1_Uvodhytrytry

1. Uvod Kada inženjer po završetku studija počinje s radom u praksi javljaju se problemi –

izobrazba je inženjera bila procesno orijentirana (lijevanje, odvajanje strugotine, zavarivanje) dok je praksa sistemski orijentirana (dizalica, šinsko vozilo, kotlovnica).

Pored toga, strojarski inženjer koji će sutra početi s radom u nekoj tvrtki najvjerojatnije do kraja karijere neće ostati usko specijaliziran samo za obavljanju jedne vrste posla (konstruiranje kalupa za lijevanje, razrada tehnoloških postupaka obrade skidanjem strugotine ili zavarivanja) na radu u samo jednoj tvrtki (ljevaonica, tvrtka za izradu čeličnih konstrukcija, gradska toplana).

Tvrtke i institucije u kojima sezapošljavaju strojarski inženjeri

Poslovi koje danas u praksiobavljaju strojarski inženjeri

metaloprerađivačka industrija industrija strojeva za poljodjelstvo automobilska industrija industrija šinskih vozila brodogradnja zrakoplovna industrija industrija elektroopreme prehrambena industrija kemijska i petrokemijska industrija naftna industrija projektne organizacije rudnici i metalurška industrija poljoprivredne organizacije građevinarske organizacije komunalne organizacije transportne organizacije elektrocentrale, toplane, hladnjače državna uprava, škole i fakulteti

konstruiranje dijelova strojarskih sustava razrada tehnologija izrade dijelova organizacija i kontrola proizvodnje dijelova (materijala) organizacija i poboljšanje kvalitete organizacija i nadzor ugradnje dijelova izbor pogonskih materijala projektiranje strojarskih sustava (podsustava) razrada tehnologija izgradnje sustava organizacija i nadzor izgradnje sustava organizacija i nadzor puštanja u rad organizacija i nadzor probnog rada organizacija i kontrola tehnoloških procesa ispitivanje i poboljšanje kvalitete procesa organizacija i nadzor održavanja i popravaka provedba mjera zaštite (na radu i okoline) analiza vremena i troškova proizvodnje izrada pogonskih uputa za proizvode analiza rada i prilagodba proizvoda

Prema tome, potrebna je široka i temeljita izobrazba studenata strojarstva kako bi se kao strojarski inženjeri mogli lako prilagođavati novim poslovima u novim tvrtkama ili institucijama. Značajno će se lakše snalaziti i biti uspješniji u početku rada i nakon promjene posla strojarski inženjeri koji su umješni u provedbi eksperimenata. Kod promjena režima rada i kotla i tokarskog stroja mijenjaju se parametri procesa kako bi se postigao postavljeni cilj. Naravno, u oba se slučaja treba temeljito pripremiti i krenuti s eksperimentom. Oprezno!

Predmet PPiOPTP je fokusiran na utvrđivanje parametara tehnoloških procesa (kod strojarskih proizvodnih postupaka) kojima se postižu optimalna svojstva proizvoda (ne treba se fokusirati samo na tehnička svojstva i kvalitetu, značajno je svojstvo proizvoda i cijena, što vodi k bržoj proizvodnji i smanjenju količine škarta), na temelju rezultata provedenih eksperimenata. Međutim, stečena će znanja strojarski inženjeri bez većih poteškoća moći primijeniti u obavljanju različitih poslova u različitim tvrtkama.

2 Planiranje pokusa i optimiranje parametara tehnološkog procesa

1.1 Tehnološki procesi proizvodnog strojarstva Strojarski inženjeri sudjeluju u pripremi, provedbi i nadzoru niza različitih tehnoloških

procesa (metaloprerađivačka industrija, petrokemijska industrija, brodogradnja, daljinsko grijanje). Zbog jasnoće izlaganja i mogućnosti neposredne praktične primjene, sljedeća izlaganja se temelje na primjerima tehnoloških procesa iz tradicionalnih proizvodnih strojarskih tehnologija:

odvajanju strugotine

prilagodbi materijala (toplinska obrada i zaštita od korozije)

spajanju dijelova (zavarivanje i lijepljenje)

Za proširenje znanja iz teorije strojarskim inženjerima stoje na raspolaganju brojne knjige. Međutim, prije njihovog čitanja moraju inženjeri produbiti i znanja iz matematike (što i nije tako komplicirano, ali iziskuje dosta vremena). Na primjer, u knjizi “The Theory of the Design of Experi-ments” [1] u točki 7.2.1 Pravac kroz ishodište, na jednoj stranici navode se izrazi:

Ovakav pristup je studentima strojarstva, a i strojarskim inženjerima vrlo teško čitljiv.

1.1.1 Korišteni termini

U strojarstvu se razlikuju:

PPiOPTP se fokusira na proizvodnju – izradu dijelova (odvajanje strugotine, toplinska obrada) i izgradnju sustava (zavarivanje, lijepljenje, zaštita od korozije). Korištena terminologija nije opće prihvaćenja te kako ne bi dolazilo do zabuna treba se dogovoriti o značenju sljedećih termina koji će se dosljedno koristiti u daljem tekstu.

Tehnološki proces – u širem smislu, odvijanje skupa tehnoloških postupaka kojima se tijekom proizvodnje materijalu/poluproizvodu/komadu mijenjaju: oblik i/ili dimenzije i/ili svojstva (fizička, kemijska);

Tehnološki proces – u užem smislu, odvijanje tehnološke operacije.

Proizvodnja – proces pretvorbe ideje u gotov proizvod uz stvaranje viška vrijednosti.

1. Uvod 3

Tehnologija (proizvodna) – znanstvena i inženjerska disciplina koja obrađuje postupke prerade (fizičke, kemijske) sirovina u proizvode.

Tehnološki postupak – cjelovit skup tehnoloških operacija na jednom radnom mjestu [na primjer, obrada komada odvajanjem strugotine na tokarskom stroju, ili zavarivanje posude s MAG (Metal Active Gas arc welding – elektrolučno zavarivanje metal uz zaštitu aktivnim plinom) uređajem za zavarivanje].

Tehnološka operacija – osnovna jedinica tehnološkog procesa kod koje se aktivnosti odvijaju u kontinuitetu. Na primjer (S-1.1):

1. operacija: uzdužno tokarenje komada,

2. operacija: bušenje rupe u komadu,

3. operacija: odsijecanje komada.

Slika S-1.1 Primjeri tehnoloških operacija tehnološkog postupka odvajanja strugotine

1.1.2 Sistemska analiza i blok sheme

U fazi pripreme pokusa u pravilu se obavlja sistemska analiza sustava. Pojedine komponente sustava se analiziraju kao posebni slučajevi generaliziranog izmjenjivača tvari/energija, uzimajući u obzir sve značajne ulaze i izlaze. Pri tome se razlikuju proizvodni (na primjer,materijal proizvod) i servisni tokovi (na primjer, energija potrebna za odvijanje procesa energija „ugrađena“ u proizvod + gubici). Kod složenih sustava prvo se sustav dijeli na komponente, potom komponente analiziraju te konačno sintetiziraju u sustav kao cjelinu.

Za sistemsku analizu su najpogodnije blok sheme s povezanim skupom izmjenjivača Svi blokovi, te ulazni i izlazni tokovi, označeni su identifikacijskim oznakama (S-1.2). Korištene oznake moraju biti različite i asocijativne. Sa slikovitim shemama i tehničkim nacrtima se i kod jednostavnijih sustava teško formira jasna slika cjeline te lako gubi u manje značajnim detaljima.

Oznake:

SPK – sustav kome pripada aktualna komponenta

AKS – aktualna komponenta sustava

N – broj značajnih komponenti

put – procesni ulazni tok (1 ÷ i)

pit – procesni izlazni tok (1 ÷ j)

sut – procesni ulazni tok (1 ÷ k)

sit – procesni izlazni tok (1 ÷ l)

Slika S-1.2 Opći element blok sheme (generalizirani izmjenjivač tvari/energija)

Blok (generaliziranog izmjenjivača tvari/energija) može predstavljati, na primjer, jedan tokarski stroj (S-1.3 A): SPK = POS (pogon obrade odvajanjem strugotine), AKS = UTS1 (univerzalni tokarski

stroj broj 1), s N = 5 dijelova. Tada su: (a) put1 = Kpt1 (komadi prije tokarenja – tip 1), put2 =


Kpt2, …, (b) pit1 = Knt1 (komadi nakon tokarenja – tip 1), pit2 = Knt2, …, (c) sut1 = MTk1 (majstor, tokar 1), sut2 = E400n (električna energija 400 V / 7,5 kW), sut3 = pThp1 (prethodno

pripremljena tekućina za hlađenje/podmazivanje tipa 1), …, (d) sit1 = str (strugotina), sit2 = oThp1 (otpadna tekućina za hlađenje/podmazivanje tipa 1), …. Na S-1.3 B prikazana je grupa univerzalnih tokarskih strojeva.

