Helical Spring Design with Axiomatic Design Approach: Case Study

Öz

The Axiomatic Design approach was carried out by making case studies with different objects. The main goal achieved in this case study is; to minimize the mass in the spring and the shear stresses that occur on it, taking into account the strength considered along the design phase. This spring problem; is examined using the independence axiom of the Axiomatic Design methodology. In addition, the concepts of semangularity and reangularity were used. Design matrices were created to find unified and separate solutions for these concepts. Some acceptable values of design parameters were observed in the decoupled design. These parameters have been accepted by giving appropriate tolerances. Graphical and numerical results were checked to see if they were compatible with each other. In conclusion; For the design, the changes in different limit values were examined with performing an acceptable, minimum cost, durable and robust spring design.

Anahtar Kelimeler

• Axiomatic Design
• Mechanical Spring
• Multi-criteria Decision Making Methods

Aksiyomatik Tasarım Yaklaşımlı Helisel Yay Dizaynı: Vaka Çalışması

Öz

Aksiyomatik Tasarım yaklaşımı, farklı nesnelerle vaka çalışması yapılarak gerçekleştirilmektedir. Bu vaka çalışmasında ki gerçekleştirilen ana hedef; tasarım aşamasında göz önüne alınan dayanımı da hesaba katarak yaydaki kütleyi ve üzerinde oluşan kesme gerilmelerini en aza indirmektedir. Bu yay problemi; Aksiyomatik Tasarım metodolojisinin bağımsızlık aksiyomu kullanılarak incelenmektedir. Ayrıca, semangularity (anlamsallık) ve reangularity (doğrusallık) kavramları kullanılmaktadır. Bu kavramlarla birleşik ve ayrışık çözümleri bulmak amacıyla tasarım matrisleri oluşturuldu. Aksiyomatik tasarımda bir takım kabul edilebilir tasarım parametreleri değerleri gözlemlenmiştir. Bu parametreler uygun toleranslar verilerek kabul edilmiştir. Grafiksel ve sayısal sonuçların birbiriyle uyumlu olup olmadığını görmek amacıyla kontrol edilmiştir. Sonuç olarak; tasarım için kabul edilebilir özellikli, minimum maliyetli, dayanıklı ve sağlam bir yay tasarımı gerçekleştirilerek farklı sınır değerlerindeki değişimler irdelenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Aksiyomatik Tasarım
• Mekanik Yay
• Çok Kriterli Karar Verme Yöntemleri

Kaynakça

1. [1] Suh, N.P. : “The Principles of Design”, Oxford University Press , New York, USA(1990).
2. [2] Cochran, D. S. ; Reynal, V. A.: “Axiomatic Design of Manufacturing Systems”, The Lean Aircraft Initiative Report Series, RP96-05-14, Mass. Institute of Technology (1996).
3. [3] Suh, N.P.; Cochran, D.S.; C.L. Paulo,: “Manufacturing System Design”, Annals of the CIRP, 47, 2 (1998) 627–639.
4. [4] Babic, B.: “Axiomatic Design of Flexible Manufacturing Systems”, International Journal of Production Research, 37, 5 (1999) 1159-1173.
5. [5] Bröte, S.; Cochran, D. S.; Mierzejewska, A.; Carrus, B.; Rupp, S.; Smith, J.: “Integrating the Production Information System with Manufacturing Cell Design A Lean, Linked Cell Production System Design Implementation, Global Mobility Database”, Society of Automotive Engineers Inc., USA. 13(1999).
6. [6] Cochran, D. S; Eversheim, W.; Kubin, G.; Sesterhenn, M. L.: “The Application of Axiomatic Design and Lean Management Principles in the Scope of Production System Segmentation”, “The International Journal of Production Research”, 38, 6 (2000) 1377-1396.
7. [7] Chen S.J.; Chen.; L.C.; Lin,L.: “Knowledgebased Support for Simulation Analysis of Manufacturing Cells” Computers in Industry, 44 (2001) 33-49.
8. [8] Werneman, A.; Kjellberg, A.; Adman, M.: “Application of Axiomatic Design in Operational Development”, Proceedings of ICAD 2000, First International Conference on Axiomatic Design, Cambridge, MA (ICAD 020) (2000)1-8.

