|
Selim Koca
Kalıpçılık Öğretmenliği Böl.
Gazi Üniv. Teknik Eğ. Fak. Makine A.B.D.
Nisan 2007, Ankara
Not: Bu makale, ilk defa
Nisan 2008'de TurkCADCAM.net Portalı'nda yayınlanmaya başlamıştır.
Özet:
Ürün satın alma sürecinde müşterilerin tercihlerinde etkili olan tasarım özelliklerinin büyük bir bölümü ergonomi bilimi ile ilgili olup, ergonomik faktörler ürünlerin dayanımında, ağırlığında, üretilebilirliğinde ve kullanışlılığında kritik bir öneme sahiptir. Kısaca ürünlerin dayanım, ağırlık, üretilebilirlik (kalıplanabilirlik, imal edilebilirlik, şekillendirilebilirlik vb.), estetik, ergonomi, kullanışlılık faktörlerinin hepsi tasarım kriterleri içerisinde yer almaktadır.
Yeni ürün tasarımı ve imalatı açısından rekabetin içerisinde olabilmek için, gelişen teknoloji göz önünde bulundurularak, değişen kullanım yerlerine uygun, daha hızlı, daha kaliteli ve daha ucuz maliyetli parçalar üretme zorunluluğu bulunmaktadır. Bu makalede, bir TV uzaktan kumanda tasarımını etkileyen prensipler elektronik elemanlar göz önünde bulundurulmaksızın tasarım kriterleri çerçevesinde CAD/CAM/CAE ortamında iki farklı ürün üzerinde tartışılmaktadır.
Giriş:
Uzaktan kumanda üzerindeki analiz ve sentezleri anlatmadan önce uzaktan kumandadan biraz bahsetmek gerekir. Uzaktan kumandayı basitçe anlatmak gerekirse, kullanıcının kontrol bilgilerini herhangi bir iletim yoluyla kumanda yüzeylerine uygulayan sistemdir.
İlk televizyon uzaktan kumandası 1950’lerin ilk yarısında Zenith Radyo Şirketi tarafından geliştirildi. Bu uzaktan kumanda (diğer adıyla "Tembel Kemikler - Lazy Bones") televizyona bir kablo ile bağlanmıştı;
1950 yılına ait kablolu, uzaktan TV kumandasına ait bir reklam; Zenith Lazy Bones (Tembel Kemikler)
Bu ağır uzaktan kumandayı daha kullanışlı hale getirmek için 1955 yılında "Flash-Matic" isimli, kablosuz uzaktan kumanda modeli geliştirildi;
1955 yılına ait bir reklam; Zenith / Flash-Matic
(Özel bir pilli fener, ekranın 4 köşesindeki optik alıcılardan istenilen birine doğrultularak TV kumanda ediliyordu)
1956 yılında Robert Adler, "Zenith Uzay Kumandası - Zenith Space Command" adıyla kablosuz bir uzaktan kumanda geliştirdi. Ultrasonik ses dalgalarıyla iletişim tekniğini kullanan, Adler'in geliştirmiş olduğu bu uzaktan kumanda, kullanım şekli açısından günümüzdeki kumandalara benzeyen ilk örnektir. Bu sebeple, kumandanın mucidi geçtiğimiz günlerde hayatını kaybeden ABD’li profesör Robert Adler sayılmaktadır;
1957 yılına ait ultrasonik uzaktan TV kumandası reklamı
 
Zenith Space Commander 400 ve 600 modelleri
(www.pushclicktouch.com/2007/03/26/zenith-space-command-unboxing-a-mystery)
Bu modeller, enerji kaynağı için pile gerek duymaması açısından günümüzdeki kumandalardan daha üstündür; TV kumandası için gerekli ultrasonik ses, kumada içindeki, farklı frekanslarda titreşme özelliğine sahip 4 adet alüminyum tüpten istenilen birinin kullanıcı tarafından küçük bir cins çekiçle darbelenmesiyle üretiliyordu.