Slika S-1.3 A Blok shema tokarskog stroja Slika S-1.3 B Univerzalni tokarski strojevi

Kada sistemska analiza uključuje generator pare značajni su tokovi (S-1.4 A): SPK = E (energetika), AKS = GP1 (generator pare 1) (a) put1 = NVd (napojne vode), put2 = PvK (prikupljeni

povratni kondenzat), (b) pit1 = VdP1 (vodena para svojstava 1), pit2 = VdP2 (vodena para svojstava 2), …, (c) sut1 = MLK1 (majstor, ložač kotla 1), sut2 = ZPl (zemni plin), sut3 = E400n (električna

energija 400 V ), …, (d) sit1 = DPl (dimni plinovi), sit2 = OtP (otpadna para), sit3 = GbE (gubici energije), …. Na slici S-1.4 B prikazana je energana s dva generatora pare.

Slika S-1.4 A Blok shema generatora pare Slika S-1.4 B Energana

Na početku sistemske analize ne treba gubiti previše vremena na cjelovito opisivanje sustava – tijekom razvoja analize, ovisno o prirodi i dubini analize, mogu se dodati novi blokovi i tokovi kao značajni ili se pak isključiti kao beznačajni prethodno uključeni blokovi i tokovi.

1.2 Pokusi i eksperimenti Tijekom svog rada, strojarski inženjer se često sudari s problemom koji u prvi mah ne

umiju riješiti. Sa skupom takvih problema se strojarski inženjer neizbježno sreće pri promjeni posla (na primjer, inženjer koji je završio proizvodno strojarstvu i radio u pogonu za obradu metala odvajanjem strugotine prelazi u pogon zaštite od korozije ili u energanu). Nedostaju mu podloge:

1. Uvod 5

podatak – sirova činjenica kojom se opisuje detalj aktualne pojave (stanja/procesa) ili

informacija – skup relevantnih podataka potrebnih za opis aktualne pojave (tekst, tablica, dijagram, jednadžba) ili

znanje – cjeloviti sustavi informacija potrebnih za razumijevanje pojave kao cjeline.

Snalaženje u takvoj situaciji olakšavaju mu znanja stečena tijekom studija strojarstva te u praksi stečena znanja (ambiciozan inženjer stalno treba učiti) i iskustva.

Za inženjere su izvori podloga:

Internet je naveden na prvom mjestu jer se danas preko Interneta u pravilu najbrže i najlakše dolazi do korisnih praktično besplatnih podloga. Pregledom Internet stranica učinkovito se prikupljaju početne informacije o aktualnoj pojavi. Pri tome je najčešće moguć i izbor pogodnog načina prikupljanja informacija (pdf tekst, kratka ppt prezentacija, jpg slika, mp3 film). Međutim, glavninu informacija s Interneta ipak treba prihvaćati s rezervom. Izvori Internet stranica su rijetko pouzdani garanti valjanosti informacija.

Pokusi su navedeni na zadnjem mjestu jer su u pravilu najtegobniji način prikupljanja podloga. Strojarski inženjeri pokuse najčešće izvode na samim strojevima, s izradcima ili posebno pripremljenim uzorcima. U pravilu pokusi obuhvaćaju više mjerenja.

1.2.1 Izvedba eksperimenta

Uobičajen je naziv za složene i/ili više puta ponovljene pokuse eksperiment, a rad na provedbi takvih pokusa se naziva eksperimentalnim radom. Izvedba eksperimenta se može opisati shemom:

Za učinkovitu izvedbu eksperimenata i dobivanje korisnih rezultata potrebni su:

(a) prije svega temeljita znanja o aktualnoj pojavi (učenje),

(b) dovoljna znanja o planiranju i obradi rezultata eksperimenata (učenje) te

(c) vještine u postavljanju eksperimentalnog uređaja i provedbi pokusa (praksa).

Iskustva upozoravaju na često značajno podcjenjivanje izvedbe eksperimenta i u pogledu potrebnog vremena i u pogledu pratećih troškova.

Eksperiment ne treba brkati s monitoringom (hr. praćenje). U pogonima uspješnih proizvodnih tvrtki kontinuirano se prati (monitoring) izlaz svakog stroja. Razliku je najlakše shvatiti na primjeru – u tvrtki je monitoringom izlaza jednog stroja utvrđena pojava nezadovoljavajuće kvalitete. Što se iz toga može zaključiti?

• Radnik ponavlja greške i otpustiti ga?

• Stroj nije ispravan i zamijeniti ga novim?

• Radnika otpustiti i zamijeniti stroj novim?


Ne! Monitoringom se u pravilu ne može doći do uzroka pojave nezadovoljavajuće kvalitete i spriječiti za tvrtku štetne ishitrene poteze. Naime, svakog novog radnika je potrebno pronaći, zaposliti i obučiti, a postojeći stroj treba demontirati i ukloniti iz tvrtke te kupiti, dopremiti, montirati i pustiti u rad novi stroj.

Do uzroka nezadovoljavajuće kvalitete se lako dolazi provedbom jednostavnog eksperimenta – radnik se premještaju od stroja do stroja i:

(a) ako loša kvaliteta prati radnika uzrok je nezadovoljavajuće kvalitete sam radnik,

(b) ako loša kvaliteta ne prati radnika uzrok je nezadovoljavajuće kvalitete:

neispravan stroj ili

pogrešno postavljen parametar stroja, što se češće sreće u praksi.

U slučaju (a) treba radnika upozoriti te eventualno dodatno obučiti. U slučaju (b) nastavlja se eksperiment s variranjem parametara stroja.

U znanstveno istraživačkom radu izvedbom eksperimenta se namjerno izaziva pojava u cilju njenog detaljnijeg izučavanja. Pri tome se mijenjaju uvjeti (vanjski utjecaji – rad, toplina, razmjena tvari) promjenama neovisnih veličina i prate promjene ovisnih veličina. Kada se u dovoljnoj mjeri izuči pojava izvedba eksperimenta je pouzdana metoda testiranja postavljene hipoteze i izvođenja zaključka. Koristi se u:

(a) fundamentalnim istraživanjima (fizika, kemija) – hipoteza su postavljene na temelju rezultata promatranja pojave i njene kvantitativne teorijske analize,

(b) stručnim istraživanjima – u pravilu su hipoteze postavljene na temelju rezultata kvalitativne sistemske analize.

Na temelju rezultata eksperimenata hipoteze se usvajaju ili odbacuju.

PRIMJER P-1.1

Treba eksperimentalno provjeriti još davno postavljeni zakon za brzinu slobodnog pada:

Tijekom slobodnog pada, promjena brzine tijela s vremenom (ubrzanje) jednaka je konstanti. Slijedi: promjena brzine je neovisna o masi tijela! To je sumnjivo i treba izvesti eksperiment, na primjer, s perom, listom papira i drvenom kockom. Na taj način se brzo dolazi do zaključka: najbrže pada drvena kocka, potom list papira, a najsporije najlakše pero. Redoslijed masa je drvena kocka, list papira, pero. Prema tome, zakon nije točan?

1. Uvod 7

Galileo je zakon za brzinu slobodnog pada ipak potvrdio eksperimentom. Shvativši utjecaj otpora zraka na gibanje tijela pustio je da slobodno padaju dvije kugle istih promjera i različitih masa (nogometna lopta i stara željezna topovska kugla). Brzine pada kugli, i pored različitih masa, bile su jednake. S istim promjerima kugli postiže se održavanje utjecaja otpora zraka na konstantnoj razini (u stručnim se istraživanjima često vanjski utjecaji održavaju na konstantnoj razini pogodnom automatskom regulacijom). Zakon se može potvrditi i izvedbom eksperimenta u vakuumu. U tom je slučaju utjecaj otpora zraka eliminiran.

1.2.2 Eksperimenti u strojarstvu

U strojarskoj tehnici se primjenjuju otkrića fizike (kemije) u razvoju praktično korisnih proizvoda/procesa. Kada se sretne s nepoznatom, novom i zanimljivom pojavom, strojarski će ju inženjer u znanstveno istraživačkom radu namjerno izazivati sve dok ne stekne znanja potrebna za njenu primjenu u praksi. Potom testiranjima hipoteza ocjenjuje valjanosti mogućih varijanti primjene.

