Akinin lait lujuuslaskennassa

David Akin on kerännyt pitkän uransa aikana kokoelman erilaisia, lähinnä avaruustekniikan kehitystyöhön liittyviä, osittain humoristisiakin nyrkkisääntöjä, jotka kuitenkin tuntuvat osuvan erittäin hyvin kohdalleen myös paljon maanläheisemmässä lujuuslaskennassa. Akinin lait ovat verkossa osoitteessa http://spacecraft.ssl.umd.edu/akins_laws.html. Suomennokset lakeihin 1-19 ovat Suomen Avaruustutkimusseuran "Avaruusluotain" -julkaisusta nro 2/2015. Pykälät 20-41 liittyvät pitkälti yleiseen projektinhallintaan tai ovat spesifejä avaruustutkimukselle, enkä niitä ole tähän ottanut mukaan.

Alla olen liittänyt ko. lakeihin niiden oman tulkintani lähinnä yleisen lujuuslaskennan näkökulmasta.

1. Insinöörityössä käytetään numeroita. Analyysi ilman numeroita on ainoastaan mielipide. Kokenut suunnittelija tai laskija pystyy kyllä useimmiten jo alustavista suunnitelmista näkemään (useimmat) heikot kohdat ilman laskentaakin, mutta vasta laskennan avulla saadaan todellinen tieto siitä, onko rakenne kuitenkin riittävä. Tai täytyykö rakenne vaikkapa suunnitella kokonaan alusta uudelleen. Tähän riittää usein jo hyvin karkea käsinlaskentakin.
2. Avaruusaluksen (tai minkä tahansa rakenteen) suunnitteleminen täydelliseksi vaatii äärettömän ajan. Siksi ne on hyvä suunnitella toimimaan virhetilanteissa. Mikään ei ole täydellistä, ei edes lujuuslaskenta rajallisilla resursseilla. Kuormatkaan eivät aina noudata oletuksia, joskus rakenteen valmistuksessakin tapahtuu virheitä. Siksi laskennassa on syytä olla konservatiivinen oletuksissa ja järjestää mahdollisuuksien mukaan ylikuormitustilanteissa vaihtoehtoisia kuormitusreittejä (staattisesti epämääräiset rakenteet) ja vaikkapa rakenteellisia sulakkeita, joiden hallittu uhraaminen säästää muun rakenteen rikkoutumiselta. Myös varmuuskertoimien käytöllä hallitaan epätäydellisyyttä.
3. Suunnittelu on iteratiivinen prosessi. Tarvittavien iteraatioiden määrä on yksi enemmän kuin siihen asti on tehty. Tämä on totta jokaisessa vaiheessa. Tämä menee kohdan 2 kanssa käsi kädessä. Aina on parantamisen varaa, mutta käytännössä iteroinnit lopetetaan silloin kun rakenne on "riittävän" hyvä. Tai budjetti tulee vastaan.
4. Parhaat ideasi tahtovat jäädä käyttämättä lopullisessa toteutuksessa. Opettele elämään pettymyksen kanssa.  Lujuuslaskija on loppujen lopuksi vain yksi ratas koneistossa, kehitysprojekteissa on paljon muitakin näkökohtia kuin lujuusominaisuudet. Pitää opetella nauttimaan niistä hetkistä kun oman ehdotuksensa saa läpi ja ratkaisun näkee todella toimivan kaikkien parhaaksi.
5. (Millerin laki) Kolme pistettä muodostaa käyrän. Usein joudutaan elämään hyvin vajaiden lähtötietojen varassa, ja loput arvot joudutaan interpoloimaan tai ekstrapoloimaan näistä tiedoista - vetämään käyrä tunnettujen pisteiden kautta.
