Tools and methods based on knowledge elicitation to support engineering design

Successful companies are those that have been able to improve human resources and that have created particular conditions to evolve and develop knowledge and know-how. This doesn’t happen by chance but begins when companies realize that knowledge is the greatest richness. These considerations are increasingly necessary when considering the evolution of the occidental economy and the difficulty to satisfy the increate of consumer’s demanding for lesser quantities of products but much more customizable. The challenge for Italian engineering enterprises is to sell quality products continuing to develop innovative solutions quickly, and keeping costs down. To win they have to invest in the most important part of an industrial companies: the design process, in order to ensure the future of the same company with dedicated strategies for innovation and technology. There isn’t a guide about optimization of a type of design, but there are many alternatives both commercial and customized to engineering and automatize the process of industrial design. In particular, within this research thesis has been analysed the state of the art on Knowledge Based Systems and their implementation issues. A deep analysis on the Knowledge Elicitation has been required to capture and then to formalize not only explicit knowledge but also the implicit and tacit one. With great care it has been generalized the typical design flow in order to find the critical points and to establish the bases on the introduction of improvement process. Three different levels of design methodologies have been proposed, one for each degree of automation. The basic level of automated design is based on the designer experience in which the same designers have a good level of engineering skills and basic computer skills through which they can develop little tools such as features libraries or customized tables variables to reduce repetitive tasks in the planning stage. Moving to a higher level of automation, the intermediate one, engineering skills of the designer must be more because the design is based on virtual prototyping, so on engineering use of commercial applications that automate calculations for the rapid physical assessment of the product. At the upper of automation, design is completely based on business knowledge implemented on dedicated software applications; then, in addition to engineering expertise, other skills are required on object- oriented programming and in particular expertise on the programming interfaces provided by many engineering software. Formulating the methodology of this thesis, many enterprises located in the region of Marche have been followed; however for the discussion only two of the most significant applicative examples have been reported. In the first test case a working methodology based on virtual prototyping has been evaluated and implemented, in the second case knowledge has been thoroughly formalized in order to realize a software application dedicated to the specific requirements of the designers.

Le aziende di successo sono quelle che hanno saputo valorizzare le risorse umane e che hanno creato soprattutto le condizioni perché la conoscenza ed il know-how presente potesse evolvere e svilupparsi. Ciò non avviene per caso ma solo nel momento in cui si capisce che la conoscenza è la più grande ricchezza di un’impresa. Queste considerazioni sono sempre più necessarie se si considera l’evoluzione dell’economia occidentale e la difficoltà di accontentare il sempre più esigente consumatore finale che ricerca prodotti in poche quantità più ridotte ma sempre più personalizzabili. La sfida per le aziende meccaniche italiane è quella di commercializzare prodotti di qualità ma continuando a sviluppare soluzioni innovative in tempi rapidi e contenendo i costi. Per vincere bisogna investire sulla parte più importante di un azienda: la progettazione, al fine di assicurare il futuro all’impresa stessa tramite strategie dedicate all’innovazione ed alla tecnologia. Non esiste un manuale in grado di guidare l’ottimizzazione di una tipologia di progettazione, esistono però molte alternative sia commerciali che personalizzate per ingegnerizzare ed automatizzare il processo di progettazione industriale. In particolare, all’interno di questa tesi è stato analizzato lo stato dell’arte sui sistemi Knowledge Based e sui loro aspetti implementativi. Una profonda analisi sul Knowledge Elicitation è stata richiesta per poter catturare e poi formalizzare non solo la conoscenza esplicita ma anche quella implicita e tacita. Con molta accuratezza è stato generalizzato il tipico flusso di progettazione al fine di trovare le criticità e poter fondare le basi sull’introduzione di procedimenti migliorativi. Sono stati proposti tre diversi livelli di metodologie di progettazione, uno per ogni grado di automazione. Il livello base di progettazione automatizzata è il livello della progettazione basata sull’esperienza in cui i progettisti hanno un buon livello di competenze ingegneristiche e conoscenze informatiche basilari tramite le quali poter implementare piccoli strumenti di lavoro come librerie di features oppure tabelle di variabili personalizzate per ridurre le operazioni ripetitive in fase di progettazione. Passando ad un livello di automazione maggiore, quello intermedio, le conoscenze ingegneristiche del progettista devono essere maggiori perché la progettazione è basata sulla prototipazione virtuale, quindi sull’uso ingegneristico di applicativi commerciali in grado di automatizzare calcoli per la valutazione rapida delle prestazioni fisiche del prodotto. Al livello più automatizzato corrisponde una progettazione completamente basata sulla conoscenza aziendale implementata su applicativi software dedicati; quindi, in aggiunta alla competenza ingegneristica, sono richieste altre competenze riguardanti la programmazione ad oggetti ed in particolare conoscenze specifiche sulle interfacce di programmazione messe a disposizione da molti software ingegneristici. Per poter formulare l’approccio metodologico di questa tesi sono state seguite da vicino molte aziende localizzate nella regione Marche, tuttavia ai fini della trattazione sono stati riportati solo due degli esempi più significativi. Mentre nel primo caso applicativo si è valutata e realizzata una metodologia di lavoro basata sulla prototipazione virtuale, nel secondo caso si è accuratamente formalizzata la conoscenza al fine di realizzare un applicativo software dedicato alle specifiche richieste dei progettisti.