Strojarski inženjeri koriste eksperimente u:

oblikovanju/razvoju proizvoda (dijela ili sustava),

izboru materijala i tehnologije izrade,

postavljanju parametara tehnološkog procesa,

određivanju kvalitete proizvoda.

Predmet PPiOPTP je fokusiran na postavljanje parametara tehnoloških sustava.

Ciljevi su eksperimentalnog rada:

smanjivanje vremena potrebnog za oblikovanje/razvoj novog proizvoda (usvajanje optimalne varijante),

izbor optimalnog materijala i tehnologije izrade,

usvajanje optimalne kvalitete proizvoda,

identifikacija i optimiranje značajnih parametara tehnoloških procesa,

poboljšavanje efektivnosti tehnoloških procesa (pripravnost, pouzdanost i fleksibilnost).

Pri tome stalno treba imati u vidu glavni cilj – proizvodnja kvalitetnog i jeftinog, tržišno prihvatljivog proizvoda

U danas neizbježnoj borbi za poboljšanje kvalitete proizvoda inženjeri često izvedbom eksperimenata teže usvajanju robusnih parametara (Taguchi) [2], što podrazumijeva:

učiniti tehnološki proces neosjetljivim na djelovanje varijabilnih vanjskih utjecaja koje je teško kontrolirati,

odrediti granice parametara tehnoloških procesa s kojima se postiže zahtijevana srednja vrijednost i varijabilnost aktualnog pokazatelja svojstava proizvoda,

učiniti sklopove proizvoda neosjetljivim na promjene unesene komponentama.

Pri tome se ne smije gubiti iz vida tržišna prihvatljivost cijene proizvoda.

U PPiOPTP je sustav dio stroja ili stroj (S-1.5). Ulaz je materijal ili poluproizvod, izlaz poluproizvod ili finalni proizvod.

Proizvodnim procesom, koji se odvija na stroju, dobiva se od:


o materijala poluproizvod (npr. lijevanje metalnog komada u pješčanom kalupu),

o materijala finalni proizvod (npr. injekcijsko prešanje proizvoda od plastične mase),

o poluproizvoda poluproizvod višeg stupnja obrađenosti (npr. grubo brušenja komada

oblikovanog kovanjem u ukovnju, koji treba još toplinski obraditi),

o poluproizvoda finalni proizvod [npr. zavarivanje komada MIG (Metal Inert Gas)

elektrolučnim postupkom zavarivanja].

Vanjski se utjecaji opisuju procesnim veličinama (fizičkim i/ili kemijskim veličinama) – konstantama i varijablama.

Slika S-1.4 B Energana

Najčešći je cilj eksperimenta u okvirima PPiOPTP-a testiranje postavljene hipoteze o povezanosti neovisnih varijabli procesa (procesnih veličina) i ovisnih varijabli proizvoda (pokazatelji svojstava proizvoda). Pri tome se mijenjaju i kontroliraju neovisne varijable procesa (postavljanje, mijenjanje i praćenje) te određuju izazvane promjene ovisnih varijabli proizvoda (uzorkovanje, mjerenje, izračunavanje). Na primjer, postavljena je hipoteza: povećanjem napona zavarivanja kod MIG postupka smanjuje se cijena zavarene konstrukcije. U stručnom istraživačkom radu, tijekom provedbe eksperimenta postavljat će se struja zavarivanja (neovisna varijabla – procesna veličina – parametar stroja) i kontrolirati naponi zavarivanja (ovisna varijabla – procesna veličina, ali ne i parametar stroja jer se ne može postaviti na stroju) te izračunavati relevantne troškove (ovisna varijabla – pokazatelj svojstava proizvoda). Kako se ne bi lutalo, provedbi eksperimenta mora prethoditi plan pokusa, a hipoteza se potvrđuje ili odbacuje statističkom obradom rezultata eksperimenta.

1.2.3 Vrste eksperimenata

Vrste su eksperimenata:

Galileo je smatrao da su i teorijska analitička izvođenja zakona u fizici misaoni eksperimenti. Dobar teoretičar u mislima određuje učinke promjena vanjskih utjecaja na pojavu i to opisuje tekstom ili matematikom.

Od misaonih do on-line pogonskih eksperimenata opada sloboda promjena vanjskih utjecaja, raste pouzdanost i neposredna praktična primjenjivost dobivenih rezultata, ali su dobiveni rezultati ograničeni samo na uvjete pod kojima je proveden eksperiment. U misaonim eksperimentima možemo neograničeno mijenjati vanjske utjecaje (promjenama procesnih veličina) dok se kod on-line pogonskih eksperimenata ne smije ometati odvijanje proizvodnje. S druge strane, misaoni eksperimenti mogu rezultirati potpuno pogrešnim

1. Uvod 9

rezultatima dok se izvedbom on-line pogonskih eksperimenata dobivaju praktično točni rezultati (u okvirima točnosti opreme za mjerenje). Kada je potrebno u izvjesnoj mjeri proširiti granice u kojima vrijede zaključci provode se off-line pogonski eksperimenti – u pogonu, za vrijeme zastoja proizvodnog procesa.

Laboratorijski se eksperimenti odvijaju u posebnim prostorima s opremom korištenom u pogonu ili na pogodnim fizičkim modelima tehnoloških postupaka ili tehnoloških operacija. Računalni se eksperimenti odvijaju s matematičkim modelima opreme.

1.2.4 Procesne veličine

U fizici su fizičke veličine pokazatelji kojima se opisuju stanja fizičkih sustava (prije svega mehaničkih i toplinskih) i procesa koji se u njima odvijaju.

U tehnologijama su procesne veličine pokazatelji kojima se opisuju svojstva tehnoloških procesa (u što spadaju i jedinični troškovi). Primjeri su:

o lijevanje – količina taline, temperatura taline, vrijeme hlađenja odljevka (potrebna

količina topline je vanjski utjecaj)

o plastično deformiranje – radna temperatura komada, sila oblikovanja, trajanje oblikovanja (rad potreban za oblikovanje je vanjski utjecaj)

o odvajanje strugotine – dubina rezanja, brzina rezanja, glavna sila rezanja, posmična sila rezanja

o toplinska obrada – temperatura peći, vremena ugrijavanja, progrijavanja, držanja i ohlađivanja

o zaštita od korozije – broj premaza, debljina premaza, vremena nanošenja i skrućivanja premaza

o izrada proizvoda od plastičnih masa – kemijski i konstitucijski sastav plastične mase, brzine uvlačenja i istiskivanja

o zavarivanje – napon i struja zavarivanja, brzine zavarivanja i trošenja elektrode

o lijepljenje – kemijski sastav i potrebna količina ljepila, sila pritiskanja lijepljenih površina

Parametrima se nazivaju procesne veličine koje se postavljaju na strojevima (na primjer, broj okreta komada na tokarskom stroju, temperatura peći za toplinsku obradu, struja zavarivanja) a faktorima procesne veličine koje se analiziraju u eksperimentima (na primjer, glavna sila rezanja, vrijeme držanja komada u peći za toplinsku obradu, struja zavarivanja).

Vrijednosti veličina

Vrijednosti skalarnih veličina obuhvaćaju dva (vektorske veličine – tri) podatka:

Na primjer, u „potpunom“ izrazu:

L = 10mm (oznake veličina se pišu skošeno a jedinica uspravno)


aktualna je veličina dužina (L), brojčani iznos 10, jedinica mm. Riječ „vrijednost“ uz veličinu i znak množenja između brojčanog iznosa i jedinice izostavljaju se i podrazumijevaju. Prema tome, uobičajeni je zapis prethodnog izraza:

L = 10 mm

koji se čita „Dužina je deset milimetara“.

Treba podsjetiti i na ispravno korištenje zagrada (važno za pravilno zapisivanje rezultata mjerenja):

vitičaste – {}, za navođenje brojčanih iznosa, na primjer: {L} = 10

uglaste – [], za navođenje jedinica, na primjer: [L] = mm

Uglaste zagrade u zapisu: L = 10 [mm] su besmisleni višak.

Brojčani iznosi

Brojčane iznosi mogu biti:

1. potpuni (točni), kod kojih su sve znamenke poznate – na primjer, broj slojeva za zaštitu od korozije n = 3 (ne piše se i podrazumijeva jedinica množine) i

2. nepotpuni (približni), kod kojih je poznat samo izvjestan broj „značajnih znamenki“ – na primjer, masa komada m = 1,40 kg.

Broj slojeva je točno 3, a masa komada je između 1,395 i 1,405 tona. Naime, ukoliko se posebno ne napomene, kod nepotpunih brojčanih iznosa podrazumijeva se točnost zadnje značajne znamenke ± 0,5.