Robert Adler (1913 - 2007), eski ve yeni TV teknolojilerini bir arada gösterirken.
Televizyon kumandalarında daha fazla özellik arayışı, BBC’nin CeeFax teleteks servisini geliştirmesiyle 1970’lerin sonlarına doğru ortaya çıktı. Çoğu uzaktan kumanda, sınırlı sayıda özellik sunuyordu. Bazen kumandalarda sadece dört tane tuş vardı: sonraki kanal, önceki kanal, ses yükseltme ve ses azaltma. Bu tür kontroller, üç basamaklı sayılarla ifade edilen teleteksin sayfalarının ihtiyacını karşılamıyordu. Bu nedenle BBC mühendisleri, bazı televizyon üreticisi firmalarla görüşerek 1977-78 yıllarında daha çok özellik içeren ilk kablosuz uzaktan kumanda örneklerini geliştirdiler;
BBC / CeeFax teleteks servisinin uzaktan kumanda ile kullanımı (1977-78)
Bilgisayar ve elektronik dünyasındaki büyük gelişmeler sonucu kumandaların içindeki elektronik devreler küçülmekle beraber bu aynı zamanda CNC tezgahlarının imalat sanayine katılması ve CAD/CAM/CAE sistemleriyle entegre çalışması sonucu kumandaların ergonomisinde de gözle görülen bir değişikliğe sebep oldu.
|
|
Resim 1: 1990’ların başlarında kullanılan farklı model televizyon kumandaları |
Resim 2: 2000’lerin başında kullanılan televizyon kumandası. |
1. Boyut:
Resim 3: Kullanımda olan bir TV kumandası Resim
Resim 4: Yeni tasarlanan TV kumandası
Resim 5: Kullanımda olan kumandanın alttan görünümü
Resim 6: Yeni tasarlanan kumandanın alttan görünümü
Öncelikli olarak kumandaların malzemesi aynı malzeme olmakla beraber PP Copolymer dir ve tasarım aşamasında kullanılmıştır. Özellikle plastik enjeksiyon kalıplarında ucuz ve kolay kalıplanabilir olması sebebiyle sıkça kullanılan bir malzeme türüdür. Resim 3 ve 5 de görülen siyah renkli kumandanın boyu; kumanda fonksiyon tuşlarının bitiminden itibaren karşılıklı olarak 30 mm daha uzun olmakla beraber toplam 198 mm dir. Resim 4 ve 6 da görülen açık renkli kumandanın boyu ise fonksiyon tuşlarının bitiminden itibaren 10 mm uzundur ve toplamda 146 mm lik boya sahiptir. Buradan da anlaşıldığı üzere gereksiz yer israfından kaçınılmış ve böylece toplamda 52 mm lik bir yer kazancı sağlanarak yeni tasarlanan kumandanın boyu 146 mm ye düşürülmüştür.
2. Ağırlık:
Resim 7: Ağırlık hesaplaması
Resim 8: Ağırlık hesaplaması (ıı)
Siyah renkli Resim 7 de görünen kumandanın elektronik devresi hariç plastik aksamının ağırlığı (PP copolymer malzemenin yoğunluğu = 0.905 gr/cm3 ) 78. 1 gram gelmektedir. Resim 8 de görülen yeni tasarlanan kumandanın ağırlığı ise; boyundaki büyük azalma sonucu hacminin de azalmasıyla 40. 1 grama düşmüştür. Görüldüğü üzere böyle bir üründe 38 gramlık bir malzeme tasarrufu azımsanmayacak kadar çoktur ve plastik hammadde maliyeti neredeyse yarıya düşmüş konumdadır.
3. Montaj edilebilirlik ve kalıplanabilirlik:
Endüstriyel ürünlerin tasarımları kadar firmaya maliyetleri de önemlidir. Maliyeti etkileyen en önemli unsurlardan birincisi ürünlerin aynı ya da farklı kalıplardan çıktıktan sonra mümkün olan en hızlı biçimde montaj edilebilmesidir. Plastik ürünlerde genellikle montaj elemanı olarak cıvata kullanılmaz. Yanlarından girinti ve çıkıntılı (tırnaklı) olarak tasarlanırlar ve buna göre kalıpları yapılır. Ancak burada optimum (en verimli) noktayı bulmak uzmanlık gerektiren bir durumdur. Burada iki farklı durum aşağıda resimlerle açıklanmaya çalışılacaktır.
