doktorska disertacija model inteligentne podpore pri ... · fakulteta za strojništvo, univerza v...

Doktorska disertacija

MODEL INTELIGENTNE PODPORE PRI

ERGONOMSKEM IN ESTETSKEM

RAZVOJU IZDELKOV

julij, 2011 Avtor: mag. Jasmin Kaljun

Mentor: izr. prof. dr. Bojan Dolšak

Somentor: izr. prof. Vojmir Pogačar

Avtor: mag. Jasmin KALJUN, univ. dipl. inţ. str.

Naslov: Model inteligentne podpore pri ergonomskem in

estetskem razvoju izdelkov

Klasifikacija UDK: 658.512.2:004.8(043.3)

Mentor: izr. prof. dr. Bojan DOLŠAK, univ. dipl. inţ. str

Somentor: izr. prod. Vojmir POGAČAR, akad. slik.

Ključne besede: ergonomija, estetika, inţenirsko oblikovanje, inteligentni

sistem, ročna orodja, koncipiranje

Oblikovanje in prelom: mag. Jasmin KALJUN, univ. dipl. inţ. str.

Lektoriranje: Mojca Plaznik, prof. sjk

Število izvodov: 6

Tisk: Fakulteta za strojništvo, Univerza v Mariboru

Izdaja: 1

Fakulteta za strojništvo, Univerza v Mariboru Doktorska disertacija

- i -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Bojanu Dolšaku in somentorju izr.prof. Vojku Pogačarju, akad. slikarju za pomoč in vodenje pri opravljanju podiplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi mojima Klavdiji in Oskarju za podporo in potrpežljivost.

Zahvala velja tudi staršem, družini in vsem tistim, ki so mi v času študija stali ob strani.


- ii -

MODEL INTELIGENTNE PODPORE PRI ERGONOMSKEM IN ESTETSKEM RAZVOJU IZDELKOV

Ključne besede: ergonomija, estetika, inženirsko oblikovanje, inteligentni sistem, ročna orodja, koncipiranje

UDK: 658.512.2:004.8(043.3)

POVZETEK

Vsak izdelek, ki ga neko podjetje ponudi na trgu, mora zadovoljiti neko potrebo. Izdelek

opravlja svojo glavno funkcijo v tehničnem smislu, hkrati pa mora zagotavljati tako uporabo,

ki bo uporabniku nudila ugodje. V nasprotnem primeru, izdelek na trgu ne bo uspešen, kar

so pokazale številne raziskave, nekatere omenjene tudi v tem delu. Na ugodje uporabnika

vplivajo različni dejavniki, vsekakor pa sta to tako ergonomija kot tudi dojemanje oblike

izdelka, njegove lepote, to je estetika izdelka.

To je področje, ki ga obravnava pričujoča doktorska disertacija. Izsledki raziskav so

namenjeni snovalcem novih izdelkov, ki bodo ob uporabi predlaganega modela inteligentne

podpore v obliki izdelka lažje zajeli tako fiziološke karakteristike uporabnika, kot tudi njegove

čustvene preference. Ob teoretičnem delu raziskav, katerih rezultat je zbrano in evidentirano

znanje s problemskih področij, predložena doktorska disertacija obravnavna še

sistematizacijo, formalizacijo in strukturiranje v obliki ontologije, katere osnovni model je bil

razvit. Na osnovi zbranega znanja, pa je v jedru predstavljen model inteligentne podpore pri

ergonomskem in estetskem razvoju izdelkov, katerega uporabnost je potrjena s praktičnimi

testiranji.

V zaključku strjene misli kratko povzemajo namen in pomen raziskovalnega dela, hkrati pa

odpirajo nova vprašanja, ki nakazujejo nadaljnje znanstveno-raziskovalno delo na tem

področju in obetajo izboljšanje že doseženih rezultatov.


- iii -

INTELLIGENT SUPPORT MODEL FOR ERGONOMIC AND AESTHETIC PRODUCT DEVELOPEMENT

Key words: ergonomics, aesthetics, product design, intelligent system, hand tools, concept design

UDK: 658.512.2:004.8(043.3)

ABSTRACT

Any product on the market must fulfil users’ needs. The product has to perform its main

function in a technical sense, while ensuring usage which will provide user with comfort.

Otherwise, as demonstrated by numerous studies, the product is not successful on the

market. The comfort of the user depends on various factors, among them ergonomics as the

perception of product design, its beauty, the aesthetics of the product.

This is an area covered by the presented doctoral dissertation. Research results are intended

for designers of new products that will be using the proposed model of intelligent support to

establish the design of the product with emphasise on both, the physiological characteristics

of the user, as well as his/her emotional preference. After the theoretical part of research that

resulted in accumulated and recorded knowledge in problem areas, doctoral dissertation

contributes to the systematization, formalization and structuring of domain knowledge in

the form of ontology, where the basic model has been developed. Based on the accumulated

knowledge, the dissertation in its heart presents a model of intelligent support for ergonomic

and aesthetic development of products, whose usefulness is confirmed by practical tests.

In conclusion, the purpose and importance of research work is summarized, while awaking

new questions, suggesting further research work in this area and promise to improve already

achieved results.


- iv -

MODEL INTELIGENTNE PODRŠKE ERGONOMSKOM I

ESTETSKOM RAZVOJU PROIZVODA

Ključne riječi: ergonomija, estetika, inženjerski dizajn, inteligentni sustavi, električni alati, koncipiranje

UDK: 658.512.2:004.8(043.3)

SAŢETAK

Svaki proizvod na tržištu mora ispunjavati potrebe korisnika. Proizvod mora obavljati svoju

glavnu funkciju u tehničkom smislu, dok se osigurava korištenje koje će osigurati korisniku

udobnost. Inače, kao što je pokazano brojnim studijama, proizvod nije uspješan na tržištu.

Udobnost korisnika ovisi o različitim čimbenicima, među njima ergonomiji, ali i percepciji

dizajna proizvoda, njegovi ljepoti, estetici proizvoda.

To je područje koje obuhvata predložena doktorska disertacija. Rezultati istraživanja su

namijenjeni dizajnerima (konstruktorima) novih proizvoda koji će se koristiti predloženom

modelu inteligentne podrške dizajna proizvoda s naglaskom na fiziološkim karakteristikama

korisnika, kao i njegovoj emocionalnoj sklonosti. Nakon teoretskog dijela istraživanja koje je

rezultiralo u sabranom i evidentiranom znanju iz ovlasti ergonomije i estetike u dizajnu,

doktorska disertacija doprinosi sistematizaciju, formalizaciju i strukturiranje znanja u obliku

modela ontologije. Na temelju znanja akumuliranog u modelu ontologije, disertacija u

njenom srcu predstavlja model inteligentne podrške za ergonomski i estetski razvoj

proizvoda, čija se korisnost potvrđuje praktičnim testovima.

U zaključku, sažete misli odražavaju svrhu i važnost istraživačkog rada, a u isto vrijeme

bude nova pitanja, što upućuje na daljnji istraživački rad na ovom području, kako bi se

postiglo poboljšanje već postignutih rezultata.


- v -

KAZALO VSEBINE

1 UVOD _________________________________________________________ 1

1.1 Ali je razvojna ekipa velik strošek? ___________________________________ 1

1.2 Teza doktorske disertacije __________________________________________ 3

1.3 Cilj doktorske disertacije ___________________________________________ 5

1.4 Pričakovani izvirni znanstveni prispevki ______________________________ 6

1.5 Metodologija raziskovanja __________________________________________ 7

1.6 Predpostavke in morebitne omejitve __________________________________ 8

1.7 Definiranje znanstvenega področja ___________________________________ 9

1.8 Pregled relevantne literature in virov z aktualnega področja ____________ 11

2 TEMELJNE RAZISKAVE PROBLEMSKIH PODROČIJ ______________ 13

2.1 Inženirsko oblikovanje izdelkov ____________________________________ 13

2.2 Ugodje ali neugodje _______________________________________________ 14

2.3 Ergonomija _____________________________________________________ 15

2.3.1 Antropometrija in biomehanika ___________________________________________ 17

2.3.2 Statična antropometrija _________________________________________________ 19

2.3.3 Dinamična antropometrija _______________________________________________ 20

2.3.4 Biomehanika _________________________________________________________ 21

2.4 Ergonomija izdelkov ______________________________________________ 22

2.4.1 Vplivna področja ______________________________________________________ 25

2.5 Cilji ergonomije __________________________________________________ 26

2.6 Estetika _________________________________________________________ 26

2.6.1 Zgodovina in razvoj ____________________________________________________ 27

2.6.2 Obravnava estetike v pričujočem delu ______________________________________ 28

2.6.3 Teorija estetike v oblikovanju ____________________________________________ 28

2.6.4 Vpliv estetike na razvoj izdelka ___________________________________________ 30

2.7 Estetski parametri ________________________________________________ 32

2.8 Cilji estetike v oblikovanju _________________________________________ 34

2.9 Računalniška orodja v ergonomskem in estetskem oblikovanju __________ 35


- vi -

2.9.1 Analize ergonomske in estetske ustreznosti __________________________________ 35

2.9.2 Uporaba računalniških orodij _____________________________________________ 36

2.10 Inteligentna podpora pri razvoju izdelkov ____________________________ 38

2.10.1 Razvoj ekspertnega sistema ____________________________________________ 43

2.10.2 Exsys Corvid _______________________________________________________ 44

2.11 Ontologija ______________________________________________________ 45

2.11.1 Elementi ontologije __________________________________________________ 45

2.11.2 Razvoj ontologij ____________________________________________________ 46

2.11.3 Grafični pristop k razvoju ontologije - Hozo _______________________________ 47

3 IZGRADNJA BAZE ZNANJA ____________________________________ 49

3.1 Zajemanje znanja ________________________________________________ 49

3.1.1 Zasnova prototipa ontologije _____________________________________________ 50

3.2 Izgradnja baze znanja_____________________________________________ 52

3.2.1 Oblikovanje in zapis ergonomskih ciljev in priporočil _________________________ 54

3.2.2 Oblikovanje in zapis estetskih priporočil in navodil ___________________________ 60

3.2.3 Oblikovaje korelacij med estetskimi in ergonomskimi podatki ___________________ 64

3.2.4 Zasnova evaluacijskega modula ___________________________________________ 64

4 RAZVOJ MODELA SISTEMA ___________________________________ 66

4.1 Izgradnja delujočega prototipa sistema ______________________________ 67

4.2 Razvoj uporabniškega vmesnika ____________________________________ 68

5 TESTIRANJE SISTEMA ________________________________________ 70

5.1 Testiranje in evaluacija baz znanja __________________________________ 71

5.2 Testiranje delovanja modela _______________________________________ 75

5.2.1 Določitev osnovnih podatkov ____________________________________________ 77

5.2.2 Preizkus modela sistema ________________________________________________ 77

5.3 Analiza rezultatov sistema _________________________________________ 79

6 SKLEP _______________________________________________________ 82

7 LITERATURA IN OSTALI VIRI __________________________________ 85


- vii -

KAZALO SLIK

Slika 1.1 Razvojni cikel izdelka z uporabo inteligentnega svetovalnega sistema ________________ 4

Slika 1.2 Delovni proces z uporabo predlaganega sistema _________________________________ 6

Slika 2.1 Umestitev industrijskega oblikovanja _________________________________________ 14

Slika 2.2 Piramida ugodja oziroma neugodja __________________________________________ 15

Slika 2.3 Interdisciplinarnost ergonomije _____________________________________________ 16

Slika 2.4 Antropometrični merilni inštrumenti - antropometri _____________________________ 18

Slika 2.5 Porazdelitev rezultatov antropometričnih meritev _______________________________ 18

Slika 2.6 Grafična predstavitev podatkov statične antropometrije [21] ______________________ 20

Slika 2.7 Grafična predstavitev podatkov dinamične antropometrije [21] ____________________ 21

Slika 2.8 Kinetična veriga telesnih segmentov [20] ______________________________________ 22

Slika 2.9 Priporočila za oblikovanje ročaja [22] ________________________________________ 24

Slika 2.10 Nekatera priporočila v elektroindustriji [21] __________________________________ 25

Slika 2.11 Vplivni faktorji estetskega oblikovanja _______________________________________ 29

Slika 2.12 Želena tehnična in estetska vrednost pri posameznih izdelkih [9] __________________ 31

Slika 2.13 Vpliv na estetsko vrednost v fazah razvoja izdelka po VDI 2222 [23] _______________ 32

Slika 2.14 Elementi objektivnih faktorjev estetike _______________________________________ 34

Slika 2.15 Samostojna ergonomska CAD orodja [24] ____________________________________ 38

Slika 2.16 Združljiva ergonomska CAD orodja [24] _____________________________________ 38

Slika 3.1 Osnovna struktura ontologije _______________________________________________ 50

Slika 3.2 Izsek iz drevesa razredov ontologije __________________________________________ 51

Slika 3.3 Grafična predstavitev dela ontologije v programskem okolju Hozo __________________ 52

Slika 3.4 Definiranje tipa ročaja _____________________________________________________ 57

Slika 3.5 Definiranje vrste oprijema __________________________________________________ 58

Slika 3.6 Antropometrični podatki za "močni oprijem" __________________________________ 59

Slika 4.1 Arhitektura predlaganega inteligentnega sistema _______________________________ 67

Slika 4.2 Vstopni portal sistema OSCAR ______________________________________________ 69

Slika 5.1 Rezultat uporabe oblikovalskih priporočil _____________________________________ 73

Slika 5.2 Implementacija oblikovalskih priporočil _______________________________________ 74

Slika 5.3 Odstoječa rešitev pištole za PU peno (vir: internet) _______________________________ 76

Slika 5.4 Rezultati uporabe sistema - stopnja natančnosti: splošna ergonomija _______________ 78

Slika 5.5 Rezultati uporabe sistema - stopnja natančnosti: kontaktna mesta __________________ 78

Slika 5.6 Rezultati uporabe sistema - stopnja natančnosti: oprijemno mesto __________________ 79

Slika 5.7 Grafična predstavitev priporočila ____________________________________________ 79

Slika 5.8 Korekcija ročaja __________________________________________________________ 80


- viii -

KAZALO TABEL

Tabela 2.1 Pomembnejše veličine statične antropometrije ________________________________ 19

Tabela 2.2 Predstavniki računalniških orodij za ergonomske analize [24] ___________________ 37

Tabela 3.1 Spremenljivke v bazah znanja _____________________________________________ 53

Tabela 5.1 Osnovni parametri ______________________________________________________ 77


- 1 -

1 UVOD

1.1 Ali je razvojna ekipa velik strošek?

Ni ga izdelka, v katerega ne bi bilo vloţenega razvojnega dela. Vse človeške kreacije

so morale skozi neko fazo razvoja. Pristop k razvoju izdelka se je od popolnoma

izkustvenih metod skozi tisočletja razvijal vse do danes. Strokovnjaki, recimo jim

razvojniki, lahko tako z uporabo različnih bolj ali manj naprednih metod razvijajo

izdelke hitro in učinkovito. Pa vendar vsi izdelki niso enako uspešni na trgu, kar je

jasno razvidno v vsakdanjem ţivljenju. Da bi neko podjetje izdelalo in na trgu

ponudilo izdelek, ki bo postal »prodajna uspešnica«, ter tako prinesel ţeleni

dobiček, mora biti izpolnjenih nekaj ključnih pogojev, ki vplivajo na uspešen proces

razvoja novega izdelka.

Ko so se pričele pojavljati prve znanstvene študije razvoja izdelka, so se

osredotočale predvsem na proizvod v razvoju in ne toliko na proces razvoja. Šele v

70-tih letih prejšnjega stoletja se je osredotočenost razširila na proučevanje procesa

razvoja novega izdelka [1]. Na podlagi izsledkov iz literature lahko trdimo, da je

razvojni proces novega izdelka tipično organiziran kot projekt, ki ga sestavljajo tri

komponente:

učinkovitost izdelka,

hitrost prihoda na trg in

razvojni stroški.

Predvsem od strategije podjetja in ciljev, ki jih z razvojem novega izdelka ţelijo

podjetja doseči, je odvisno, kateri zmed teh treh komponent se bodo v razvojnem

procesu posvetili. [2, 3].


- 2 -

Tipične lastnosti (specifikacijo) novega izdelka, imenujmo jih »Opredelitev naročila

razvoju« običajno definira marketinški oddelek v podjetju [4]. Opredelitev naročila

razvoju po navadi vključuje karakteristične značilnosti izdelka (v nekaterih primerih

tudi oziraje se na konkurenčne izdelke), ciljni trg in ciljno skupino uporabnikov,

časovni načrt razvoja, ter seveda tudi stroške tako razvoja kot proizvodnje. In ker je

naloga marketinga tudi določanje ciljne skupine uporabnikov (kupcev), marketing

vpliva tudi na sestavo razvojne ekipe. Ekipa mora biti sestavljena tako, da je

sposobna razvojno nalogo uspešno realizirati v zato predvidenem časovnem

okvirju.

Hitrost razvoja oziroma sledenje predvidenemu časovnemu okvirju je pomembno

za preţivetje podjetja [2]. Podjetja se osredotočajo na konkurenčno prednost z

razvijanjem izdelkov v kratkih časovnih obdobjih [5-7]. Hiter razvoj izdelkov

omogoča druţbi, da se hitro odziva na spremembe v konkurenčnem okolju [8]. S

hitrejšim razvojem izdelkov podjetja teh izdelkov ne pošiljajo samo hitreje na trg,

ampak lahko z enako višino razvojnega proračuna razvijejo tudi dodatne izdelke

[5].

Stroški razvojne ekipe so tako lahko kritični za uspeh nekega podjetja [5]. Druţba, ki

porabi manj sredstev kot konkurenti za razvoj novih proizvodov se lahko odloča za

dodaten razvoj ali uporabo prihranjenih sredstev za druge konkurenčne prednosti.

V primeru majhnih in srednjevelikih podjetij (ang.: Small and Medium-size

Enterprises – SME's) je strošek razvojne ekipe še posebej pomemben. Da bi izdelek

dosegel ustrezno stopnjo konkurenčnosti, morajo razvojne ekipe v izdelek vloţiti

določeno znanje. Količina, obseg in ne nazadnje kvaliteta znanja je odvisna od

sestave ekipe, ta pa drastično vpliva na strošek razvoja. Sestava optimalne ekipe, v

kateri bi sodelovali strokovnjaki z vseh vplivnih področij razvoja izdelka,

predstavlja za SME's preveliko obremenitev. Tako so ta podjetja prisiljena sestavljati

ekipo iz strokovnjakov, ki jih imajo na voljo, kar pa zmanjšuje njihovo

konkurenčnost na trgu.

Razvojna ekipa mora tako sprejemati tudi odločitve, glede katerih potrebuje pomoč

strokovnjakov s specifičnih področij. Ko govorimo o razvoju izdelkov oziroma


- 3 -

natančneje o razvoju ročnih orodij, sta taki specifični področji vsaj dve: ergonomija

in estetika. Obe področji imata velik vpliv na odločitev potrošnika o nakupu

oziroma uporabi določenega izdelka. Ker ti dve področji obsegata tudi

karakteristike izdelka, ki jih potencialni kupec najprej opazi, vsekakor spadata med

najbolj pomembne faktorje v razvoju izdelka.

Glede na vprašanje, ki smo si ga zastavili v naslovu tega poglavja, lahko ugotovimo,

da razvojna ekipa predstavlja ključen element za uspeh izdelka na trgu. Sestava

razvojne ekipa pa je vsaj v primeru SME's pogojena predvsem z razvojnim

proračunom.

1.2 Teza doktorske disertacije

Danes se z razvojem novih izdelkov ukvarjajo mnoga uspešna proizvodna podjetja.

Vsak nov izdelek je izpostavljen konkurenčni “bitki” na trţišču, kjer so lahko

uspešni le optimalno oblikovani izdelki.

Nekateri oblikovni vidiki izdelka, kot sta estetika in ergonomija, ki so bili v

preteklosti velikokrat neupravičeno zapostavljeni v primerjavi s funkcionalno in

ekonomično učinkovitostjo novega proizvoda, postajajo dandanes vse bolj

nepogrešljivi. Oblikovalci in konstrukterji (v nadaljevanju oblikovalci) se srečujejo z

različnimi dilemami glede oblike (estetike) in v povezavi z njo tudi ergonomije

izdelka, kar jih mnogokrat sili v različne kompromise. Da bi bili ti kompromisi

optimalni, morajo oblikovalci poznati tako področje ergonomije kot tudi estetike

oziroma mora pri razvoju izdelka sodelovati ekipa strokovnjakov različnih profilov,

katerih naloga je predvsem nudenje ekspertne pomoči.

Zaradi kompleksnosti in subjektivnosti predvsem področja estetskega oblikovanja

raziskovalci niso poskušali uvajati metod umetne inteligence na ti dve področji. Ob

pravilni zasnovi zapisa znanja je uporaba metod umetne inteligence moţna, tako na

področju svatovanja oblikovalcu, kakor tudi na področju evaluacije oblike.

Ker pa trenutno tovrstni sistemi ne obstajajo, v okviru nadaljnjega dela na tem

področju predlagamo razvoj modela inteligentnega svetovalnega sistema z


- 4 -

ekspertnim znanjem s področij ergonomije in estetike. Predlagani model sistema

bosta sestavljala dva podsistema oziroma modula, in sicer:

inteligentni modul za ergonomsko oblikovanje,

inteligentni modul za estetsko oblikovanje.

