Yksinkertaisimpaan ratkaisuun pyrkivä koneensuunnittelu perusperiaatteita noudattamalla

Abstract

Tekniikan alan suunnittelijoiden työtä ohjaa standardien ja säädösten lisäksi suuri määrä kirjoittamattomia sääntöjä ja periaatteita. Massachusetts Institute of Technologyn konetekniikan professori Alexander H. Slocum on koonnut näistä periaatteista olennaisimmat suunnittelun perusperiaatteet -kokoelmaan (engl. Fundamental Principles of Design). Tampereen yliopiston lehtori Timo Lehtonen on rakentanut Koneensuunnittelun metodiikat -kurssille oppimateriaalin, jossa mukaillaan Slocumin periaatekokoelmaa. Materiaalissa käsitellään Slocumin periaatteita erityisesti koneensuunnittelun näkökulmasta ja esitellään joitakin Lehtosen itse näistä johtamia uusia periaatteita.

Tässä kirjallisuusselvityksessä syvennytään Lehtosen materiaalin periaatteista neljään, joiden voidaan katsoa tähtäävän rakenteen yksinkertaistamiseen. Työn tarkoituksena on tutkia kirjallisuuden avulla näiden suunnitteluperiaatteiden yhteyttä yksinkertaisimman ratkaisun näkökulmasta. Käsiteltävät periaatteet ovat ”Occamin partaveitsi”, ”vältä taivutusjännitystä”, ”rakenteelliset silmukat ja voimanvientireitit” sekä ”esijännitys”.

Vanha filosofian keskeinen periaate Occamin partaveitsi tarjoaa laajasti yleistettävän näkökulman asioiden yksinkertaistamiseen. Kolme muuta periaatetta ovat teknisiä ohjeita, joita noudattamalla suunniteltava rakenne saadaan usein yksinkertaisemmaksi. Kolmen viimeisen periaatteen perusteluista ja soveltamistavoista löytyy paljon yksinkertaisuuteen pyrkimistä puoltavia ajatuksia. ”Vältä taivutusjännitystä” ja ”rakenteelliset silmukat ja voimanvientireitit” liittyvät erityisesti yhteen, sillä itse asiassa pitkiä voimanvientireittejä välttämällä vältetään usein myös taivutusjännitystä. Toisaalta taivutusjännitystä välttämällä myös voimanvientireitit pysyvät suorina ja lyhyinä. Esijännitys esitellään keinona yksinkertaistaa rakennetta hyödyntämällä sen sisäisiä voimia ulkoisten kuormien hallintaan.

Kirjallisuusselvityksessä todetaan, että ratkaisut, joiden suunnittelussa on noudatettu jotakin näistä kolmesta periaatteesta, ovat usein myös yksinkertaisia. Occamin partaveitsi on siis periaatteena sovellettavissa myös koneensuunnittelijan työssä.