| Abstract | Engineering designers in product development organisations face the increasing complexity of
engineering design activities. To accomplish the assigned activities, they reach for various tools
and methods in their daily work that support them in developing products, managing data and
communicating with other designers within a team or outside the team. Thus, design team
members need enhanced software support for design team collaboration, including the
management of design process dynamics, especially in critical situations.
The research reported in the thesis aims to improve a designer's working experience through
enhancements in computer supported collaborative work (CSCW). A more concrete research
aim has been formed as follows: to develop a model and software support that would enable
consistent updating and propagation of design information in teamwork in a manner that the
improvement does not require additional effort for engineering designers while performing
design activities.
The research has been conducted in line with Design Research Methodology stages and in such
a way is reported in this thesis. The literature review provided several major issues of current
techniques and support systems used in engineering design processes. The two most significant
for this work are that design activities are sometimes performed with outdated product
information and that critical situations burden the whole system, from a designer to
management. The research continued with the analysis of the empirical dataset. The dataset
consists of over 800 records that originate from meeting reports obtained from three longlasting
product development projects in an automotive company. The analysis results have
shown what types of design activities are most frequent, what types are most critical and how
designers are dealing with design activities. Based on the recognised activity type, an
engineering design activities taxonomy has been proposed.
The next natural step in the research was to use the knowledge obtained from the previous phase
and propose a novel CSCW enhancement. The goal of the enhancement has been set to semiautomatically
execute defined engineering design activities and thus support engineering
designers in their work. The enhancement is based on Coloured Petri Nets modelling language
(CPN). One CPN model has been created for each engineering design activity type. CPN
models are executed as part of the proposed framework for semi-automated execution of
engineering design activities. The framework manages an activity life cycle and thus a CPN model life cycle, communication
with designers and all processes beneath the proposed enhancement.
The proposed framework and all belonging processes have been validated using two different
case studies. The case studies showed that the proposed enhancement has significant potential
to provide real-time updating and propagation of design information in teamwork. The main
contributions of the thesis are: 1. Definition of engineering design activity taxonomy, 2.
Proposal of the framework and process for semi-automatic execution of engineering design
activities, 3. CPN models that should enhance CSCW and design communication, and 4. MDM
modification for indicating necessary communication. |
| Abstract (croatian) | Timski rad je ključan, ali i neizbježan element tijekom razvoja kompleksnih proizvoda. Kako
bi timski rad bio efikasan, komunikacija između članova tima, ali i između timova mora biti
uvijek na visokoj razini promatrano s više aspekata. Nažalost, to u velikom broju slučajeva nije
moguće ostvariti, a potvrda za to pronađena je kroz diskusiju s razvojnim inženjerima u
automobilskoj industriji kao i tijekom pregleda znanstvene i stručne literature. Loše
organizirana i nepravodobna komunikacija često u praksi uzrokuje znatna kašnjenja i dodatne
troškove te umanjuje kvalitetu rješenja. Takvi problemi dolaze do izražaja tijekom procesa
rasuđivanja i donošenja odluka u dugotrajnim razvojnim projektima koji uključuju velike
distribuirane timove. Istraživanje je ostvareno u području koje se fokusira na probleme
upravljanja parametrima u procesu razvoja arhitekture vozila.
Cilj je istraživanja razviti model i računalnu podršku koji će omogućiti dosljedno ažuriranje i
propagiranje informacija u timskom radu na način da se ne ostvaruje dodatno opterećenje za
konstruktore. Ponavljajući uzorci komunikacijskih situacija i dijelova procesa konstruiranja
ekstrahirat će se iz analize procesiranja informacija te tokova informacija u kompleksnom
okruženju razvoja proizvoda.
Predloženim istraživanjem verificira se sljedeća hipoteza: Računalna realizacija i praktična
implementacija dosljednog dinamičkog ažuriranja i propagiranja informacija o konstrukcijskim
parametrima osnovni su preduvjet za razvoj modela djelomične automatizacije obrade i
transfera konstrukcijskih informacija, što bi značajno smanjilo broj nepotrebnih iteracija i
dodatne troškove u projektima.
Metodologija
Istraživanje je metodološki utemeljeno na općoj metodologiji istraživanja u znanosti o
konstruiranju te je provedeno u četiri osnovna koraka: preliminarno istraživanje (raščišćavanje
zahtjeva na istraživanje), pregled literature i analiza prikupljenog skupa podataka (deskriptivno
istraživanje I), razvoj modela i okvira za poluautomatsko izvršavanje konstrukcijskih aktivnosti
(preskriptivno istraživanje I), vrednovanje modela i razvijenih procesa za izvršavanje aktivnosti
(deskriptivno istraživanje II). Preliminarno istraživanje uključuje pregled postojeće znanstvene
i stručne literature unutar područja istraživanja s ciljem inicijalnog opisa postojeće situacije,
željenih doprinosa te definiranja osnovnih pretpostavki.