Taka zasnova sistema bo omogočala samostojno uporabo posameznega podsistema,

ob uporabi obeh modulov hkrati, pa bo sistem kot končno rešitev predlagal

optimalno kombinacijo rešitev obeh podsistemov.

Z uporabo predlaganega inteligentnega sistema bo razvojni cikel nekega izdelka

potekal tako, kot je prikazano na sliki 1.1.

Slika 1.1 Razvojni cikel izdelka z uporabo inteligentnega svetovalnega sistema


- 5 -

1.3 Cilj doktorske disertacije

Primarni cilj je zbrati, urediti in sistematizirati znanje s področja estetskega in

ergonomskega oblikovanja izdelkov, na podlagi tako zbranega znanja pa zasnovati

model ontologije problemskega področja. V okviru zbiranja podatkov je potrebno

raziskati tudi koherenco med estetskimi in ergonomskimi parametri.

Sekundarni cilj je na podlagi zbranega znanja zasnovati model sistema za podporo

pri estetskem in ergonomskem oblikovanju z moţnostjo evaluacije estetske

vrednosti na podlagi analize karakterističnih linij izdelka oziroma njegove zasnove.

Tako je sekundarni cilj doktorske disertacije, in z njo povezanih raziskav, razvoj in

izgradnja modela (beta stanje) inteligentnega svetovalnega sistema za pomoč pri

estetskem in ergonomskem oblikovanju, ki naj omogoči hitrejši, kakovostnejši in

učinkovitejši razvoj novih izdelkov, tudi s strani manj izkušenih uporabnikov.

Dejstvo je, da je ekspertno znanje v veliki večini primerov potrebno, zaradi česar bo

predlagani sistem znatno pripomogel pri razvoju novih in preoblikovanju obstoječih

proizvodov. Sistem bo moral ponuditi strokovno – ekspertno pomoč med

ergonomsko in estetsko fazo oblikovanja proizvoda. Glede na to, da se estetske in

ergonomske lastnosti proizvoda običajno določajo ţe v zgodnjih razvojnih fazah, bo

moral biti predlagani sistem sposoben nuditi pomoč tudi z minimalnimi vhodnimi

podatki.

Naša vizija procesa estetskega in ergonomskega oblikovanja, podprtega s

predlaganim inteligentnim sistemom, je predstavljena na sliki 1.2. Predvidevamo,

da bo razvojni proces potekal podobno kot konvencionalni. Prvo večjo razliko v

primerjavi s konvencionalnimi procesi lahko zasledimo v fazi idejne zasnove, kjer je

predlagani sistem ţe uporabljen z namenom izboljšanja estetske in ergonomske

vrednosti obravnavane zasnove.


- 6 -

Slika 1.2 Delovni proces z uporabo predlaganega sistema

1.4 Pričakovani izvirni znanstveni prispevki

Glede na zbrane podatke o trenutnem stanju raziskovalnega področja, predstavljajo

rezultati predlaganih raziskav v okviru doktorske disertacije izvirne znanstvene

prispevke v teoriji in praksi na naslednjih področjih:

Razvit bo model ontologije problemskega področja.

Izkušnje in znanje s problemskih področij bo zbrano na enem mestu, urejeno in

sistematizirano.

Medtem ko so ergonomska priporočila in navodila v veliki meri zbrana

v različnih virih (standardi, priročniki), na področju estetskega

oblikovanja ni zaslediti uporabnih pripomočkov. Računalniških zbirk

ergonomskih in estetskih priporočil oziroma navodil prav tako ni moč

zaslediti.

Zbrani, urjeni in sistematizirani zbirki znanja bo dodana ontološka organizacija,

ki bo omogočala širok spekter nadaljnjega razvoja.

Raziskana bo koherenca estetike in ergonomije pri razvoju izdelka.

Moţno je odkritje novih spoznanj in zakonitosti, ki so bile do sedaj

prikrite.


- 7 -

Ergonomija se običajno obravnava kot samostojen kriterij pri razvoju

izdelkov. Estetika največkrat nima neposrednega vpliva na ergonomijo.

Raziskava bo nakazala moţnosti sočasnega določanja estetske in

ergonomske karakteristike izdelka.

V referenčni literaturi ni moč zaslediti predstavitve korelacij med

estetskimi in ergonomskimi priporočili v oblikovanju.

Zasnovan bo model podpore določevanja ergonomskih in estetskih karakteristik

v konceptni fazi razvoja izdelka.

Omogočena bo možnost evaluacije ergonomske in estetske vrednosti izdelka na podlagi

analize karakterističnih linij.

Trenutno ni na voljo orodja, ki bi oblikovalca, ki je lahko tudi neizkušen,

vodil skozi postopek ergonomskega in estetskega oblikovanja z

moţnostjo razlage.

Ocena estetske ustreznosti je do sedaj predvsem subjektivna – odvisna

od ocenjevalca. V okviru doktorske disertacije bo razvit model ocene

estetske vrednosti, ki bo temeljil na objektivnih estetskih faktorjih.

1.5 Metodologija raziskovanja

Glede na cilje doktorske disertacije in trenutno stanje na področju raziskave, bo

obsegal program dela naslednje naloge:

NALOGA 1: Analiza stanja problemskega področja

V uvodni fazi bo potrebno pregledati in analizirati trenutno razvojno

stanje na področju ergonomskega in estetskega oblikovanja, pri čemer se

bo potrebno osredotočiti na uporabo umetne inteligence na omenjenih

področjih. Poiskati, pripraviti in urediti bo potrebno vire, iz katerih se bo

zajemalo ekspertno znanje z obravnavanih področij.

NALOGA 2: Zapis oblikovalskih priporočil skupaj z ustreznimi parametri,

izgradnja baze znanja in razvoj modela ontologije

Pregledati je potrebno relevantno literaturo s področja estetskega in

ergonomskega oblikovanja, izvesti intervjuje z eksperti na posameznih


- 8 -

področjih in zbrati ustrezne podatke. Naslednji korak je smiselna

ureditev posameznih podatkov in oblikovanje ustreznih oblikovalskih

priporočil. Sledi izgradnja dveh ločenih baz znanja.

NALOGA 3: Razvoj modela svetovalnega sistema

Na podlagi pripravljenih podatkov, zbranih v bazah znanj, izkustvenih

pravil in priporočil iz literature je potrebno tvoriti ustrezna pravila, ki

bodo določala medsebojno odvisnost obeh podsistemov. Na podlagi teh

pravil je potrebno zgraditi in v ustreznem programskem okolju

definirati prototip mehanizma sklepanja, ki bo omogočal učinkovito

uporabo zapisanega znanja in podatkov za ustrezno podporo

neizkušenim uporabnikom.

NALOGA 4: Razvoj modela evaluacije ergonomske estetske vrednosti izdelka

Na podlagi zbranih podatkov in priporočil je potrebno zasnovati in

zapisati ustrezen model za oceno ergonomske in estetske vrednosti

izdelka. V okviru modela bo potrebno raziskati moţnosti razvoja

računalniškega orodja z moţnostjo samodejne evaluacije in svetovanja

uporabniku na podlagi rezultatov evaluacije.

1.6 Predpostavke in morebitne omejitve

Razvoj inteligentnega svetovalnega sistema za pomoč pri estetskem in

ergonomskem oblikovanju predvideva zajemanje znanja, izkušenj in s standardi

določenih predpisov, ki urejajo področje ergonomije in estetike.

Ker je kakovost inteligentnega sistema z ekspertnim znanjem pogojena z zbiranjem

in urejanjem tega znanja, bo potrebno ob študiju razpoloţljive literature vzpostaviti

tudi stik s strokovnjaki s teh dveh področij, ki bodo pripravljeni pri razvoju sistema

tvorno sodelovati.

Zaradi narave področij, ki ju bo sistem pokrival, bo potrebno poiskati korelacije med

njima. Ergonomija, kot relativno »objektivna« veda, bo posredovala natančne

(merljive) podatke, medtem ko bodo podatki s področja estetike bistveno bolj

»subjektivni«. V prvi fazi bo treba izvesti »objektivizacijo« estetskih podatkov, v

nadaljevanju pa te podatke ovrednotiti in jih po potrebi povezati z ergonomskimi.


- 9 -

Ker pa se v praksi pojavljajo tudi primeri, ko se v razvojnem ciklu potrebuje samo

eno izmed obravnavanih področij, bo sistem omogočal tudi samostojno uporabo

posamezne veje.

Skladno s ciljem doktorske disertacije bo rezultat raziskav predstavljal delujoč

prototip (ß-verzija) sistema, ki ga bo mogoče testirati v podjetjih, kakor tudi v

pedagoškem procesu in bo seveda omogočal kasnejše prilagoditve, glede na

izkušnje pri uporabi.

1.7 Definiranje znanstvenega področja

V izogib nejasnostim in morebitnim pomislekom glede znanstvenega področja, ki ga

delo obravnava, naj na tem mestu to področje jasno definiramo.

V proces razvoja izdelka vključujemo predstavljeno disertacijo skozi prizmo

konstrukterja (ang.: designer, mechanical designer, product designer). Konstrukter

je tudi potencialni uporabnik modela inteligentnega sistema. Kot primarni cilj dela

je navedeno zbiranje, sistematiziranje in formuliranje znanja, to je znanja, ki ima

praktično vrednost za konstrukterja.

Dejstvo je, da delo povezuje kontruiranje in inţenirsko oblikovanje izdelkov, kjer se

sreča s posameznimi termini uporabljenimi v oblikovalski stroki. V delu tako

izpostavljamo pomembnost ugodja uporabnika nekega izdelka, kar lahko doseţemo

z ergonomsko ustreznim izdelkom, ki bo uporabniku nudil tudi vizualno

zadovoljstvo. V delu Metodika konstruiranja [9] prof. Hlebanja opisuje smernice za

industrijsko oblikovanje tehničnih elementov, kjer ob popolni funkcionalnosti

izpostavi tudi ergonomsko vrednost izdelka in njegov videz, kar označi s terminom

»estetska vrednost«. Nadalje razlaga, da je čutno dojemanje nekega izdelka, njegovo

dopadljivost, moč povezati z estetiko kot naukom o lepem, ko je prisotno v vseh

zvrsteh umetnosti. Na koncu zaključi, da se industrijsko oblikovanje naslanja na

estetiko in je zato sorodno likovni umetnosti. Iz zapisanega je moč zaslediti, da se

termin »estetika« na področju konstruiranja ne nanaša na splošno teorijo estetike,

kot jo obravnava filozofija, ampak se termin uporablja za ponazoritev pomena

oblike (vizualne komponente) izdelka, pri čemer pridevnik »estetski(a)« opisuje


- 10 -

obliko, ki je sprejemljiva, ugodna, prijetna za trenutnega uporabnika oziroma ciljno

skupino.

V delu tako medsebojno prepletamo naslednje pojme oziroma termine:

razvoj izdelka,

konstruiranje,

inţenirsko (industrijsko) oblikovanje,

ergonomija,

estetika in

ročno orodje.

Vsebinsko smo jih povezali v okviru modela inteligentne podpore, kjer smo z

metodami inţeniringa znanja zbrano in urejeno strokovno znanje sistematizirali in

zapisali v obliki:

modela ontologije in

modela inteligentnega svetovalnega sistema.

Tudi termin »ontologija« in vse z njim povezane termine uporabljamo izključno v

pomenu, ki ga ima na področju informacijskih tehnologij.

Z uporabo termina »estetika« v delu oziroma predhodni raziskavi nikakor nismo

posegali v področje filozofije, saj to na ravni tega dela ni bilo potrebno. Vse

informacije v zvezi z »estetsko« komponento izdelka smo zbrali na podlagi

literature, ki je v delu citirana oziroma je navedena v seznamu virov. Zavedamo se,

da je področje definiranja oblike nekega izdelka odgovorna naloga, zaradi česar smo

ţeleli z raziskovalnim delom in to disertacijo predvsem izpostaviti pomen oblike

oziroma vizualne percepcije izdelka.

Zaključimo lahko, da je primarno znanstveno področje, ki ga delo obravnava

konstruiranje, s katerim se povezujeta tudi področji inţenirskega oblikovanja in

umetne inteligence oziroma inţeniringa znanja na področju informacijskih

tehnologij.


- 11 -

1.8 Pregled relevantne literature in virov z aktualnega

področja

Ker govorimo o relativno širokem problemskem področju, imamo na voljo tudi

mnoţico virov in relevantne literature. Na tem mestu se bomo omejili predvsem na

aktualne objave raziskovalnega dela, na podlagi katerega lahko sklepamo o

ustreznosti in aktualnosti predlaganega problemskega področja.

Optimiranje oblikovalskih rešitev na podlagi inţenirskih atributov je v tem trenutku

relativno vsakdanja praksa. Da bi dosegla čim boljše rezultate na trgu, podjetja

uvajajo v proces optimiranja oblike izdelkov tudi subjektivne atribute, med katerimi

prednjačijo estetika, čustvena privlačnost in izraznost. Ob hkratni uporabi

inţenirskih in psiholoških metod pri določanju oblike novega izdelka, lahko

oblikovalci tako ţe v konceptni fazi optimirajo ne samo inţenirske, ampak tudi

subjektivne atribute oblike [10].

Vedno bolj prihaja do izraza tudi korelacija med subjektivnimi atributi oblike in

njenimi ergonomskimi značilnostmi, saj je za uporabnika zelo pomemben tudi

čustven vtis, ki ga nek izdelek pusti. Raziskava [11], ki je bila opravljena med 57

uporabniki ročnih orodij, je pokazala, da se uporabniki glede na izkušenost v osnovi

delijo v 2 skupini: neizkušeni uporabniki v ospredje postavljajo predvsem vizualen

oziroma čustven vtis, medtem ko je za izkušene uporabnike bistveno večjega

pomena funkcionalnost orodja. Obe skupini uporabnikov pa sta identificirali 25

oblikovnih atributov, med katerimi je izstopala karakteristika ročaja, tako oblikovno

kot tudi dimenzijsko.

Oblikovanje izdelkov tako vse bolj predstavlja več-senzorno (vizualno – haptično)

integracijo različnih vplivnih parametrov. Glede na način spoznavanja z izdelkom

(opazovanje slike izdelka, opazovanje fizičnega izdelka, tipanje izdelka, uporaba

izdelka) uporabnik ocenjuje izdelek predvsem čustveno. Razen pri uporabi izdelka

uporabnik namreč nima moţnosti neposrednega testiranja funkcionalnih

karakteristik izdelka. To daje slutiti, da mora oblikovanje običajnih izdelkov široke

potrošnje temeljiti na čustveni pojavnosti izdelka, ki poudari sprejemanje fizičnih

karakteristik interakcije med izdelkom in uporabnikom [12].


- 12 -

Odnosi med ergonomijo in estetiko tako predstavljajo enega ključnih parametrov,

ko bodoči uporabnik izbira nov izdelek na trgu. Čustven odziv, ki ga bodoči

uporabnik doţivi ob opazovanju oziroma uporabi nekega izdelka, vpliva tudi in

predvsem na fizično počutje ob uporabi izdelka. Ustrezno usklajevanje

ergonomskih in estetskih značilnosti oblike vodi do novih rešitev, ki lahko drastično

vplivajo na uspešnost izdelka na trgu [13, 14].

Stopnjo ugodja oziroma neugodja pri uporabi nekega izdelka, ki je za uspeh nekega

izdelka ključnega pomena, lahko opišemo s šestimi karakterističnimi faktorji, ki so:

funkcionalnost, poloţaj telesa in mišic, draţenje in bolečina v roki, draţenje dlani ter

estetika. Te faktorje lahko zdruţimo v tri skupine, in sicer: funkcionalnost, fizična

ustreznost in vizualna sprejemljivost. Ob primerljivi funkcionalnosti skupine

izdelkov uporabnik tako ocenjuje predvsem fizično ustreznost izdelka (občutenja ob

uporabi izdelka) in seveda njegovo vizualno sprejemljivost, ki lahko velikokrat

nepričakovano predstavlja vir neugodja, ki ga uporabnik teţko odkrije [15].

Predstavljena znanstvena dela so tesno povezana s predlaganim raziskovalnim

področjem, hkrati pa nobeno izmed teh del ne obravnava ergonomije in estetike

skozi prizmo inteligentne podpore oblikovalcu v konceptni fazi razvoja izdelkov.


- 13 -

2 TEMELJNE RAZISKAVE PROBLEMSKIH PODROČIJ

2.1 Inženirsko oblikovanje izdelkov

Na oblikovanje seveda vpliva vrsta dejavnikov, ki bi jih lahko razdelili v tri glavne

skupine [16]:

tehnični dejavniki, ki zajemajo zahtevane in ţelene lastnosti oblikovanega

predmeta, postopke izdelave ter lastnosti materialov. Ti dejavniki se v večini

primerov upoštevajo ţe v postopku konstruiranja mehanizma in strukture

predmeta, v postopku oblikovanja pa se večinoma samo prilagajajo določenim

drugim zahtevam.

ergonomski dejavniki, ki predstavljajo ene najpomembnejših dejavnikov, ki

dejansko poskrbijo za uresničevanje teze »oblikovanje za človeka«. Upoštevati

jih je potrebno ţe v postopku konstruiranja mehanizma, oblikovalec pa mora

upoštevati vsa priporočila in predmet oblikovati tako, da bo ustrezal

predpisanim ergonomskim standardom.

estetski dejavniki, ki ostajajo predvsem v domeni oblikovalca, ki mora na

podlagi raziskave predmeta, uporabnikov in okolja v katerem se bo predmet

uporabljal, izbrati pravilne estetske kriterije in jih potem aplicirati na samem

predmetu.

Inţenirsko (industrijsko) oblikovanje je smiselno umestiti med zvrsti oblikovanja,

kjer se vidijo medsebojne povezave med posameznimi zvrstmi in njihova

soodvisnost. Iz slike 2.1 je razvidno, da je industrijsko oblikovanje s strojniškega

vidika tesno povezano s konstrukterstvom, kar posledično pomeni, da morata

konstrukter in oblikovalec tesno sodelovati skozi celoten proces razvoja nekega

izdelka in tako skupaj določevati predvsem tehnične in ergonomske lastnosti


- 14 -

izdelka. Hkrati pa se inţenirsko (industrijsko) oblikovanje dotika tudi grafičnega

oblikovanja, ki pa ima ključno vlogo pri postavljanju predvsem estetskih lastnosti

izdelka.

Slika 2.1 Umestitev industrijskega oblikovanja

2.2 Ugodje ali neugodje

Načeloma velja, da je nek predmet uporaben, če je sposoben zagotavljati glavno

funkcijo, za katero je namenjen. Pomembno pa je tudi, in tega se vse bolj zavedamo,

počutje uporabnika (upravljavca). Uporabnik je namreč tisti, ki mora nek predmet

uporabljati skozi celotno ţivljenjsko obdobje predmeta. Da bo nabava predmeta

upravičena, se mora le-ta »amortizirati«. Tukaj pa se pojavi vprašanje počutja

uporabnika, ki glede na svoje subjektivno sprejemanje predmeta ob uporabi čuti

ugodje ali pa neugodje.

Jasno je, da povprečen človek išče ugodje, hkrati pa poskuša iz svoje okolice

odstraniti vzroke neugodja. Tako se lahko seveda strinjamo, da predmeti oziroma

orodja, ki pri uporabniku povzročajo občutek neugodja, ne spadajo rano v skupino

njegovih najljubših.


- 15 -

Določeno stopnjo ugodja pri uporabniku doseţemo ţe z zanesljivim zagotavljanjem

glavne funkcije predmeta, kljub temu pa to ni edini kriterij. V psihologiji je bilo

izvedenih več raziskav na področju ugodja oziroma neugodja [17]. Na podlagi

izsledkov teh raziskav lahko sestavimo skico, ki predstavlja vplivne faktorje ugodja

oziroma neugodja (Slika 2.2).

Slika 2.2 Piramida ugodja oziroma neugodja

(slika je povzeta po [18])

Raziskave [18] so pokazale, da na ugodje ob zagotavljanju glavne funkcije najbolj

vplivajo lastnosti predmeta, ki jih uporabnik zaznava s svojimi čutili, in to v

vrstnem redu, kjer je na prvem mestu vonj, šele na koncu pa antropometrija.

Uporabnik je z nekim predmetom zadovoljen šele takrat, ko mu predstavljene

lastnosti predmeta ne povzročajo neugodja. In ravno to je razlog, zaradi katerega se

je ergonomiji in estetiki izdelka smiselno podrobneje posvetiti.

2.3 Ergonomija

Ergonomija je celota uporabnih znanj o skladnosti človekovih telesnih in duševnih

zmoţnosti z delovnim in ţivljenjskim okoljem. Kot interdisciplinarna dejavnost je

sinteza bioloških, druţboslovnih in tehniških ved (slika 2.3). Izhajajoč iz teh znanj

eksperimentalno snuje človeku prijetnejše pogoje za ţivljenje doma, na delovnem

mestu in pri rekreaciji [19].


