Döşemeli koltuklarda performans testleri ve sonlu elemanlar analizlerini kapsayan ürün mühendisliği yaklaşımıyla ağırlık-mukavemet optimizasyonu

Bu çalışmada, Türkiye'de faliyet gösteren büyük ölçekli bir firma tarafından ev içi kullanım için üretilmiş farklı modellerdeki döşemeli koltukların, performans testleri ve sonlu elemanlar analizlerini de kapsayan ürün mühendisliği metodolojisi ile optimum ağırlık ve mukavemet düzeyine getirilmesi amaçlanmıştır. Üretilen ürünlerde ağırlığın fazla olması, nakliye ve diğer maliyetleri arttıran, iş sağlığı ve güvenliğini olumsuz yönde etkileyen ve kullanıcı açısından zorluklar teşkil eden bir faktördür. Bütün bu olumsuz etkilerin yanı sıra, paket ağırlıklarının fazla olması nedeniyle ihracat yapan firmaların ciddi mali problemlerle karşılaşması söz konusu olmaktadır. Paket ağırlıklarının azaltılması; fabrika, ana bayi, tali bayi çalışanlarına ve hatta son kullanıcılara hissedilir ölçüde çalışma, kullanma kolaylığı ve fonksiyonellik sağlama açısından önemlidir. Bu amaçla, firmada üretilen döşemeli koltukları temsilen, 3 farklı model ikili ve 3 farklı model üçlü koltuk olmak üzere toplam 6 koltuk modeli çalışma kapsamına alınmış ve ağırlık-mukavemet ilişkisi göz önünde bulundurulmak suretiyle optimizasyon çalışmalarına tabi tutulmuştur. Koltukların, çalışmanın birinci aşamasında mevcut ağırlık ve mukavemet durumlarının tespiti amacıyla, ağırlık ölçümleri yapılmış, performans testleri gerçekleştirilmiş ve GSA (General Services Administration) standardında belirtilen kullanım koşullarında ev içi kullanımlar için gerekli olan kabul edilebilir tasarım yüklerini taşıyıp taşımadıkları incelenmiştir. Buna göre; hangi model için güçlendirme, hangi model için ise gerekli mukavemet düzeyine düşürme çalışmaları yapılacağı belirlenmiştir. Performans testlerinde gerçek kullanım koşullarını en iyi temsil eden devirli basamaklı artan yükleme metodu (Cyclic Stepped Increasing Loading Method) kullanılmıştır. Performans testleri, düşey oturma yüklemesi testi, arkalık döşeme testi, arkalık çerçeve testi, ayaklara önden arkaya yatay yükleme testi, kolçaklara yanal yükleme testi ve ayaklara yanal yükleme testi olacak şekilde 6 farklı yönde gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın bu aşamasında, 6 koltuk modeli, 6 yükleme yönü ve 3 yineleme olacak şekilde toplam 108 koltuk test edilmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında, tüm koltuk modelleri sanal ortamda SpaceClaim (17.2) yazılımı ile 1/1 ölçekli ve üç boyutlu olarak modellenmiş ve koltuk modellerinin nümerik çözümleri için sonlu elemanlar yöntemi (FEM: Finite Element Method) ile çalışan bir yazılımdan (ANSYS Workbench 17.2) yararlanılmıştır. Mevcut mukavemet ve ağırlık durumunun tespiti yapılıp sonlu elemanlar analizleri ile doğrulandıktan sonra, her bir koltuk için bireysel optimizasyon çalışmalarına geçilmiştir. Optimizasyon çalışmalarında da sonlu elemanlar analizi programından yararlanılmış, ağırlık ve mukavemet bakımından sanal ortamda optimize edilen ve ev içi kullanımlar için gerekli olan mukavemet değerlerini karşıladığı belirlenen optimize koltuklara ilişkin prototipler, firmanın üretim koşullarında üretilmişlerdir. Çalışmanın üçüncü aşamasında ise, sanal ortamda optimize edilmiş olan koltukların, gerçek testlerde de yeterli mukavemete sahip olduklarının doğrulanması için tüm koltuk modellerine ilişkin optimize edilerek üretilen prototipler birinci aşamada gerçekleştirilen performans testlerine alınmışlar ve ev içi kullanım koşullarını sağladıkları belirlenmiştir. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen ürün mühendisliği metodolojisi sonucunda, üçlü koltuk modellerinde ortalama %17, ikili koltuk modellerinde ise %18 hafifletme gerçekleştirilmiştir. Döşeme ağırlıkları dikkate alınmadan, sadece proje kapsamında çalışılan bölüm olan iskelet kısmına göre mevcut durumdaki iskelet ağırlıkları ve optimize edildikten sonraki iskelet ağırlıkları dikkate alındığında, üçlü koltuk modellerinde ortalama %32, ikili koltuk modellerinde ise %36 hafifletme yapılmıştır. Sonuç olarak, çalışma sayesinde koltuk ağırlıkları ve mukavemetleri niceliksel veriler ile optimum düzeye getirilerek ürün iyileştirme; performans testleri ve sonlu elemanlar analizlerini içeren ürün mühendisliği metodolojisinin uygulanmasıyla da firmanın Ar-Ge ve Ür-Ge birimlerinde süreç iyileştirmesi gerçekleştirilmiştir. Sonuç ürünleri; üretici, satıcı ve kullanıcılara teknik, ekonomik ve ergonomik yararlar sağlayacaktır.