Pri određivanju broja značajnih znamenki treba imati u vidu:

(a) značajne znamenke su:

(b) kod znamenki < 1 u značajne znamenke ne spadaju nule ispred prve znamenke različite od nule (0,001095 kg/cm3), a

(c) kod cijelih brojeva se ne može prosuditi o značajnosti nula iza zadnje znamenke različite od nule (1000 g/dm3), te takve zapise treba izbjegavati.

Razlikuju se tri konvencionalna zapisa brojčanih vrijednosti:

PRIMJER P-1.2

Na primjer, na vagi se mjeri količina materijala potrebna za pripremu legure. Očitani su brojčani iznos i jedinica 400 kg ( = 0,5 kg). Izmjerenu masu treba zapisati u gramima.

decimalni zapis inženjerski zapis znanstveni zapis m = 400000 g m = 400103 g (= 400 kg) m = 4,00105 g

Samo je kod znanstvenog zapisa uvijek nedvojbeno koliko je nula stvarni rezultat mjerenja a koliko je dopisano zbog prirode zapisa. Kod decimalnog zapisa mase u gramima (prethodna tablica) dopisane su tri nule (navodi na razmišljanje s kakvom je to vagom obavljeno mjerenje mase).

1. Uvod 11

Navođenjem brojčanih iznosa s većim ili manjim brojem znamenki od značajnih stvara se zabuna oko točnosti mjerenja ili rezultata proračuna. Na primjer, ako je optičkim pirometrom izmjereno t = 1565 °C (podrazumijeva se 1564,5 < t < 1565,5 °C), ne smije se zapisati „pretočna” vrijednost t = 1565,00 °C (refleksni zapis s dvije decimale) jer se time sugerira kako je mjerenje temperature obavljeno s nekim specijalnim instrumentom (mjerenje oko 1500 °C s točnošću od 0,005 °C zahtijeva specijalnu opremu). Ili, zapisom rezultata proračuna = 1 kg/dm3 bitno se umanjuje točnost rezultata proračuna ako je izračunata vrijednost gustoće = 1,00 kg/dm3.

Rezultati se izračunavanja s većim brojem znamenki od broja značajnih se zaokružuju:

Pri izračunavanjima broj značajnih znamenki rezultata računskih operacija određuje:

(a) zbrajanje/oduzimanje – najmanji broje značajnih znamenki iza decimalnog zareza: (iste jedinice)

Dva tijela imaju mase: m1 = 5,8 kg i m2 = 0,028 kg, te im je ukupna masa:

mu = m1 + m2 = [5,8 (5,75 ÷ 5,85) + 0,028 (0,0275 ÷ 0,0285)]kg =

mu = 5,828 (5,8275 ÷ 5,8285 kg (pretočan rezultat)

mu = 5,8 kg (korektan zapis rezultata)

(b) množenje/dijeljenje – operand s najmanjim brojem značajnih znamenki:

Opseg kruga polumjera r = 0,52 m:

O = 2r = 20,52 (0,515 ÷ 0,525) m3,141592654 = 3,267256360 m = 3,3 m

U izrazu za opseg kruga brojčani iznos 2 je točan i ne ograničava broj značajnih mjesta (obujam se ne zaokružuje: O = 3 m). Točni brojevi imaju beskonačan broj značajnih znamenki (nula) – podrazumijeva se 2 = 2,00000000… .

Mjerenje

Mjerenje je neposredno (dužina) ili posredno (temperatura – dužina niti žive u živinom termometru) određivanje brojčanih iznosa koji pokazuju koliko puta mjerena veličina sadrži u sebi istovrsnu jediničnu veličinu, dogovorom utvrđenu kao mjernu jedinicu. Na primjer, ako se zapiše dužina profila:

L = 6,00 m

to znači da dužina profila obuhvaća šest jediničnih dužina etalona metra – šest puta po metar.

Primjeri su mjerila (s lijeva na desno raste točnost mjerenja):

podrazumijeva se: = 0,5 cm


4,5 L 5,5 cm

podrazumijeva se:

= 0,05 mm51,85 L 51,95 mm

Pri mjerenjima se javljaju mjerne pogreške, koje mogu biti:

Sustavne pogreške su uzrokovane nesavršenošću mjerila i postupka mjerenja te zanemarenim sustavnih vanjskih utjecaja (uključivo mjeritelja). Djelomično se sustavne pogreške smanjuju umjeravanjem mjerila uz korištenje etalona (visoke točnosti vrijednosti veličina), izmjenama postupka mjerenja, te analizom i smanjivanjem djelovanja vanjskih utjecaja (uključivo dodatnu obuku mjeritelja).

Slučajne pogreške su uzrokovane nekontroliranim promjenama objekta mjerenja, mjerila, postupka mjerenja i slučajnim vanjskim utjecajima (uključivo mjeritelja). Djelomično se slučajne pogreške smanjuju ponavljanjem mjerenja i statističkom obradom rezultata.

Grube pogreške su uzrokovane manjkavom pripremom uzoraka, neispravnošću mjerila i/ili neodgovarajućim postupkom mjerenja, zanemarenim značajnim vanjskim utjecajima te nepažnjom mjeritelja. Rezultati mjerenja koji sadrže grube pogreške se odbacuju ali obavezno treba pokušati otkriti uzrok.

Mjerne pogreške se zapisuju kao apsolutne pogreške:

(s mjernom jedinicom)

ili relativne pogreške:

Problem nepoznate originalne vrijednosti veličine se rješava pogodnom statističkom obradom.

1.3 Optimiranje U optimiranju tehnoloških procesa inženjeri sistemskom analizom postavljaju model –

temelj za proračun i/ili simulaciju i/ili optimiranje.

Pri tome se često koriste eksperimenti u postavljanju statističkih modela (umjesto nedostajućih analitičkih) ili određivanju potrebnih podataka.

1.3.1 Proračun

Pod proračunom se podrazumijeva jednokratno rješavanje specifičnog problema, pri čemu se često postavlja samo misaoni model. Proračun se može prikazati shemom:

1. Uvod 13

Sistemskom analizom treba formirati jasnu predodžbu problema (uživjeti se u problem, ne razmišljajući o postupku rješavanja, te ako je moguće procijeniti traženi rezultat), te uredno zapisati što je zadato i što se traži. Jasnijoj predodžbi problema često značajno doprinose blok sheme.

Nedostajući podaci se najčešće nalaze u literaturi (u kojoj se objavljuju kao pojedinačne informacije, u tablicama i dijagramima). Prepisuju se uvijek izvorni brojčani iznosi i jedinice. Ako do podataka nije moguće doći na drugi način provodi se pogodan eksperiment.

Nalaze se veličinske jednadžbe potrebne za rješenje zadatka te postavlja plan rješavanja koji obuhvaća sve potrebne veličinske jednadžbe i vrijednosti konstanti, te okvire, strjelice i opaske kojima se utvrđuje slijed postupka izračunavanja. Ako do potrebne veličinske jednadžbe nije moguće doći na drugi način provodi se pogodan eksperiment (regresijska analiza).

Sve do stjecanja potpune sigurnosti treba u veličinske jednadžbe uvrštavati brojčane iznose i jedinice.

Konačni rezultat se daje u obliku koji daje najjasniju predodžbu o izračunatoj vrijednosti veličine sa: (a) korektnim brojem značajnih znamenki i (b) Zakonom dopuštenim SI jedinicom.

1.3.2 Modeliranje

Strojarski inženjeri najčešće koriste matematičke modele. U prvom koraku matematičkog modeliranja, na temelju rezultata sistemske analize, skicira se struktura originala (blok sheme s blokovima i tokovima), kako bi se u drugom koraku original opisao skupom matematičkih izraza – matematičkim modelom

Original

Matematički model

Značajne su koristi već od samog postavljanja matematičkog modela (detaljna inženjerska analiza i otkrivanje nelogičnosti), a načela su:

1. koristiti jednostavne matematičke izraze (model pojednostavljivati do matematičke obradivosti te ga tek po uočenim odstupanjima rezultata od očekivanih usložnjavati),

2. ne prilagođavati original modelu (besmislena je prilagodba originala matematičkom modelu, obradivom savladanim postupkom i/ili dobavljenim softverom),

3. stroga logička analiza modela (logičke pogreške se kasnije teško otkrivaju i otklanjaju) ,

4. provjeriti model (s urađenim primjerima),

5. postaviti granice važenja modela (postavljene granice važenja modela naknadno iznimno oprezno proširivati),

6. kvalitetu modela ograničava kvaliteta ulaznih informacija (prikupiti se moraju dovoljno kvalitetni podaci).