Resim 9: 1 no'lu kumandanın alt kapağı
Resim 10: Kam yeri
Resim 10 da görüldüğü gibi yanda bu girintiyi oluşturabilmenin yolu kamlı bir kalıp yapmak geçmektedir. Kamlı kalıpların maliyeti ise oldukça yüksek olmakla beraber hassas bir işçilik gerektirmektedir. Ayrıca kalıp ebatları da büyümekte böylece kalıpta kullanılacak malzeme sarfiyatı artmakta dolayısıyla kalıp ebatları büyüyünce hassas bir ürün elde edebilmek için SICAK YOLLUK sistemlerinin, MANİFOLD plakalarının kullanılması gerekmektedir. Bütün bu sayılanlar ise kalıp maliyetini büyük ölçüde arttırmakta ve kalıplanan her parça başına maliyet önemli bir ölçüde artmaktadır.
Resim 11: Hareketli grubun render görüntüsü
Resim 12: Sabit grup
Resim 13: Kalıbın şeffaf görünümü
Resimlerde de görüldüğü üzere siyah renkli uzaktan kumandanın alt kapağının kalıplanabilmesi için bir parçada 3 adet kama (yan maça) ihtiyaç vardır. Kalıp tek gözlü olduğunda ise üretim miktarı yarı yarıya azalacaktır. Resimlerde görüldüğü üzere tasarımı düşünülen kalıp 2 gözlü olduğunda toplamda 6 adet kam ve bunların kilitlemeleri ile kam millerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu ise oldukça masraflı bir işlemdir. Ayrıca sonraki adımlarda yapılacak ısı transfer analizinde de görüleceği üzere kalıp üzerindeki farklı köşelerin sıcaklık farkları diğer kumandanın kalıbına göre daha fazla olacaktır. Bunun sonucunda ısı kaybı fazlalaşacak bu da enerji tüketiminin artmasına neden olacaktır.
Resim 14: 2 nolu kumandanın alt kapağı
Resim 15: 2 nolu kumandanın alt kapağı (ıı)
Resim14 ve 15 de görüldüğü gibi yeni tasarlanan uzaktan kumandanın alt kapağında birbirine geçmeli tırnaklar yerine iki adet cıvata bağlantısı konulmuştur. Böyle yapılması ile parçanın kalıptan çıktıktan sonra montaj edilebilirliği zorlaşırken kalıp maliyeti ucuzlamaktadır. Ancak göz önünde bulundurulması gereken bir nokta vardır ki bu da bir televizyon kumandasının kapaklarının sık sık sökülüp takılan parçalar olmamasıdır. İçerisine elektronik devreleri yerleştirilip kapatıldıktan sonra bir daha açılmayan ancak arıza durumunda açılan bir parça olmasıdır. Bu sebepten ötürü tırnak geçmeli, büyük ebatlı yandan maçalı bir kalıp yapmak yerine basit, düz bir kalıp tasarlamak daha mantıklı görünmektedir. Ayrıca kalıbın termal analizinde de görüleceği üzere kamsız ve küçük ebatlı kalıbın imalatını seçmek kalıptan çıkarılacak parçalarda daha az çekme ve çarpılma meydana gelmesine neden olacaktır.
Resim 16: 2 nolu kumandanın alt kapak çekirdeği
Resim 17: 2 nolu kumandanın alt kapak çekirdeği (ıı)
4. Talaşlı imalata uygunluk, üretilebilirlik:
Ürün tasarımlarını etkileyen diğer önemli bir husus ise plastik parçalar çekirdeklerine ayrıldıktan sonra en kısa zamanda çekirdeklerin ve kalıp gövdelerinin talaşlı imalatının gerçekleşebilmesi ve en düşük takım maliyeti ile işlenebilmesidir. Her iki kalıbın gövde malzemeleri olarak Ç1050, çekirdek malzemeleri olarak ise alaşımlı çeliklerden plastik kalıpları için en uygun olan malzemelerden biri olan DIN 1.2738 malzemesi seçilmiştir. Öncelikli olarak gövdelerin imal edilebilirliği sorgulanmıştır.
