Árbók VFÍ/TFÍ - 01.06.2003, Síða 258

einingar í tengslagraffræði (e. bond graph) [15]. Við hverja einingu er síðan tengd þekking
sem felst í einföldum reglum, t.d. minnstu þykkt pípu fyrir vatn með ákveðinn þrýsting
eða minnsta þverskurðarflatarmáli stangar í burðarvirki. Hugmyndafræðin bak við
aðferðina felst í samspili MDO-aðferðar bæði við aðgerðastudda og líkanstudda rök-
leiðslu. Aðferðin er einkum ætluð til að fást við flókna kerfishönnun þar sem ráðandi
þættir eru samspil grannmynsturs (e. topology), forms, kennistærða, reksturs, stýringa og
viðhalds. Dæmi um slík kerfi eru dreifikerfi og burðarvirki.
Hönnun burðarvirkja felst t.d. í hönnun á byggingu, brú, mastri, undirstöðum eða krana.
Við hönnunina þarf að athuga forsendur, setja fram lausn og greina hana. Hún þarf bæði
að uppfylla þær kröfur sem staðlar segja til um og þær þarfir sem notandinn hefur. Við
hönnunina þarf að ákvarða form, kennistærðir og grannmynstur. í grein höfundar um
bestun þyngdar háspennuturna [9] var sett fram aðferðarfræði þar sem staðbundin
bestun með aðferð mesta bratta var notuð til þess að velja þversnið í burðarvirkið, en
víðvær bestun með erfðareikniriti var notuð til þess að velja hæðir, breiddir og grann-
mynstur virkisins. En besta lausnin þarf ekki að vera sú ódýrasta því að fagurfræði,
áreiðanleiki, viðhaldskostnaður, nýtanleiki og förgun eru þættir sem hafa þarf í huga.
Með það að markmiði er í þessari grein sett fram aðferð sem notar aðgerðarstudda rök-
leiðslu á hugmyndastigi til að skilgreina verkefnið. Aðferðir sem eru þróaðar fyrir hönn-
un m.t.t. ólíkra sviða, MDO, eru síðan notaðar til að flokka vandamálið niður í ákveðin
svið sem tengjast saman. Innan hvers flokks er síðan líkanstudd rökleiðsla notuð sem
þekking eininga kerfisins til að finna staðbundnar lausnir á hlutum og einingum.
Til að sannreyna aðferðina verður tekið fyrir hönnunarvandamál sem felst í hönnun á
litlu dreifikerfi þar sem hægt er að prófa allar lausnir. Hönnun á dreifikerfi felst í vali á
einingum, leiðarskipulagi og víddarhönnun. Ef dreifikerfið er vatnsveita eru einingarnar
dælur, stýringar, lokar, pípur, beygjur og tengistykki. Dreifikerfið getur verið með eina
dælu, raðtengdar n-dælur og/eða hliðtengdar n-dælur. Þrýstistýring getur verið á/af rofi
fyrir dælur, hraðastýring eða loki með þrýstiskynjara. Pípukerfið getur verið ofanjarðar á
undirstöðum eða niðurgrafið. Leiðarval pípu ræðst af takmörkunum í umhverfinu,
inntökum og úttökum. Þvermál pípu ákvarðast af vatnshraða eða lágmörkun rekstrar- og
stofnkostnaðar. Veggþykkt er síðan valin út frá þrýstingi. Varmaþenslu pípna þarf að
taka upp með þensluhlykkjum eða þenslustykkjum. Undirstöður og festur ráðast síðan
af innra og ytra álagi ásamt þenslukröftum. A undanförnum árum hafa fræðimenn
rannsakað bestun á pípukerfum með erfðareikniritum (e. genetic algorithms) og hermdri
storknun (e. simulated annealing) [4,5,12]. í þessum rannsóknum er pípuþvermálið bestað
til að ná fram ákveðnu streymi í kerfinu en ekki er bestun á öðrum þáttum eins og
leiðarskipulagi eða þykkt.
I greininni er byrjað á því að fjalla um kerfisbundna hönnun þar sem hönnun á hugmynda-
stigi er skilgreind sem aðgerðarstudd rökleiðsla tengd við ólík hönnunarsvið. Síðan er
fjallað um líkangerð með tengslagraffræði, þar sem einingarnar innihalda staðbundna
þekkingu. Þá er sýnd lausn dreifikerfisverkefnisins og að lokum eru niðurstöður kynntar.
Kerfisbundið hönnunarferli
Hvað er hönnun? Hönnun er ferli þar sem hugmynd eða þörf er umbreytt í upplýsingar
eða gögn sem hægt er að nota til þess að uppfylla væntingar.
Samkvæmt skilgreiningu ABET-nefndarinnar (e. Accreditation Board for Engineering and
Technology) er verkfræðileg hönnun ferli til að finna upp kerfi eða hluti sem uppfylla
ákveðnar þarfir [7]. Þetta er ákvörðunarferli þar sem raungreinum, stærðfræði og verk-
fræði er beitt til þess að nýta aðföng og auðlindir á sem hagkvæmastan hátt við að ná
settu marki:
„Engineering design is the process of devising a system, component, or process to meet desired needs. It is a decision-
making process, in which the basic sciences and mathematics and engineering sciences are applied to convert resources
optimally to meet a stated objective" [7].
2 5 4 | Árbók VFl/TFl 2003