applicativi. d. L’approccio PSN per la progettazione concettuale: la definizione del punto di partenza del processo: il task di progettazione. Il concetto di co-evoluzione di problemi e soluzioni: logica di base per la fase generativa, strumento grafico e regole fondamentali (“primo problema”, “primo livello di problemi”, “sotto-problemi”, “indipendenza tra i rami”, “corretto livello di astrazione”, “completezza della rete”). Gestione dei diversi livelli di astrazione durante la progettazione: approfondimenti ed implicazioni sui risultati del processo generativo. Gestione del processo di acquisizione di informazioni durante l’attività generativa: mappatura e archiviazione delle attività di acquisizione delle informazioni. Differenze tra progettazione di nuovo prodotto e re-progettazione di prodotti esistenti nella PSN. Fase compositiva e problematiche relative alla combinazione delle diverse soluzioni esplorate nella fase generativa. Realizzazione degli sketch grafici rappresentativi delle varianti di concept da sottoporre a selezione. e. Selezione delle soluzioni: determinazione dei parametri e dei criteri di valutazione delle varianti di concept. Metodo matriciale per la selezione delle soluzioni concettuali preferite. Preparazione alla fase di progettazione di Embodiment. 4. PARTE III: Cenni sulla proprietà intellettuale, brevetti e ricerche brevettuali. a. La Proprietà Intellettuale: definizione di Proprietà Intellettuale e Proprietà Industriale, tipologie di trovato e forme di tutela correlate (con particolare riferimento al brevetto di invenzione, al modello di utilità, al marchio), validità territoriale e temporale, requisiti per la brevettabilità di una soluzione, cenni sulle procedure brevettuali. b. Struttura dei brevetti: parti principali di un brevetto e informazioni presenti. c. Ricerca brevettuale: Finalità delle ricerche, strategie di ricerca, impostazione di una ricerca brevettuale.