1.3.3 Simulacija

U fazi pripreme eksperimenta inženjeri simulacijom ispituju i uspoređuju ponašanje originala u stacionarnim, dinamičkim i ekstremnim radnim uvjetima. Simulacija se u pravilu obavlja s postavljenim matematičkim modelom uz računalnu podršku. Zbog niskih cijena moćnih hardvera/softvera digitalnih računala odustaje se od simulacije rada originala na analognim električnim modelima (analogna računala) i u slučajevima kada je njihovo korištenje logičnije. U nekim slučajevima se simulacija obavlja na fizičkim neelektričnim modelima (opiti u laboratorijima na modelima strojeva ili dijelova strojeva).

Po postavljanju matematičkog modela usvajaju se vrijednosti nepromjenljivih veličina (uvjeti, vanjska i unutarnja ograničenja) i izračunava broj stupanja slobode (jednokomponentni sustavi):

NSS = NV – NF

gdje je: NV – broj veličina (fizičkih, kemijskih, ekonomskih) matematičkog modela NF – broj formula matematičkog modela

Broj stupanja slobode NSS određuje okvire mogućih promjena promjenljivih procesnih veličina, a moguća su tri slučaja:

(a) jedno rješenje (y = 2, NSS = 0) – nisu moguće promjene varijabli te time ni simulacija (spontano se uspostavlja ravnotežno ili stacionarno stanje)

(b) više rješenja (y = 2x, NSS = 1) – moguće su promjene varijabli, te time i simulacija (mogu se mijenjati NSS varijabli)

(c) problem predefiniran (y = 2 y = 3, NSS = – 1) – moguća su samo trivijalna rješenja

U slučaju (b) teorijski je moguć neograničen broj rješenja.

PRIMJER P-1.3

Na primjer, sustav za centraliziranu opskrbu tekućinom za hlađenje dva stroja može se prikazati slikovitom shemom (S-1.5, a). Krivulja napor – pogon crpke prikazana je na S-1.5, b. Blok shema sustava prikazana je na S-1.6.

Slika S-1.5 a Centralizirana opskrba tekućinom za hlađenje dva stroja

Slika S-1.5 b Q-H krivulja crpke

Matematski model sustava je skup jednadžbi (s K je označena konstantna vrijednost): usis crpke C (cjevovod 1): f1(v1 , p1 , h) = 0 (pat = K, h = K, L01 = K)

1. Uvod 15

crpka (karakteristična krivulja): f2(v2 , p1 , p2) = 0 (v2 = f(Q2))

potis crpke (cjevovod 2): f3(v2 , p2 , p3) = 0 (L2 = K) potis crpke (cjevovod 3): f4(v3 , p3 , p4) = 0 (L3 = K) brzina istjecanja tekućine za hlađenje (stroj SA): f5(vSA , p3) = 0 (AVen = K, LCrjA = K) brzina istjecanja tekućine za hlađenje (stroj SB): f6(vSB , p4) = 0 (BVen = K, LCrjB = K) jednadžba kontinuiteta (crpka): f7(v1 , v2) = 0 jednadžba kontinuiteta: f8(v2 , vSA , v3) = 0 jednadžba kontinuiteta: f9(v3 , vSB) = 0

Slika S-1.6 Blok shema centralizirane opskrbe tekućinom za hlađenje dva stroja

Broj je stupanja slobode:

NSS = NVM – NFM = 9 – 9 = 0

Prema tome, moguće je samo jedno rješenje – simulacija nije moguća. Simulaciju omogućava uvođenje dodatnih promjenjivih (lokalni gubici u ventilima s postavljenim stupnjem otvorenosti), a time se približava i realnim uvjetima.

1.3.4 Opći postupak optimiranja

Za inženjere je najvažnije uočiti mogućnost optimiranja (parametri tehnološkog procesa nisu optimalno postavljeni) dok je dalji postupak ipak manje ili više formalan. Naime, do u detalje su razrađeni brojni specifični postupci optimiranja (od heurističkog do postupaka programiranja s računalnom podrškom).

Prvi korak optimiranja je jasno određivanje cilja i ograničenja. Kod glavnine tvrtki osnovni je konačni cilj maksimalna dobit, što vodi k pod-ciljevima koje inženjer teži ostvariti, na primjer: maksimalizacija kvalitete, minimalizacija pogonskih troškova.

Tijekom optimiranja inženjer traži najbolje – optimalno rješenje, oslanjajući se u velikoj mjeri na inženjerski osjećaj, te na taj način odlučuje i kada je potrebno koristiti formalne metode optimiranja (metode operacijskih istraživanja). Kod složenih originala (strojeva) formalno optimiranje može biti veoma obimno i uključivati brojne procesne veličina sa složenim uzajamnim vezama (obiman i/ili kompliciran matematički model). Obim postupka optimiranja može se smanjiti podjelom sustava u lakše obradive dijelove, identifikacijom najznačajnijih procesnih veličina te usmjeravanjem postupka k najvećem učinku. Međutim, takav postupak neće uvijek dati optimalno rješenje za original kao cjelinu.

Opći kvantitativni postupak optimiranja

Generalizirano, cilj provedbe optimiranja se opisuje funkcijom cilja – jednadžbom:

gdje je: xi – i-ta procesna veličina,

dok se ograničenja opisuju skupinom matematičkih izraza:


gdje je: Gj – j-ta granična vrijednost.

Prema tome, rješavanje postavljenog problema se svodi na matematičko određivanje skupine vrijednosti promjenljivih veličina xi koje u okvirima zadatih ograničenja daju optimalno rješenje funkcije cilja F – maksimalnu (opt = max) ili minimalnu vrijednost (opt = min). Pri rješavanju problema se često sreće s komplikacijama – funkcija cilja nema rješenja u okvirima određenih granica (vodi k dodatnoj kvalitativnoj analizi i inženjerskoj eliminaciji jednog ili više ograničenja ili promjenljivih veličina), ili funkcija cilja ima bezbroj rješenja u okvirima postavljenih granica (vodi k dodatnoj kvalitativnoj analizi i inženjerskom uvođenju jednog ili više dodatnih ograničenja ili promjenljivih veličina).

1.4 Računalna podrška Primjena je računala danas uključena u sve faze proizvodnog procesa.

CAD Computer Aided Design

računalno podržano oblikovanje

CAM

Computer Aided Machining računalno podržana strojna obrada

CAE Computer Aided Engineering

računalno podržano inženjerstvo

DMU Decision Making Unit modul za donošenje odluka

Razvoj i širenje korištenja računala bitno mijenjaju prirodu rada u proizvodnji (priprema, provedba, kontrola, otprema). S jedne strane, računalo rasterećuje od memoriranja brojnih informacija. Naime, na par DVD-a se mogu smjestiti, te brzo pronaći i pretražiti stotine knjiga, priručnika, rječnika. Pored toga, danas strojarski inženjeri preko Interneta mogu posjetiti brojne biblioteke sa znanstvenom i stručnom literaturom, stupiti u kontakt sa specijaliziranim stručnjacima (strojarstva, elektrotehnike, građevine, kemijske tehnologije, ekonomije) i

1. Uvod 17

konzultirati ih o mogućim/optimalnim rješenjima aktualnih problema. S druge strane, suvremeni računalo rasterećuje od zamornih izračunavanja, a pomaže i u stjecanju sigurnosti (proračuni, modeliranja, simulacije). Uz malo pažnje se učinkovito izbjegavaju greške u složenim proračunima, koji uz korištenje pogodnih programa traju par djelića sekunde.

Prema tome, rad inženjera u proizvodnji sve više se usmjerava na uočavanje problema, postavljanja koncepcija mogućih rješenja, njihovu kvalitativnu analizu te, na kraju, donošenje odluka o provedbi optimalnih rješenja. Računala ipak još dugo vremena neće moći tako široko sagledati proizvodne sustave i procese kao iskusni strojarski inženjer iz proizvodnje – nedostaju im, prije svega, učinkovita čula vida i sluha te razlikovanje bitnog od nebitnog. U nalaženju rješenja su dragocjeni inteligencija i ingenioznost strojarskih inženjera koji vode k originalnim novim rješenjima. Kvalitativna analiza, kojom se u fazi pripreme proizvodnje učinkovito eliminiraju nepogodna rješenja je prirodna za strojarskog inženjera, neprirodna za računala. Također, stalno treba imati u vidu da računalo ne preuzima odgovornost za donošenje pogrešnih odluka koje su se činile optimalnim.

