Alma Mater Studiorum – Università di Bologna DOTTORATO DI RICERCA Meccanica dei Materiali e Processi Tecnologici Ciclo XX Settore/i scientifico disciplinari di afferenza: ING-IND/14 PROGETTAZIONE MECCANICA E COSTRUZIONE DI MACCHINE TITOLO TESI Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design Presentata da: Leonardo Frizziero Coordinatore Dottorato Relatore Prof. Ing. Tullio Trombetti Prof. Ing. Alessandro Freddi Esame finale anno 2009 Leonardo Frizziero Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design Indice Premessa pag. 5 Introduzione – Storia e Regole del Design a. Stile e Design (Estetica o Funzione) pag. 8 b. L’industrial design nel mondo dell’automobile pag. 9 Capitolo 1 – Progettare per l’estetica 1.1 Il City Bumper: quadriciclo innovativo pag. 31 1.2 Sintesi del metodo di progettazione per l’estetica, applicato al City Bumper pag. 62 1.3 Realizzazione dei disegni: bozzetti e proiezioni ortogonali pag. 65 1.4 Analisi ed ottimizzazioni della sicurezza pag. 80 1.5 Analisi ed ottimizzazioni dei costi pag. 101 1.6 Modellazione 3D del City Bumper pag. 130 1.7 La prototipazione: il processo CAD-CAM e la maquette pag. 144 1.8 Conclusioni pag. 147 Capitolo 2 – Progettare per la funzionalità 2.1 Coffee cup: progetto funzionale di una macchina per il caffè pag. 150 2.2 Chiarificazione del compito: le 6 domande e le matrici pag. 161 2.3 Il Progetto Costruttivo e fase applicativa (CAD e Rendering) pag. 168 2.4 Conclusioni pag. 171 Capitolo 3 – Progettare: Impostare ed Applicare 3.1 Impostazione ed Applicazione pag. 174 3.2 L’impostazione: l’importanza dei metodi per impostare un progetto pag. 177 3.2.1 Il fabbisogno ed il processo di nascita di un progetto pag. 177 3.2.2 Il QFD pag. 181 3.2.3 Il TRIZ pag. 186 3.3 L’Applicazione: le tecniche di applicazione pag. 196 3.3.1 I sistemi di controllo dell’avanzamento: LPA pag. 196 Capitolo 4 - L’esperienza aziendale 4.0 Introduzione pag. 198 4.1 L’organizzazione aziendale pag. 198 4.1.1 Le Direzioni: i ruolo chiave della Direzione Tecnica e dei Team pag. 198 4.2 Le fasi del Progetto pag. 203 - 2 - Leonardo Frizziero Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design 4.2.1 Analisi di Mercato e della Concorrenza pag. 203 4.2.2 Target Setting pag. 203 4.2.3 Pianificazione pag. 204 4.2.4 Budget pag. 205 4.2.5 Progettazione, Prototipazione e Sperimentazione pag. 205 4.2.6 L’Avanzamento: gli indicatori pag. 206 4.2.7 Le Delibere pag. 212 Capitolo 5 – Confronto QFD vs TRIZ: progettare un unico prodotto con due metodi 5.1 QFD vs TRIZ: breve descrizione della differenza tra i metodi pag. 218 5.2 Identificazione del tipo di progetto per il confronto QFD vs TRIZ pag. 222 5.3 Chiarificazione del compito – L’utilità del QFD pag. 229 5.4 Progetto Concettuale – L’utilità del TRIZ pag. 259 5.5 Progetto Costruttivo pag. 286 5.6 Ottimizzazioni di Progetto pag. 294 5.6.1 Design for Assembly pag. 294 5.6.2 Design for Manufactoring pag. 295 5.6.3 Progetto Robusto pag. 298 5.6.4 Analisi dei Costi pag. 299 5.7 Conclusioni del confronto tra i metodi e del progetto campione pag. 303 Capitolo 6 – Sintesi di un Nuovo Metodo: Ricerca applicata a due Progetti di Complessità differente 6.1 Obiettivi di Ricerca e Sperimentazione: applicazione del QFD a due progetti di differente complessità pag. 308 6.2 Analisi dei requisiti tecnici del progetto semplice (caraffa) pag. 311 6.3 Analisi dei tempi del progetto semplice pag. 324 6.4 Analisi dei costi del progetto semplice pag. 333 6.5 Analisi dei contenuti tecnici del progetto complesso (sedile di automobile) pag. 341 6.6 Analisi dei tempi del progetto complesso pag. 357 6.7 Analisi dei costi del progetto complesso pag. 373 6.8 Funzionalità del progetto complesso (ergonomia) pag. 412 6.9 Conclusioni pag. 422 Conclusioni pag. 423 Bibliografia pag. 425 - 3 - Leonardo Frizziero Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design - 4 - Leonardo Frizziero Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design Premessa Il presente lavoro ha inteso affrontare studio, applicazione e ricerca nell’ambito della progettazione meccanica e dell’industrial design. Scopo della tesi è quello di occuparsi inizialmente dello studio di metodologie e tecniche note, poi applicare le stesse a casi concreti, quali progetti concettuali e costruttivi, e, successivamente, tentare di eleborare una sintesi di un nuovo metodo di progettazione. Si può ritenere che il lavoro abbia raggiunto gli obiettivi fissati all’inizio, in quanto è stato possibile venire a contatto, sia in ambito accademico che in ambito aziendale (presso Ferrari SpA) con molte tra le più attuali metodologie e tecniche di impostazione, applicazione e gestione di progetti di natura meccanica, quali QFD, TRIZ, Planning e Program Management, Budgeting, Analisi dei Tempi, Analisi dei Costi, Design for Assembly and for Manufactoring, CAD, CAS, CAM, Rendering. In