Pregledom literature dan je uvid na trenutna dostignuća na području procesa konstruiranja na
najvišoj razini, no pregled je uključivao i napretke na nižim razinama granularnosti kao što su
iteracije tijekom konstruiranja koje su sve prisutne u procesu konstruiranja, kritične situacije
koje se događaju tijekom razvoja proizvoda, mogućnosti koje pruža računalom podržan
kolaborativni rad te upravljanje konstrukcijskim parametrima. Nadalje, pregled je usmjeren ka
metodama na bazi matrica s obzirom da se one redovito upotrebljavaju tijekom razvoja
proizvoda te tijekom upravljanja konstrukcijskim parameterima. Predloženi okvir za
procesiranje konstrukcijskih aktivnosti u pozadini je temeljen na metodologiji Obojenih
Petrijevih mreža tako da su Petrijeve mreže kao i sva glavna proširenja metodologije detaljno
istraženi. Ishod ove faze istraživanja su formulirana istraživačka pitanja čime je usmjeren
daljnji tijek istraživanja. Kako bi se mogli ponuditi odgovori na istraživačka pitanja, bilo je
potrebno sakupiti te analizirati podatke iz industrijskog radnog okruženja. Prikupljeni podaci
pretežito su zapisnici s projektnih sastanaka održanih tijekom provedbe tri dugotrajna razvojna
projekta u automobilskoj industriji. Konstrukcijske aktivnosti prepoznate u zapisima okupljene
su u predloženu taksonomiju konstrukcijski aktivnosti koja je prilagođena aktivnostima tvrtke
u kojoj su podaci prikupljeni. Paralelno je razvijen model te procesi koji uz pomoć definiranih
modela konstrukcijskih aktivnosti (modeliranih pomoću Obojenih Petrijevih mreža)
podržavaju konstruktore tijekom razvojnih procesa. Model i pripadajući procesi evaluirani su
kroz dvije različite studije slučaja. Nakon studija slučaja dolazi se do rasprave o rezultatima,
doprinosima ovog rada te potencijalima predloženog rješenja.
Analiza prikupljenog seta podataka
Nakon izvršenog pregleda literature i definiranih istraživačkih pitanja, postalo je očito da
predloženo poboljšanje računalom podržanom timskog rade neće biti dovoljno efikasno ako se
ne posegne za podacima iz realnog okruženja koji će upotpuniti saznanja proizašla iz pregleda
literature. Podaci su prikupljeni u suradnji s istraživačkim odjelom partnerske tvrtke iz
automobilske industrije. S obzirom na pravila privatnosti i izrazito snažan sindikat, nije bilo
moguće prikupiti podatke o procesu konstruiranja koji nisu nastali tijekom formalne
komunikacije (npr. emailovi, razgovori među konstruktorima). Stoga, prikupljeni su zapisi
(izvješća) s formalnih projektnih sastanaka nastalih tijekom višemjesečnog procesa razvoja
vozila. Prikupljeni podaci sadrže preko 800 zapisa proizašlih iz tri različita razvojna projekta.
Prije analize podataka, podaci su anonimizirani. Izvješća sa sastanaka su strukturirani tekstualni
dokumenti koji sadrže osnovne podatke o održanom sastanku te detalje i prepisku diskusije za
svaku točku na dnevnom redu. Upravo te prepiske diskusije su se koristile kao ulazni podaci
tijekom analize podataka. Prvi korak u analizi uključivao je pretraživanje podataka kako bi se
odredila učestalost ponavljanja pojmova koji se koriste tijekom razvoja proizvoda (npr.
parametar, udaljenost, masa, kut, visina, materijal). Drugi korak analize se odnosio na
prepoznavanje konstrukcijskih aktivnosti. Nakon prepoznavanja i generaliziranja aktivnosti,
one su bile osnovni elementi za definiranje taksonomije konstrukcijskih aktivnosti. Uz pomoć
elemenata taksonomije, skup podataka je ovaj put kodiran kako bi se odredila učestalost
pojavljivanja određenih konstrukcijskih aktivnosti i time definiralo koje vrste aktivnosti bi bilo
najvrjednije procesirati uz pomoć rješenja razvijenog u sklopu ovog rada.
Model unaprjeđenja računalne podrške konstruiranju
Podaci prikupljeni u tvrtki poslužili su kao temelj za koncipiranje modela za unaprjeđenja
računalne podrške tijekom izvršavanja konstrukcijskih zadataka. Temeljem spoznaja iz
pregledane literature i promatranih procesa u tvrtki napravljena je sinteza okvira za modeliranje
i praćenje izvršavanja timskih aktivnosti u složenim i dugotrajnim razvojnim projektima.
