Составить полное описание основных технических требований, которыми опре­деляется искомый размер

В данном случае эксплуатационные тре­бования заключаются в следующем: стул должен сохранять удобный профиль си­денья, а рабочие нагрузки не должны приводить к образованию трещин и оста­точной деформации. Описание эксплуата­ционных условий могло бы иметь следу­ющую форму: а) стул предназначен для использования

деформациям, при которых сидящий ощущал бы явное неудобство или неу­веренность;

в) остаточные деформации после трех
лет нормальной эксплуатации ни в од­
ной точке не должны превышать 7,5 мм;

г) после трех лет нормальной эксплуа­
тации допускаются только такие трещи­
ны, которые незаметны сидящему и
практически не влияют на прочность.

Как можно точнее определить интер­вал значений, в котором заключена не­определенность.

Проектировщику никогда не приходится начинать работу при полной неопределен-

 

 

 

в недорогих ресторанах и кафе, в качест­ве переносной мебели в клубных залах и как мебель для посетителей в учрежде­ниях;

б) он должен противостоять упругим

Рис. 7.13

ности: он всегда может выбрать некото­рые экстремальные значения, которые будут заведомо чересчур велики или че­ресчур малы, чтобы удовлетворять техни­ческим требованиям. Однако он не знает, как далеко от приемлемого интервала

Глава 7 Готовые стратегии (конвергенция)

 

лежат эти экстремальные значения.

Штриховой кривой на рис. 7.13 по­казано, как могут изменяться техничес­кие характеристики при изменении опре­деляемого размера в широких пределах. Фактический интервал приемлемых зна­чений занимает лишь небольшой участок, на котором кривая лежит выше горизон­тальной линии, указывающей нижнюю границу зоны удовлетворительных техни­ческих характеристик. В начале работы проектировщик уверен только в том, что кривая, по всей видимости, не может ле­жать над уровнем удовлетворительных значений на двух заштрихованных участ­ках; но он совершенно не представляет себе, где именно она лежит. Поэтому пер­вый его шаг должен быть таков: исходя

техническим заданием не предусмотрено обеспечение оптимальных технических характеристик изделия (для этого приш­лось бы находить пиковое значение кри­вой), а просто задан приемлемый мини­мум, то проектировщику нет необходи­мости проводить дорогостоящую, а под­час и неосуществимую работу по отыска­нию истинной формы кривой. Кроме то­го, в процессе определения приемлемого минимума проектировщик находит ин­тервал приемлемых значений, который даст ему пространство маневрирования для разрешения конфликтов в конструк­ции (разд. 11.3 "Анализ взаимосвязан­ных областей решения").

Как видно из гипотетических кри­вых, приведенных на рис. 7.14, иногда в

 

 

Рис. 7.14

из опыта и здравого смысла, задать кон­кретные значения точкам А к В. После этого задача проектировщика сводится к тому, чтобы отыскать хотя бы одно при­емлемое значение и по возможности оп­ределить положение точек С и Д огра­ничивающих интервал приемлемых зна­чений. Необходимо отметить, что если

стремлении получить максимально высо­кие технические характеристики по од­ной переменной можно резко снизить характеристики изделия по другой пере­менной (точки Е и F). Только в зоне сов­падения ВС, где обе кривые лежат выше приемлемого уровня технических харак­теристик, можно получить удовлетвори-

В

Поиск границ

 

тельное конструктивное решение. Если техническое задание (которым опреде­ляется приемлемый уровень) составле­но правильно, потребитель изделия не за­метит небольшой разницы между опти­мальным и приемлемым уровнями тех­нических характеристик. Эти оптималь­ные (пиковые) значения, когда они действительно существуют, обычно пред­ставляют только академический интерес. При проектировании пластмассового стула диапазон толщин, относительно ко­торого существует неопределенность, вначале мог определяться следующими соображениями:

а) Заранее можно было вычислить мак­
симальную среднюю толщину сиденья,
превышение которой привело бы к зна­
чительному возрастанию затрат на мате­
риал, несовместимому с запланирован­
ной ценой изделия. В данном случае эта
толщина составляла приблизительно
15 мм. Это значение соответствует точ­
ке В на рис. 7.13. Сокращение средней
толщины даже на один миллиметр значи­
тельно повысило бы доходы фирмы.