particolare, la prima parte della tesi tratta due modi differenti di affrontare la progettazione, ovvero il progettare per l’estetica ed il progettare per la funzionalità. La progettazione per l’estetica è stata affrontata mediante la progettazione della carrozzeria di una city car (il City Bumper), quale rielaborazione della tesi di laurea. La progettazione per la funzionalità, invece, è stata portata avanti attraverso la realizzazione di una macchina per il caffè (Coffee Cup). In questi lavori, sono stati applicati il metodo QFD e le tecniche CAD, CAS, CAM e Rendering studiate. Entrambi i lavori sono stati pubblicati e presentati a convegni internazionali (YSESM 04 e 05). Dopodiché, a seguito dell’esperienza aziendale in Ferrari SpA, della quale è riportata una breve descrizione nel cap. 4 della tesi, si è proceduto all’integrazione dei metodi appresi in azienda con quelli già studiati ed applicati precedentemente. Il lavoro di ricerca è proseguito poi con un confronto tra i due metodi, QFD e TRIZ, applicati allo stesso progetto e, successivamente, ottimizzati con le metodologie aziendali, quindi, attraverso un’applicazione del QFD ottimizzato con le metodologie aziendali a due progetti di complessità differente. - 5 - Leonardo Frizziero Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design - 6 - Leonardo Frizziero Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design Introduzione: Storia e regole del Design - 7 - Leonardo Frizziero Ricerca ed Applicazione di Nuovi Metodi di Progettazione Meccanica e di Industrial Design a) Stile e design (Estetica e Funzione) Nel famoso film di Hitchcock “North by North West”, c’è una scena di seduzione, a bordo di un treno, tra un fuggitivo, Cary Grant, ed una seria, sorniona Eva Marie Saint. Ella dice di avere ventisei anni e di non essere sposata. Cary Grant le chiede quale lavoro faccia. Eva Marie risponde: “Io sono un designer industriale”, mentre Hitchcock inquadra l’espressione perplessa di Cary Grant. Questa è la prima citazione del mestiere di designer industriale in un film di Hollywood. Eva Marie Saint è una donna giovane, alla moda ed in carriera. Ovviamente ella non può che essere il prototipo giusto di designer industriale. Sfortunatamente, però, non è così. Non solo è atipico il fatto che ella sia donna, quando i designer industriali sono per lo più uomini, ma Eva Marie sta pure mentendo. Nel film, infatti, ella è un agente segreto. Tuttavia Hitchcock ha potuto farla franca nel 1959, in quanto all’epoca quasi nessuno sapeva cosa fosse il design industriale [9], [10]. Il bisogno di definire e di capire il design industriale è stato messo a fuoco soprattutto negli ultimi anni, in seguito all’adozione del CAD, strumento molto utile per i processi di progettazione e di fabbricazione dei prodotti di consumo attraverso l’uso del calcolatore. I primi tentativi comunque affondarono, a causa di una totale incomprensione dei bisogni e delle applicazioni del design industriale. Molto lavoro per ottenere dei risultati è stato fatto alla Coventry University, con un occhio di riguardo verso il ramo automobilistico. L’approccio particolare alla progettazione dei beni di consumo, chiamata design industriale, ha una storia relativamente breve, essendo una disciplina creatasi principalmente nel ventesimo secolo. Essa ha le sue radici, in Europa, nella filosofia e nell’applicazione del Crafts movement, e negli Stati Uniti dalla necessità di trovare un modo per aumentare le vendite dei prodotti. Il design è detto “industriale” perché è strettamente connesso a prodotti realizzati attraverso processi industriali. La preparazione dei designer industriali è stata soprattutto appannaggio delle scuole d’arte, particolarmente in Gran Bretagna. I molti cambiamenti necessari per raggiungere preparazioni più accurate sono stati effettuati però, sempre nel Regno Unito, all’interno di corsi di laurea in nuove Università, come quella di Coventry. Comunque, a causa sia della sua relativa giovinezza sia delle sue radici nelle scuole d’arte, la preparazione suddetta è mancata di qualsiasi tradizione di ricerca. Il principale obiettivo è così risultato essere quello di preparare i designer industriali alla pratica professionale. Il design industriale è, naturalmente, solo un tipo di progettazione. Esso ha molto in comune con l’architettura e le varie metodologie di progettazione inerenti l’ingegneria. Infatti la relazione tra il design industriale e l’ingegneria meccanica è simile a quella tra l’architettura e l’ingegneria civile. Riguardo la sua tradizione artistica, il design industriale è considerato come una specializzazione in progetti tridimensionali, come mobili e soprammobili, ed è considerato cosa separata rispetto al disegno ed alla realizzazione di capi alla moda, di tessuti o, più in generale, di studi di grafica.