Tijekom ove faze istraživanja definirana je arhitektura predloženog sustava i detaljno je
razrađen permanentan ciklički proces koji primarno treba osigurati postavljene ciljeve
konzistentnog ažuriranja vrijednosti spregnutih parametara u timskom radu. Nastavno na
arhitekturu modela definirane su i detaljno opisane programske komponente razvijenog
sustava. Razmotreni su izazovi koji se mogu pojaviti pri gradnji pojedinačnih modela prema
predloženoj arhitekturi i metodologiji koja se temelji na Obojenim Petrijevim mrežama. U
sklopu razvoja modela i pripadajućih procesa, detaljno su opisana dva primjera CPN modela
konkretnih konstrukcijskih aktivnosti u timskom procesu upravljanja konstrukcijskim
parametrima.
Vrednovanje istraživanja
Vrednovanje predložene taksonomije konstrukcijskih aktivnosti, teoretskog okvira, razvijenih
procesa i modela Obojenih Petrijevih mreža provedeno je pomoću dvije studije slučaja. U prvoj
studiji slučaja korištene su konstrukcijske aktivnosti iz taksonomije kako bi se definirao mali
skup aktivnosti koji je procesiran pomoću predloženog rješenja. Izabrani su različiti tipovi
aktivnosti, te su za svaku aktivnost izabrane različite vrste parametara koje je potrebno
procesirati. Za svaku aktivnost definirano je procijenjeno vrijeme trajanja te su aktivnosti
simulirane kako bi se dobilo ukupno vrijeme trajanja aktivnosti i to za dva načina rada. Prvi
način je ustaljeni način na koji inženjeri izvršavaju aktivnosti, a drugi način koristeći model za
processiranje aktivnosti koji je predložen u ovom radu. U drugoj studiji slučaja analiziran je
kompleksan projekt razvijen od strane studenata. Ključni parametri izdvojeni su u matricu koja
je pružila uvid u različite relacije između parametara te između parametara i konstruktora.
Fokus je bio postavljen na relacije spregnutih parametara te se je krenulo u smjeru
prepoznavanja potencijalnih situacija u kojima konstruktori moraju komunicirati kako bi mogli
odrediti vrijednosti spregnutih parametara. U sklopu ove studije slučaja predstavljena je i
modifikacija više-domenskih matrica koje se odnosi na prepoznavanje potencijalnih situacija
komuniciranja među konstruktorima. Prepoznate situacije procesirane su pomoću modela
Obojenih Petrijevih mreža.
Na temelju vrednovanja istraživanja naglašeno je nekoliko osnovnih aspekata znanstvenog
doprinosa. Prvi aspekt obuhvaća definiranje taksonomije konstrukcijskih aktivnosti. Nakon
analize prikupljenog skupa podataka, 26 konstrukcijskih aktivnosti je klasificirano na tri razine
hijerarhije. Glavni razlog definiranja taksonomije leži u potrebi se definiranjem aktivnosti na
najmanjoj razini granularnosti, na razini gdje se procesiraju konstrukcijski parametri. Tek na
takvoj razini granularnosti je moguće napraviti automatizirano izvršavanje aktivnosti koje je i
napravljeno pomoću modela Obojenih Petrijevih mreža. Drugi aspekt doprinosa očituje se u
prijedlogu modela i procesa za polu-automatsko izvršavanje konstrukcijskih aktivnosti. Novina
u tom pristupu je način procesiranja aktivnosti gdje se izvršavanje provodi u ciklusima te u
svakom ciklusu model aktivnosti se pokreće, učitava prethodno pohranjeno stanje, procesuira
se do točke u kojoj više nema dostupnih podataka, gdje se stanje ponovo pohranjuje kako bi se
procesiranje moglo nastaviti u sljedećem ciklusu. Treći aspekt doprinosa se nadovezuje na
prethodno spomenuti a to su modeli Obojenih Petrijevih mreža koji poboljšavaju mogućnosti
računalom podržanog timskog rada i timske komunikacije naročito vezane za rješavanje pitanja
spregnutih parametara. Modeli su definirani unaprijed te se oni koriste kao predlošci koji se
tijekom procesiranja popunjavaju s podacima specifičnim za svaku konkretnu konstrukcijsku
aktivnost. Kao zadnji glavni aspekt doprinosa navodi se modifikacija metode matričnog prikaza
relacija između parametara, arhitekture proizvoda i konstruktora. Modifikacija na originalan
način unapređuje planiranje projekta predviđanjem kritičnih komunikacijskih situacija. |