Resim 18: 1 nolu kumanda gövde CAM görüntüsü
İlk kumandanın gövde ebatları 440 x 350 x 50 mm dir. Parçanın ön frezeleme (gönye ve ölçüye getirme) ve taşlama (alt ve üst yüzeylerin paralelliği) işleminden sonraki ağırlığı yaklaşık 61 kg iken 32 kg lık bir talaş kaldırma işlemi sonunda parçanın ağırlığı yaklaşık olarak 29 kg a düşmüştür. Burç yerleri içinse 2.5 Axes cam prosedürü uygulanmış öncesinde 35 mm çapındaki burç delikleri için puntalama işlemi ve ardından 20 mm lik matkapla delik delme işlemi gerçekleştirilmiştir. Uygun devir, ilerleme, talaş derinliği sonucunda simülasyonda görülen tahmini işleme zamanı 6 saat 10 dakikadır.
Resim 19: 2 nolu kumanda gövde CAM görüntüsü
Tasarlanan yeni kumanda kam tertibatı içermediği için gövde ebatları da büyük ölçüde ufalmıştır. Tasarlanan yeni kumandanın gövde ebatları 260 x 265 x 50 mm dir ve konvansiyonel tezgahlardaki ön işlemlerden sonra ağırlığı yaklaşık 27 kg gelmektedir. Talaşlı imalattan çıktıktan sonraki ağırlığı ise yaklaşık olarak 19 kg dır. Görüldüğü gibi ilk gövdeden 32 kg lık talaş kaldırma işlemi gerçekleşirken diğerinden 8 kg lık bir talaş kaldırma işlemi gerçekleşmektedir. Tam olarak talaşlı imalat zamanında da %75 lik bir azalma mevcuttur. Parçanın işleme zamanı ise kaldırılan talaş miktarına göre daha büyük bir oranda azalmış ve yaklaşık 35 dakikaya düşmüştür. Çekirdeklerden yalnızca biri (alt kapak) incelemeye alınmıştır sonuçlar aşağıda görüldüğü gibidir.
Resim 20: Alt kapak erkek CAM görüntüsü
Resim 21: Alt kapak erkek CAM görüntüsü (ıı)
Çekirdekler bakımından kıyaslandığında ise alt kapağında spline eğrisi içermeyen düz profilli çekirdeği işlemek zaman bakımından büyük tasarruf sağlamaktadır. Parçaların simülasyon üzerindeki teorik işleme zamanları arasında sağ taraftaki çekirdeğin işlenmesi 4 saat daha fazla sürmektedir. Dalma erezyon tezgahı ile federlerin dalınması işlemi hesaba katılmamıştır.
Talaşlı imalat ve malzeme tüketimi bakımından bir kıyaslama yapmak hangi kalıbın tercih edilmesi gerektiğini dolayısıyla hangi kumandanın daha uygun olacağını bizlere gösterecektir. Son kısımda bir tablo ile bunu tartışacağız.