- 16 -

Slika 2.3 Interdisciplinarnost ergonomije

Seveda pa ergonomija sama po sebi še ne predstavlja zaključenega procesa

oblikovanja nekega proizvoda, ampak je del celote, ki jo predstavljamo pod imenom

industrijsko oziroma inţenirsko oblikovanje. Ena izmed (mnogih) definicij

industrijskega oziroma inţenirskega oblikovanja tako pravi, da je oblikovanje

določanje oblikovnih kvalitet in odnosov industrijsko proizvedenih predmetov,

sklopov, sistemov in naprav, z zadovoljevanjem pogojev proizvodnje, distribucije,

estetike, funkcionalnosti ter ergonomije s pomočjo interdisciplinarne metodologije.

Ergonomija vsekakor spada med vede, ki imajo pri nastajanju novega ali pri

spreminjanju (angl: re-design) starega izdelka relativno velik vpliv. Eno izmed načel

oblikovanja namreč pravi, da naj bo oblikovanje v sluţbi človeka.


- 17 -

Angleški psiholog K. F. H. Murell [16] je v eni svojih knjig zapisal, da naj se

postopek oblikovanja prične pri človeku. Ţal pa je danes takih primerov razmeroma

malo. Večinoma se naprave, stroji, predmeti in ostali tehnični sistemi najprej

oblikujejo, človek pa je nato tisti, ki se jim mora prilagajati.

Če govorimo o ergonomiji v povezovanju z oblikovanjem, lahko rečemo, da je

oblikovanje kulturološka disciplina, katere cilj je analiza in kreiranje kulturnih in

druţbenih odnosov, ki se v obliki predmeta realizirajo, ergonomija pa kot

znanstvena disciplina obliko postavlja v neke dimenzijsko – oblikovne normative, s

čimer obliko dopolnjuje s poznavanjem človeka kot biološkega bitja. Ergonomija

tako skrbi za to, da oblikovalec dejansko oblikuje nek predmet »po meri« človeka in

tako omogoči čim laţje, prijetnejše in tudi bolj zdravo upravljanje z njim.

2.3.1 Antropometrija in biomehanika

Vsakemu predmetu, ki ga oblikovalec oblikuje, mora določiti tudi ustrezne

dimenzije. To stori na podlagi antropometričnih podatkov. Antropometrija je veda,

ki se ukvarja z analizo rezultatov meritev človeškega telesa. Za uporabo v

ergonomiji so uporabne statične zlasti pa dinamične meritve, katerih rezultate nato

apliciramo na oblikovan predmet oziroma napravo [20].

Antropometrične meritve izvajamo na določeni ciljni skupini ljudi. To je lahko točno

določena skupina operaterjev neke naprave, ki je manjša in zaključena celota, ali pa

se meritve izvajajo na širšem spektru oseb, običajno gre v takem primeru za neko

generacijo oziroma narodnostno (rasno,…) pripadnost. Seveda je potrebno

poudariti, da so dobljeni podatki razvrščeni v ustrezne skupine glede na starost in

spol merjenih oseb. Podatke, ki jih dobimo z meritvami, pri katerih uporabljamo

posebej za te namene konstruirane naprave (slika 2.4), nato ustrezno statistično

obdelamo, tako da dobimo ustrezne podatke o distribuciji neke merjene veličine.


- 18 -

Slika 2.4 Antropometrični merilni inštrumenti - antropometri

Kadar meritve zajemajo širok spekter oseb, lahko pričakujemo tipično porazdelitev

vrednosti določene merjene veličine v obliki zvona oziroma Gaussove krivulje (slika

2.5). Tako lahko na podlagi pridobljenih in obdelanih podatkov določimo neke

vrednosti določene veličine, za katere lahko rečemo, da so mejne. Mejne vrednosti

nam celotno merjen spekter ljudi razdelijo na tri skupine (slika 2.5):

osebe, ki se nahajajo v prvih 5-ih odstotkih vseh oseb – podpovprečne osebe,

osebe, ki se nahajajo med 5 in 95 odstotkom oseb – povprečne osebe in

osebe, ki se nahajajo v zadnjih 5 odstotkih vseh oseb – nadpovprečne osebe.

Slika 2.5 Porazdelitev rezultatov antropometričnih meritev


- 19 -

Oblikovalec pri svojem delu seveda običajno upošteva vrednosti posamezne

veličine v območju med 5. in 95. odstotkom (vrednosti med 5. percentilom in 95.

percentilom), kar omogoča uporabo oblikovanega izdelka kar najširši populaciji. V

posebnih primerih, ko gre za specifične izdelke, primer so recimo športni copati

profesionalnih košarkarjev (običajno so to nadpovprečne osebe), pa se meje ustrezno

spremenijo.

2.3.2 Statična antropometrija

Kot ţe ime samo pove, spadajo v skupino statične antropometrije podatki (meritve),

ki se izvajajo na mirujočem človeku. Najpogostejše meritve v statični antropomeriji

so meritve višine, teţe, različnih obsegov in koţnih gub. Natančnejši pregled

statičnih antropometričnih veličin in njihovo uporabnost podaja tabela 2.1.

Tabela 2.1 Pomembnejše veličine statične antropometrije

Veličina Uporaba

telesna višina informacijske narave

očesna višina lokacija najvišjih, pogosto uporabljenih komand

ramenska višina lokacija najvišjih, pogosto uporabljenih komand

dokomolčna višina izhodišče za višino delovne površine

višina ledvene krivine lokacija pasivne podpore za ledveno krivino

podkolenska višina izhodišče za višino sedeţne površine

maksimalni doseg lokacija najvišjih komand in polic

Podatke, pridobljene z meritvami po obdelavi običajno najdemo zbrane v obliki

standardov ali priročnikov, največkrat v grafični (slika 2.6) ali pa tabelarični obliki.


- 20 -

Slika 2.6 Grafična predstavitev podatkov statične antropometrije [21]

2.3.3 Dinamična antropometrija

V nasprotju s statično antropometrijo, pri kateri opazovana oseba miruje, dinamična

antropometrija preučuje mere telesa v gibanju oziroma pri opravljanju neke

aktivnosti.

Dinamična antrpometrija med drugim meri in preučuje:

telesne dimenzije v različnih aktivnih poloţajih (slika 2.7),

kote med posameznimi povezanimi deli telesa,

dimenzije in poloţaje delov telesa v odvisnosti od drugih delov,

meje dosegov,

moči,

vidna polja,…


- 21 -

Slika 2.7 Grafična predstavitev podatkov dinamične antropometrije [21]

Rezultati meritev dinamične antropometrije, se enako kakor tudi pri statični

antropometriji, statistično obdelajo in prikaţejo v obliki priporočil in standardov v

ustreznih grafičnih ali tabelaričnih oblikah. Za oblikovalca so ti podatki izjemno

koristni, saj v kombinaciji s podatki statične antropometrije omogočajo celovit in

natančen vpogled v potrebne dimenzije oblikovanega predmeta, tako da bo zadostil

neki populaciji.

2.3.4 Biomehanika

V povezavi z antropometrijo, predvsem dinamično, je smiselno omeniti še

biomehaniko, to je vedo, ki preučuje mehanske pojave (sile, momenti, napetosti,…)

v organizmih, v našem primeru v človeku.


- 22 -

Z biomehanskega vidika predstavlja telo kinetično verigo segmentov, ki se prosto

končujejo v prostoru ali se v sklepih medsebojno povezujejo (slika 2.8). Segmenti so

podobni ročicam, sklepi pa vrtiščem. Nanje delujejo kontaktne (glavna kontaktna

sila je napetost mišic) in distančne (glavna distančna sila je gravitacija) sile telesnih

tkiv ter sile zunanjega sveta [20]. Ob kombinaciji z mišicami tvorijo ti segmenti

mehansko zaključeno celoto.

Slika 2.8 Kinetična veriga telesnih segmentov [20]

S pomočjo take verige segmentov, katerih dimenzije določimo na podlagi

antropometrije, lahko sedaj preučujemo mehanske značilnosti dela, kar pomeni, da

dejansko analiziramo sile, ki jih mora človeško telo zagotavljati (prenašati) pri neki

aktivnosti. Za oblikovalca je poznavanje biomehanike pomembno, saj na podlagi

biomehanskih priporočil oziroma standardov oblikuje (načrtuje) mehanski potek

dela z neko napravo.

2.4 Ergonomija izdelkov

Oblikovanje v svojih številnih definicijah v bistvu izraţa teţnjo k ustvarjanju

proizvodov, ki bodo taki, da bodo zadostili vsaj dvojemu: uporabniku (v smislu

uporabnosti) in svoji funkciji. Da bi lahko obliko prilagodili uporabniku, morajo

oblikovalci uporabnika, in s tem njegove tipične lastnosti, poznati. Le-te lahko


- 23 -

spoznajo s poglobljenimi študijami konkretnih uporabnikov, kar je primerno za

specifične proizvode, primer takega proizvoda je na primer kabina dirkalnika

formule 1, ali pa uporabijo ţe prej zbrane podatke o neki populaciji oziroma ciljni

skupini uporabnikov. Tukaj pa uporabijo prej omenjene antropometrične podatke.

Tako delovanje oblikovalcev pa seveda spada v področje ergonomije. Razumljivo je,

da spadajo ergonomske študije med pomembnejše korake oblikovanja nekega

proizvoda, kar oblikovalca postavlja v poloţaj kreatorja ergonomske vrednosti

nekega proizvoda.

Ob vse večjih zahtevah po zmanjšanju tveganja za nastajanje poškodb in bolezni pri

opravljanju nekega dela, se oblikovalci srečujejo z vse višjimi ergonomskimi

zahtevami svojih proizvodov. Da bi tem zahtevam ugodili, morajo pri svojem delu

uporabljati različna priporočila oziroma standarde, ki so namenjeni za posamezna

področja ergonomskega načrtovanja.

Nekatera izmed teh priporočil vsebujejo različne antropometrične podatke, s

katerimi lahko oblikovalec določi dimenzije proizvoda. Druga priporočila se

nanašajo na podatke dinamične antropometrije in biomehanike, s katerimi lahko

oblikovalec ustrezno oblikuje ergonomsko pomembne dele proizvoda oziroma

naprave (slika 2.9).


- 24 -

Slika 2.9 Priporočila za oblikovanje ročaja [22]

Takih geometrijskih priporočil lahko najdemo v različni literaturi mnogo, nanašajo

pa se ne samo na obliko proizvoda, temveč tudi na njegovo zgradbo, obliko in

vsebino komandnega oziroma krmilnega mesta, poloţaj, obliko in barvo grafičnih

oznak,…

Za nazornejši prikaz dela oblikovalca poglejmo nekaj priporočil oziroma napotkov

za ergonomsko oblikovanje v elektroindustriji. Da bi bil oblikovani proizvod

ustrezen, mora oblikovalec poznati ustrezne standarde na področju

elektroindustrije, poznati pa mora tudi stereotipne navade ciljih uporabnikov, ki jih

je morebiti pri oblikovanju potrebno upoštevati. Naslednji korak je pridobitev

ustreznih ergonomskih priporočil in standardov, ki se za določeno področje

elektroindustrije uporabljajo. Na podlagi teh podatkov oblikovalec ţe lahko kreira

grobo obliko proizvoda, hkrati pa se na tem mestu ţe pojavijo določene omejitve, ki

imajo svoje korenine v ergonomskih podatkih. Oblikovalec lahko sedaj oblikuje

proizvod, ki bo v skladu z zbranimi priporočili.


- 25 -

Slika 2.10 Nekatera priporočila v elektroindustriji [21]

Na sliki 2.10 je prikazano nekaj priporočil, ki so namenjena uporabi v

elektroindustriji oziroma uporabi za elektronske sklope. Vidimo lahko, da

ergonomska priporočila obsegajo tako obliko naprave, kot tudi krmilnih

mehanizmov, prikazovalnikov podatkov, zaslonov,…

2.4.1 Vplivna področja

Vpliv ergonomije je pri razvoju izdelka zaznati ţe v zgodnjih razvojnih fazah.

Ergonomska priporočila je potrebno upoštevati ţe pri izdelavi liste zahtev nekega

proizvoda. Seveda se široko področje, ki ga ergonomska priporočila, standardi

oziroma zahteve pokrivajo, skrči na točno določen del, ki je relevanten za proizvod,

ki ga obravnavamo. Tako lahko za posamezne skupine proizvodov določimo

različna vplivna področja, ki pa imajo nekatere skupne elemente kot so:

kontaktne površine – mesta stika uporabnika in proizvoda,

hrupnost,

masne lastnosti in

kognitivna skladnost.


- 26 -

Tako lahko za posamezno skupino proizvodov pripravimo skupek vplivnih

področij, na osnovi katerih nato poiščemo ustrezna ergonomska navodila in tako

zagotovimo ustrezno ergonomsko skladnost proizvoda.

2.5 Cilji ergonomije

Kot je ţe bilo omenjeno, je osnovni cilj ergonomije zagotoviti uporabniku primerno

delovno okolje in delovna sredstva, s katerimi v tem okolju upravlja. Dejstvo je, da

oblikovalec običajno oblikuje izdelke široke potrošnje, kjer je interakcija med

uporabnikom in proizvodom največkrat zagotovljena z dotikom uporabnikovih

zgornjih in (oziroma) spodnjih okončin ter v nekaterih primerih tudi drugih delov

telesa (hrbet,…) [19].

Tako bomo na tem mestu predstavili razčlenjen seznam ciljev ergonomskega

oblikovanja za skupino izdelkov široke potrošnje, to je za ročna orodja, ki z vsemi

svojimi podskupinami tvorijo veliko večino vseh tovrstnih izdelkov.

Če torej ţelimo doseči ergonomsko ustrezno obliko proizvoda (ročnega orodja),

moramo zadovoljiti naslednje ciljne zahteve [23]:

uskladiti dimenzije in konfiguracijo oblike z antropometričnimi podatki,

ohraniti zapestja v nevtralnih poloţajih,

izogibati se kompresiji tkiv,

zmanjšati oziroma preprečiti prekomerne obremenitve,

prilagoditi obliko glede na poloţaj opravljanja dela,

blaţitev vibracij, vročine, mraza in hrupa,

zmanjšati statično obremenitev,

upoštevati načela kognitivne ergonomije.

2.6 Estetika

Kratko razlago pomena oziroma vloge estetike v oblikovanju smo predstavili ţe v

uvodnem poglavju, na tem mestu pa bomo vlogo estetike podrobneje obdelali. Pri

tem se ne bomo poglabljali v pomen estetike s stališča filozofije, ampak bomo

poskušali estetiko izdelka, kot njegovo komponento, predstaviti čim bolj

objektivno, v določeni meri celo laično.


- 27 -

2.6.1 Zgodovina in razvoj

Danes vsi govorimo o estetiki. Termin estetika in njegove pridevniške izpeljanke so

presenetljivo pogoste v vsakdanjem ţivljenju. Ampak kaj beseda pomeni in kakšen

je njen izvor?

Pojem »estetika« po SSKJ [24]:

1. filoziroma filozofska disciplina, ki proučuje lepo in človekov odnos do lepega:

razpravljati o estetiki; zgodovina in teorija estetike // s prilastkom načela lepem:

buržoazna estetika; eksistencialistična estetika; idealistična estetika

2. s prilastkom načela o lepem v umetniškem delu: filmska, glasbena, odrska, literarna

estetika /

3. revija se je veliko ukvarjala z estetiko redko estetski videz: skrbeti za estetiko mesta /

estetika vaj na orodju

Beseda estetika izvira iz grške besede aisthetikos (αἰσθητικός), kar pomeni estetski,

občutljiv, čuteč, in je izpeljanka grške besede aisthanomai (αἰσθάνομαι), kar pomeni

vidim, čutim, občutim [25]. Izraz "estetika" je v nemški obliki Æsthetik (v sodobnem

črkovanju Äesthetik), prvi uporabil nemški filozof Alexander Baumgarten leta 1735.

Moderno pojmovanje estetike kot teorije lepega in odnos človeka do lepega se

prične v 18. stoletju, kjer prednjačijo nemški filozofi, med njimi Immanuel Kant, s

svojim delom Kritika čistega uma (nem.: Kritik der reinen Vernunft; prva izdaja leta

1781). V nasprotju s Kantom, ki je sledil teoriji »ars imitatur naturam« (lat.: umetnost

sledi naravi) je nemški filozof Georg Wilhelm Friedrich Hegel v svoji zbirki knjig

Predavanja o estetiki (nem.: Vorlesungen über Äesthetik) kritično razpravljal o

analogiji med naravo in umetnostjo ter se osredotočal predvsem na odnos med

vsebino in obliko.

Danes je področje estetike pomembno filozofsko raziskovalno področje. Filozofi se

ukvarjajo z estetiko na različnih področjih, tudi na področju uporabne estetike (ang.:

applied aesthetics), kamor lahko uvrstimo tudi informacijske tehnologije in

inţenirsko oblikovanje [26].


- 28 -

2.6.2 Obravnava estetike v pričujočem delu

V našem delu smo se omejili na spoznanja, ki so jih v zvezi z estetiko v inţenirskem

oblikovanju navajali številni avtorji, med katerimi smo se v večini naslanjali na

Victorja Papaneka [27] in Danielle Quarante [28], ki nista filozofa, ampak

oblikovalca, ki sta definirala teorijo oblikovanja in s tem tudi pomen estetike v

oblikovanju.

Ko govorimo o estetski vrednosti proizvoda, je treba poudariti, da je uporaba izraza

estetsko oblikovanje pogojena s splošno uporabljenim terminom »aesthetic design«,

ki v prevodu pomeni oblikovanje dovršene oblike in ima z estetiko v pomenu, ki je

v splošni rabi v našem jeziku, skupne samo objektivne lastnosti, ki so naštete v

nadaljevanju.

Angleški termin »aesthetic design« bomo tako prevedli v slovenski termin

»oblikovanje skladne oblike«. Zaradi ohranjanja stika z angleškim terminom pa

bomo v smislu termina »oblikovanje skladne oblike« uporabljali tudi termin

»estetsko oblikovanje«.

2.6.3 Teorija estetike v oblikovanju

V procesu oblikovanja proizvoda estetska komponenta v veliki večini primerov ne

predstavlja glavnega cilja, saj bi sicer lahko govorili o umetniškem ustvarjanju,

katerega cilj je doseganje visoke estetske vrednosti izdelka. Estetska komponenta

oblikovanja je praktično rezultanta kriterijev, ki določajo osnovne karakteristike

oblikovanega proizvoda [27]. Oblikovalec mora v osnovni koncept izdelka

vključeno estetsko komponento proizvoda razvijati skozi celoten kreativni proces.

Estetsko vrednost tako tvorijo elementi (oblikovalske rešitve), ki karakterizirajo

percepcijo proizvoda in pri tem izzivajo subjektivne občutke uporabnika –

opazovalca, ki jih lahko imenujemo estetske. Na (pravilno) kreiranje estetske

komponente vplivajo različni vplivni faktorji, ki jih lahko v osnovi razdelimo

(zdruţimo) v dve veliki skupini (slika 2.11) [23]:

Subjektivni faktorji; ţe pomen pojma estetika je vezan na subjektivno

zaznavanje. Subjektivni faktorji so tako tesno povezani s potencialnimi

uporabniki in s tem relativno teţko merljivi. Tvorijo jih osebne in kulturne


- 29 -

norme, ki veljajo v okolju iz katerega izhajajo potencialni uporabniki. Velik del

uspešnega oblikovanja je odvisen od oblikovalčevega poznavanja okolja, za

katerega oblikuje določen predmet. Tukaj so na mestu različne psihološke in

filozofske študije, ki jih oblikovalec lahko uporabi pri svojem delu.

Objektivni faktorji; ti so nekakšno »univerzalno« merilo za estetsko vrednost

posameznega proizvoda. Objektivni faktorji narekujejo estetske elemente in

odnose med njimi, ki jih lahko imenujemo tudi gradnike harmoničnosti. V to

skupino faktorjev spadajo funkcionalni faktorji, ki z jasnostjo oblike, ki je

prilagojena glavni funkciji proizvoda, višajo estetsko vrednost le-tega.

Slika 2.11 Vplivni faktorji estetskega oblikovanja

Oblikovalec lahko pri razvoju estetske komponente proizvoda sledi navodilom, ki

jih je v obliki »Povelj industrijske estetike« zapisal Jacques Viénot, ustanovitelj

francoskega Inštituta za industrijsko estetiko [28, 29]. Med drugim navodila

obsegajo:


- 30 -

definicijo; industrijska estetika je znanost o lepem na področju industrijske

proizvodnje. Njeno področje tvorijo delovno mesto in njegova okolica,

sredstva za proizvodnjo ter proizvodi.

moţnost uporabe in funkcionalno vrednost; »industrijsko lepoto« lahko

imajo samo proizvodi, ki so odlično prilagojeni svoji funkciji (imajo visoko

tehnično vrednost). Industrijska estetika vključuje notranjo harmonijo med

funkcijo in zunanjo podobo proizvoda.

enotnost in kompozicijo; za ustvarjanje harmonične celote morajo vsi sestavni

deli biti zasnovani tako, da so skladni drug z drugim in hkrati tvorijo skladno

(harmonično) celoto.

harmonijo med funkcijo in videzom; elementi proizvoda morajo zagotavljati

harmonijo med estetskim (čustvenim) zadovoljstvom, ki se poraja opazovalcu

predmeta, in praktičnim zadovoljstvom, ki ga občuti uporabnik ob uporabi

proizvoda.

zadovoljstvo; med elementi, ki tvorijo visoko estetsko vrednost izdelka, niso

pomembni samo vidni (vizualni) draţljaji, ampak tudi zvok, otip, vonj in okus.

