Tasarım daha önce var olmayan bir şeyi yapmaktır. Tasarım yapmakta olan bir mühendis bu tanımdaki gibidir. Bir yazar, heykeltraş, ressam ya da başka bir üretken kimse içinde değişen bir şey yoktur. Tasarım yapan tek meslek grubu mühendisler olmadığı gibi mühendisliğin uygulamalarının çoğu tasarım ile ilgilidir.

Tasarım ile daha önce çözülmemiş problemlere çözüm sunulduğu gibi daha önce çözümlenmiş sorunlara daha pratik çözüm yöntemleri de oluşturulabilir. Tasarım yapmak bir bilim olduğu kadar aynı zamanda bir sanattır. Bilim kısmı çeşitli yöntemlerle öğrenilebilir ancak sanat kısmını öğrenebilmek için tasarım yapmak yani tecrübeye gereksinim duyulmaktadır. Burada keşif ve tasarımı birbirinden ayırmak gerekmektedir. Keşif daha önce bilinmeyen ancak var olan bir şey hakkında ilk bilgiyi oluşturmaktır. Fakat tasarım bir planlama ve çalışma ürünüdür. Tasarımlar genellikle bir ihtiyacı karşılamak üzere gerçekleştirilir. Tasarım aynı zamanda kendi içinde bir veya birkaç keşif içerebildiği gibi sadece bir problemin çözümü içinde yapılabilir.

İyi bir tasarım hem analiz hem de sentez içerir. Yani tasarımı yapılacak bir sistemin davranışları temel bilim ve mühendislik yaklaşımları ve gerekli hesaplamalar yapılarak mümkün olduğunca gerçekçil olarak hesaplanır. Analiz ile mevcut problem daha küçük ve uygun bölümlere ayrılırken, sentez ile analiz sonucunda çıkan çözümler bir araya getirilerek problemin çözümünü sağlar.

Mühendislik eğitimi süresince öğrenciler ağırlıklı olarak analize yönelik çalışmalar yapmaktadır. Derste çözüm için seçilmiş örmekler temel prensiplerin anlaşılması için seçilmiş örneklerdir ve genellikle başka bir dersin konusunu içermemektedir. Oysa ki gerçek hayatta karşılaşılan problem çok nadiren bu şekilde olmaktadır. Problemin girdileri çoğu zaman belirsiz olmakla beraber birçok farklı mühendislik branşlarının alanlarını da içermektedir. Hatta birçok durumda sadece mühendislik değil sosyal kısıtlamalar, çevre ve enerji kanunları gibi mühendilik dışı düzenlerle de ilgili olabilir. Mühendislik çalışmaları genellikle kısıtlı zaman ve de bütçe ile gerçekleştirildiği için finans da işin içindedir.

Tasarım İşleminin Adımları
Tasarım işlemi temel olarak altı adımdan oluşmaktadır. Bunlar:

1. İhtiyacın farkına varılması
İhtiyaçlar bir çok noktada belirlenebilir. Genellikle var olan bir durumun yetersizliği ile ortaya çıkarlar. Maliyet düşürmek için, performans yükseltmek ya da sadece görselliği geliştirmek için yapılabilir.

2. Problemin tanımlanması
Tasarım işleminin en kritik adımıdır. Gerçek problem genellikle gözüken değildir. Bu yüzden problemin tanımı mümkün olduğunca genel olarak yapılmalıdır. Böylelikle tasarım sonucunda uygunsuz alışık olmayan sonuçlarla karşılaşma olasılığı düşmektedir. Problem tanımının bu kadar geniş yapılması zaman ve maliyet sorunu gibi başka problemlerede neden olabilir. Bu yüzden bu gibi diğer faktörler gözönüne alınarak problemin tanımlanması daha sağlıklı olur. Problemin tanımlanması mümkün olduğunca belirgin yapılmalıdır.