Danas je stručnjaku teško, a vjerojatno će u budućnosti biti još i teže, postaviti pravu mjeru korištenja računala (izračunavanje, crtanje, pisanje). Neosporno, korištenje računala može u velikoj mjeri doprinijeti produktivnosti rada (uraditi brže) i kvaliteti rezultata (uraditi bolje). Izvrsno je svojstvo računala i spremnost da u svakom trenutku neodložno i brzo izvrši svaku naredbu (za razliku od suradnika), a posljedice pogrešnih naredbi su praktično nikakve (izuzev izgubljenog vremena na pokušaje rješavanja problema metodom upornog ponavljanja nedovoljno osmišljenih pokušaja).

Hardver

Na tržištu hardvera vlada izuzetno velika ponuda, a cijene komponenti i računala kao cjelina rastu s kapacitetom/kvalitetom (ali i s renomeom firme, u čemu se često pretjeruje). Posljedica je oštre konkurencije stalni pad specifičnih cijena, na primjer, cijena je memorije (RAM –

Random Access Memory) prije oko 30 godina bila oko 100 DEM/MB, a danas je cijena bržih memorija oko 25 €/GB (cijena je pala za oko 5000 puta). S druge strane, već je dugo vremena cijena računala s kojim se može uspješno obavljati većina rutinskih poslova vezanih za proizvodnu strojarsku tehnologiju negdje oko 500 €. Naravno, ima i izuzetaka, kao što je na primjer računalno podržano konstruiranje strojarskih dijelova uz korištenje metoda konačnih volumena.

Prije dobave računala treba konzultirati iskusne korisnike i poslušati njihove savjete (što je rijetka pojava) jer je vrlo teško valjano procijeniti osobne potrebe u pogledu kapaciteta i kvalitete, te realnost cijena. U pravilu, treba kupiti računalo kao cjelinu (od lokalnoj prodavaonici s uhodanim servisom) – svakako izbjeći sklapanje računala od samostalno, manje ili više nasumično, odabranih komponenti.

1. kutija sa: napajanjem, matičnom pločom, procesorom, memorijom i tvrdim diskom

2. tastatura

3. miš 4. monitor 5. štampač 6. zvučnici 7. disketna

jedinica 8. CD jedinica 9. modem

1.4.1 Programi opće namjene


Pogrešnim (svjesnim ili nesvjesnim) korištenjem računala, odnosno softvera (sve ono što se koristi a mehanički je nedodirljivo), relativno se lako formira utisak intenzivnog rada (sebi i/ili okolini), uz dobivanje nekvalitetnijih rezultate od rezultata koji bi se dobili bez korištenja računala ili se rezultati dobivaju uz veći utrošak vremena. Klasični su primjeri razrada koncepcija tekstova uz korištenje programa za pisanje tekstova (s nekim od tekst procesora), razrada softvera (na nekom od programskih jezika) za jednokratna relativno jednostavna izračunavanja, izrada tehničkih nacrta u fazi postavljanja mogućih rješenja, te razrada koncepcije Internet strane uz korištenje softvera za izradu stranica.

Osnovna su tri uvjeta racionalnog korištenja nekog programa:

Ukoliko nije ispunjen bar jedan od ova dva uvjeta korištenje programa spada u „igrice“ ili besmisleno gubljenje vremena.

Korištenje programa se najlakše savladava uz pogodan priručnik (uloženi novac u literaturu biće ubrzo nadoknađeni uštedama u vremenu, boljim kvalitetom rezultata i/ili smanjenim frustracijama). Učenje treba odvojiti od korištenja. Ako korištenju ne prethodi učenje često se u početku posao ne završi na vrijeme, a neke korisne mogućnosti aktualnog programa nikad se ni ne nauče.

Danas se u radu s računalom najviše koriste programi tvrtke Microsoft Corporation.

Program MS Windows omogućava korisniku efikasno korištenje kapaciteta komponenti računala, bez upuštanja u njihovu strukturu, svojstva i uzajamne veze (operativni sustav). Ovaj program svakako ima manjkavosti, između ostalog, brojne verzije do danas najnovije Windows 7, ali, prije prelaska na neki rjeđe korišteni operativni sustav (Linux Operating System) treba se temeljito informirati i dobro promisliti što se s tim dugoročno dobiva/gubi.

U paketu MS Office se nalazi zbirka nespecijaliziranih programa koji se često koriste u obavljanju različitih poslova. U obavljanju poslova iz oblasti strojarskih tehnologija najviše se koristi MS Word za pisanje teksta (ovaj tekst je pisan u MS Wordu S-1.7), nešto rjeđe MS Excel za tablična izračunavanja te rijetko MS Acess za obrade baza podataka. Program PowerPoint se koristi za izradu slajdova prezentacija, a FrontPage za izradu Internet stranica.

Rezultati se rada lako razmjenjuju (copy s <Ctrl + c> te paste s <Ctrl + v>) između različitih programa paketa MS Office (na primjer, prijenos tablice iz MS Excela u MS Word) – programi paketa u najvećoj su mogućoj mjeri kompatibilni.

U često korištene programe opće namjene spadaju i programi tvrtke Adobe Systems Incorporated (Adobe).

1. Uvod 19

Program Adobe Reader jedan je od rijetkih programa koji se može besplatno skinuti s Interneta, instalirati i legalno koristiti. Osnovne su mu prednosti značajno sažimanje tekstova te izuzetno širok krug korisnika. Međutim, s njim se mogu samo čitati programi formata pdf. Ako bilo što treba promijeniti u fajlu formata pdf mora se koristiti Adobe Acrobat koji nije besplatan (najniža je cijena programa Adobe Acrobat 9 pro za studente 159 $).

Slika S-1.7 MS Word

1.4.2 Izračunavanja

U planiranju pokusa i optimiranju parametara tehnoloških procesa često je potrebno nešto izračunati. Ovisno o problemu i osobnom izboru koriste se različiti programi za izračunavanje. Jedan je od mogućih izbora pogodnih programa:

Excel

MS Excel (Excel) namijenjen je prvenstveno tabličnim izračunavanjima, a ne obradama baza podataka. Međutim, ako inženjer nije posebno orijentiran na obrade baza podataka, što je rijedak slučaj, nema smisla učiti relativno složeni MS Acess i uz sve manjkavosti može koristiti i u te svrhe Excel. Osobito se često koristi Excel za prikazivanje podataka i rezultata


proračuna pomoću dvodimenzionalnih i trodimenzionalnih grafikona. Excel obuhvaća brojne funkcije i alate kojima se na jednostavan način rješavaju i složeni problemi, na primjer, sređivanja i statističke obrade prikupljenih podataka, te optimalizacije.

PRIMJER P-1.4

Standardne čelične prirubnice za navarivanje (S-1.8) izrađuju se isijecanjem na pantografu i obradom na tokarskom stroju. Koliki su gubici materijala ako su limovi iz kojih se isijecaju prirubnice pravokutni, a širina reza pantografa p = 5 mm? Dodaci za radijalnu obradu prirubnica na tokarskom stroju su s = 2 mm. Aksijalno se prirubnice ne obrađuju na tokarskom stroju. Dimenzija prirubnica zadane su u stupcima A H i redovima 2 11. U stupcu H su uneseni brojevi otvora za zavrtnje. Gustoća je čelika 7,85 kgdm–3.

Slika S-1.8 Prirubnica za navarivanje

I. Volumen kvadratne ploče s dodacima za obradu na tokarskom stroju:

Prema tome, s aktiviranim poljem I2 tablice, u Excelu se u traku formula upisuje:

I2 ▼ fx =(((C2+9)^2)*(F2+G2))/1000000

Dalje se koriste formule:

Tablica u Excelu (Prirubnica.xls) obuhvaća polazne podatke i rezultate.

1. Uvod 21

PRIMJER P-1.5

Vrijednosti neovisne varijable zadane su u poljima stupca A tablice u Excelu. U poljima stupaca B L su izračunate vrijednosti ovisne varijable po različitim matematičkim formulama. Konačno je nacrtan dijagram s točkama povezanim splajnom.

MATLAB

Programski paket MATLAB je proizvod tvrtke MathWorks (http://www.mathworks.com), a naziv je skraćenica od engleskih riječi Matrix Laboratory. Programom MATLAB se relativno lako rješavaju čak i vrlo složeni matematički (inženjerski i znanstveni) problemi (izračunavanje, crtanje dijagrama). Svi podaci uneseni u MATLAB pohranjuju se u obliku matrica – tako je skalar zapravo matrica dimenzija 11, vektor matricu 1n ili m1.