2.6.4 Vpliv estetike na razvoj izdelka

Seveda vpliva estetike, kot ene izmed ciljev (lahko rečemo tudi dodane vrednosti)

oblikovanja (razvoja) proizvoda, ne moremo enostavno prepustiti naključju, ampak

moramo o njej razmišljati ţe v konceptni fazi razvoja proizvoda. Zahtevana estetska

vrednost in smernice za doseganje te vrednosti morajo biti, skupaj z ostalimi

zahtevami s področij ergonomije, mehanizma, proizvodnje, strukture in seveda tudi

funkcije, znane in jasno definirane ţe v definiciji razvojne naloge, saj tako

oblikovalcem omogočimo hkratno zadovoljevanje vseh zahtev. Oblikovalčeva

naloga pa je, da estetske elemente razvija skladno z ţe predstavljenimi faktorji

oziroma navodili.

Razmerje vpliva med »tehnično« in »estetsko« vrednostjo nekega izdelka je

definirano z namenom oziroma poslanstvom izdelka. Hlebanja [9] definira

povezavo med tehnično – ekonomsko vrednostjo in estetsko – umetniško vrednostjo

s sliko 2.12. Na sliki lahko vidimo, da polje estetskih vrednosti raste z odmikanjem


- 31 -

od osnovnih strojnih elementov proti izdelkom široke potrošnje, kjer na koncu

najdemo izdelke, ki ob glavni funkciji zagotavljajo še prestiţno.

Slika 2.12 Želena tehnična in estetska vrednost pri posameznih izdelkih [9]

Ko govorimo o estetski vrednosti velikoserijskih proizvodov, je potrebno poudariti

tudi dejstvo, da visoke estetske vrednosti proizvoda ne moremo doseči samo z

dodajanjem »okraskov« na proizvod, saj lahko slednje vodi do stanja, ki ga v

oblikovalskem ţargonu imenujemo »kič«.

Estetski parametri, kot so proporc, smer, povezanost in drugi, nastopajo v definiciji

razvojne naloge na več mestih: pri definiranju gabaritov proizvoda, materiala

proizvoda, funkcije proizvoda,…

V skladu s smernicami za sistematičen proces razvoja (konstruiranja) proizvoda po

VDI 2222 [30], ki predvideva štiri faze (načrtovanje, koncipiranje, snovanje in

razdelava), je za doseganje ţelene estetske vrednosti estetsko komponento potrebno

razvijati v prav vseh fazah (slika 2.13), pri čemer je to še posebej pomembno v fazah

načrtovanja in razdelave. Pri razdelavi gre predvsem za določanje končnih oblik

proizvoda, pri čemer se v predhodnih fazah določeni in grobo oblikovani elementi

estetike finalizirajo in s tem zagotovijo ustrezno estetsko vrednost.


- 32 -

Slika 2.13 Vpliv na estetsko vrednost v fazah razvoja izdelka po VDI 2222 [23]

2.7 Estetski parametri

Estetsko vrednost nekega proizvoda definirajo, kot smo ţe predstavili, subjektivni

in objektivni estetski faktorji. Medtem ko so subjektivni faktorji vezani na

posameznega uporabnika (opazovalca) in njegova subjektivna merila, so objektivni

faktorji načeloma praktično merljivi, ne glede na subjektivno mnenje uporabnika

(opazovalca).

Elemente, ki spadajo v skupino objektivnih faktorjev oziroma jih objektivni faktorji

narekujejo, in odnose (relacije) med njimi lahko zdruţimo v estetske parametre, ki

se lahko nato uporabljajo kot priporočila oziroma merila pri razvoju oziroma analizi

estetske komponente oblikovanega proizvoda.

Da bi laţje tvorili estetske parametre, lahko razdelimo elemente objektivnih

faktorjev v tri skupine:

likovni elementi,

semantični elementi,


- 33 -

tehnični elementi.

S povezovanjem likovnih elementov v harmonične (lahko tudi namenoma

disharmonične), to je prijetno usklajene (ali neusklajene), skupine, tvorimo med

njimi določene odnose oziroma kompozicijo. Tukaj gre v osnovi za enak princip

dela, kot ga ima slikar, ki gradi svojo sliko. Vendar slikar pri svojem ustvarjanju

upošteva predvsem subjektivne faktorje, oblikovalec pa mora veliko pozornosti

nameniti predvsem objektivnim.

Kompozicija likovnih elementov, ki tvorijo podobo proizvoda, je lahko opisana

skozi semantične elemente oziroma elemente sprejemanja oblike. Namen

semantičnih elementov je prevod kompozicije oziroma njenih delov v uporabniku

(opazovalcu) razumljiv jezik. V obratni smeri pa lahko oblikovalec na podlagi

znanih – ţelenih semantičnih elementov (sporočila proizvoda) zgradi ustrezno

kompozicijo likovnih elementov.

Ker je natančen opis likovnih elementov oziroma kompozicije v nadaljnjem razvoju

proizvoda zelo pomemben, saj se ţeljena estetska vrednost ohranja le z ohranjanjem

predvidene kompozicije, je potrebna tudi transformacija likovnih elementov v

tehnične, ki predstavljajo neke vrste navodilo za tehnično izvedbo posameznega

likovnega elementa oziroma celotne kompozicije.

Likovne, semantične in tehnične elemente lahko zdruţimo v trikotnik elementov

(slika 2.14), ki mu lahko dodamo tudi posamezne ciljne skupine, ki za opisovanje

oblike uporabljajo posamezno skupino elementov.


- 34 -

Slika 2.14 Elementi objektivnih faktorjev estetike

2.8 Cilji estetike v oblikovanju

Zastaviti si moramo še določene cilje, na podlagi katerih lahko v nadaljevanju

pripravimo priporočila s področja estetskega oblikovanja, ki bodo v pomoč

oblikovalcem, predvsem pa konstrukterjem in drugim razvojnikom, ki niso

strokovnjaki s področja inţenirskega (industrijskega) oblikovanja.

Cilji estetike v oblikovanju morajo tako obsegati:

funkcionalnost izdelka,

kompozicijsko skladnost,

semantično usklajenost.

Predstavljeni cilji, ki so namenoma zastavljeni dokaj široko, sluţijo oblikovalcu kot

vodilo za kreiranje z estetskega vidika zadovoljive oblike proizvoda. Priporočila,

kako zadovoljiti posamezne cilje, tako tvorijo kombinacije različnih elementov

estetike (likovnih, tehničnih in semantičnih) ob upoštevanju ustreznih lastnih

vrednosti in uteţnih faktorjev med njimi.


- 35 -

Vsi predstavljeni cilji estetike vodijo k končnemu cilju, to je taki obliki proizvoda, ki

bo ob pričakovani (optimalni) funkcionalnosti nudil tudi čustveno zadovoljstvo

uporabnika (največkrat tudi lastnika) ob uporabi in tudi tedaj, ko proizvod ne

opravlja svoje osnovne funkcije.

2.9 Računalniška orodja v ergonomskem in estetskem

oblikovanju

Tako kot na veliki večini naravoslovno-tehničnih področij lahko tudi na področju

estetike in predvsem ergonomije v povezavi z oblikovanjem najdemo različna

računalniška orodja, s katerimi oblikovalci poskušajo optimirati rezultat svojega

dela in nenazadnje skrajšati razvojni čas.

2.9.1 Analize ergonomske in estetske ustreznosti

Da bi ocenili ergonomsko ustreznost in kakovost nekega izdelka ali nekega

delovnega procesa, uporabljamo različne ocenjevalne metode. Te metode se

uporabljajo večinoma (skoraj izključno) na ţe obstoječih sistemih, na katerih ţe

poteka delo.

Metoda OWAS (ang.: Ovako Working Analysing System) se uporablja za analizo

telesnih poloţajev. Ocenjevalna analiza delovnega mesta – OADM in Merska

analiza delovnega mesta – MADM, predstavljata dve stopnji analiziranja delovnega

mesta. Takšna analiza celovito obravnava delovni sistem, delovne naloge, delovne

zahteve, zdravstveno ogroţenost in potrebo po ergonomskih ukrepih. Značilnosti se

ocenjujejo z različnimi ključi na večstopenjskih lestvicah [20].

Metoda ugotavljanja obremenitev pri delu podaja merila in stopnje za raziskavo ter

oceno osmih obremenitev na delovnem mestu. To so:

fizične obremenitve (dinamične in statične),

toplotne obremenitve,

obremenitve vida,

obremenitve s hrupom,

obremenitve zaradi stika z aerosoli,

obremenitve s plini in parami, ter


- 36 -

obremenitve zaradi monotonije.

Obremenitve se merijo kot ekološki indeksi, fiziološki indeksi, indeksi tveganja in

indeksi udobja. Očitno je torej, da je s temi osmimi obremenitvami mogoče

ocenjevati preteţno telesno delo [20].

Vendar pa se te analize lahko izvajajo na sistemih, na katerih ţe poteka delo. Ker pa

pri razvoju nekega izdelka oziroma sistema običajno še ne razpolagamo s fizičnim

modelom, je analiziranje takega sistema oteţeno oziroma v večini primerov

opuščeno in se izvede šele ob izgradnji prvih prototipov. Sodobne, računalniško

podprte metode razvoja novih sistemov (izdelkov), omogočajo izvajanje analiz ţe v

zgodnjih fazah razvoja na virtualnih modelih izdelkov, ki v realnem svetu še ne

obstajajo.

Analize estetske vrednosti se, za razliko od ergonomskih analiz, običajno ne izvajajo

na podlagi v naprej določenih postopkov. Estetsko vrednost izdelka pravzaprav

ocenjujejo tako ustvarjalci (oblikovalci, konstrukterji) kot tudi naročniki (vodja

projekta, marketing,…) na podlagi subjektivnih kriterijev. Moţna je tudi kakovostna

analiza objektivnih faktorjev oblikovanja, ki je običajno izvedena na ţe dokončanih

virtualnih ali fizičnih prototipih. Dejstvo pa je, da se estetska komponenta oblike

izdelka razvija skozi celoten razvojni postopek, tako da se končna ocena lahko

oblikuje šele na končnem izdelku (pravi material, proizvodni postopki,…).

2.9.2 Uporaba računalniških orodij

Na področju ergonomskega računalniško podprtega konstruiranja (oblikovanja) se

je razvoj računalniških programov orientiral v smeri orodij, ki omogočajo uporabo

podatkov iz različnih virov med izvajanjem ergonomskih analiz izdelkov ali

delovnih procesov.

Moţnost zdruţevanja ergonomskih podatkov iz različnih virov daje inţenirju

moţnost uporabe enega orodja za analize na več področjih (dostopnost, doseg,

obremenitve vida in udobnost namestitve delavca) ţe v zelo zgodnjih fazah razvoja

izdelka. Inţenir lahko vgradi pomembne značilnosti (ang. features) nekega


- 37 -

proizvoda (sistema), ki zmanjšajo tveganje poškodb uporabnika na minimum, še

preden je sistem fizično zgrajen in ga je mogoče testirati.

V razvoju teh računalniških orodij sta se uveljavila dva pristopa. Prvi pristop je

orientiran v razvoj tako imenovanih samostojnih ergonomskih CAD orodij, ki v eni

celoti vključujejo orodja za ergonomske analize in 3D CAD modelirnik (slika 2.15).

Alternativni pristop je usmerjen v razvoj tako imenovanih zdruţljivih ergonomskih

orodij, ki omogočajo ergonomske analize znotraj komercialnih CAD sistemov, kateri

zagotavljajo ustrezno orodje za geometrijsko modeliranje in pa uporabniški vmesnik

(slika 2.16). Nekatere predstavnike izmed omenjenih orodij prikazuje tabela 2.2.

Tabela 2.2 Predstavniki računalniških orodij za ergonomske analize [31]

Samostojna ergonomska CAD orodja

Zdruţljiva ergonomska CAD orodja

SAMMIE SAFEWORK

APOLIN MINTAC

TADAPS ErgoSHAPE

Deneb/ERGO HUMAN

ERGOMAN RAMSIS

ErgoSPACE ANYBODY

Medtem ko je področje konstruiranja in ergonomskega oblikovanja dokaj dobro

podprto z računalniško podprtimi tehnologijami, predstavlja področje estetskega

oblikovanja zelo ozko grlo s stališča računalniško podprtih tehnologij.

Glede na to, da orodja za računalniško podprto estetsko oblikovanje praktično ne

obstajajo, so oblikovalci prisiljeni zaupati lastnim kreativnim, estetskim

sposobnostim in občutkom, če ţelijo oblikovati kompleksne in zahtevne izdelke, kot

so avtomobilska karoserija, gospodinjski pripomočki, igrače, embalaţa in podobni.

Aktivno delo na tem področju predstavljata dva evropska projekta FIORES and

FIORES-II (FIORES - Formalization and Integration of an Optimized Reverse

Engineering Styling Workflow)[32]. Vendar pa tudi ta dva projekta ne posegata v

področje svetovanja oblikovalcu pri razvoju novega izdelka, temveč mu nudita

samo določeno pomoč pri ohranjevanju določene oblikovne karakteristike v procesu


- 38 -

korigiranja oblike, predvsem zaradi določenih tehnoloških oziroma konstrukcijskih

zahtev.

Slika 2.15 Samostojna ergonomska CAD orodja [24]

Slika 2.16 Združljiva ergonomska CAD orodja [24]

2.10 Inteligentna podpora pri razvoju izdelkov

Trenutno obstaja precej različnih načinov za implementacijo inteligentne podpore v

različne procese. V primeru razvoja izdelkov oziroma natančneje oblikovanja

(konstruiranja) let-teh, so najbolj primerni sistemi, ki temeljijo na bazah znanja (ang.:

Knowledge Based Systems – KBE), med njimi pa zaradi svoje zasnove, načina


- 39 -

delovanja in moţnosti razvoja, velja izpostaviti ekspertne sisteme (ang.: Expert

Systems – ES).

Ekspertni sistem lahko opredelimo kot inteligentni računalniški program, ki

uporablja znanje in procedure sklepanja za reševanje problemov. Vse definicije

ekspertnega sistema v literaturi so si enotne, da vsebuje ozko specializirano znanje

iz določenega strokovnega področja (problemske oziroma raziskovalne domene) in

da je zmoţen znotraj tega strokovnega področja oblikovati inteligentne odločitve.

Posnema torej delovanje strokovnjaka oziroma eksperta za to strokovno področje in

njegove sposobnosti:

analiziranja,

reševanja in

utemeljevanja odločitev

znotraj problemske domene. Ekspertni sistemi tako niso splošni reševalci

problemov širokega področja, temveč so namenjeni reševanju zaključenih, dobro

definiranih problemov, pri čemer pa za uspešno delo ne potrebujejo vseh moţnih

informacij (podatkov), ampak so zmoţni podajanja rešitev (nasvetov, priporočil)

tudi z relativno majhnim številom in kvaliteto vhodnih podatkov.

Za delovanje ekspertnih sistemov so uporabljene metode umetne inteligence.

Praviloma zdruţujejo kvantitativne in kvalitativne informacije, teorijo verjetnosti,

teorijo mehkih mnoţic, aritmetiko števil in logična pravila, utemeljena na

hevrističnih pričakovanjih. Pri tem so odločitve, ki jih poda ekspertni sistem,

praviloma dobre, ne pa nujno tudi optimalne.

Glavni deli ekspertnega sistema so [33, 34]:

baza znanja,

mehanizem sklepanja in

uporabniški vmesnik.

Zraven treh glavnih delov pa ekspertni sistem običajno sestavljajo še [33, 34]:

pojasnjevalni mehanizem,


- 40 -

delovni pomnilnik in

vmesnik za zajemanje znanja.

Osnovni in hkrati tudi ključni del vsakega ekspertnega sistema je njegova baza

znanja (ang.: kowledge base). Tu je shranjeno znanje, ki je potrebno za reševanje

nalog v taki obliki, ki jo ekspertni sistem razume in zna uporabiti za oblikovanje

odločitve, za kar uporabljamo različne predstavitvene metode ali formalizme za

predstavitev znanja. Zapis v bazi znanja mora biti tak, da omogoča jasno,

pregledno, prilagodljivo in aktivno strukturo zapisanega znanja. Baza znanja

namreč ni zaključen del ekspertnega sistema ampak mora omogočati dopolnjevanje,

spreminjanje in popravljanje znanja. Načeloma je v bazi znanja zapisano znanje, ki

ga lahko razdelimo v dve skupini [33]:

deklarativno znanje, ki opisuje objekte (dejstva in pravila), ki jih obravnava

ekspertni sistem in relacije med temi objekti,

proceduralno znanje, ki vsebuje informacije, kako uporabljamo te objekte, da

bi prišli do nekih sklepov in končne rešitve.

Znanje v bazi znanja mora biti zapisano v ustreznem formalizmu oziroma metodi za

predstavitev znanja, kjer prevladujejo simbolične predstavitve, ki jih lahko

razvrstimo v štiri glavne vrste:

produkcijska pravila,

logična predstavitev,

semantične mreţe,

okviri.

Najpogosteje uporabljena metoda za zapis znanja, ki se je na področju tehnike

izkazala za posebej uporabno [33], so produkcijska pravila. Logične relacije med

objekti problemskega področja opišemo s pravili tipa »če-potem« (ang.:if-then), kot

lahko vidimo na spodnjem primeru:

ČE ima spremenljivka A vrednost X

IN ima spremenljivka B vrednost Y

POTEM ima spremenljivka C vrednost Z z verjetnostjo P


- 41 -

Uvodni del pravila (glava) vsebuje logične pogoje, ob katerih naj se pravilo uporabi,

v nadaljevanju pa sledi jedro pravila, kjer so navedena dejstva oziroma rešitve, ki jih

sistem na podlagi logičnih pogojev iz glave pravila lahko izpelje.

Da pa bi znanje, ki je zapisno v bazi znanja ustrezno izrabili, mora ekspertni sistem

vsebovati tudi nek krmilno-kontrolni del, ki ga imenujemo mehanizem sklepanja

(ang.: inference engine). To je del sistema, ki upravlja in nadzoruje delovanje

celotnega ekspertnega sistema.

Ko je v bazi znanja znanje zapisano v obliki produkcijskih pravil, se v mehanizmu

sklepanja najpogosteje uporabljata naslednji metodi [35]:

»veriţenje naprej« (ang.: forward chaining), kjer sistem sklepa induktivno – iz

mnoţice znanih dejstev skuša priti do določenega sklepa oziroma cilja. S

sklepanjem išče končni cilj – neko zadovoljivo rešitev z znanim dejstvom, ki ga

primerja s pogoji zapisanimi v glavah produkcijskih pravil. Dejstva, ki jih

sistem razbere v jedrih teh pravil, nato primerja z glavami preostalih pravil,

vse dokler pravil ne zmanjka oziroma sistem ne najde dejstva, ki predstavlja

zadovoljivo rešitev.

»veriţenje nazaj« (ang.: backward chining) pa poteka deduktivno. Njegov cilj

je potrditi ali zavreči pravilnost ciljne trditve. Mehanizem sklepanja najprej

preveri ali lahko ciljno trditev potrdi z dejstvom v delovnem pomnilniku, sicer

išče pravilo, ki trditev lahko potrdi. Takšno pravilo ima v jedru vzorec, ki je

enak ciljni trditvi, glavo pa potrjujejo dejstva iz delovnega pomnilnika. Če se

glava izenači z dejstvi iz delovnega pomnilnika, je sklepanja konec in

mehanizem sklepanja potrdi pravilnost ciljne trditve. V nasprotnem primeru

glavo razume kot podcilj, ki ga poskuša potrditi na enak način kot ciljno

trditev. Postopek se ponavlja, dokler mehanizem sklepanja ne potrdi vseh

podciljev ali dokler ne zmanjka pravil, s katerimi bi podcilje potrdil. Pravilnost

ciljne trditve je dokazana, ko so dokazani vsi podcilji, sicer ciljne trditve ni

mogoče potrditi.


- 42 -

Veriţenje nazaj je običajno učinkovitejše od veriţenja naprej, saj teţi k reduciranju

iskalnega prostora in tako običajno hitreje pride do rešitve. Uporabljamo ga, kadar

obstaja manjše število ciljev oziroma zaključkov, ki jih je moţno določiti vnaprej.

Zaradi številnih dobrih lastnosti, ki jih imata obe metodi, večina ekspertnih

sistemov uporablja pri iskanju rešitve kombinacijo obeh metod. Omeniti velja še, da

ekspertni sistemi omogočajo tudi sklepanje na osnovi nepopolnih ali nezanesljivih

informacij in ko morda tudi sama pravila veljajo le z določeno stopnjo zaupanja.

Tako omogočajo verjetnostno sklepanje, kjer lahko uporabnik izrazi stopnjo

negotovosti oziroma verjetnosti za posamezna dejstva ali podatke, vse bolj pa se

uveljavlja tudi uporaba teorije mehkih mnoţic.

Običajno je ekspertno znanje fizično ločeno od algoritmov mehanizma sklepanja.