Amaç ve hedefler belirlenirken genellikle nelerin içirileceği nelerin içerilmeyeceği srouları ile karşılaşılır. Bu sorulara bir yaklaşım Ira G. Wilson ve Marthann E. Wilson tarafından önerilmiştir. Bu yaklaşım 4 katogoriden oluşur ve bunlar:
• Gerekenler (kesin)
• Gerekmeyenler (kesin)
• İstekler
• İstenmeyenler

3. Bilgi toplama
Tasarıma ilk başlandığında karşılaşılacak en büyük sorun belki de bilgi azlığı ya da bilgi kirliliğidir. Tasarıma ilk başladığınızda elinizde yeterince bilgi olmadığı gibi birçok düzenlenmiş rapor da olabilir. Böyle bir durumda yapılabilecek en iyi şey durum ne olursa olsun bilgiyi süzüp gerekli olanları almaktır. Başka bir durumda ise karşılaştığınız problem karşısında hiçbir bilgi birikiminizin olmamasıdır.

Burada önemli olan bir nokta da ihtiyacınız olan bilgilerin genellikle akademik eğitim sırasında edinilen bilgilerden farklı olmasıdır. Bu bilgileri patentlerden, kataloglardan, üreticilerden, teknik bültenlerde ve benzeri kaynaklardan edinilebilir. Eski bilgi kilit bir üreticiyle yapılacak bir telefon görüşmesi sonucunda dahi edinilebilir. Uzmanlarla yapılacak fikir alışverişi çok yararlı olacaktır.
 
Bilgi toplamak için aşağıdaki sorular yardımcı olacaktır:
• Bu bilgiyi nereden bulabilirim?
• Bu bilgiyi nasıl elde edebilirim?
• Bu bilgi ne kadar doğru ve ne oranda
 geçerli?
• Bu bilgi benim ihtiyaçlarıma göre nasıl
 yorumlanabilir?
• Yeterli bilgiye ne kadar süre sonra sahip
 olabilirim?
• Bu bilgilerden ne sonuç çıkıyor?

4. Bir araya getirme
Bir araya getirme işlemi bileşenlerin (eleman ve mekanizmaların) çeşitli kombinasyonlarla düzenlenmesinin tanımlanmasından oluşur.

Bir sistemi analitik veya deneysel olmak üzere iki şekilde bir araya getirebiliriz. Akademik çalışmalar sırasında genellikle analitik modeller oluşturulur. Ancak deneysel modeller de bir hayli önemlidir.

Bu adımın önemli bir yönü ise sentezlemedir. Sentez bütün elemanları ele alarak uygun şekilde bir araya getirme çalışmasıdır. Sentez yaratıcı bir aşamadır ve bütün tasarımlarda bulunur.

5. Değerlendirme
Değerlendirme safhası tasarımın analizinin yapıldığı aşamadır. Tipik bir değerlendirme detaylı hesaplamalardan oluşur. Genenellikle bilgisayar hesaplamaları ve ve analitik modeller kullanılarak tasarımın performansı belirlenir. Bazı durumlarda prototip üretimi de gerekebilir.

6. İletişim
Tasarım sırasında akıldan çıkarılmaması gereken bir olgu da iletişimdir. Müşteri talepler doğru şekilde anlaşılmalı, yapılan tasarım en uygun şekilde tanıtılmalıdır. Bu tanıtım yazılı veya sözlü olabilir. Yapılan araştırmalar göstermektedir ki, tasarım mühendisleri zamanlarının %60'ını tasarım hakkında tartışma ve rapor hazırlamakla geçirirken geriye kalan %40 zamanda da tasarım için gerekli olan analiz ve tasarımı yapmaktadırlar. İyi organize edilmiş bir tasarım çalışmasında proje yöneticisi ve müşteri arasında sürekli iletişim vardır.

Tasarımın Detaylı Safhaları
Tipik bir tasarım projesi birkaç safhadan oluşur. Asimow'un tasarım yapı bilimine göre bu safhaları şöyle sıralayabiliriz.

Safha 1: Fizibilite Çalışması:
Fizibilite çalışmasının amacı tasarıma giriş yapmak ve çizgilerin konulmasıdır. Bu aşamada ihtiyaçlar belirlenir ve muhtemel çözümler üretilir. Daha sonra bu çözümler değerlendirilerek ekonomik olabilirlikleri ve finansal fizibilitesi yapılır.

Safha 2: Tasarıma Ön Hazırlık:
Bu aşamada tasarımda kullanılacak parçaların temel tasarımları yapılırarak ürünün fiziksel olarak üretilebileceği gösterilir. Bu aşamada fiziksel modeller kullanıp deneysel çalışmalar yapılmaktadır.