5. Estetik, ergonomi, kullanışlılık, yenilik:
Geçmiş yıllarda ürünlerin sadece ihtiyaçları karşılayıp karşılamadığına bakılırken günümüzde ürünlerin fonksiyon ve görevlerinin dışında göze hoş ve cazip görünmesi de ürün satın almada oldukça etkilidir. Bu sebeple kumandaları kıyaslayacak olursak;
Resim 22: 1 no'lu kumanda
Resim 23: 2 no'lu kumanda
Resim 22'de görülen kumandanın genellikle düz hatlara ve ele oturmayan bir geometriye sahip olduğu görülür. Resim 23'de ki kumanda ise düzlem bir yüzeye konulduğunda alt tarafında kalan boşluktan parmak geçecek şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca yuvarlak yüzeyler gelen darbeleri olası bir düşme durumunda absorbe etme eğilimindedir. Bütün bunların dışında avuca sığacak ebatlarda tasarlanmış ve radyüs ölçüleri ile eğrilik yarıçapı insan elinin ortopedisine göre hazırlanmıştır. Sol tarafta görülen kumanda insan eline oturmadığından elden kayıp düşmesini engellemek için alt kısmına doğru 1 mm genişliğinde 70 mm boyunca kanallar açılmış ve sürtünme alanının artması sağlanmaya çalışılmıştır. Bu ise önemli bir işçiliği beraberinde getirmektedir. (Dalma erozyon tezgahında dalınması, bakır elektrot hazırlanması vb.) Diğer kumandanın tasarımında ise böyle bir yola gidilmemiştir. Çünkü geometrik olarak elin şeklini alan bu kumandanın elden düşürülme ihtimali azaltılmıştır.
Oldukça önemli bir husus ise son zamanlarda yeni nesil cep telefonlarında kullanılan yan fonksiyon tuşlarıdır. Bir benzeri, ergonomik olan kumanda üzerine aşağıda görüldüğü gibi uygulanmıştır.
|
|
Resim 24: Yeni fonksiyon tuşları |
Resim 25: Yeni fonksiyon tuşları (ıı) |
Bir televizyon kumandasında en sık kullanılan tuşların PROGRAM ve SES tuşları olduğundan hareketle kumandanın sağ ve sol yanına iki adet tuş eklenmiştir. Bu tuşlardan sol taraftaki ses sağ taraftaki ise program tuşudur. Ayrıca ana gövde üzerinde yine bu tuşlar bulunmaktadır.
6. Termal analiz ve sıcaklık değişimleri:
Sac kalıplarında kesme boşluğu, bükme esnasında oluşan geri esneme ve bükme radyüsleri ile çekme radyüsleri ve derinlikleri ne kadar önemli ise hacim kalıplarının tamamında ise termal genleşmeler ve ısı transferleri de aynı ölçüde bir önem arz etmektedir. Plastik kalıplarında kullanılan malzemelerin ısıl dirençlerinin yüksek olması ve sıcaklık altında kolay şekil değiştirmeleri istenmez, kararlı bir yapıya sahip olmaları istenir. Plastik ürünlerin mümkün olan en az sıcaklık farkları ile basılmaları arzu edilen bir durumdur. Aksi halinde kalıp sıcaklık altında şekil değiştirecek ve kalıpta birbiri ile çalışan parçalar birbirleri ile düzenli bir şekilde çalışmayacak bunun sonucunda kalıptan çıkan ürünlerin ölçüsü verilen tolerans değerleri içerisinde olmayacaktır. Resim 26 ve 27 de uzaktan kumandaların gövde ve çekirdeklerinin termal analizleri görülmektedir.
Resim 26: 1 no'lu kumanda termal analiz
Resim 27: 2 nolu kumanda termal analiz
PP copolymer malzeme kalıplanırken kalıp sıcaklığının 20-70 °C, akışkan sıcaklığının ise 220-280 °C arasında olması istenir. Analiz işlemlerinde kalıp sıcaklığı 50 °C, akışkan sıcaklığı 250 °C ve soğutma suyu sıcaklığı 18 °C alınmıştır. Bu durumda Resim 26 da görülen kalıp çekirdeği ve gövde arasında büyük bir sıcaklık farkı oluşmuştur. Çekirdek sıcaklığı hemen hemen kararlılık göstermekle beraber 240 °C civarında sabit kalabilirken kolon yerlerinde, kilitlemelerde ve kam millerinin olduğu yerlerde bu sıcaklıklar değişken değerler göstermekle beraber 190 °C'ye kadar düşmüştür. Resim 27 deki kalıp çekirdeğinde ve gövdesinde tam tersi bir durum oluşmuştur.