Tak način gradnje omogoča večkratno uporabo mehanizma sklepanja v kombinaciji

z različnimi bazami znanja, pri čemer mehanizma sklepanje ni potrebno bistveno

korigirati. Če k temu dodamo še ostale dele ekspertnega sistema razen baze znanja

lahko tako ogrodje imenujemo lupina sistema (ang.: expert system shell). Pri

izgradnji modela inteligentne podpore predstavljenega v tej disertaciji smo tako

uporabili orodje Exsys Corvid [35] (predstavljeno je v nadaljevanju), ki ob

konfigurabilnem mehanizmu sklepanja ponuja tudi sistem za gradnjo baze znanja.

Ob bazi znanja in mehanizmu sklepanja velja izpostaviti še uporabniški vmesnik

(user interface), ki mora skrbeti za udobno sporazumevanje med sistemom in

uporabnikom (lahko tudi neizkušenim), ki mu omogoča vpogled v proces iskanja

rešitve naloge, ki ga izvaja mehanizem sklepanja. Uporabniški vmesnik prevaja

podatke podane s strani uporabnika v obliko, primerno za računalniško obdelavo,

sklepe in pojasnila, ki jih poda sistem, pa predstavi uporabniku v tekstovni in (ali)

grafični obliki.

Razvoju uporabniškega vmesnika je potrebno posvetiti posebno pozornost, saj

lahko neprimerno zasnovan uporabniški vmesnik onemogoča oziroma vsaj oteţuje

popolno izkoriščanje zmogljivosti sistema. Oblikovanje uporabniškega vmesnika je

tako načeloma zahtevnejše kot v primeru konvencionalnih programov, saj so


- 43 -

informacije, ki si jih uporabnik in sistem izmenjujeta, običajno kompleksne,

interaktivnost pa je na visoki stopnji.

2.10.1 Razvoj ekspertnega sistema

Razvoj ekspertnega sistema predstavlja zahteven in obseţen projekt, v katerega so

običajno vključeni razvijalci sistema in strokovnjaki – eksperti na problemskem

področju, ki prispevajo zanje. V osnovi lahko glede na način razvoja ločimo [34]:

sisteme za specifične naloge, razvite na osnovi standardnih deklarativnih

programskih jezikov (Prolog, Lisp,…). Tak način razvoja razvijalcu nudi veliko

prilagodljivost in nadzor nad uporabljenimi metodami za predstavitev znanja,

tehnikami sklepanja, iskalnimi strategijami in načini za obvladovanje

negotovosti. Programiranje zahteva visoko usposobljene razvijalce, ker je

potrebno razviti vse elemente je časovno obseţno, prenos na drugo področje

pa je zaradi vgrajenih specifičnosti oteţen.

sisteme, zgrajene na osnovi lupin oziroma sistemov za gradnjo ekspertnih

sistemov. V tem primeru razvijalci uporabijo ţe pripravljene mehanizme

sklepanja ter orodja za gradnjo uporabniškega vmesnika in baze znanja. Na ta

način je razvoj sistema bistveno hitrejši, razvijalci ne potrebujejo nujno

specifičnih programerskih znanj, prilagodljivost sistema za specifične potrebe

pa je določena z zmogljivostjo razvojnega orodja.

Da bi uspešno zasnovali, zgradili in tudi uporabljali ekspertni sistem, moramo

načeloma slediti naslednjim korakom razvoja [34]:

opredelitev naloge, kjer določimo vrste in značilnosti nalog, ki jih sistem mora

izvajati, definiramo podatke, s katerimi bo sistem delal, določimo kriterije, ki

jih mora zadovoljiti rešitev, in določimo vse vire, s katerimi bomo razvili

ekspertni sistem,

zajemanje znanja, ki ga analiziramo in zapišemo z eno od metod za

predstavitev znanja,

gradnja prototipa ekspertnega sistema, kjer bazo znanja poveţemo z

mehanizmom sklepanja, uporabniškim vmesnikom in ostalimi podpornimi

deli in


- 44 -

testiranje prototipa, kjer sistem testiramo zaradi napak v strukturi znanja,

ocenjujemo vsebinsko pravilnost baze znanja in sposobnost zagotavljanja

ustreznih rešitev.

Ko s testiranji ugotovimo ustreznost delovanja, sledi implementacija sistema v

okolje, kjer je na voljo končnim uporabnikom. Zadnji in hkrati tudi časovno

najobseţnejši korak pa je vzdrţevanje ekspertnega sistema, kjer se ob odpravi

napak, ki se pojavljajo med uporabo, permanentno vzdrţuje in dopolnjuje baza

znanja, mehanizem sklepanja in uporabniški vmesnik pa se po potrebi posodabljata

oziroma prilagajata novim zahtevam.

2.10.2 Exsys Corvid

Eden izmed programov za gradnjo ekspertnih sistemov je tudi programski paket

Corvid 5.2.1 [35] podjetja Exsys Inc., ki v osnovi omogoča objektno orientirano

strukturiranje ekspertnega sistema. Rezultat, ki ga dobimo, je ekspertni sistem,

namenjen spletnemu delovanju (ang.: web based expert system).

Delo temelji na definiranju »spremenljivk« (ang.: Variable), ki zaradi svojih

različnih lastnosti omogočajo širok spekter uporabe. Spremenljivke definirajo ne

samo paleto moţnih vrednosti, ki jih lahko vebujejo, temveč tudi določene

parametre, s katerimi lahko razvijalec krmili (usmerja) oziroma modificira motek

odločanja v mehanizmu sklepanja. Hkrati pa spremenljivke definirajo tudi

obnašanje uporabniškega vmesnika.

Na podlagi teh spremenljivk se gradijo »logični bloki« (ang.: Logical Block), kjer je

zapisano znanje v obliki produkcijskih pravil. Logični bloki tvorijo bazo znanja

razvijajočega sistema. Pravilno strukturiranje znanja v logičnih blokih omogoča

usmerjanje mehanizma sklepanja. S pomočjo »izvedbenih blokov« (ang.: Command

Block) lahko razvijalec načrtuje delovni potek mehanizma sklepanja, kjer lahko

definira tudi način iskanja rešitev. To v praksi pomeni, da lahko v nekem

izvedbenem bloku razvijalec predvidi sklepanje po metodi veriţenja naprej na

logičnem bloku A, nato pa po metodi veriţenja nazaj iskanje rešitev neke določene

spremenljivke.


- 45 -

Uporabniški vmesnik, s katerim je opremljen ekspertni sistem razvid s Corvid-om,

je postavljen v okolju Java in lahko deluje v obliki Java Applet ali Java Servlet.

Celoten sistem je nameščen na ustreznem streţniku, kjer se lahko vzdrţuje skozi

osnovni programski paket. Oblika uporabniškega vmesnika je deloma določena

znotraj Corvid-a, dokončno obliko pa določa spletna stran, kjer je sistem

implementiran.

2.11 Ontologija

Ontologija je pravzaprav formalna (v določenih pogledih pa tudi neformalna)

predstavitev znanja v obliki konceptov znotraj določene domene in razmerij med

temi koncepti. Ontologija je tako "formalna, eksplicitna določitev skupne

konceptualizacije" [36]. Ontologija na neki domeni torej določa skupni besednjak, ki

se lahko uporablja za modeliranje te domene. Tako ontologija določa objekte in (ali)

koncepte ter njihove lastnosti in odnose med njimi [37]. Ontologije predstavljajo

strukturne okvirje za organiziranje znanja na neki domeni in se uporabljajo

predvsem v umetni inteligenci, semantičnem spletu, sistemskem inţeniringu,

razvoju programske opreme, ipd.

Po Gruberju [36] se ontologije pogosto enači s taksonomsko hierarhijo razredov,

definicijami teh razredov in njihovem medsebojnem odnosu, čeprav ontologije niso

omejene s konservativnimi definicijami v smislu tradicionalne logike.

2.11.1 Elementi ontologije

Sodobne ontologije [38] imajo precej strukturnih podobnosti, ne glede na jezik, v

katerem so grajene. Večinoma tako ontologije opisujejo:

»posameznike« (ang.: individuals) – objekte, osnovne elemente oziroma

gradnike ontologije,

»razrede« (ang.: classes) – koncepte, skupine, zbirke posameznih objektov,

»atribute« (ang.: attributes) – lastnosti, značilnosti, karakteristike in

parametri, ki lahko imajo posamezni objekti in razredi,

»relacije« (ang.:relations) – odnose, s katerimi so lahko posamezniki in

razredi, medsebojno povezani,


- 46 -

»pravila« (ang.: rules) – zapisi pravil v obliki če – potem (ang.: if – then), ki

opisujejo logično sklepanje, na podlagi določenega znanja

»aksiome« (ang.: axiomes) – trditve (vključno s pravili) v logični obliki, ki

skupaj tvorijo celotno teorijo, ki jo opisuje ontologija na svoji domeni,

»dogodke« (ang: events) – spreminjanje lastnosti ali relacij med elementi.

O pravih ontologijah (ang.: true ontology) [38] govorimo le, če so koncepti (razredi)

medsebojno povezani z relacijami in imajo določene atribute. V nasprotnem

primeru lahko govorimo o taksonomijah (ang.: taxonomy), ki so v bistvu zapisi

konceptov (razredov) s hiponimnimi relacijami med njimi oziroma o

nadzorovanem besednjaku (ang.: controlled vocabulary). Slednji dve obliki sta na

področju informacijskih tehnologij zelo uporabni, vendar jih ne moremo šteti za

popolne (prave) ontologije.

2.11.2 Razvoj ontologij

Z razvojem oziroma gradnjo ontologij se ukvarja »inţeniring ontologij« (ang.:

Ontology engineering), ki spada pod okrilje »inţeniringa znanja« (ang.: knowledge

engineering). Osnovni korak pri razvoju ontologije je določitev nivoja

konceptualizacije in stopnje formalnosti ontologije, ki je lahko [39]:

popolnoma neformalna – zapisna v naravnem jeziku,

pol-neformalna – zapisna v omejeni in kontrolirani obliki naravnega jezika,

pol-formalna – zapisna v umetnem in formalno definiranem jeziku in

popolnoma formalna – zapisna v umetnem jeziku s formalno semantiko.

Tako lahko glede na ţeleno stopnjo formalnosti gradimo ontologije z različnimi

jeziki, med katerimi velja izpostaviti naravni jezik in »Web Ontology Language«

(OWL) kot druţino jezikov gradnjo ontologije. OWL temelji na značilni formalni

semantiki in »Resource Description Framework Schema« (RDFS), razširljivem jeziku

za predstavitev znanja, ki zagotavlja osnovne elemente za opis ontologij.

Razvoj ontologije se običajno prične s pred-razvojem, v katerega sta vključeni študiji

izvedljivosti in okolja, v katerem bo ontologija uporabljena. Na podlagi rezultatov

teh študij se v okviru razvoja ontologija definira, konceptualizira, formalizira in


- 47 -

implementira v okolje. Po razvoju je potrebno zagotoviti še ustrezno posodabljanje,

aţuriranje in vzdrţevanje ontologije. Sočasno s temi fazami razvoja pa poteka tudi

podporni proces, ki obsega:

zajemanje znanja,

evalvacijo zajetega znanja,

sistematizacijo znanja,

dokumentacijo,

zdruţevanje novega znanja z obstoječim znanjem in

usklajevanje z drugimi ontologijami.

Za razvoj oziroma gradnjo ontologij je bilo razvitih več pristopov oziroma

metodologij, ki pa imajo skupno osnovno strukturo. Različni pristopi gradnje tudi

niso povezani z določenimi jeziki zapisa ontologije. Prav zaradi tega je v tem

trenutku mogoče najti veliko število računalniških orodij, s pomočjo katerih lahko

razvijalec gradi ontologijo. Ker gre pri ontologiji za zapis znanja v taki obliki, da je

široko razumljivo (zapis v OWL), ta orodja omogočajo različne izhodne zapise.

V nadaljevanju predstavljene disertacije bomo za namene izgradnje prototipa

ontologije obravnavanega področja uporabljali program Hozo.

2.11.3 Grafični pristop k razvoju ontologije - Hozo

Hozo je japonska zloţenka, sestavljena iz besede »Ho«, ki pomeni nespremenjeno

resnico, zakone in predpise, in v japonščini predstavlja tudi pojem ontologija, in

besede »Zo«, ki v japonščini pomeni gradnja. Tako je poimenovano tudi

računalniško orodje za razvoj in uporabo ontologij, ki temelji na osnovnih

(temeljnih) ontoloških teorijah.

Programsko orodje Hozo sestavljajo [40]:

Ontology Editor,

Onto Studio in

Ontology Server.


- 48 -

Ontologije, razvite s tem programskim okoljem, so na voljo v različnih oblikah

(OWL, Lisp, Besedilo, XML / DTD, DAML + OIL), zaradi katerih je omogočen

laţji prenos in večkratna uporaba.

Ontology Editor razvijalcem zagotavlja grafični vmesnik, preko katerega lahko

preglejujejo in urejajo ontologije s preprostimi grafičnimi kretnjami. Osnovni

pristop k delu predstavlja obravnavanje »konceptov« in »relacij« med njimi.

Ontology Editor je razdeljen na tri glavne dele[40]:

»is-a« hierarhični brskalnik (is-a je najpogostejši tip relacije, ki prikazuje

hiponimsko relacijo med objekti, razredi, koncepti,…), ki hierarhično

prikazuje ontologijo v skladu z odnosi med koncepti,

»urejevalna plošča« (ang.: Edit panel), ki je sestavljena iz dveh delov:

»pregledovalne plošče« (ang.: Browsing panel), kjer uporabnik vidi

grafično strukture ontologije, ki jo lahko tudi ureja, in »definicijske

plošče« (ang.: Definition panel), ki se uporablja za definiranje

(določevanje atributov) posameznemu konceptu ontologije ter

krmilno - orodni del, kjer se nahajata menijska in rodna vrstica z ukazi,

potrebnimi za delo.

Z uporabo programskega orodja Hozo lahko na relativno hiter način zgradimo

ontologijo nekega problemskega področja, pri čemer pa je še vedno treba znanje

pred implementacijo ustrezno zajeti in pripraviti.


- 49 -

3 IZGRADNJA BAZE ZNANJA

3.1 Zajemanje znanja

Delovno področje predstavljene raziskave obsega na prvi pogled dve med seboj

precej različni področji, ki pa ju druţi pomemben člen, to je uporabnik. V prvem

koraku smo raziskali obe področji in poiskali tiste značilne elemente, ki jih lahko

uporabimo za opis obeh področij. Zbrano in ovrednoteno znanje smo sistematično

uredili in na podlagi tega pripravili prototipa (modela) domenskih ontologij.

Pri gradnji prototipov ontologij smo izhajali iz predpostavke, da morata biti

ontologiji med seboj kompatibilni, da bomo lahko kasneje na njuni osnovi gradili

bazi znanja za model inteligentnega sistema. Tako smo ţe v fazi zajemanja poskušali

znanje zapisovati tako, da smo upoštevali zakonitosti, ki veljajo pri zapisu ontologij.

V prvi fazi smo raziskali različne moţnosti zajemanja znanja in ugotovili, da so

zaradi specifičnosti raziskovalnega področja, različnih načinov in pristopov k

opisovanju znanja za naše potrebe primerni predvsem naslednji trije načini

zajemanja znanja:

študij literature,

analiza obstoječih rešitev in

intervjuji s strokovnjaki na posameznem raziskovalnem področju.

Strojnega učenja (ang.: machine learning) [41], ki je sicer eden najuspešnejših

načinov zajemanja znanja, zaradi specifičnosti, ki smo jih zaznali med študijem

literature, nismo uporabljali.


- 50 -

Druga faza zajemanja znanja je obsegala študij literature. V uvodu smo natančno

pregledali obstoječo literaturo s področja ergonomije in estetike, ki je na razpolago v

Laboratoriju za inteligentne CAD sisteme in Laboratoriju za inţenirsko oblikovanje.

Na podlagi izsledkov, ki smo jih tako pridobili, smo začrtali grobo strukturo

zajetega znanja.

V tretji fazi smo analizirali nekatere karakteristične predmete, kjer smo iskali

morebitne nove »zakonitosti« in hkrati vrednotili znanje, pridobljeno iz literature.

Osnova za razvoj ontologije je bilo raziskovalno delo, opravljeno v okviru

podiplomskega študija in predstavljeno v magistrskem delu Ergonomski in estetski

vidiki razvoja izdelkov [23], katerega izsledki so predstavljeni ţe v poglavju 2.

3.1.1 Zasnova prototipa ontologije

V okviru ergonomskega in predvsem estetskega oblikovanja se teţave pri

formalizaciji znanja nanašajo predvsem na znanje, ki je značilno za proces določanja

estetske vrednosti, saj so pravila (znani odločitveni postopki) nejasna, negotova in

dinamična, zaradi česar jih je teţko zajeti. Sposobnosti prepoznavanja in oblikovanje

eksplicitnih in implicitnih elementov, ki prispevajo k ergonomski in estetski

vrednosti proizvoda, omogočajo računalniško formalizacijo znanja.

V sami zasnovi ontologije je potrebno določiti njeno grobo strukturo (slika 3.1).

Slika 3.1 Osnovna struktura ontologije


- 51 -

Pri uporabi pristopa »zgoraj-navzdol« (ang.: top-down) smo najprej definirali

osnovne tri razrede:

Tool – vrhnji razred za orodja

User – vrhnji razred za uporabnike

Environment – vrhnji razred za okolje

Vsak izmed glavnih razredov vsebuje podrazrede, ki se raztezajo do šest nivojev v

globino. Na sliki 3.2 je prikazan izsek drevesne strukture razredov ontologije v

oknu programa Hozo. Med posameznimi razredi so relacije tipa »si-a«, kot je

razvidno iz slike (oznaka I) pa se na koncu drevesa nahajajo osnovni elementi –

»posamezniki«.

Slika 3.2 Izsek iz drevesa razredov ontologije

Ker je Hozo program, s katerim lahko povezave med razredi urejamo (ustvarjamo)

grafično, lahko predstavljen prototip ontologije prikaţemo tudi v obliki grafa, kjer

se vidijo tudi povezave med razredi (slika 3.3).


- 52 -

Slika 3.3 Grafična predstavitev dela ontologije v programskem okolju Hozo

3.2 Izgradnja baze znanja

Ko je ekspertno znanje, potrebno za izgradnjo baze znanja, sistematično urejeno v

ontologiji, lahko pristopimo k razvoju baz znanja potrebnih v modelu inteligentne

podpore.

V tezi doktorske disertacije je navedeno, da bo imel model sistema dva ločena

modula (ergonomski in estetski modul), zatorej smo tudi bazi znanja gradili ločeno.

Na koncu smo kreirali še tretjo, hibridno bazo znanja, ki vsebuje znanje obeh

področij in je v bistvu unija baz posameznega modula.

Ker smo za izgradnjo modela sistema uporabljali programsko okolje Exsys Corvid,

smo najprej razvili osnovno strukturo »spremenljivk«, ki temeljijo na razredih,

definiranih v ţe predstavljeni ontologiji. Tako smo kot osnovo za vse baze znanja,

definirali »spremenljivke«, kot jih prikazuje tabela 3.1. V Corvid-u s pomočjo

spremenljivk gradimo produkcijska pravila, ki v jedru definirajo vrednosti drugim

spremenljivkam. V ta namen so bile definirane spremenljivke za:

oblikovalske cilje (ang.: design goals), ki imajo obliko »confidence«, s čimer

smo lahko določali pomembnost doseganja posameznih oblikovalskih ciljev

in


- 53 -

oblikovalska priporočila (ang.: design recommendations), ki pa imajo

obliko »collection« in v katerih so zbrana konkretna oblikovalska

priporočila.

Tabela 3.1 Spremenljivke v bazah znanja

Ergonomska baza znanja Estetska baza znanja

Spremenljivka Oblika Spremenljivka Oblika

Orodje

Tool_type Static list Tool_Type Static list

Tool_use_style Static list Tool_Use_style Static list

Tool_contact_area Static list Tool_Manipulation_style Static list

Tool_weight Continuous Tool_Controls Static list

Tool_use_position Static list Tool_purpose Static list

Grip_style Static list Tool_User_group Static list

Grip_class_determination Static list Tool_Semantics Static list

Grip_class Static list

Grip_quantity Static list

Level_of_detail Static list

Uporabnik

User_age Static list User_Age Static list

User_gender Static list User_Gender Static list

User_size Static list

User_work_hand Static list

User_safety_equipment Static list

Okolje Environment_location Static list Semantic_Meaning Static list

Environment_conditions Static list

Priporočila Ergo_Rec Collection Aest_Rec Collection

Anthropometric_data Collection Sema_Rec Collection

Cilji

Goal_Cognitive Confidence Goal_Shape Confidence

Goal_Dimensions Confidence Goal_safety Confidence

Goal_Excessive_forces Confidence Goal_Rhythm Confidence

Goal_Hight_task Confidence Goal_Proportion Confidence

Goal_Static_load Confidence Goal_Material Confidence

Goal_Tissue_compression Confidence Goal_Composition Confidence

Goal_V_H_C_N Confidence Goal_Characteristic_lines Confidence

Goal_Wrist Confidence Goal_Semantics Confidence

Goal_Ornament_Yes/No Confidence

Znanje, ki je zapisano v bazo znanja, je zdruţeno v smiselne skupine, ki jih tvorijo

logični bloki, ki so načeloma za vsako izmed osnovnih baz specifični.