6. (Marin laki) Kaikki on lineaarista jos se piirretään logaritmipaperille paksulla tussilla. Jos ongelman epälineaarisuus on pientä, kannattaa ongelmaa ainakin aluksi yrittää tarkastella lineaarisena. Laskenta kevenee huomattavasti ja virheiden hallinta helpottuu. Asiat on syytä pitää niin yksinkertaisina kuin mahdollista.
7. Suunnittelun alussa henkilö, joka haluaa eniten ryhmänjohtajaksi, on luultavasti vähiten sopiva siihen. Tämä on aika universaali havainto.. 
8. Luonnossa optimi on aina kompromissi. Suhtaudu epäillen väitteeseen, että optimi on ääripisteessä. Käytännön rakenteissa on aina enemmän kuin yksi asia, jota pyritään maksimoimaan tai minimoimaan. Usein nämä tavoitteet ovat keskenään ristiriitaisia ja yhden asian suhteen paras ratkaisu onkin toisen kriteerin suhteen huono. Kannattaa tutustua esim. nk. Pareto-optimaalisuuden teoriaan. 
9.  Täydellisen informaation puute ei koskaan ole tyydyttävä syy analyysin aloittamisen lykkäämiseen.  Myöskään lähtötiedot eivät koskaan ole täydellisiä, ja usein tarvittavia lisätietoja saadaan työn edetessäkin. Puuttuvien lähtötietojen kanssa  täytyy elää käyttämällä varmalla puolella olevia "sivistyneitä" arvauksia ja oletuksia, ks. kohta 2.
10. Kun et ole varma, tee arvio. Hätätilanteessa arvaa. Mutta muista korjata tämä osio heti, kun saat käsiisi oikeita mittauksia. Ks. kohta 9.
11. Joskus nopein tapa saada projekti valmiiksi on heittää tähänastinen työ menemään ja aloittaa tyhjältä pöydältä. Jos rakenteessa on perustavanlaatuinen lujuusongelma jota ei pienillä muutoksilla voi korjata, tilanne on helposti tämä. Parasta olisi jos lujuuslaskenta huomioidaan jo suunnittelun alkuvaiheessa, jolloin peruskonstruktion muuttaminen on edullisempaa. 
12. Koskaan ei ole olemassa yhtä ainoata oikeaa ratkaisua. Aina on kuitenkin olemassa useita vääriä. Laskennankin voi suorittaa monella tavalla ja silti saadaan oikea tulos. Mutta sataa oikean tuloksen tuottavaa menettelyä kohden on aina tuhansia tapoja, joilla saadaan väärä tulos. Yksi tapa tarkistaa laskenta onkin tehdä sama tarkastelu uudestaan toisella menetelmällä tai mallilla ja vertailla tuloksia. Jos isoja eroja on, voidaan alkaa selvittämään mistä nämä johtuvat ja kumpi menetelmä, jos kumpikaan, antaa (riittävän) oikean tuloksen.
13. Suunnittelu perustuu vaatimuksiin. Ei ole mitään oikeutusta suunnitella jotakin osiota paremmaksi kuin vaatimukset edellyttävät. Jos saavutettu rakenne jo täyttää asetetut vaatimukset, ei sitä yleensä kannata yrittää enää parantaa. Ellei keksitä jotain todella merkittävää parannusta, ei lisääntyneitä kustannuksia ja ajanhukkaa yleensä saada korvattua. 
14. (Edisonin laki) "Parempi" on "hyvän" vihollinen. Jos jotain asiaa yritetään parantaa jo hyvässä rakenteessa, usein joudutaan tinkimään jostain muusta ominaisuudesta. Tai ainakin kustannukset karkaavat. Ks. 13 ja 8.
15. (Sheanin laki) Mallin parannukset tehdään lähinnä rajapinnoissa. Ne ovat myös todennäköisimmät paikat tehdä virheitä. Lujuuslaskennassakin tämä pitää paikkansa. Äärellisen mallin reunaehdot ovat usein epäselviä, ja ne joudutaan arvioimaan ja idealisoimaan. Esimerkiksi vapaasti seisovan maston epätarkka reunaehto maahan aiheuttaa helposti suuret virheet ominaisvärähtelyn tuloksiin. 