Tasarım işleminde bu aşamaya genellikle hakettiği önem verilmemektedir. Bu aşama atlanarak direkt olarak detaylı tasarım yapılmaktadır. Bu aşamadan sonra yapılacak değişiklikler büyük maliyetlere sebep olacaktır. Bu aşamada giriş parametreleri dikkatlice incelenerek optimum çözüm bulunduktan sonra detaylı tasarıma geçmek çok daha doğru bir yaklaşımdır.

Safha 3: Detaylı Tasarım:
Bu aşamada tasarım, mühendislik tanımlaması olarak tamamlanmış, gerekli testler yapılıp,  imalata hazır hazır hale getirildiği aşamadır.

Safha 4: İmalat Planlanması:
Tasarlanan ürünün üretimi için, parçaların hammeddesi ve üretimi gerçekleştirecek olan tezgahları da içeren bir üretim şeması hazırlanır. Bu aşamada üretim maliyeti de hesaplanabildği için gerekiyorsa parçaların malzemerinde oynama yapılabilir.

Safha 5: Lojistik Planlama:
Bir ürünün sadece imal edilmesi yeterli değildir. Aynı zamanda bu ürünün alıcıya uygun şekilde ulaştırılması gerekir. Bu yüzden ürünün raf ömrü gibi verilerinin de tasarım sürecinin başlarında belirtilmesi gerekir.

Safha 6: Kullanım İçin Planlama:
Tasarım temel olarak tüketici için yapılmaktadır. Bu yüzden tüketicinin bu ürüne karşı göstereceği tepkiler (kullanım kolaylığı, servis süresi, ekonomikliği, vb.) tasarımın en başında belirlenmeli ve tasarım parametrelerine eklenmelidir.

Safha 7: Ürünün Piyasadan Kaldırıl-masının Planlanması:
Tasarım işleminin son adımı olarak kullanım süresi veya pazar ömrü dolmuş olan ürünün ortadan kaldırılmasını ele alabiliriz. Geçmişte bu aşamaya gereken önem verilmemekteydi ancak günümüzde gerek bazı alanlardaki yasalar gerekse de çevresel şartlardan (geri dönüşümlü malzeme kullanımı gibi) dolayı bu aşama dikkat çekmektedir.

Bilgisayar Destekli Mühendislik
Mühendisler, bilgisayar programlarını kendi ihtiyaçlarına göre adapte eden ilk meslek gurubudur.

İlk bilgisayar programları batch modunda yazılmış ve çalıştırılıyordu. Ancak bilgisayar donanımlarının gelişmesi ve de daha kolay erişilebilir olmaları sayesinde 15 sene kadar önce bilgisayar destekli tasarım ve çözümü alanlarında bir devrim yaşandı.

Mühendislik programlarında en büyük gelişme grafik alanında gerçekleşti. Üç boyutlu tasarımın gelişmesi ve 2 boyutlu çizimlerin otomatik olarak oluşturulması büyük kolaylık ve zaman tasarrufu sağlamıştır. Ayrıca Üç boyutlu modellere malzeme bilgisi ve de mekanik özellikler atanarak gerilme analizleri, kinematik analizler gibi çeşitli analizler yapılarak gerek zaman gerekse de maliyet tasarrufu sağlanabilmektedir. Ayrıca bilgisayarlar çeşitli birimlerin birbirleriyle hızlı ve etkin şekilde haberleşmesini de sağlar.

Ayrıca kendi alanlarında uzmanlaşmış çeşitli programlardan (CATIA, ALGOR, vb.) alınan sonuçlar bir diğer programa girdi olarak kullanılarak gerçeğe çok yakın sonuçlar elde edilebilmektedir.

Bilgisayar Destekli Tasarım
Bilgisayarların maliyetlerinin düşmesi sonucunda kullanımlarının yaygınlaşması sonucunda mühendislikte de kullanım alanları genişledi. Bu yaygınlaşma temel olarak ikiye ayrılabilir.

1. Bilgisayarların interaktif olarak kullanılması sonucunda tasarımı yapılan parça ekranda üç boyutlu olarak göründüğünden parçanın tam olarak nasıl birşey olduğu görülebilmekte ve hata yapma olasılığı düşük olmaktadır.