- 54 -

V nadaljevanju so predstavljene zgradbe posameznih baz znanja, razčlenjene po

posameznih logičnih blokih. Pravila, ki so kot primeri navedena v nadaljevanju tega

poglavja, so zapisana v naravnem jeziku – angleščini, saj so baze znanja oziroma

celoten sistem grajeni v angleškem jeziku. Zaradi domneve, da je angleški jezik v tej

domeni standard, pravila niso prevedena v slovenski jezik in tako odraţajo

dejansko stanje v bazah znanja.

3.2.1 Oblikovanje in zapis ergonomskih ciljev in priporočil

Kot je ţe bilo omenjeno, so cilji in priporočila zapisna v jedrih produkcijskih pravil.

Če torej ţelimo doseči ergonomsko ustrezno obliko proizvoda (ročnega orodja),

moramo zadovoljiti naslednje ciljne zahteve [23], ki so v bazi znanja predstavljene s

spremenljivkami tipa »confidence« :

uskladiti dimenzije in konfiguracijo oblike z antropometričnimi podatki

ohraniti zapestja v nevtralnih poloţajih,

izogibati se kompresiji tkiv,

zmanjšati oziroma preprečiti prekomerne obremenitve,

prilagoditi obliko glede na poloţaj opravljanja dela,

blaţitev vibracij, vročine, mraza in hrupa,

zmanjšati statično obremenitev in

upoštevati načela kognitivne ergonomije.

Bazo znanja ergonomskega dela sistema smo tako zgradili s šestimi logičnimi bloki:

User knowledge; blok kjer so zbrana osnovna pravila, vezana izključno na

uporabnika;

Detail determination; blok, ki je namenjen izbiri oziroma definiranju obsega

(natančnosti) iskanja rešitev;

General ergonomics; blok, ki vsebuje pravila povezana s splošnimi

ergonomskimi pojmi;

Grip anthropometry; v tem bloku so zbrana pravila, ki definirajo

»antropometrična« priporočila;

Grip style; v katerem so pravila za določanje oziroma izbiro tipa ročaja;


- 55 -

Grip class; blok, ki je namenjen pravilom, ki opisujejo različne vrste

oprijemov.

V nadaljevanju si bomo natančneje pogledali nekatere primere pravil v posameznih

logičnih blokih. Naj omenimo, da so vsa pravila zapisna v ergonomski bazi znanja

priloţena temu delu v prilogi A.

3.2.1.1 Pravila, definirana glede na uporabnika orodja

Glede na to, kako je definiran potencialni uporabnik ročnega orodja, ki je predmet

obdelave, lahko na podlagi skupine pravil določimo posamezna priporočila

oziroma cilje, ki jih sistem ponudi oblikovalcu.

Tako lahko na primer izpostavimo pravilo, ki na podlagi podatka o tem, kakšnega

spola bodo običajni uporabniki, definira posamezna priporočila in določi vrednosti

posameznim ciljem.

IF:

Gender of the average user is: unisex

THEN:

Static load has to be minimal.: Confidence = 2

Static and Dynamic Anthropometric data should be used to determine

the dimensions.: Confidence = 5

[Ergo_Rec.ADD] It is important to fit the product to all groups of

users, therefore design solutions have to be suitable for both

genders.

[Anthropometric_data.ADD] There has to be a compromise between

anthropometric data for both genders. It is recommended, that such

values are selected, that can cover both genders.

Iz pravila je razvidno, da v primeru, ko lahko pričakujemo enakovredno

zastopanost spolov, brez dodatnih pogojev sistem najde precej splošna priporočila

(stopnja pomembnosti je nizka), hkrati pa jasno določi priporočilo, ki pravi, da je

treba biti pozoren pri izbiri antropometričnih podatkov, ki morajo ustrezati obema

spoloma.


- 56 -

3.2.1.2 Pravila s področja splošne ergonomije

Oblikovalec lahko ob začetku uporabe sistema definira stopnjo natančnosti (globine)

uporabe sistema, kjer ima na voljo tri moţnosti:

general ergonomics – splošna ergonomija,

contact areas – kontaktna območja,

grip – ročaj (kontaktno mesto).

V primeru, da izbere prvo moţnost (genral ergonomics), sistem uporabi skupino

pravil iz logičnega bloka General ergonomics, kjer najdemo tudi pravilo:

IF:

Define your Point of interest in this session: general ergonomics

AND: How old will the average user be: adult

AND: Define the tool to be considered: hand tool

AND: Estimated contact areas are: one grip OR two grips

THEN:

Tissue compression has to be avoided.: Confidence = 10



[Ergo_Rec.ADD_UNIQUE] Use contured handles

[Ergo_Rec.ADD_UNIQUE] Avoid sharp edges

Wrist(s) should maintain neutral straight position.: Confidence = 10

[Ergo_Rec.ADD_UNIQUE] Keep wrist(s) in neutral position

[Ergo_Rec.ADD_UNIQUE] Select appropriate grip style <a

href="http://licads.fs.uni-mb.si/oscar/myref/grip_style.html, myRef">

Grafika </a>

V glavi tega pravila najdemo štiri pogoje, jedro pa določa stopnje pomembnosti

posameznih oblikovalskih ciljev, definira štiri ergonomska priporočila, od katerih

zadnje vsebuje tudi grafično predstavitev (spletna povezava).

3.2.1.3 Pravila, ki definirajo tip ročaja

Glede na način uporabe orodja se na orodju pojavljajo različni tipi ročaja, ki jih

lahko razdelimo v pet skupin, poimenovanih s karakterističnimi orodji (slika 3.4):

pistol, hammer – pištolski ročaj,

screwdriver – ročaj izvijača,

scissors – ročaj škarij,


- 57 -

pliers – ročaj klešč,

hook – nosilni ročaj.

Slika 3.4 Definiranje tipa ročaja

Glede na izbrano vrsto ročaja, definira jo lahko oblikovalec, ali pa jo z uporabo

veriţenja nazaj predlaga sistem, lahko sistem najde priporočilo v pravilih, del

katerih je tudi naslednje:

IF:

Grip style for grip class: pliers

THEN:





V pravilu je določeno, da mora oblikovalec v primeru »kleščnega ročaja« osvetiti

največ pozornosti izogibanju kompresiji tkiv, paziti pa mora tudi na ustrezne

dimenzije in ohranjanje zapestja v nevtralnem poloţaju.

3.2.1.4 Pravila, ki definirajo vrsto oprijema

Kljub temu, da se na prvi pogled vrsta oprijema lahko definira glede na tip ročaja

(in obratno), pa je nesporno dejstvo tudi to, da je vrsta oprijema odvisna predvsem

od:

mase orodja,

aplicirane moči uporabnika in

natančnosti delovne operacije.


- 58 -

Tako lahko mnoţico moţnih vrst oprijemov (vseh moţnosti ne moremo predvideti,

saj so odvisne od predispozicij uporabnika) zdruţimo v tri skupine (slika 3.5):

power grip – močni oprijem,

intermediate grip – vmesni oprijem za natančno vodenje,

pinch grip – pincetni oprijem.

Slika 3.5 Definiranje vrste oprijema

V primeru »močnega oprijema« in večji masi orodja pa je smiselno razmišljati tudi o

dveh oprijemnih mestih, ki sta oblikovno določeni v skupini pravil, ki definirajo

dimenzije ročaja.

Pravila, ki sluţijo izbiri vrste oprijema, so zdruţena v logičnem bloku »Grip class«

in imajo naslednjo obliko:

IF:

Define the tool to be considered: hand tool OR power hand tool

AND: Grip class determination recommended grip

AND: [Tool_weight] >1.5

THEN:

Grip class is power grip

How many grips? two grips

[Ergo_Rec.ADD] Heavy tool should not be used above chest line.

Static load has to be minimal.: Confidence = 15

Pravilo je zgrajeno tako, da v primeru, ko oblikovalec ţeli priporočen oprijem,

sistem na podlagi predvidene mase orodja predlaga ustrezen oprijem (v tem

primeru, »močni oprijem«). Dodano je še ergonomsko priporočilo o delovni višini,

na kateri naj se orodje uporablja.


- 59 -

3.2.1.5 Pravila, ki definirajo priporočila o obliki in dimenzijah

Velikokrat ergonomijo enačimo z dimenzijskim usklajevanjem orodja z

uporabnikovimi predispozicijami. Dejstvo je, da je dimenzijsko usklajevanje samo

zaključek celovite ergonomske obravnave posameznega orodja (oblikovalskega

objekta), kjer priporočenim elementom dodamo oblikovno-dimenzijske okvirje, na

podlagi antropometričnih podatkov o uporabniški populaciji.

V logičnem bloku »Grip anthropometry« so tako zbrana priporočila, ki definirajo

obliko in dimenzije ročajev oziroma kontaktnih mest. Primer takega priporočila:

IF:

Define your Point of interest in this session: grip

AND: Grip class is power grip

AND: Grip style for grip class: pistol OR hammer

AND: Tool use position belt - chest

THEN:

[Anthropometric_data.ADD] Consider anthropometric data for

"classical" pistol grip.



Excessive forces have to be reduced: Confidence = 5

Ko sistem pozna dejstva glede tipa ročaja in vrste oprijema ter poloţaja uporabe

orodja, lahko izpelje pravila, ki govorijo o dimenzijah obravnavanega ročaja (slika

3.6), hkrati pa dodatno poudari pomembne ergonomske cilje.

Slika 3.6 Antropometrični podatki za "močni oprijem"


- 60 -

3.2.2 Oblikovanje in zapis estetskih priporočil in navodil

Pri oblikovanju in zapisu estetskih priporočil pristopamo enako kot pri

ergonomskem delu. Na podlagi raziskovalnega dela [23] lahko zapišemo cilje, ki jih

pri estetskem oblikovanju izdelkov, v našem primeru ročnih orodij, poskušamo

doseči. Te estetske cilje, lahko zdruţimo v tri skupine, v bazi znanja pa so zastopani

s sprmenljivkami tipa »confidence« (tabela 3.1):

funkcionalnost izdelka:

o oblika (forma) izdelka mora nakazovati način uporabe,

o oblika mora zagotavljati enostavno in varno uporabo,

o funkcionalnost naj bo poudarjena s pravilno rabo materialov;

kompozicijsko skladnost:

o ritem estetskih elementov mora odraţati ţeleno sporočilo,

o proporci morajo biti konsistentni in v skladu z glavno funkcijo,

o kompozicija estetskih elementov mora podpirati semantično

sporočilo,

o pozornost je treba posvetiti uporabi »ornamentov«;

semantično usklajenost:

o semantično sporočilo morajo izraţati karakteristične linije,

o semantično sporočilo mora izpolniti uporabnikova pričakovanja.

Baza znanja s področja estetskega oblikovanja sestavlja šest logičnih blokov:

Tool definition; v tem logičnem bloku so zbrana pravila, ki določajo

osnovne karakteristike orodja, glede na njegov namen;

Professional tools; blok s pravili, ki so namenjena profesionalnim orodjem

Hobby tools; blok s pravili, ki so namenjena hobi orodjem;

Domestic tools; blok s pravili, specifičnimi za estetsko oblikovanje hišnih

orodij (kuhinjski pripomočki,…);

Semantics definition; pravila zbrana v tem bloku definirajo vsebino

semantičnega sporočila, ki naj ga orodje nosi;

Semantics assurance; skupina pravil, ki zagotavljajo obliko, skladno s

posameznim semantičnim sporočilom;


- 61 -

Priporočila, ki so del baze znanja, so podprta z grafičnimi primeri, katerih naloga je

razjasnitev pomena posameznega priporočila. Potrebno je jasno poudariti, da so

predstavljena priporočila in nasveti samo vodilo oziroma pomoč oblikovalcu pri

definiranju oblike in tako oblike ne predpisujejo enolično. Še vedno je v

oblikovalčevi domeni odločitev o tem, katera priporočila bo upošteval in v kolikšni

meri. Rezultat bo tako še vedno »edinstvena« oblika.

Posamezne skupine pravil so podrobneje predstavljene v nadaljevanju. Vsaka

skupina, to je logični blok, je predstavljena z enim izmed pravil, celotna estetska

baza znanja pa je predstavljena v prilogi B.

3.2.2.1 Pravila, ki jih definira namen orodja

Podatek s katerim oblikovalec zagotovo razpolaga je namen oziroma glavna

funkcija orodja, ki ga oblikuje. Na podlagi študij posameznih orodij smo tako

sestavili pet reprezentativnih skupin, med katerimi lahko oblikovalce izbira:

smashing tools – orodja za zabijanje,

penetrating tools – orodja za penetriranje,

screwing tools – orodja zavijačenje,

cutting tools – orodja za rezanje,

holding nad squeezing tools – orodja za prijemanje in stiskanje.

Za vsako skupino oblikovalskih pravil smo zapisali posamezna priporočila in

morebitne nadaljnje definicije »spremenljivk«, ki so neposredno povezane z

namenom orodja.

Predstavljamo vam pravilo, ki definira osnovne oblikovalske cilje v primeru, ko je

obravnavano orodje za drţanje in stiskanje.

IF:

Select the group of tools most suitable for tool in consideration:

tools for holding and squeezing

THEN:

Important safety issues are predicted - consider ergonomic part of

the system.: Confidence = 5

Shape (form) of the product should be consistent to products'

function.: Confidence = 5


- 62 -

Ker sistem v tem pravilu obravnava samo en pogoj v glavi, so ovrednoteni

oblikovalski cilji dokaj splošni. Ker sistem pozna premalo dejstev, v tem trenutku še

ne more definirati jasnejših oblikovalskih priporočil.

3.2.2.2 Pravila za definiranje oblike orodij glede na

zahtevnost uporabe

Med raziskovanjem trga smo ugotovili, da na področju ročnih orodij v splošnem

velja jasna ločitev orodij glede na zahtevnost in dolgotrajnost uporabe. Tako smo za

potrebe baze znanja definirali naslednje skupine orodij:

profesionalna orodja,

hobi orodja,

gospodinjska (hišna) orodja.

Vsako izmed teh skupin definirajo posebne oblikovne karakteristike, ki jih lahko

vgradimo v produkcijska pravila. Ta pravila so zdruţena v treh logičnih blokih. Eno

izmed teh pravil je predstavljeno tukaj:

IF:

How it the tool being used: professional use

AND: Define the appropriate tool type: power hand tool

THEN:

Important safety issues are predicted - consider ergonomic part of

Shape (form) of the product should be consistent to products'

function.: Confidence = 5

Tudi v tem primeru pravilo predpisuje samo pomembnost posameznega

oblikovalskega cilja, konkretna oblikovalska priporočila pa še vedno niso podana,

saj manjka nekaj ključnih informacij, ki jih sistem zbere v blokih, ki obravnavajo

semantične elemente.

3.2.2.3 Pravila, ki definirajo semantičen pomen

Vsak predmet mora izraţati določeno sporočilo, ali povedano drugače, mora

nekako opozarjati nase, saj ga drugače potencialni uporabnik ţe ob prvem stiku, to

je običajno na trgovski polici, med mnoţico konkurenčnih izdelkov teţko opazi.


- 63 -

Pomembno je, da izdelek sporoča pravo vsebino, ravno dovolj glasno, da se, tedaj še

potencialnemu uporabniku, zdi najprimernejši.

Med različnimi skupinami orodij, definiranimi v poglavju 3.2.2.2, je moč zaznati

različne prioritete povezane s semantičnim sporočilom. V bazi znanja tako to

področje obvladujeta dve skupini priporočil.

V prvem logičnem bloku najdemo priporočila, s katerimi sistem, tudi s pomočjo

veriţenja nazaj, glede na razpoloţljive podatke sklepa, kako semantično sporočilo bi

bilo za nek izdelek najprimernejše, kot je to razvidno iz pravila:

IF:

How it the tool being used: professional use OR hobby use

AND: How to determine appropriate semantic meaning for the product? System

shell derive semantic meaning

AND: Select the group of tools most suitable for tool in consideration:

smashing tools

THEN:

Tool Semantics aggression AND dominance

Predstavljeno pravilo, ob znanem načinu uporabe orodja in zahtevi, da naj sistem

predlaga semantično sporočilo, predlaga določeno semantično sporočilo.

Drugi logični blok nato predlagano ali izbrano semantično sporočilo pretvori v

priporočila o izvedbi karakterističnih linij. Tako oblikovalec pride do dejanskega

priporočila, katere karakteristične linije naj uporabi pri zagotavljanju ţelenega

semantičnega sporočila, kar predstavlja naslednje pravilo:

IF:

Tool Semantics aggression

THEN:

Consider use of adequate technical realization of characteristic

lines.: Confidence = 5

[Aest_Rec.ADD] Lines/surfaces should express acceleration

Tudi baza znanja za področje estetskega oblikovanja vsebuje ob priporočilih še

povezave do grafičnih predstavitev tako informacij, ki jih sistem ţeli, kakor tudi do

predstavitev priporočil in ciljev.


- 64 -

3.2.3 Oblikovaje korelacij med estetskimi in ergonomskimi

podatki

Ergonomska in estetska priporočila so v določeni meri ţe usklajena, saj lahko

rečemo, da je človeško telo, splošno gledano, estetsko dobro zasnovano, kar ima za

posledico to, da so ergonomske rešitve, ki sledijo določenim telesnim lastnostim ţe

same po sebi estetsko pred-usklajene, če ne drugače, vsaj v smislu dimenzijskih

razmerij. Res pa je tudi, da nekatera estetska priporočila narekujejo določene korake

pri estetskem oblikovanju, ki z ergonomskega vidika niso sprejemljivi. Tak primer je

recimo priporočilo »oblika naj izraţa funkcijo«, kjer v primeru oblikovanja noţa

zaradi ohranjanja estetske skladnosti ohranjamo ostre robove po celotni dolţini, kar

je estetsko ugodno, ergonomsko gledano pa nedopustno, saj uporaba takšnega noţa

praktično ni mogoča.

Medsebojna odvisnost ergonomskih in estetskih priporočil je odvisna predvsem od

vrste proizvoda, ki ga oblikujemo, saj je le glede na to mogoče določiti prioritete, ki

naj jih proizvod v sebi zdruţuje.

Korelacije, ki so vključene v produkcijska pravila, najdemo predvsem v bazi

estetskega modula, saj izhajamo iz dejstva, da moramo v vsakem primeru estetiko

prilagoditi ergonomiji izdelka in ne obratno. Do neke mere pa so osnovne korelacije

vzpostavljene tudi v skupni bazi znanja.

Tako so v tretji, imenovali smo jo hibridna baza znanja, zdruţena vsa pravila, ki

vplivajo na splošno zasnovo oziroma oblikovanje nekega ročnega orodja. Zaradi

enostavnosti in nepotrebnega podvajanja so pravila, ki natančno določajo določene

dele oziroma lastnosti, namenoma izključena, na mestu kjer bi jih sistem uporabil v

osnovnih bazah pa se nahaja priporočilo, ki oblikovalcu svetuje uporabo ustreznega

področnega modula.

3.2.4 Zasnova evaluacijskega modula

Do sedaj smo govorili o pravilih, ki definirajo priporočila o oblikovanju nekega

izdelka. Ko pa ţelimo ocenjevati ergonomske in estetske značilnosti izdelka,

moramo te značilnosti primerjati s priporočili. Tako smo, v okviru zasnove

evaluacijskega modula, zdruţeno bazo znanja korigirali tako, da smo zgradili


- 65 -

pravila, ki omogočajo primerjavo med dejanskimi lastnostmi izdelka in

oblikovalskimi priporočili.

Če smo v prvih treh bazah znanja znanje zapisovali v logičnih blokih, smo v tej bazi

uporabili zapis v obliki »akcijskih blokov« (ang.: Action Block). Ti bloki nam

omogočajo gradnjo »pametnih vprašalnikov« (ang.: Smart Questionnaire). V njih so

v bistvu zapisana vprašanja, s pomočjo katerih sistem s primerjavo vhodnih

podatkov in priporočil v pravilih išče odgovor, ali je neko priporočilo (pravilo)

upoštevano. Pri tem seveda uporablja metode veriţenja naprej in nazaj. Rezultat je

seznam ustreznih in neustreznih lastnosti izdelka.

Na tak način je mogoče zgraditi evaluacijo ergonomskih lastnosti izdelka, kjer so

lastnosti jasno izraţene in vidne. Na estetski strani pa določevanje ni enolično

določeno. Ravno zaradi tega razloga estetskega dela modula nismo razvijali, saj bi

to preseglo okvirje tega raziskovalnega dela, predvidevamo pa, da bomo na tem

področju v okviru bodočih raziskovalnih projektov lahko nadaljevali z delom.

Naša vizija je zgraditi sistem, ki bo omogočal »branje« oblikovnih (ergonomskih in

estetskih) karakteristik izdelka na podlagi »3D skena« oziroma ortogonalnih

upodobitev, kjer bo sistem izkoriščal tudi metode prepoznavanja vzorcev (ang.:

Pattern Recognition).


- 66 -

4 RAZVOJ MODELA SISTEMA

Z izgradnjo baz znanja je bil izpolnjen šele prvi korak proti modelu inteligentne

podpore pri ergonomskem in estetskem razvoju izdelkov. Baze znanja je bilo

potrebno povezati v delujoč prototip, s katerim bo moţno preizkusiti dejansko

vrednost razvitih pravil. Ker je poimenovanje prototipov oziroma razvijajočih

programov stalna praksa, smo naš sistem poimenovali OSCAR.

