Тема 1. Основы проектно-конструкторского процесса (6 часов)

§1.1. Общие представления о теории технических систем (2 часа).

 

1.1.1. Сущность технической системы, модель, структура, конструктивная схема.

Техническая система (ТС) – созданная человеком или автоматом совокупность элементов (звеньев), свойства которых взаимосвязаны, скоординированы, подчинены общим для данной системы закономерностям, используемая (совокупность) в различного рода средствах человеческой деятельности, созданных (средствах) для осуществления процессов производства и обслуживания непроизводственных потребностей общества. Например, машина, механизм, структурная группа, узел и т.п.

В ТС, предназначенных для выполнения технологических процессов входная величина может представлять собой основные параметры, характеризующие физические свойства (масса, влажность) и размеры (диаметр и конфигурация заготовки) объекта переработки. В качестве выходной величины такой ТС могут служить параметры, оценивающие свойства или размеры готового продукта.

Сложность реальных технических систем колеблется в широких пределах. Для проектирования и исследования простых ТС конструктору достаточно листа бумаги и знаний инженерной графики и математики. Сложные ТС труднопредставимы даже для опытного конструктора, и для того, чтобы их грамотно и квалифицированно спроектировать и затем изготовить, в процессе проектировпания прибегают к их моделированию (допустимому упрощению).

В проектировании под моделью понимается некоторый объект, находящийся в определенном соответствии с проектируемым (изучаемым) объектом-оригиналом и более удобный для решения задачи конкретного исследования (принятия решения при конкретном проектировании). В общем случае модель – это явление, техническое устройство, знаковое образование или иной условный образ, которые находятся в определенном соответствии (сходстве) с проектируемым (изучаемым) объектом-оригиналом и способны замещать оригинал в процессе проектирования, давая о нем необходимую информацию. Применяются модели двух видов: аналитические и физические. Модель должна быть достаточно простой, чтобы ее можно было проанализировать в течение приемлемого времени, но, с другой стороны, достаточно полной, чтобы полученные результаты можно было распространить на проектируемый объект. Так называемые «натурные модели», макеты, опытные образцы по исследуемым элементам не отличаются от проектируемого объекта, а по составу могут воспроизводить оригинал частчно или полностью [2].

Аналитическая модель отражает использование определенных физических принципов и мождет быть представлена в виде математических выражений. Построение модели неизбежно связано с принятием допущений. Слишком грубые допущения нарушают соответствие модели проектируемому объекту, делают модель неадекватной. Строгость аналитической модели обманчива и может быть кажущейся, если принятые допуения недостаточно учитывают относительную важность различных аспектов решаемой задачи. Так, например, формула темперной погрешности прибора (модель этой погрешности) годится при измерении диаметра вала, но не годится при измерении длины детали сложной конфигурации.

Физические (экспериментальные) модели строятся в тех случаях, когда создание аналитической модели затруднено или невозможно, или если поставленная задача проще и быстрее решается экспериментально. В частности, для решения конкретной задачи о температурных погрешностях измерения представляется более рациональным построение физической модели и ее исследование в предполагаемом диапазоне температур, чем аналитический расчет с использованием громоздкого математического аппарата.

Под физической моделью понимают также схему нагружения конструкции, электрическую схему, кинематическую схему и т.п., отображающую переменные и постоянные параметры конструкций, устройств и процессов, подлежащих проектированию или изучению [1].

Построение физической модели в процессе проектирования изделия предусмотрено стандартами ЕСКД. В ряде случаев оно является обязательным, в частности для изделий, нарушение работоспсобности которых недопустимо с точки зрения правил безопасности.

При решении ряда задач приходится строить комбинированные модели, например, получаемые экспериментальные значения подставляются в математические выражения, функциональные зависимости. Возможны также параллельные, уточняющие друг друга модели, например, аналитическая оценка целесообразности тех или иных экспериментов и т.п.

При проектировани и инженерном анализе часто (практически постоянно) используются расчетные модели (схемы): -структурно-кинематические модели (схемы) механизмов; -динамические модели механизмов, машин и приборов; -расчетные модели деталей машин и приборов [1].

Целью построения модели является получение данных и их оценка для установления соответствия ожидаемых показателей качества спроектированного изделия (процесса) показателям, предусмотренным ТЗ, и для выбора наиболе рационального варианта решения.

Построение модели определяет успех дальней шейработы в инженерном анализе, т.к. его (анализа) результаты будут полезными только при достаточной адекватности модели объекту.