16. Edellisillä suunnittelijoilla, jotka tekivät samanlaisia analyysejä kuin sinä, ei ollut yhtä paljon kokemuksen tuomaa viisautta. Siksi ei ole mitään syytä olettaa, että heidän analyysinsä olisi omaasi parempi. Erityisesti ei ole syytä esittää heidän analyysejään ominasi. Tämä kohta edellyttää että sinulla tosiaan on käytettävissäsi aiemmista vastaavista projekteista kertynyttä hiljaista tietoa, jota aiempien analyysien tekijöillä ei vielä ollut. Mutta jos et itse ole kokenut ja aiemmat analyysit ovat tuottaneet oikeita tuloksia, tämä on vaarallinen väite. Voi olla, että aiemman laskelman tekijällä onkin ollut sinua enemmänkin (hiljaista), käytännössä dokumentoimatonta tietoa asiasta! Toisen työn plagiointi on tietysti aina tuomittavaa.
17. Analyysin löytyminen painettuna ei lisää yhtään sen todennäköisyyttä pitää paikkansa. Internet ja messut ovat täynnä erilaisia, lähinnä mainostarkoitukseen tehtyjä näyttäviä videoita ja analyysejä, joilla lähinnä esitellään jonkin ohjelmiston mahdollisuuksia tai laskijan taitoja sekä visuaalisesti kiehtovia esityksiä. Näissä ei ole yleensä esitetty laskennassa käytettyjä oletuksia eikä varsinkaan vertailua tunnettuihin tuloksiin. Usein jää epäselväksi, onko menettelyllä mahdollista saada luotettavaa dataakin kauniiden kuvien lisäksi. Ainoastaan vertaisarvioituihin tieteellisiin kirjoituksiin ja analyyseihin ja näihin perustuviin julkaisuihin voi yleisessä jakelussa useimmiten luottaa ilman vertailulaskentaakin.
18. Käytännön kokemukset ovat erinomaisia todistamaan jonkin toimivuus. Niiden seuraaminen liian tarkkaan voi kuitenkin leimata uudenlaisen kannattavan ratkaisun.  Toisaalta, jos vaikkapa nykystandardien perusteella alimitoitettu rakenne onkin kestänyt jossakin kohteessa kymmeniä vuosia, on vaarana että samanlaisen rakenteen kestävyys ei riitäkään toisissa olosuhteissa. Tai rakenne ei (vielä) ole kokenut mitoittavia ääriolosuhteita.
19. Todennäköisyys, että olet määrättömästi fiksumpi kuin kaikki kollegasi, on suuresti sinua vastaan. Jos analyysisi antaa terminaalinopeudeksi kaksinkertaisen valonnopeuden, olet voinut keksiä poimumoottorin, mutta on todennäköisempää, että olet mokannut. Tuloksia kannattaa aina tarkastella ensin maalaisjärjellä / yleisellä kokemuksella ja mikäli tulos on yllättävä ja laskennan tarkastuksessakaan ei löydy virheitä, tehdä vertaileva laskenta jollakin toisella, vaikka vain karkeallakin, menetelmällä. Jos edelleenkin päädyt siihen tulokseen, että eduskuntatalo sortuu seuraavan syysmyrskyn aikaan, kilauta kaverille. Jos hänkin ja muutama muukin kollega yliopistoista, tutkimuslaitoksista ja suurista rakennusliikkeistä päätyy samaan tulokseen, voit levätä yösi rauhassa. Sillä tässä vaiheessa joku em. instituutioista on jo ehtinyt esittää huolen omanaan ja laittaa rattaat pyörimään asian korjaamiseksi. Aina nimittäin löytyy joku joka ei ole sisäistänyt kohdan 16 viimeistä lausetta. 😏