Ţe v uvodu smo zapisali zahtevo po deljenosti OSCAR-ja na ergonomski in estetski

del. To ločitev smo dosegli v prvi vrsti z ločevanjem baz znanja, s pravilno zasnovo

celotnega sistema pa bomo lahko zagotovili ustrezno izbiro načina delovanja. Slika

4.1 prikazuje osnovno strukturo sistema, kjer sta jasno ločena oba modula, hkrati pa

je vidna tudi povezava med moduloma, ki skrbi za usklajevanje priporočil.

Tako kot baze znanja smo tudi celoten prototip zasnovali in realizirali v programu

Exsys Corvid. Uporabljene so različne funkcije, ki jih v Corvid-u lahko uporabimo

za definiranje in usmerjanje mehanizma sklepanja. Sistemi so grajeni ločeno,

mehanizem sklepanja pa deluje po sistemu veriţenja naprej in nazaj.


- 67 -

Slika 4.1 Arhitektura predlaganega inteligentnega sistema

4.1 Izgradnja delujočega prototipa sistema

Ker je tok podatkov za pravilno delovaje posameznega sistema ključen, smo z

uporabo izvedbenih blokov definirali potek delovanja posameznega sistema.

Pomembno je bilo predvsem pravilno usmerjanje mehanizma sklepanja med

posameznimi logičnimi bloki v posamezni bazi znanja, saj smo s tem dosegli

optimalno hitrost sistema, hkrati pa minimizirali moţnost zankanja.

Kot ključno točko posameznega izvedbenega bloka smo postavili iskaje

»spremenljivk« z obliko »confidence«. Sistem tako najprej pridobi potrebne osnovne

podatke o vrsti orodja in o uporabniku, nato pa preišče pravila in v veliki meri s

pomočjo veriţenja nazaj poišče ustrezne rešitve – pravila z ustreznimi pogoji.

Ko je mehanizem sklepanja najde ustrezno pravilo, ki ima v jedru naveden

vrednosti »spremenljivk« tipa »confidence« ali pa »collection«, vrednosti teh

spremenljivk shrani v delovni pomnilnik. Pri tem velja omeniti, da obstaja moţnost,

da se enake »spremenljivke« pojavijo v več pravilih, ki ustrezajo danim podatkom.

V takem primeru mehanizem sklepanja zajame vse izbrane vrednosti in, ko gre za


- 68 -

»spremenljivke« tipa »collection«, priporočila enolično zbere (zanemari podvojene

vnose), v primeru »spremenljivk« tipa »confidence« pa stopnje verjetnosti sešteje.

Vsi izvedbeni bloki vsebujejo tudi ukaz, s katerim se zagotovi predstavitev najdenih

priporočil, ki so urejena po vrstnem redu, kot so bila najdena, v primeru navedbe

oblikovalskih ciljev pa so le-ti urejeni hierarhično od najvplivnejšega navzdol.

Po ustrezni definiciji izvedbenih blokov moramo samo še pripraviti datoteke, ki jih

lahko nato s pomočjo Java Applet-a preizkusimo.

4.2 Razvoj uporabniškega vmesnika

Glavna naloga OSCAR-ja je, kljub dejstvu, da gre za prototip, nudenje pomoči

neizkušenim uporabnikom. Ravno zaradi tega smo uporabniškemu vmesniku

posvetili izjemno pozornost.

Razvoj uporabniškega vmesnika se ob uporabi Corvid-a prične ţe ob gradnji baze

znanja, kjer ob definiciji posamezne »spremenljivke« definiramo tudi njeno besedilo

in obliko le-tega, ki ga sistem posreduje uporabniku. Tako smo poskušali definirati

jasne in jedrnate trditve, ki kar najbolje opisujejo namen oziroma potrebo sistema.

Za laţje razumevanje trenutnega početja sistema, smo za posamezne odločitvene

korake, ko OSCAR potrebuje informacijo podano s strani oblikovalca (uporabnika

sistema), pripravili tudi dopolnilne komentarje, katerih namen je olajšanje odločitve

uporabnika.

Oblikovanje uporabniškega vmesnika, ki teče v javanskem oknu, izvedemo v

Corvid-u. V našem primeru smo, ravno zaradi dopolnilnih komentarjev, javanski

del zasnovali popolnoma tekstovno, vse grafike pa prikazujemo zunaj Java appleta.

Ta tekstovni del je zasnovan jasno in pregledno, v celotnem sistemu enotno.

Običajno se v enem koraku v oknu pojavi ena sama sistemska zahteva oziroma

vprašanje. Izjeme so le koraki, v katerih sistem zbira uvodne (osnovne) informacije,

ki so zdruţeni v enem oknu. Uporabnik ima na voljo več moţnosti vnosa podatkov,

najpogosteje pa so uporabljeni izbirni gumbi (enolična izbira) in potrditvena polja

(večvrstna izbira).


- 69 -

Ker gre v primeru OSCAR-ja za prototip inteligentnega sistema, dostopnega preko

spleta, smo zasnovali tudi dostopno spletno stran. Zaradi moţnosti določanja

lokacije odpiranja povezav oziroma komentarjev, smo spletno stran zasnovali z

okvirji (ang.: frames) (slika 4.2).

Slika 4.2 Vstopni portal sistema OSCAR

Osnovna razdelitev spletne strani je horizontalna. Zgornji okvir je namenjen

poganjanju Java appleta, v spodnjem okvirju pa sistem prikazuje komentarje

oziroma obvestila. Na osnovni strani je v zgornjem okvirju krmilna plošča s

povezavami do posameznih modulov sistema:

OSCAR – ERGO: modul za ergonomsko oblikovanje,

OSCAR – AEST: modul za estetsko oblikovanje,

OSCAR – DESIGN: modul, ki zdruţuje obe področji,

OSCAR – EVAL: modul, ki evaluacije ţe izvedenih oblikovnih rešitev.


- 70 -

5 TESTIRANJE SISTEMA

Testiranje novo razvitega programa oziroma sistema je zahtevna in pomembna

naloga. Na tak način se novi sistem preizkusi tako v običajnih (pričakovanih)

situacijah kot tudi v »ekstremnih« razmerah. Izsledki testiranja so pomembni

predvsem za določanje morebitnih korekcij v strukturi sistema, hkrati pa z njimi

dokazujemo praktično vrednost.

V našem primeru smo sistem OSCAR testirali skozi celoten postopek razvoja, saj

nam razvojno okolje Corvid omogoča testiranje praktično vsakega posameznega

dela sistema takoj, ko je del dokončno zgrajen. Tako smo kritične pomanjkljivosti

odpravljali ţe v procesu razvoja.

Ko je bil prototip sistema zgrajen do te mere, da je lahko deloval kot celota, smo

pričeli tudi s testiranjem uporabniškega vmesnika, kjer smo se v prvi fazi

osredotočali predvsem na konceptualno zasnovo. Preizkusili smo več različnih

konfiguracij okvirjev na različnih monitorjih, pri čemer smo za dostop do spletne

strani uporabljali različne spletne odjemalce (Internet Explorer 8, Mozzila Firefox

3.6,…) in tako s testiranju izbrali končno podobo dostopne spletne strani.

Testiranje pravilnosti, učinkovitosti in uporabnosti sistema smo praktično opravili z

dvema oblikovalskima nalogama, ki smo ju, podobno kot pri preizkušanju baz

znanja, reševali s pomočjo predstavljenega prototipa.

K testiranju smo pristopili v več korakih:

testiranje oblikovalskih pravil in priporočil »na roko«,

testiranje baz znanja v sistemu Exsys Corvid,


- 71 -

testiranje krmiljenja mehanizma sklepanja in

testiranje na praktičnih primerih.

Tudi glede na način testiranja smo model inteligentne podpore preizkusili v

različnih situacijah:

testiranje s praktično nalogo:

o ergonomsko oblikovanje ročaja pištole za PU peno;

testiranje v pedagoškem procesu:

o konceptna zasnova oblike motorne ţage;

o konceptna zasnova poljubnega orodja;

testiranje sistema za oceno ustreznosti oblike:

o analiza obstoječega ročaja pištole za PU peno;

o analiza motorne ţage.

Skozi navedene pristope smo testirali in ocenjevali bazo znanja, in delovanje modela

inteligentnega sistema kot celote.

5.1 Testiranje in evaluacija baz znanja

Zajemanje in sistematiziranje znanja je bilo v razvoju modela inteligentnega sistema

časovno najobseţnejše. Pričelo se je ţe v raziskovalnem delu v okviru

podiplomskega študija, rezultat katerega je ţe omenjeno magistrsko delo [23].

Znanje, zapisano v baze znanja, se je tako ocenjevalo ţe skozi postopek

sistematizacije, nadaljevalo pa se je v procesu zapisa ontologije. Ko so bile baze

znanja zgrajene, so se tam zapisana pravila testirala na praktičnih primerih, ki so jih

kot oblikovalci izvajali študentje višjih letnikov strojništva na usmeritvah

konstrukterstvo in inţenirsko oblikovanje.

Študenti, razdeljeni v dve skupini, ki med seboj načeloma nista bili povezani, so

dobili oblikovalsko nalogo:

skupina A: »V podjetju, v katerem ste zaposleni, so vam dodelili projekt

idejne zasnove motorne ţage. V opisu nalog je od vas zahtevano, da

pripravite osnovne idejne osnutke oblike motorne ţage. Pri tem morate jasno

nakazati vse ergonomske in estetske karakteristike.«


- 72 -

skupina B: »Kot član kreativno-razvojne ekipe ste zadolţeni za pripravo

idejnih osnutkov novih uporabnih orodij. Vaša naloga je kreiranje skic, na

podlagi katerih predstavljate te izdelke nadrejenim. Posebno pozornost

posvetite ergonomskim in estetskim kriterijem.«

Zgoraj definirane naloge so študentje opravljali v okviru laboratorijskih (teoretskih)

vaj pri predmetih s področja oblikovanja oziroma ergonomije, kar pomeni, da so

teoretična spoznanja v času izvedbe vaj ravnokar osvojili. Delo je potekalo v dveh

delih:

v prvem delu so študentje na podlagi znanja in literature, ki jim je bila

dostopna, po lastni presoji izpolnili zadano nalogo. Ta korak ustreza tudi

dejanskemu poteku dela v podjetju. Svoje rezultate so predstavili kolegom,

kjer so skozi razpravo našli »kritične« elemente in poiskali rešitve zanje. Na

tej točki smo zbrali končne skice.

v drugem delu so študenti prejeli prilagojene zbirke znanja, zajetega v

ergonomski in estetski bazi znanja. Na podlagi teh zbirk so nato izpopolnili

svoje idejne rešitve in se tako pribliţali pričakovanim rezultatom.

Na sliki 5.1 vidimo primerjavo idejne zasnove rešitve naloge člana skupine A.

Zgornja polovica (skica) predstavlja idejno zasnovo kreirano v prvem delu.

Osnovna zasnova je povzeta po poznanih modelih motornih ţag. Gledano z

ergonomskega stališča lahko ugotovimo, da je rešitev zadnjega ročaja »sporna«.

Kratka estetska ocena pa postreţe z ugotovitvijo, da so razmerja med posameznimi

elementi nekonsistentna, kompozicijsko pa idejna zasnova ni skladna. V spodnji

skici je prikazana idejna zasnova motorne ţage, ki je bila preoblikovana s pomočjo

posredovane zbirke priporočil. Opazne so izboljšave na zadnjem ročaju, ki je tako

geometrijsko kot tudi dimenzijsko izpopolnjen. Sprednji ročaj je ravno tako

modificiran. Spremenjena je zasnova varovalnega mehanizma na zadnjem ročaju, ki

v novi obliki zagotavlja laţje in učinkovitejše delo. Na področju estetske zasnove je

v prvi vrsti moč zaznati spremembo karakterističnih linij, ki sedaj tečejo bistveno

bolj gladko. Ornamenti so konsistentni z ostalo kompozicijo, na področju proporcev

je zaznati uskladitev. Splošni vtis, ki ga pušča skica, je precej boljši (je pa ta skica

tudi natančneje izdelana).


- 73 -

Slika 5.1 Rezultat uporabe oblikovalskih priporočil

(zgoraj – brez uporabe priporočil; spodaj – upoštevana priporočila)


- 74 -

Tudi v skupini B smo pred testiranjem baz pričakovali podoben rezultat. Na sliki 5.2

je predstavljena idejna zasnova kombiniranega gasilskega ročnika, prav tako v dveh

različicah – pred in po uporabi zbirke priporočil.

Slika 5.2 Implementacija oblikovalskih priporočil

(zgoraj – brez uporabe priporočil; spodaj – upoštevana priporočila)


- 75 -

Na prvi skici (zgoraj) je predstavljena idejna zasnova večfunkcijskega ročnika, kjer

so jasno izraţeni ročaj, podporna-krmilna ročica in vrat z oprijemnim mestom. Skica

ročaja nakazuje pištolski »močni« oprijem, ergonomsko gledano z dokaj ustreznim

naklonom. Očitna pomanjkljivost je postavitev druge ročice, ki ima z ročajem

skupno presečišče. Na spodnji sliki je predstavljena izboljšana različica, kjer je zelo

očiten premik podporno-krmilne ročice. Druga zelo očitna sprememba je koleno

takoj za priključkom cevi, ki je namenjeno spremembi smeri sile, ki jo ustvarja voda

v cevi. Estetske karakteristike pričakovano niso v ospredju, saj gre v primeru

ročnika za ozko specializirano orodje. Kljub temu se s premikom krmilne ročice

spremeni tudi silhueta ročnika, ki sedaj deluje bolj kompaktno, daje občutek

stabilnosti in zanesljivosti, hkrati pa jasno nakazuje smer uporabe (delovanja).

Ob teh dveh praktičnih primerih, kjer so neizkušeni uporabniki preizkusili

uporabnost pravil in priporočil, smo baze znanja pričeli intenzivno testirati takoj, ko

je sistem to omogočal.

Glede na rezultate, ki smo jih dosegli s testiranjem »v predavalnici«, lahko trdimo,

da so se baze znanja izkazale za dovolj zanesljive in kakovostne, s čimer je bilo

zajemanje in zapis znanja v tej fazi zaključeno. Poudariti pa velja, da so baze »ţive«

strukture, ki zaradi svoje konstrukcije omogočajo hitro in sprotno urejanje oziroma

posodabljanje, zato se ves čas dopolnjujejo.

5.2 Testiranje delovanja modela

Potem, ko smo uspešno preizkusili bazi znanja, smo se lotili tudi testiranja

delovanja prototipa modela inteligentne podpore. Posamezne dele modela smo

testirali ţe v fazi razvoja v razvojnem okolju Corvid. Rezultate teh vmesnih testiranj

smo upoštevali v nadaljnjem razvoju, zato jih na tem mestu ne bomo navajali. Pri

delujočem prototipu smo za vsak modul testirali:

delovanje baze znanja,

delovanje mehanizma sklepanja,

delovanje podpornega – pojasnjevalnega mehanizma,

učinkovitost in jasnost uporabniškega vmesnika.


- 76 -

Ker smo zaradi zagotavljanja kakovosti rezultatov testiranja potrebovali referenčni

model oziroma orodje, smo se obrnili na svetovno znanega proizvajalca pištol za

brizganje PU pene, to je podjetje MVA d.o.o., ki nam je za potrebe testiranja

posodilo nekatere primerke njihovih orodij, hkrati pa nam je dalo na voljo tudi

prototip novega ročaja, ki so ga v podjetju razvili.

Zadali smo si naslednjo nalogo:

Zasnovati je potrebno obliko glavnega dela pištole za PU peno (obstoječa rešitev

je predstavljena na sliki 5.3) s poudarkom na ergonomskem in estetskem

oblikovanju ročaja. V zasnovi je potrebno definirati karakteristične dimenzije

ročaja in osnovno obliko (karakteristične linje).

Slika 5.3 Odstoječa rešitev pištole za PU peno (vir: internet)

Tako smo zasnovali naslednji scenarij testiranja:

določitev vhodnih podatkov (uporabnik, orodje, okolje),

preizkus ergonomskega modula:

a. splošna ergonomija,

b. določevanje kontaktnih mest,

c. definiranje oprijema;

preizkus estetskega modula:

a. določitev oblikovalskih priporočil,

b. opis novega ročaja.


- 77 -

5.2.1 Določitev osnovnih podatkov

Vsaka razvojna naloga se prične z definicijo naloge in specifikacijo zahtev, ki iz

definicije naloge izhajajo. V našem primeru smo v fazi določitve osnovnih podatkov

o oblikovanem orodju definirali podatke predstavljene v tabeli 5.1.

Tabela 5.1 Osnovni parametri

Vhodni parameter Vrednost

uporabnik

Spol Moški

Starost Odrasla oseba

Velikost Povprečna višina

orodje

Namen Nanašanje PU pene, penetriranje v majhne odprtine

Masa Pribliţno 2kg s peno

krmiljenje Sproţilec, krmiljenje ventila

okolje Lokacija Gradbišče

Zaščitna oprema Delovne rokavice

Na podlagi tako definiranih podatkov smo lahko pričeli z uporabo prototipa

modela sistema.

5.2.2 Preizkus modela sistema

V prvem koraku smo sistem preizkusili na področju splošne ergonomije. Pričakovali

smo rezultate, ki se bodo nanašali na kvalitativno ovrednotene ergonomske cilje,

medtem ko velikega števila konkretnih priporočil v tej fazi ni bilo pričakovati. Del

rezultatov, ki jih sistem vrne v tej fazi, lahko vidimo na sliki 5.4.


- 78 -

Slika 5.4 Rezultati uporabe sistema - stopnja natančnosti: splošna ergonomija

V drugem koraku smo pri določitvi stopnje natančnosti izbrali moţnost kontaktne

površine (ang.: contact areas). Ponovno smo vnesli osnovne podatke in odgovorili

na dodatna vprašanja sistema, ki je na koncu predlagal ergonomska in tudi eno

antropometrično priporočilo (slika 5.5).

Slika 5.5 Rezultati uporabe sistema - stopnja natančnosti: kontaktna mesta

Zadnji korak je bila uporaba sistema pri natančnem oblikovanju oprijemnega mesta,

kjer smo pričakovali konkretna priporočila, ki veljajo za določen tip izbranega

ročaja. Rezultate je sistem prikazal tako v tekstovni obliki priporočil kot tudi

grafično, kjer je na podlagi obstoječih rešitev ponazorjeno priporočilo, ki je


- 79 -

predlagano. Rezultat sistema je prikazan na sliki 5.6, grafična predstavitev

priporočila pa na sliki 5.7.

Slika 5.6 Rezultati uporabe sistema - stopnja natančnosti: oprijemno mesto

Slika 5.7 Grafična predstavitev priporočila

5.3 Analiza rezultatov sistema

Sistem generira določena priporočila, ki jih mehanizem sklepanja izpelje na podlagi

pravil vgrajenih v bazi znanja. Njihova interpretacija in kasnejša implementacija sta

prepuščeni uporabniku sistema, to je oblikovalcu oziroma konstrukterju. Katera

izmed priporočil, in v kolikšni meri naj bodo upoštevana, sistem ne predpisuje.


- 80 -

V konkretnem primeru lahko kot oblikovalci pištole za PU peno na podlagi

predstavljenih smernic in priporočil izluščimo naslednje:

ročaj moramo uskladiti z uporabnikovimi antropometričnimi dimenzijami:

o sistem predlaga uporabo podatkov za 50. percentil,

o ročaj naj bo zasnovan kot klasični pištolski ročaj,

ohraniti moramo zapestje v nevtralnem poloţaju:

o sistem predlaga načine ohranitve zapestja v nevtralnem poloţaju,

tudi z grafično predstavitvijo,

Izogniti se moramo komprsiji tkiva:

o uporabiti moramo ustrezen presek ročaja (okrogli, ovalni,…),

o ostre robove moramo zaokroţiti.

Na podlagi priporočil lahko kreiramo osnovno zasnovo ročaja (slika 5.8). Iz

preproste začetne oblike (levo) smo na podlagi priporočil naredili spremembe na

konturi ročaja; le-ta sledi obliki zapestja. Na podlagi priporočila o klasičnem

pištolskem ročaju smo zasnovali naslone na dnu ročaja, ki preprečujejo zdrs roke,

dodali smo naslone na prehodu iz ročaja na orodje, s čimer smo zmanjšali

kompresijo tkiva na tem mestu. S tako rešitvijo smo se pribliţali obliki, ki jo imajo

aktualni modeli ročajev, katerih predstavitve najdemo na spletu.

Slika 5.8 Korekcija ročaja


- 81 -

Zaključimo lahko, da so priporočila, ki jih je predlagal sistem, ustrezna in vodijo do

ţeljenega cilja, v tem primeru do izboljšane ergonomske oblike ročaja.

Zavedamo se, da sistem na tej razvojni stopnji še nikakor ni primeren za realno

uporabo v gospodarstvu, saj mu za to manjka še kopica elementov. Dejstvo pa je, da

smo na podlagi predstavljenih primerov uspešno dokazali potencial takega sistema

v praktičnem okolju, še posebej v primeru, ko ga uporablja neizkušen uporabnik.

Rezultati testiranj jasno kaţejo izboljšavo osnovne oblikovalske rešitve, pri čemer so

končne rešitve kljub uporabi enake baze znanja dokaj različne, kar nakazuje na

določeno stopnjo pasivnosti sistema, ki v prvo vrsto še vedno postavlja oblikovalca.