б) Минимальная толщина, которая уже
не гарантирует отсутствия остаточных де­
формаций и трещин, была известна и сос­
тавляла 2,5 мм. Это соответствует точке
А на рис. 7.13.

Задача конструктора, таким обра­зом, заключалась в том, чтобы найти при­емлемую толщину в интервале между 2,5 и 15 мм ценой ограниченных затрат вре­мени и средств на проведение поиска. Это было непросто, так как, насколько конструкторам было известно, отсутст­вовал удовлетворительный способ рас­чета или моделирования характеристик формованного изделия такого рода, а стоимость инструмента была слишком высока, чтобы можно было изготовить несколько пресс-форм, а затем провести испытания полученных в них изделий различной толщины.

Фирма "Пел" воспользовалась стра­тегией ступенчатого поиска (поиска ме­тодом приращений). При этом вначале изготовляли изделие заведомо недоста­точной толщины, проводили его испыта-^НИя. в местах разрушения увеличивали

толщину, снова испытывали и снова уве­личивали толщину и так до тех пор, по­ка изделие не перестало разрушаться при испытаниях. Эта стратегия оказа­лась возможной потому, что пресс-фор­му можно сконструировать таким обра­зом, чтобы впоследствии по мере необ­ходимости можно было срезать с нее еще немного металла, увеличивая тем самым толщину формуемой детали. Об­ратный процесс невозможен из-за высо­кой стоимости изготовления вкладышей в пресс-форму и из-за неровностей, обра­зующихся на поверхности изделия на краях вкладышей.

У такого ступенчатого поиска, к со­жалению, есть свой недостаток: найден­ная с его помощью минимальная прием­лемая толщина, вероятнее всего, будет больше, чем она могла быть, если бы к каждому увеличению толщины приспо­сабливалась вся конструкция стула. Хар-пер [64] сообщает, что фирма "Хилл" (г. Уотфорд, Англия) сконструировала аналогичный стул, не прибегая к ступен­чатому поиску. Эта фирма добилась уве­личения прочности изделия, которое пер­воначально оказалось слишком тонким, следующим способом:

а) вначале решено было игнорировать
соображение удобства, сосредоточив вни­
мание на придании изделию более жест­
кой конструкции;

б) затем экспериментальная пресс-фор­
ма была сдана в утиль, а на базе получен­
ного опыта была разработана другая кон­
струкция, обеспечивающая достаточную
комфортность и прочность при меньшей
толщине, чем у стула фирмы "Пел".

Формованная деталь весила у фир­мы "Хилл" значительно меньше, чем у фирмы "Пел", и эта разница могла дать заметное снижение себестоимости в усло­виях массового производства. Это преи­мущество, однако, было получено ценой дорогостоящей пресс-формы и потери по меньшей мере года на освоение техноло­гии. Ступенчатый поиск - это, несомнен­но, дешевый и надежный прием, но он да­леко не всегда приводит к оптимальной (в данном случае самой легкой) конст­рукции.

Глава 7 Готовые стратегии (конвергенция)

 

3. Изготовить действующую модель, позволяющую регулировать основные па­раметры технических требований в ин­тервале неопределенности.

На предыдущей стадии ставилась задача сузить интервал неопределенности, чтобы сократить затраты времени и средств на поиск минимально приемлемой толщи­ны. Для фирмы "Пел" интервал неопре­деленности лежал примерно между 2,5 и 15 мм.