9. [9] Cha, S. W.; Moon, Y. R.: “Using Axiomatic Approach for Development of New Concept Design and Manufacturing”, Proceedings of ICAD 2000, First International Conference on Axiomatic Design, Cambridge, MA (ICAD 035) (2000) 83-86.
10. [10] Engelhardt, F.: “Improving Products and Systems by Combining Axiomatic Design”, Quality Control Tools and Designed Experiments, Proceedings of ICAD 2000, First International Conference on Axiomatic Design, Cambridge, MA, (ICAD037), (2000)93-105.
11. [11] Suh, N.P.: “Axiomatic Design: Advances and Applications”, Oxford University Press, New York, USA (2001).
12. [12] Cotoia, M.; Johnson S.: “Applying the Axiomatic Approach to Business Process Redesign”, Business Process Management Journal, 7, 4, (2001) 304 – 322.
13. [13] Baxter, J. E.; Agouridas, V.; McKay, A.; Pennington, A.: “Supply Chain Design: An Application of Axiomatic Design”, Proceedings of ICAD2002, Second International Conference on Axiomatic Design, Cambridge, MA (ICAD012) (2002) 1-7.
14. [14] Houshmand, M.; Jamshidnezhad, B.: “Conceptual Design of Lean Production Systems through an Axiomatic Design”, Proceedings of ICAD 2002, Second International Conference on Axiomatic Design, Cambridge, MA (ICAD 033) (2002) 1-12.
15. [15] Hwang, Y. D.; Cha, S. W. ; Kang, Y. J.: “Tool Development for Evaluation of Quantitative Independency Between FRs in Axiomatic Design”,International Journal of the Korean Society of Precision Engineering, 3, 2 (2002) 52-60.
16. [16] Kim, Y.: “A Decomposition Based Approach To Integrate Product Design And Manufacturing System Design”, Proceeding of Third International Conference on Axiomatic Design, Haziran 11 – 24 (2004) Seul.
17. [17] Kulak, O.; Durmuşoğlu, B.; Tüfekçi, I.: “A Complete Cellular Manufacturing System Design Methodology Based On Axiomatic Design Principles”, Computers & Industrial Engineering, 48, 4 (2005) 765–787.
18. [18] Pappalardo, M.; Naddeo, A.: “Failure Mode Analysis Using Axiomatic Design And Non-Probabilistic Information”, Journal of Materials Processing Technology (2005) 1423-429.
19. [19] Yasar, E. A.; Durmuşoğlu, M. B.; Dinçmen, M.: “Design of a Knowledge Management System Based on Axiomatic Design Principles”, 35. International Conference on Computers and Industrial Engineering (2005) 2115-2130.
20. [20] Kulak, O.; Durmuşoğlu, B.; Tüfekçi, I.: “A Complete Cellular Manufacturing System Design Methodology Based On Axiomatic Design Principles”, Computers & Industrial Engineering, 48, 4 (2005) 765–787.
21. [21] Kabadurmuş, Ö.; Durmuşoğlu, M. B.: “Aksiyomlarla Tasarım İlkelerini Kullanarak Çekme/Kanban Üretim Kontrol Sistemlerinin Tasarımı”, V. Ulusal Üretim Araştırmaları Sempozyumu, Ticaret Üniversitesi, İstanbul (2005) 313-317.
22. [22] Tarcan E.: “Evaluation Of Sub-Component Alternatives In A Product Design”, Yüksek Lisans Tezi, MÜ İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul (2005).
23. [23] Thielman, J.; Ge, P.: “Applying Axiomatic Design Theory to the Evaluation and Optimization of Large-Scale Engineering Systems”, Journal of Engineering Design, 17, 1 (2006) 1-16.
24. [24] Birgün, S.: “Aksiyomlarla Tasarım Yoluyla Değer Akışı Haritalandırma”, Yöneylem Araştırması ve Endüstri Mühendisliği XXVI. Ulusal Kongresi Bildiriler Kitabı (2006) 35-40.
25. [25] Yılmaz, E.: “Aksiyomlarla Tasarım İlkeleri Yardımıyla Kentiçi Toplu Taşıma Sistemlerinin Tasarımı”, Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 11, 1, (2006) 9-26.