Çekirdek bölgesinde sıcaklık değeri 225 ila 235 °C arasındayken gövde sıcaklığı da bu değerlerdedir. Burç eksenlerinin kalıp boşluğuna yakın olduğu anlaşılmaktadır. Burç eksen yerleri biraz daha dışa doğru çekilebilir. Bu sayede burçların soğuk kalması sağlanabilir. Aksi takdirde ısınmadan ötürü oluşacak genleşme ile burç delikleri genişleyecek ve kalıbın hareketli ve sabit grupları arasında hassas bir merkezleme sağlanamayacaktır.. Ayrıca ısınmadan ötürü malzeme özelliklerini kaybederek kalıbın kapanması durumunda burç ve kolonların bir birini sarma tehlikesi ortaya çıkabilir.
Tartışma ve sonuç:
| |
Kullanımda olan kumanda |
Yeni tasarlanan kumanda |
| Plastik ürün boyutu |
- |
+ |
| Kalıp boyutu |
- |
+ |
| Plastik malzeme ağırlığı |
- |
+ |
| Kalıp malzemesi ağırlığı |
- |
+ |
| Montaj edilebilirlik |
+ |
- |
| Kalıplanabilirlik |
- |
+ |
| Talaşlı imalata uygunluk |
+ |
+ |
| İmalat süresi |
- |
+ |
| Ergonomi, kullanışlılık, yenilik |
- |
+ |
| Termal analiz |
- |
+ |
Tablo 1: Kıyaslama tablosu
Her yeni ürünün başarısının asıl test edileceği yer piyasadır. Ürün yaygın olarak üretilmeye başlanmadan önce pazarda test edilmeli ve gerekirse değişiklikler yapılmak üzere sürecin ilk aşamalarına geri dönülmelidir.
Şekil 1: İnovasyon hunisi [1]
Yeni ürün geliştirme süreci bir huni gibi görülebilir: Sayısız yeni fikirle başlayan süreçte, bu fikirlerin hedefler ve eldeki kaynaklar doğrultusunda elimine edilmesiyle odak noktası giderek daraltılır ve sonuçta pazara sunulan bir yeni ürün (veya servis) ortaya çıkar. Şekilde görülmekte olan inovasyon hunisi her zaman göz önünde bulundurulmalıdır.
Tasarım kriterleri bir ürünün tasarımını önemli bir ölçüde etkilemektedir. Ergonomik olarak mükemmele yakın bir ürün tasarlanabilir ancak talaşlı imalata ya da kalıplanabilirliğe uygun değil ise hayata aktarılamayacaktır. Ya da kalıplanabilirliğe uygun olduğunda eldeki teknoloji yeterli değilse örneğin bir 5 eksen CNC freze ya da kalıbın ebadına göre bir pres makinesi yoksa yine tasarım hayata geçemeyecektir. Unutulmamalıdır ki günümüz teknoloji çağıdır ve sadece kaliteli parça imal etmek yeterli değildir. Kaliteli, hızlı, ergonomik ve güvenilir parçaları minimum maliyetlerle piyasaya süren firmalar faaliyetlerini sürdürmeye devam edebileceklerdir.
Kaynaklar:
1. Dr. Evrim Didem Güneş, İnovasyon yönetimi; Yeni ürün geliştirme süreçlerine giriş, 2006
www.TurkCADCAM.net/rapor/inovasyon-urge
2. Sami Ergüney, Çetin Karataş, Süleyman Sarıtaş, Ticari plastiklerin kalıpta akış boylarının incelenmesi, 2005
3. SECO Takım seçim katalogu, 2005
4. Doç Dr. Fethi Halıcı, Uzm. Mehmet Gündüz, Örneklerle ısı geçişi, 2001
5. Ahmet Barış Kuldaşlı, Plastik enjeksiyon simülasyonu, 2006
6. Prof Dr. Yusuf Şahin, Talaş Kaldırma prensipleri 1. cilt, 2003
Uzaktan kumandanın tarihçesi:
|