PRIMJER P-1.6


Kada u pogonu mehanički povezani strojevi titraju frekvencijama bliskih vrijednosti dolazi do pojave udara. Analizirati slučaj pojave udara pri superponiranju titranja dva stroja s pogonima frekvencija 1900 i 2000 Hz, te s pogonima frekvencija 1800 i 2000 Hz.

Nizovi programskih komandi s lijeve strane dijagrama kopirani su u komandni prozor MATLAB-a, a po izvršenju programa u MATLAB-u dijagrami kopirani u MS Word.

Jedinica = 1/10000;

Vr = [0 : Jedinica : 0.02];

Fr01 = 1900;

Fr02 = 2000;

Am01 = sin(2*pi*Fr01*Vr);


Am = Am01 + Am02;

plot (Vr, Am01, Vr, Am02, Vr, Am);

xlabel ('vrijeme, s')

ylabel ('amplituda')

Superponiranjem frekvencija titranja od 1900 i 2000 Hz frekvencija udara = 100 Hz

Jedinica = 1/10000;

Vr = [0 : Jedinica : 0.02];

Fr01 = 1800;

Fr02 = 2000;



Am = Am01 + Am02;

plot (Vr, Am01, Vr, Am02, Vr, Am);

xlabel ('vrijeme, s')

ylabel ('amplituda')

Superponiranje frekvencija od 1800 i 2000 Hz frekvencija udara = 200 Hz

1. Uvod 23

Statistica

Programski paket STATISTICA, tvrtke StatSoft namijenjen je relativno jednostavnom rješavaju čak i vrlo složeni problemi statističke obrade podataka. Ovaj je program osobito koristan u istraživanju korelacijskih veza različitih veličina (karakteristike materijala – parametri strojnih obrada).

PRIMJER P-1.7

Kada u pogonu mehanički povezani strojevi titraju frekvencijama bliskih vrijednosti dolazi do pojave udara. Analizirati slučaj pojave udara pri superponiranju titranja dva stroja s pogonima frekvencija 450 i 500 Hz.

Funkcije harmonijskih titraja y = f(x), frekvencija 450 i 500 Hz i zbirna funkcija digitalizirane su u Excelu (Titranje.xls). Tablica u xls formatu je učitana u Statisticu, gdje je provedena Fourierova analiza i oblikovan spektrogram frekvencija. Rezultati dobiveni u Statistici su estetski dotjerani u CorelDrawu, rasterizirani i kopirani u ovaj Word tekst.


Visual Basic

Velik je izbor korisničkih programa te treba dobro razmisliti je li racionalno razviti specijalizirani program za rješavanje nekog specifičnog problema. (Cijene su tih programa vrlo različite, od besplatnih programa („free“) koje se nalazi na Internetu do veoma skupih programskih paketa za sistemske analize cijena od više desetaka tisuća Eura.) Vrijeme potrebno za razvoj programa se u pravilu značajno podcijeni, osobito ako se ishitreno krene s ispisom koda.

Pseudo-kod

Ako se ipak odluči na samostalnu razradu programa, prije svega, treba obavezno napisati bar pseudo-kod – tijek rješavanja problema se opisuje kratkim jasnim rečenicama. Ponekad se to čini rasipanjem vremena, a tome se često protivi i želja da se što prije sjedne za računalo i krene s pisanjem koda. Međutim, ukupno vrijeme za razradu programa će samo izuzetno biti kraće ukoliko se preskoči pisanje pseudo-koda.

1. Uvod 25

PRIMJER P-1.8

Napisati pseudo-kod za izračunavanje površine poprečnog presjeka zida stjenke cijevi zadate vanjskim promjerom i debljinom stjenke.

Visual Basic

Za izradu kompjutorskih programa u Strojarskoj tehnologiji čini se najpogodnijim program Visual Basic tvrtke Microsoft. Visual Basic se lako uči i koristi na više razina – od razrade jednostavnog izračunavanja koje se ponavljaju, za osobne potrebe, do razvoja složenih korisničkih programa za niz različitih potreba.

Niz korisničkih programa, između ostalih i MS Office, predvidio je mogućnost automatizacije različitih aktivnosti korištenjem razrađenog VBA (Visual Basic for Applications)

programa. Razrada VBA programa starta u Wordu sa: Tools → Macro → Visual Basic Editor.

PRIMJER P-1.9

Napisati program za izračunavanje površine poprečnog presjeka stjenke cijevi zadate vanjskim promjerom i debljinom stjenke.

Program je tako zamišljen da po startu programa korisnik treba unijeti: (1) vanjski promjer cijevi, D u mm, i (2) debljinu zida, u mm. Računalo ispisuje: D, i površinu poprečnog presjeka stjenke cjevovoda, P u mm2.


Program razraditi u dvije varijante – (a) za osobnu uporabu i (b) za širu uporabu.

Program za osobnu upotrebu je najjednostavnija varijanta programa (izgled, pomoć, obrana). Po potrebi, u programskim linijama se unose komentari (iza znaka ‘) koji trebaju podsjetiti na detalje ako se pojave problemi u korištenju programa.

Za osobnu uporabu

Za širu uporabu

Program za širu upotrebu mora: (a) biti manje ili više dotjeranog izgleda sučelja, (b) u okviru lako dostupne „Pomoći u radu“ obuhvaćati dovoljno opširne i jasne upute za korištenje programa, te (c) imati predviđenu obranu od blokada rada računala pri pogrešnom korištenju programa (gdje spada i „Prekid rada programa“).

1.4.3 Crtanje

Najčešće korišteni računalni programi za razna crtanja u strojarskim tehnologijama su AutoCAD, CorelDRAW, Photoshop.

1. Uvod 27

AutoCAD

AutoCAD je vektorski program tvrtke Autodesk, namijenjen crtanju tehničkih nacrta. Kod vektora su točke crteža kao i kod rastera određene s koordinatama i bojom, ali su linije određene karakterističnim točkama, dimenzijama, bojom i matematskim jednadžbama – na primjer, kružnica je određena sa: (a) centrom, (b) polumjerom, (c) bojom i (d) jednadžbom kružnice. Crteži u AutoCAD-u su tro-dimenzijski (3D), ali se često crtaju i 2D nacrti.

Za dobivanje besprijekornih tehničkih nacrta svakako treba utrošiti puno vremena (koje se često u velikoj mjeri podcijeni). Vješti korisnici AutoCADa izrađuju vrlo brzo tehničke nacrte, ali, nacrt obične ravne prirubnice može oduzeti nevještom crtaču i sat – dva vremena.

Prilagodba AutoCAD-a izradi tehničkih nacrta očituje se skupinom pogodnih komandi, na primjer, za precizno crtanje linija, za automatizirano kotiranje, šrafiranje. AutoCAD za precizno postavljanje točke početka/kraja linije nudi petnaest pomagala (na primjer, kraj linije, dodir okomice s linijom, dodir tangente s kružnicom).

Kombinacija AutoCAD-a i programa paketa MS Office prate izvjesne poteškoće (debljine linija). Neke od njih mogu se otkloniti posredstvom Corel Drawa (nacrt se iz AutoCAD-a u CorelDRAW kopira u wmf formatu). Kombiniranjem AutoCAD-a (precizno crtanje) i Corel Drawa (grafička prilagodba) mogu se relativno brzo dobiti efektni crteži strojarskih dijelova.

Corel Draw

Corel Draw je vektorski program tvrtke Corel, namijenjen nespecijaliziranom crtanju. Crteži u Corel Drawu su dvo-dimenzijski (2D), a s pogodnim sjenčenjem se dobivaju 3D efekti.

Corel Draw se u radu može uspješno kombinirati s programima paketa MS Office. Najčešće se crteži iz Corel Drawa kopiraju u Word, a najmanja je vjerojatnost pojave komplikacija ako se crtež prije kopirnja rasterizira u samom Corel Drawu (Bitmaps → Convert to Bitmap → <Ctrl + c> → Word → Paste Special → Device Indenpedent Bitmap). Kombinacija Corel Drawa s Photoshopom nije jednostavna – u Corel Drowu se izmjene slika kopiranih iz Photoshopa svodi na ubacivanje „naljepaka“, a u Photoshopu se linije crteža kopiranih iz Corel Drawa mijenjaju „točka po točka“.