При моделировании необходимо вос­произвести как характеристики разраба­тываемого объекта, так и характеристи­ки среды, в которой он должен работать. Выше уже говорилось, что фирма "Пел" не смогла найти удовлетворительный способ моделирования для формованно­го изделия сложной конфигурации. Ее специалисты решили воспроизвести раз­рабатываемый объект в виде полномасш­табной модели, которая имела все харак­теристики реального объекта, кроме тол­щины. Первое опытное изделие имело среднюю толщину около 6,4 мм (а это значит, что первое приращение толщины составило 6,4—2,5=3,9 мм). Ясно, что чем больше это и последующие прираще­ния, тем меньше будут затраты на поиск, но тем больше будет в то же время и риск проскочить далеко за оптимум и, следовательно, сразу увеличить массу и стоимость готового изделия. Чтобы оп­ределить необходимую величину прира­щения, нужно сопоставить расходы на поиск с расчетными убытками от ухо­да за оптимальную толщину. Прираще­ния не обязательно будут равновелики­ми: вначале они могут быть достаточно большими, уменьшаясь по мере того, как чувствуется приближение к цели.

Вопрос о моделировании условий эксплуатации стульев фирма "Пел" ре­шила очень просто. Она приняла метод прочностных испытаний, установленный официальными стандартами для школь­ных деревянных стульев, полагая, что в школе с мебелью наверняка обращаются хуже, чем в ресторанах, клубах и учреж­дениях, для которых предназначались разрабатываемые фирмой стулья.

Рискованность такого подхода была установлена фирмой "Хилл", которая то­же сначала пользовалась методом испыта­ний. Она обнаружила, что стулья, выдер-

жавшие официальные испытания, уста­новленные для школьной мебели, не вы­держивали все же реальных эксплуата­ционных условий, и их пришлось изъять. Была разработана новая методика испы­таний, а пресс-форма и конструкция из­делия претерпели новые изменения.

Обнаружившаяся в данном случае неприемлемость методики испытаний, разработанной для школьной мебели, может иметь две причины:

а) стулья, отличающиеся от традицион­
ных по форме и материалу, могут проя­
влять чувствительность к каким-то видам
рабочих нагрузок, которые не являются
критичными для стульев традиционной
конструкции;

б) рабочие нагрузки могут зависеть не
только от потребителя, но также от
массы, формы и пластичности самого
стула.

Из обеих гипотез следует, что экс­плуатационные условия для конструкции не являются постоянными, а изменяются в зависимости от конструкции. При раз­работке методики испытаний и модели­рования эксплуатационных условий всег­да лучше исходить из этого предположе­ния и направить часть усилий проекти­ровщиков на наблюдение и измерение тех эффектов, которые возникают в эксплуатационных условиях при изме­нении конструкции. Очень трудно убе­дить себя отказаться от привычной мыс­ли, что требования не зависят от того, каким способом они будут удовлетво­рены. Можно ли было предвидеть рабо­чие нагрузки, не изготовив пресс-формы для новой конструкции стула? Вероятно, можно было найти дешевую модель и изучить на ней, как малая масса стула и его новая форма влияют на поведение сидящего и, следовательно, на характер нагружения. Для этого не обязательно было бы в точности воспроизводить в модели поведение конструкции стула. С другой стороны, зависимость нагрузок от пластичности и чувствительности но­вой конструкции к нагрузкам, которые не существенны для традиционных стуль­ев, вряд ли можно было смоделировать без изготовления пресс-формы и формо­вания стула из намеченного материала. В этом случае каждый новый стул увели-

Поиск границ

 

ченной толщины нужно было бы исполь­зовать, во-первых, для того, чтобы выяс­нить характер и размеры рабочих нагру­зок, а во-вторых, в качестве опытного образца для многократного применения. Всегда хочется (но не всегда целесооб­разно) потратить время и средства на разработку модели предполагаемых ус­ловий вместо того, чтобы в первую оче­редь заняться более важным делом — определить и измерить сами эти условия (гл. 12 "Методы оценки").