26. [26] Özel, B.; Özyörük, B.: “Aksiyomatik Tasarım ve Analitik Hiyerarşi Prosesi ile Tedarikçi Seçimi”, VI. Ulusal Üretim Araştırmaları Sempozyumu, İstanbul Kültür Üniversitesi (2006) 189-203.
27. [27] Özyiğit, A.: “Axiomatic Design Approach To Control Systems Design”, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul (2006).
28. [28] Özel, B.; Özyörük, B.: “Bulanik Aksiyomatik Tasarim Yaklaşimi İle Hiyerarşik Bir Tedarikçi Seçim Modeli”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara (2007).
29. [29] Gülen, K. G.; Birgün S.: “Creating Value in Enterprise Information System: KVS Model”, State of the Art & Business Management a Handbook for Educators, Consulters and Practitioners, Tectum Verlag (2007) 148-176.
30. [30] Birgün, S.;Kulaklı, A.: “Aksiyomlarla Tasarım İlkeleriyle Müşteri Merkezli Bilgi Yönetimi Stratejisinin Oluşturulması”, Sıtkı Gözlü’ye Armağan, Çağlayan Basımevi (2007) 245-255.
31. [31] Kanbur, F.; Birgün, S.: “Yeni Kariyere Geçiş Danişmanliği İçin Kavramsal Bir Model: Fatra”, İstanbul Ticaret Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi,7,13 (2008) 117-137.
32. [32] Çebi, S.; Çelik, M.; Kahraman, C.: “Gemi Sistemleri İçin Entegre BakimOnarim Yönetimi Gereksiniminin Analizi”, Havacilik Ve Uzay Teknolojileri Dergisi Temmuz, 3, 4 (2008) 17-24.
33. [33] Urbanic R. J.; Maraghy, W.H.: “Using Axiomatic Design With The Design Recovery Framework To Provide A Platform For Subsequent Design Modifications”, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology 1 (2009) 165–171.
34. [34] Metin Celik, M.; Er, I.D.: “ Fuzzy Axiomatic Design Extension For Managing Model Selection Paradigm In Decision Science”, Expert Systems with Applications 36 (2009a) 6477–6484.
35. [35] Metin Celik, M.; Cebi, S.; Kahraman, C.; Er, I.D.: “Application Of Axiomatic Design and TOPSIS Methodologies Under Fuzzy Environment For Proposing Competitive Strategies On Turkish Container Ports In Maritime Transportation Network”, Expert Systems with Applications 36 (2009b) 4541–4557.
36. [36] Bang, I.C.; Heo, G.: “An Axiomatic Design Approach In Development Of Nanofluid Coolants”, Applied Thermal Engineering 29 (2009) 75–90.
37. [37] Özbek, İ., “Plastik Enjeksiyon Makinesi Seçiminde Aksiyomatik Tasarım Yaklaşımı”, Yüksek Lisans Tezi. Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2013).
38. [38] Yavuz, M., “Makine Ekipman Seçimine Aksiyomatik Tasarım Yaklaşımı”, Yüksek Lisans Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010
39. [39] GÜNGÖR, F., "Sızdırmaz Conta Malzemesinin Aksiyomatik Tasarım Metoduyla Seçilmesi," El-Cezeri Journal of Science and Engineering , vol.4, pp.1-10, 2017
40. [40] Ulutürk, İ., Yurdakul, M. ve İç, Y.T., “Aksiyomatik tasarım yöntemi ile yenilikçi ürün geliştirilmesi”, Politeknik Dergisi, 23(4): 987-1002, (2020).
41. [41] Rao, S.S.: Engineering Optimization – Theory and Practice. Wiley (1996)
42. [42] Deb, K.: Multi-objective optimization. In: Burke, E.K.; Kendall, G. (eds.) – Search Methodologies: Introductory Tutorials in Optimization and Decision Support Techniques, pp.403-449. Springer, New York (2005)
43. [43] Goel, P.S.; Singh, N.: A modeling approach for integrated durability engineering and robustness in product design. Computers ind. Engng (1997). doi:10.1016/S0360 8352(97)00110-1
44. [44] Shigley, J.E.; Mischke, C.R.: Mechanical Engineering Design, 6th edn. McGraw-Hill, Singapore, (2001)
45. [45] Suh, N.P.; Rinderle, J.R.: Qualitative and quantitative use of design and manufacturing axioms. CIRP Annals – Manufacturing Technology (1982). doi:10.1016/S00078506(07)63323-X