Photoshop

Photoshop je rasterski program tvrtke Adobe Systems Incorporated, namijenjen obradi digitalnih slika (slike i nacrti iz literature digitaliziraju se skenerom). Kod rastera je svaka točka slike određena s koordinatama i bojom, što ima za posljedicu poteškoće pri uvećavanju slika. Pored jednostavnog isijecanja ili odsijecanja dijelova slike moguće je nešto složenijim postupcima u velikoj mjeri prilagoditi sliku željama – svjetlije/tamnije, jači/slabiji intenzitet boja. Međutim, od malih slika niskih rezolucija (često sretanih na Internetu) praktično nije moguće dobivanje kvalitetno odštampanih slika većih dimenzija (npr. 10 10 cm).

Slikanje u Photoshopu (kistovi) nije jednostavno, kao što nisu jednostavne ni izmjene detalja slika (npr. potrebno je prevesti i zamijeniti nazive dijelova ispisane na slici). S druge strane, Photoshop se može u radu uspješno kombinirati s drugim programima (MS Office).

1. Uvod 29

SolidWorks

SolidWorks je vektorski program koji je razvila tvrtka SolidWorks Corporation, danas u vlasništvu tvrtke Dassault Systèmes Autodesk, namijenjen 3D strojarskom računalno podržanom konstruiranju. Modeliranje u SolidWorksu može se brzo naučiti uz korištenje vodiča za učenje i već nakon dan-dva učenja izrađuju se relativno složeni modeli strojarskih dijelova. Kada se izrade model, na jednostavan se način može izraditi tehnički nacrt strojarskog dijela ili se pak od više modela dijelova može izraditi model sklopa.

Na primjer, u slučaju prirubnice, izrade se modeli: prirubnice brtve zavrtnja navrtke podloške

te se potom od izrađenih modela izradi sklop prirubnice.

Za izradu modela strojarskog dijela u SolidWorksu potrebno je više vremena nego za izradu crteža u CorelDrawu, ali, kada se model izradi može se lako gledati na različite načine, s različitih strana.


Za strojarsku tehnologiju, pored alata za naponsku i toplinsku analizu, osobito su korisni alati SolidWorksa za izradu kalupa za lijevanje dijelova, dimenzioniranje limova potrebnih za izradu dijelova plastičnom deformacijom, te izradu sklopova zavarivanjem.

S dodatkom CosmosWork dobiva se moćan alat za 3D konstruiranje strojarskih dijelova.

1.4.4 Prezentacija

Word

MS Word (Word), najčešće korišteni suvremeni tekst procesor, omogućava izradu atraktivnih stranica raznih dokumenata, od dopisa do knjiga. Utisak koji izaziva dokument biće poboljšan dobrim oblikovanjem stranica, te treba ovladati temeljnim funkcijama Worda koje to omogućavaju.

Lakoća s kojom se počinje pisanje teksta ne bi smjela zavarati korisnika – Word je moćan program s brojnim funkcijama i alatima koji na jednostavan način rješavaju niz često sretanih problema u izradi dokumenata (npr. crtanje, izrada Internet stranica), ali, ako se funkcije/alati otmu kontroli moguća su vrlo neprijatna iznenađenja (npr. nekontrolirano reformatiranje teksta i/ili premještanje slika).

Pri izradi dokumenata uz korištenje Worda dobro je znati:

Margine teksta (najčešće su sretane margine po 25 mm) prilagoditi namjeni, na primjer, za radne tekstove ostaviti više prostora sa strana teksta za upisivanje komentara (Margin Inside i Margins Otside = 35 mm). Isto vrijedi i za prostor između redova – uobičajen je jednostruki (Line Spacing: Single), a ako se očekuje upisivanje komentara treba ga povećati do dvostrukog – Line Spacing: Double).

Ne koristiti «egzotične» fontove (vaš suradnik ih na svom kompjuteru možda neće moći pročitati). Danas se najčešće sreću tekstovi s laku čitljivim slovima – Font: Times New Roman i naslovi s Font: Arial. Iskustva su pokazala da se teže čitaju

1. Uvod 31

tekstovi sa slovima tipa Arial. Za tekstove koji se štampaju na A4 formatu najpogodnija je veličina fontova „12“ (Font Size: 12). Smanjivanjem fontova se dobiva malo na prostoru, a bitno se smanjuje čitljivost teksta.

Ako se tekst piše s jednostrukim proredom paragrafi se naglašavaju odvajanjem s dvostrukim proredom i/ili uvlačenjem prvog reda teksta paragrafa. Najčešće se tekst paragrafa poravnava s obje strane (Alignment: Justified), a posljedični neravnomjerni razmaci u redovima smanjuju automatiziranim rastavljanjem riječi.

Ne koristiti za poravnavanje redova tipku za prazna mjesta (Space Bar), jer se na taj način ne može dobiti besprijekorno poravnanje. Za poravnavanje se postavljaju na vodoravnoj kliznoj stazi (Ruler – iznad prostora u kome se piše tekst) klizači Ident (kojim se poravnava cijeli paragraf) i Tab (kojim se poravnava aktualni red). Po postavljenim tabulatorima se pri pisanju teksta premješta s tipkom Tab (u tablicama s tipkama Ctrl + Tab).

Dijelovi se teksta naglašavaju slovima koja su iskošena (Italic), podvučena (Underline) ili podebljana (Bold), pri čemu se obično podebljana slova koriste za naslove i podnaslove.

Citati se ističu, na primjer, s iskošenim slovima. Pišu se s istim tipom slova kao i ostatak teksta (Times New Roman), s tim što se veličina slova citata dužih od dva reda može smanjiti za jednu točku. Citate koji su duži od dva reda treba uvući u odnosu na bočne margine ostalog teksta i poravnati ih s obje strane.

Kako bi se naglasili, naslovi i podnaslovi se pišu ili sa slovima koji su nešto veći od ostatka teksta i/ili sa podebljanim (bold) slovima. Naslovi sa svim velikim slovima djeluju ružnije i teže se čitaju. Pored toga, naslove ne treba ni podvlačiti – time se samo otežava čitanje.

Treba izbjegavati paragrafe koji počinju s jednom linijom na dnu strane ili završavaju sa samo jednom linijom na početku strane. Nešto povećan prazan prostor u dnu strane je znatno bolji od samo jednog reda teksta paragrafa na sljedećoj strani.

Treba koristiti automatsko označavanje broja strana (Insert Page Numer) na željenom mjestu zaglavlja ili podnožja stranice. Pri postavljanju stranice (Page Setup) se mogu uvesti razlike za (a) prvu i ostale stranice i/ili (b) parne i neparne stranice.

Neatraktivno i odbojno djeluju stranice ispunjene samo s ravnomjernim paragrafima, te ih treba izbjegavati.

PowerPoint

1.4.5 Internet

Internet je skupina računalnih mreža na koju se osobna računala najčešće povezuju telefonskom linijom. Preko Interneta se uspostavlja efektivna komunikacija mnogobrojnih računala raspoređenih po cijelom svijetu i dolazi se do korisnih informacija. Međutim, za to je potrebna i velika vještina. Tražilice (najčešće se koristi: http://www.google.com/) pretražuju element po zadatim ključnim riječima (koje često korisnik ne odredi dovoljno precizno), te naslove i izvode iz sadržaja nađenih stranica ispisuju po logičnom slijedu (koji se ne mora slagati s logičnim slijednom koji želi korisnik). Na primjer, kada se želi detaljnije informirati o

http://www.google.com/


Internet tražilicama na Internet stranicama, uz korištenje GOOGLE-a, može se zadati ključna riječ:

manufacturing (proizvodnja) i dobiva se zaglavlje:

Impresionira – Google je za 0,22 sekunde pronašao 231 milijuna Internet stranica koje sadrže ključnu riječ manufacturing i ispod zaglavlja ispisao odabranih prvih deset rezultata (promjenom parametara opcije Postavke može se ispis proširiti do sto rezultata). Ispod ispisa rezultata korisniku se pružaju mogućnosti: (a) listanja ispisa po deset (do 100) slijedećih rezultata ili pak (b) unosa nove ključne riječi ili skupine ključnih riječi i ponavljanje pretrage.

Do niza korisnih informacija iz područja Strojarske tehnologije 1 može se doći pretragama koje počinju od Internet straince na engleskom http://en.wikipedia.org/wiki/Manufacturing , dok je paralena Internet stranica Wikipedije na hrvatskom neupotrebljiva.

Literatura 1. Cox D.R., Reid N.; The Theory of the Design of Experiments (Monographs on Statistics and Applied

Probability), 336 p; Chapman & Hall/CRC, 2000; ISBN 158488195X.

2. Ranjit R.K.; Design of Experiments Using The Taguchi Approach – 16 Steps to Product and Process Improvement; 560 p; John Wiley & Sons, 2001; ISBN 0471361011.

http://en.wikipedia.org/wiki/Manufacturing

Documents

1_Uvodhytrytry