2. Mekanik özellikler sonlu elemanlar yöntemine uygun bir şekilde girildiğinde yapısal analiz gerçekleştirilebilmekte ve grafik olarak görülebilmektedir.
1960'lı yılların ortalarına kadar gerilme analizi ile tasarım arasındaki ilişki son derece sınırlıydı. İnşaat mühendisleri kolon ve kirişlerdeki gerilmeleri hesaplayabiliyorlardı çünkü bu elemanlar basit geometrik şekillerdi. Oysa ki makine parçaları gibi küçük ve karmaşık geometriye sahip olan elemanlar  ancak üretilip test edilebiliyordu. Bu hem zaman hemde para kaybına neden olmaktaydı.

Bilgisayarların işlem gücünün artmasına paralel olarak sonlu elemanlar yöntemi de popüler bir hale gelmiştir. Analizde kullanılacak eleman boyutları son derece küçültülmek suretiyle düğüm noktası sayısı arttırılıp istenen hassasiyette analiz yapılabilmektedir.

Tasarım programları ile tasarlanan parçaların daha sonra NC kodları yine bilgisayarlar yardımıyla uygun stratejilerle çıkartılarak parçanın en kısa sürede en doğru şekilde işlenmesi sağlanır. 

Tasarım Standartları
Standartların kullanımı tekrar eden problemlerin çözümünü sağlar. Daha önce karşılaşılan problemlerden ve bunlar için oluşturulan çözümler standartlaştırılarak bu hata veya sorunların bir daha oluşmaması sağlanır.

Mühendislik tasarımının 4 ana hedefi vardır. Bunlar;
• Uygun işlevsellik
• Optimum performans
• Güvenilirlik
• Düşük maliyet

En büyük maliyet tasarrufu var olan parçalar üstünde ufak değişiklikler yapılması suretiyle ve parçaların son haline gelene kadar üstünde yapılan ek işçiliğin azaltılmasıyla sağlanır. Yeni ürün tasarımlarının sadece %20'si yeni parçalar, %40'ı olan parçaların üstünde değişiklikler yapılması ve geriye kalan %40'ı ise olan parçaların hiçbir değişikliğe uğramadan kullanılması ile yapılır.
Standartlaşmanın bilgisayar destekli tasarım içinde büyük faydası vardır. Böylece standart parçalar kataloglarda toplanacak ve de bir sonraki tasarımlarda tekrar tekrar kullanılabilecektir.

CAD-CAM standartlaşmasının başka bir önemli noktası ise birbirlerinden farklı programların birbirlerine veri transferi yapabilmeleridir. Çok farklı programların datalarını birbirleri arasında dönüştüren birçok hazır program da şu an pazardaki yerlerini almışlardır.
 
Eşzamanlı Mühendislik
Eşzamanlı mühendislik adından da anlaşılacağı gibi mühendislik safhalarının sırası ile yapılmasının yerine bu çalışmaların aynı anda paralel olarak yapılmasıdır.

İmalat amaçlarının ve koşullarının projenin başında belirlenmesinin nedeni daha sonra tasarım departmanına dönüş yapılmamasıdır. Tasarımı bitmiş bir ürünün imalat koşulları yüzünden yeniden tasarlanması çok yüksek maliyetler getireceğinden eş zamanlı mühendislik yaklaşımı ile bu maliyetlerin önüne geçilmek amaçlanmıştır.

Bu yöntemin doğruluğu, tasarlanan parça ve ürün hakkındaki imalat ile ilgili kararların tasarım büyük çoğunluğunun tasarım sırasında verildiğidir. İmalat birimlerinin de tasarım sürecine etkimesi ile üretim maliyetleri çok daha aşağı çekilebilmektedir.

Ayrıca ürünün tasarımının yenilenmesi gerekmediği için çok büyük bir zaman tasarrufu yapılmış olacaktır. Böylece ürün pazara daha erken sürülebilecektir. Pazar analizi ve satış ve dağıtımdan gelen bilgiler ışığında pazarın ihtiyaçları doğrultusunda ürün şekillleneceği için pazar payı artacaktır.

OKAN KILINÇ
ArGe Mühendislik Ltd.Şti.
CATIA Uzmanı