- 82 -

6 SKLEP

Vsak izdelek, ki ga neko podjetje ponudi na trgu, mora zadovoljiti neko potrebo.

Izdelek opravlja svojo glavno funkcijo v tehničnem smislu, hkrati pa mora

zagotavljati tako uporabo, ki bo uporabniku nudila ugodje. V nasprotnem primeru,

izdelek na trgu ne bo uspešen, kar so pokazale številne raziskave, nekatere

omenjene tudi v tem delu. Na ugodje uporabnika vplivajo različni dejavniki,

vsekakor pa sta to tako ergonomija kot dojemanje oblike izdelka, njegove lepote, to

je estetika izdelka.

Snovalci novih izdelkov morajo ob doslednem zagotavljanju glavne funkcije, skrbeti

tudi za dojemanje oblike izdelka, pri čemer morajo dobro poznati tako fiziološke

karakteristike uporabnika kot tudi njegove čustvene preference.

Oblikovalci morajo tako ţe v začetni, konceptni fazi razvoja upoštevati določena

navodila, predpise, standarde in druge obligacijske prvine, da bi izdelek kasneje

sploh lahko prodali. Vse to predstavlja teţavno nalogo za ljudi, katerih naloga bi

morala biti kreativno ustvarjanje novih dobrin, ne pa neprestano preučevanje

določenih pravil.

Zaradi »čudnega« spleta okoliščin se je med tehničnim zagotavljanjem glavne

funkcije in sociološko-filozofskim razumevanjem uporabnikovih ţelja in potreb v

zadnjih desetletjih pojavila neka meja, ki ta dva svetova trdno ločuje. Tehnični

pristop temelji na perfektni tehnični rešitvi, zapostavlja pa uporabnika kot

inteligentno, čustveno bitje. Vsa perfekcija je skrita v zapletenih zakonitostih,

katerih rezultat so zavidljive tehnične karakteristike izdelka. A vendar na prodajni

polici bodoči uporabnik izdelek vidi, v prvi fazi s svojimi čutili zazna njegovo

obliko, teţo, strukturo površine, prileganje roki. Tehnične rešitve so skrite v ohišju.


- 83 -

To seveda ne zmanjšuje pomena tehnične rešitve, vendar pa je neizpodbitno dejstvo,

da uporabnik pri primerljivih tehničnih zmogljivostih izdelka običajno izbere

tistega, ki mu nudi več ugodja.

V pričujoči doktorski disertaciji je izpostavljen predvsem ergonomski in estetski

vidik razvoja novega izdelka. Formalne zakonitosti, ki so skozi raziskovalno delo, ki

je temelj te disertacije, okarakterizirale področje, so s pomočjo naprednih metod

informacijske tehnologije zapisane v formalni, strukturirani obliki.

Po osnovni umestitvi tematike v raziskovalni diskurz, ki je podan v uvodnih

poglavjih, v delu nadaljujemo s predstavitvijo ergonomije in estetike ter njunem

vplivu na novo nastajajoči predmet. Teoretična spoznanja so zdruţena v

oblikovalske cilje, do katerih vodijo oblikovalska priporočila, katerih nekaj

predstavnikov smo kot vzorce predstavili v delu.

Nakazali smo način sistematizacije, strukturiranja in formalizacije znanja

problemskih področij, kar smo strnili v prototip, ogrodje, ontologije, ki predstavlja

temelj za izgradnjo baz znanja problemskih področij.

Osredji del raziskovalnega dela, in s tem tudi te disertacije, je implementacija

priporočil in pravil v model inteligentne podpore, katerega prototip je predstavljen

tako skozi opis gradnje, kakor tudi preko predstavitve testiranj. Rezultati testiranj

jasno kaţejo na uspešnost zadanega cilja, to je zasnovati model inteligentne

podpore, ki bo predvsem neizkušenim uporabnikom v pomoč in podporo pri

določanju ergonomskih ter estetskih karakteristik izdelka.

S strani prototipa predlagana priporočila pa seveda nikakor niso garancija oziroma

pogoj za doseganje visoke ergonomske in estetske vrednosti proizvodov, saj je

oblika odvisna predvsem od kreativnosti oblikovalca. Priporočila predstavljajo

vodila za oblikovalce, s katerimi se lahko izognejo posameznim pastem pri

oblikovanju, ki jih je v nekem trenutku kreativnega ustvarjanja teţko zaznati, v

nadaljnjih fazah pa še teţje odpraviti oziroma se jim izogniti.

Naše raziskovalno delo na področju ergonomije in estetike se z zapisom te

disertacije ne ustavlja. Nadaljuje se raziskovalno delo, katerega cilj bo izpopolnitev


- 84 -

predlaganega modela tako ontologije kot tudi inteligentne podpore. Skozi

predstavljene pristope bomo raziskali moţnosti nadgradnje modela v razvojni

sistem, ki bo omogočal celovito zasnovo novega izdelka s poudarkom na

pričakovanjih, potrebah in ţeljah uporabnika.


- 85 -

7 LITERATURA IN OSTALI VIRI

Literatura

1. Cooper, R.G., The Dimensions of Industrial New Product Success and Failure. The Journal of Marketing, 1979. 43(3): p. 93-103.

2. Hwang, A.-S., Integrating Technology, Marketing and Management Innovation. Research technology management., 2004. 47(4): p. 4.

3. Lester, D.H., Critical Success Factors for New Product Development. Research technology management., 1998. 41(1): p. 5.

4. Ulrich, K.T. and S.D. Eppinger, Product design and development. 2011, New York, NY: McGraw-Hill/Irwin.

5. Griffin, A., The Effect of Project and Process Characteristics on Product Development Cycle Time. JMR, Journal of marketing research., 1997. 34(1): p. 11.

6. Vassilakis, S., Accelerating new product development by overcoming complexity constraints. Journal of mathematical economics., 1997. 28(3): p. 341.

7. Zahra, S.A. and D. Ellor, Accelerating New Product Development and Successful Market Introduction. SAM ADVANCED MANAGEMENT JOURNAL, 1993. 58(1): p. 6.

8. Axarloglou, K., The Cyclicality of New Product Introductions. The Journal of business /, 2003. 76(1): p. 19.

9. Hlebanja, J. and J. Mrkun, Metodika konstruiranja. 2003, Ljubljana: Fakulteta za strojnistvo.

10. Reid, T., Quantifying perception-based attributes in design: A case study on the perceived environmental friendliness of vehicle silhouettes. 2010, University of Michigan: United States -- Michigan. p. 143.

11. Lee, C., Ergonomic design and evaluation using a multidisciplinary approach: Application to hand tools. 2005, The Pennsylvania State University: United States -- Pennsylvania. p. 274.

12. Vergara, M., et al., Perception of products by progressive multisensory integration. A study on hammers. Applied Ergonomics. In Press, Corrected Proof.

13. Liu, Y., Engineering aesthetics and aesthetic ergonomics: Theoretical foundations and a dual-process research methodology. Ergonomics, 2003. 46(13): p. 1273-1292.

14. Liu, Y.L., The aesthetic and the ethic dimensions of human factors and design. Ergonomics, 2003. 46(13-14): p. 1293-1305.


- 86 -

15. Kuijt-Evers, L.F.M., et al., Identifying predictors of comfort and discomfort in using hand tools. Ergonomics, 2005. 48(6): p. 692-702.

16. Keller, G., Design / dizajn. 1981, Zagreb: Vijestnik. 17. Schlick, C.M., Industrial engineering and ergonomics visions, concepts, methods

and tools : festschrift in honor of professor Holger Luczak. 2009, Berlin [etc.]: Springer.

18. Zhang, L., C.G. Drury, and M.G. Helander, Identifying factors of comfort and discomfort in sitting. Human Factors, Vol. 38, No. 3, Sept. 1996, p. 377-389, 1996.

19. Kroemer, K.H.E., H.B. Kroemer, and K.E. Kroemer-Elbert, Ergonomics : how to design for ease and efficiency. 2003, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.

20. Polajnar, A., et al., Ergonomija. 2003, Maribor: Fakulteta za strojnistvo. 21. Keller, G., Ergonomija za dizajnere. 1978: Ergonomija. 22. Dul, J. and B. Weerdmeester, Ergonomics for beginners : a quick reference guide.

2003, London: Taylor & Francis. 23. Kaljun, J., B. Dolsak, and V. Pogacar, Ergonomski in estetski vidiki razvoja

izdelkov : magistrsko delo. 2007, Maribor: [J. Kaljun]. 24. Slovar slovenskega knjiznega jezika. 2005, Ljubljana: DZS. 25. Harper, D.R. Online etymology dictionary. 2001 24. 02. 2011]. 26. Moshagen, M. and M.T. Thielsch, Facets of visual aesthetics. Int J Hum

Comput Stud International Journal of Human Computer Studies, 2010. 68(10): p. 689-709.

27. Papanek, V.J. and u. Galerija suvremene, Victor Papanek : dizajn za stvarni svijet : [Galerija suvremene umjetnosti, Zagreb, 14.3-31.3. 1974]. 1974, Zagreb: Galerija.

28. Quarante, D. and B. Lapaine, Osnove industrijskog dizajna. 1991, Zagreb: Arhitektonski fakultet.

29. Le Boeuf, J., Jacques Viénot and the "Esthétique Industrielle" in France (1920-1960). Design Issues, 2006. 22(1): p. 46-63.

30. Prasnicki, M., Osnove konstruiranja : skripta. 1991, Maribor: Tehniska fakulteta.

31. Kaljun, J. and B. Dolsak, Computer aided ergonomic and aesthetic design. Proceedings of the Design 2004, 2004: p. 1081-1086.

32. Giannini, F. and M. Monti, An Innovative Approach to the Aesthetic Design, in Common Ground – The Design Research Society Conference. 2002, Design Research Society: London, UK.

33. Bratko, I., Prolog programming for artificial intelligence. 2001, Harlow [u.a.]: Pearson Education.

34. Luger, G.F., Artificial intelligence : structures and strategies for complex problem solving. 2009, Boston, M.A.; London: Pearson Education.

35. Awad, E.M., Building knowledge automation expert systems : with Exsys CORVID. 2003, Albuquerque, N.M.: EXSYS Inc.

36. Gruber, T., Toward principles for the design of ontologies used for knowledge sharing? International Journal of Human-Computer Studies, 1995. 43(5-6): p. 5-6.

37. Dillon, T.S. and SpringerLink. Advances in web semantics I ontologies, web services and applied semantic web. 2008; Available from: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-89784-2.

http://dx.doi.org/10.1007/978-3-540-89784-2


- 87 -

38. Sharman, R., R. Kishore, and R. Ramesh, Ontologies. 2007, [New York]: Springer Science+Business Media, LLC.

39. Kitamura, Y. and R. Mizoguchi, Ontology-based systematization of functional knowledge. Journal of Engineering Design, 2004. 15(4): p. 327-351.

40. Kozaki, K., et al., Hozo: An Environment for Building/Using Ontologies Based on a Fundamental Consideration of "Role" and "Relationship". Lecture notes in computer science., 2002(2473): p. 213-218.

41. Dolsak, B., S. Muggleton, and L. Turing Institute. Machine Learning, The application of inductive logic programming to finite element mesh design. 1990, Glasgow: Turing Institute.

Ostali viri 1. Bratko, I., Prolog programming for artificial intelligence. 2001, Harlow [u.a.]:

Pearson Education. 2. Burgess, J.H., Designing for humans : the human factor in engineering. 1986,

Princeton, N.J.: Petrocelli Books. 3. Burns, C.M., et al., Towards viable, useful and usable human factors design

guidance. Applied Ergonomics, 1997. 28(5/6): p. 311-322. 4. Butina, M., et al., Mala likovna teorija. 2000, Ljubljana: Debora : Visoka

strokovna sola slikarstva. 5. Butters, L.M. and R. Tetra Dixon, Ergonomics in consumer product

evaluation: an evolving process. Applied Ergonomics, 1998. 29(1): p. 55-58. 6. Cacha, C.A., Ergonomics and safety in hand tool design. 1999, Boca Raton,

FL: CRC Press. 7. Catalano, C.E., et al., A Framework for the Automatic Annotation of Car

Aesthetics. ARTIFICIAL INTELLIGENCE FOR ENGINEERING DESIGN ANALYSIS AND MANUFACTURING, 2007. 21(1): p. 73-90.

8. Chen, Y., et al., Glove size and material effects on task perfomance. Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting Proceedings, 1989. 33: p. 708-712.

9. Cheutet, V., et al., Semantic-based operators to support car sketching. Journal of Engineering Design, 2007. 18(5): p. 395-411.

10. Das, B., P. Jongkol, and S. Ngui, Snap-on-handles for a non-powered hacksaw: An ergonomics evaluation, redesign and testing. Ergonomics, 2005. 48(1): p. 78-97.

11. Dekker, S. and J. Nyce, How can ergonomics influence design? Moving from research findings to future systems. Ergonomics, 2004. 47(15): p. 1624-1639.

12. Dolsak, B., Intelligent design for X, in Proceedings of the 7th Wseas International Conference on Systems Theory and Scientific Computation, M.H. Le, et al., Editors. 2007, World Scientific and Engineering Acad and Soc: Athens. p. 213-216.

13. Dolsak, B., J. Kaljun, and P. Urek, Student's project: computer-aided water tap design. Technical creativity in school's curricula with the form of project learning "From idea to the product" - from the kindergarten to the technical faculty, 2003: p. 81-87.


- 88 -

14. Dolsak, B., M. Novak, and J. Kaljun, Intelligent support for a computer aided design optimisation cycle. Acta polytechnica, 2006. 46(5): p. 15-20.

15. Dul, J. and B. Weerdmeester, Ergonomics for beginners : a quick reference guide. 2003, London: Taylor & Francis.

16. Easton, R.D. and P.W. Moran, A Quantitative Confirmation of Visual Capture of Curvature. The Journal of General Psychology, 1978. 98(1): p. 105 - 112.

17. Fellows, G.L. and A. Freivalds, Ergonomics evaluation of a foam rubber grip for tool handles. Applied Ergonomics, 1991. 22(4): p. 225-30.

18. Fenko, A., H.N.J. Schifferstein, and P. Hekkert, Shifts in sensory dominance between various stages of user-product interactions. Applied Ergonomics, 2010. 41(1): p. 34-40.

19. Fenko, A., et al., What makes products fresh: The smell or the colour? Food Quality and Preference, 2009. 20(5): p. 372-379.

20. Feyen, R., et al., Computer-aided ergonomics: a case study of incorporating ergonomics analyses into workplace design. Applied Ergonomics, 2000. 31(3): p. 291-300.

21. Feyen, R., et al., Computer-aided ergonomics: a case study of incorporating ergonomics analyses into workplace design. Applied Ergonomics, 2000. 31(3): p. 291-300.

22. Giannini, F. and M. Monti, An Innovative Approach to the Aesthetic Design, in Common Ground – The Design Research Society Conference. 2002, Design Research Society: London, UK.

23. Giannini, F., M. Monti, and G. Podehl, Aesthetic-driven tools for industrial design. Journal of Engineering Design, 2006. 17(3): p. 193 - 215.

24. Giannini, F., et al., Styling Properties and Features in Computer Aided Industrial Design. 2004.

25. Hekkert, P. and P.C.W. van Wieringen, Assessment of aesthetic quality of artworks by expert observers: An empirical investigation of group decisions. Poetics, 1998. 25(5): p. 281-292.

26. International Conference on Artificial Intelligence in, D., F. Sudweeks, and J.S. Gero. Artificial intelligence in design '98. Dordrecht; London: Kluwer Academic.

27. Kaljun, J. and B. Dolsak, Computer aided ergonomic and aesthetic design. Proceedings of the Design 2004, 2004: p. 1081-1086.

28. Kaljun, J. and B. Dolsak, Knowledge base for ergonomic design support. WSEAS transactions on information science and applications, 2006. 3: p. 1717-1724.

29. Kaljun, J. and B. Dolsak, Computer aided intelligent support to aesthetic and ergonomic design. WSEAS transactions on information science and applications, 2006. 3: p. 315-321.

30. Kaljun, J. and B. Dolsak, Students' Project: Aesthetic and Ergonomic Redesign of The Pneumatic Hammer, in WSEAS international conference on engineering education; Recent advances in engineering education, P. Dondon, Editor. 2009, WSEAS Press: Greece. p. 53-57.

31. Kaljun, J., B. Dolsak, and V. Pogacar, Ergonomski in estetski vidiki razvoja izdelkov : magistrsko delo. 2007, Maribor: [J. Kaljun].

32. Kaljun, J., et al., COMPUTER AIDED ERGONOMIC AND AESTHETIC DESIGN. 2004.


- 89 -

33. Kaljun, J., V. Pogacar, and B. Dolsak, Racunalnisko podprto inzenirsko oblikovanje pnevmatskega kladiva : diplomska naloga univezitetnega studijskega programa. 2002, Maribor: [J.Kaljun].

34. Karwowski, W., A.M. Genaidy, and S.S. Asfour, Computer-aided ergonomics : a researcher's guide. 1990, London; New York: Taylor & Francis.

35. Keller, G., Design = Dizajn. 1975, Zagreb: Vjesnik. 36. Keller, G., Ergonomija za dizajnere. 1978: Ergonomija. 37. Keller, G., Design / dizajn. 1981, Zagreb: Vijestnik. 38. Kirchner, J.-H., W. Lange, and A. Windel, Kleine ergonomische

Datensammlung. 2002, Köln: TUV-Verl. 39. Kuijt-Evers, L.F.M., et al., Identifying factors of comfort in using hand tools.

Applied Ergonomics, 2004. 35(5): p. 453-458. 40. Kuijt-Evers, L.F.M., et al., Identifying predictors of comfort and discomfort

in using hand tools. Ergonomics, 2005. 48(6): p. 692-702. 41. Kulak, O., S. Cebi, and C. Kahraman, Applications of axiomatic design

principles: A literature review. Expert Systems with Applications, 2010. 37(9): p. 6705-6717.

42. Le Boeuf, J., Jacques Viénot and the "Esthétique Industrielle" in France (1920-1960). Design Issues, 2006. 22(1): p. 46-63.

43. Lee, C., Ergonomic design and evaluation using a multidisciplinary approach: Application to hand tools. 2005, The Pennsylvania State University: United States -- Pennsylvania. p. 274.

44. Liu, Y., Engineering aesthetics and aesthetic ergonomics: Theoretical foundations and a dual-process research methodology. Ergonomics, 2003. 46(13): p. 1273-1292.

45. Liu, Y.L., The aesthetic and the ethic dimensions of human factors and design. Ergonomics, 2003. 46(13-14): p. 1293-1305.

46. Luger, G.F. and W.A. Stubblefield, Artificial intelligence and the design of expert systems. The Benjamin/Cummings series in artificial intelligence. 1989, Redwood City, Calif.: Benjamin/Cummings Pub. Co.

47. MacLeod, D., The rules of work : a practical engineering guide to ergonomics. 2000, New York: Taylor & Francis.

48. Negnevitsky, M., Artificial intelligence : a guide to intelligent systems. 2005, Harlow, England; New York: Addison-Wesley.

49. Noyes, J.M. Designing for humans. 2001; Available from: http://www.netlibrary.com/urlapi.asp?action=summary&v=1&bookid=83025.

50. Pham, D.T., Artificial intelligence in design. Artificial intelligence in industry series. 1991, London; New York: Springer-Verlag.

51. Polajnar, A., et al., Ergonomija. 2003, Maribor: Fakulteta za strojnistvo. 52. Prasnicki, M., Osnove konstruiranja : skripta. 1991, Maribor: Tehniska

fakulteta. 53. Quarante, D. and B. Lapaine, Osnove industrijskog dizajna. 1991, Zagreb:

Arhitektonski fakultet. 54. Reid, T., Quantifying perception-based attributes in design: A case study on

the perceived environmental friendliness of vehicle silhouettes. 2010, University of Michigan: United States -- Michigan. p. 143.


- 90 -

55. Rusell, S., Artificial intelligence. and prolog programming for artificial intelligence. 2005, [S.l.]: Prentice Hall.

56. Sancin, U., J. Kaljun, and B. Dolsak, Intelligent support to specific design aspects. WSEAS transactions on information science and applications, 2008. 5: p. 192-201.

57. Schifferstein, H.N.J., The perceived importance of sensory modalities in product usage: A study of self-reports. Acta Psychologica, 2006. 121(1): p. 41-64.

58. Schifferstein, H.N.J. and M.P.H.D. Cleiren, Capturing product experiences: a split-modality approach. Acta Psychologica, 2005. 118(3): p. 293-318.

59. Van Ittersum, K., et al., The validity of attribute-importance measurement: A review. Journal of Business Research, 2007. 60(11): p. 1177-1190.

60. Vergara, M., et al., Perception of products by progressive multisensory integration. A study on hammers. Applied Ergonomics. In Press, Corrected Proof.

61. Wallace, D.R. and M.J. Jakiela, Automated product concept design: unifying aesthetics and engineering. IEEE Computer Graphzcs azd Apphcatzozs, 1993(13): p. pp.

62. Wu, F.-G., M.-Y. Ma, and R.-H. Chang, A new user-centered design approach: A hair washing assistive device design for users with shoulder mobility restriction. Applied Ergonomics, 2009. 40(5): p. 878-886.

doktorska disertacija model inteligentne podpore pri ... · fakulteta za strojništvo, univerza v...

Documents