Некоторые источники выделяют мысленные, или интуитивные, модели. Их реализует человек (эксперт), который на основе имеющихся знаний и опыта проводит мысленные эксперименты с ТС с целью выявить ее соответствие требованиям или выбрать из двух вар-тов наилучший по определенному показателю качества. Например, глядя на чертежи двух различающихся по конструкции механизмов, эксперт может ответить на вопросы: выдержат ли они задаваемую нагрузку или нет; у какой конструкции меньше трудоемкость изготовления или расход материала и т.д [7].

Любая сложная машина представляет собой совокупность более простых преобразователей (механизмов), соединенных между собой определенным образом – имеет присущую только ей структуру. Каждый механизм осуществляет свое элементарное преобразование параметров движения. В ряде случаев некоторые простые механизмы состоят из совокупности еще более простых механизмов. Чем совершеннее машина, тем больше в ней механизмов (преобразователей), тем сложнее связи между ними. Сложность ТС определяется не суммой узлов, агрегатов, элементов, составляющих систему, а их взаимодействием. Сложность взаимодействия составляющих определяется количеством связей между элементами и между системой и средой [3].

Сложная техническая система состоит из совокупности типовых и специальных преобразователей (рис. 1.1). Специальные преобразователи встречаются редко, применяются в виде исключения и представляют собой устройства, присущие только данной машине, типовые встречаются во многих видах технических устройств. Соединяются между собой преобразователи с помощью четырех видов связей: механической, электрической, гидравлической, пневматической. В сложных ТС могут применяться как один вид связи, так и совокупность нескольких (мотор-колесо). По своей природе и преобразователи делятся на механические, электрические, гидравлические и пневматические. Т.к. в ТС могут применяться их различные сочетания, то созданы прямые и обратные комбинированные преобразователи, позволяющие передавать параметры между преобразователями разных групп. Например, для соединения механических преобразователей с электрическими применяют прямые (электродвигатели, электромагниты) и обратные (сельсины, потенциометры) преобразователи.

Преобразователь (механизм) конструируют из функциональных деталей, служащих для выполнения его функционального назначения, и деталей обслуживания, обеспечивающих нормальную работу конструкции, не оказывая непосредственного влияния на функцию преобразования параметров.

Мы сосредоточимся на механических преобразователях – передаточных механизмах (передачах), осуществляющих кинематические связи как между двигателем и рабочим органом, так и между отдельными механизмами. Их можно подразделить на следующие группы:

- со стабильным характером преобразования (передачи с постоянным передаточным отношением – зубчатые, червячные);

- с переменным характером преобразования, имеющие переменное или регулируемое передаточное отношение (рычажные передачи, кулачковые механизмы, фрикционные и зубчатые вариаторы);

 

Рис. 1.1. Схема сложной технической системы

 

- прерывного действия, в которых непрерывное механическое перемещение преобразуется в дискретное перемещение (мальтийские, храповые механизмы).

Структуру (схему) машины обычно выбирают путем параллельного анализа нескольких вариантов, которые подвергают сравнительной оценке по стоимости изготовления, энергоемкости, надежности действия, габаритам, металлоемкости и массе, технологичности, удобству обслуживания. При этом часто приходится выбирать вариант, не столько обладающий наибольшим числом достоинств, сколько имеющий наименьшее количество недостатков.

Исследованиями установлено, что в машиностроении на доводочное конструирование приходится около 56%, на пионерское (поисковое) конструирование – 24% и на конструирование вариантов из нормализованных элементов – 20% общего объема работ [6].

Главная задача пионерского проектирования – разработка конструктивной схемы ТС (машины, механизма), предполагающая: -разработку функциональнй схемы или принципа действия; - определение типа и числа элементов, - расположение элементов; - составление общей конфигурации; - определение и простановку размеров.

Основным критерием пионерского конструирования является новое расположение известных или новых эл-тов. В соответствии с опытом большинство конструкторских разработок, называемых новыми конструкциями создаются путем не использовавшегося ранее сочетания элементов, давно известных как по принципу функционирования, так и по исполнению. Использование новых элементов предполагает, как правило, открытие новых физических принципов или изобретение новых рабочих принципов.

Конструктивная схема – это творческая реализация (воплощение) технического замысла изделия, его функциональной структуры и технологии изготовления. В процессе ее обдумывания и отображения осуществляется предварительный выбор материалов и технологии изготовления. Она должна обеспечивать возможность экономически целесообразного материального воплощения технической идеи [6].

 

1.1.2. Граница, окружение, свойства технической системы, этапы ее создания и использования.

Встречающиеся в литературе понятия «техническая система» и «технический объект –ТО» – синонимы [7].

К ТО можно отнести отдельные машины, аппараты, приборы, ручные орудия труда, одежду, здания, сооруж-я и тому подобные устройства, выполняющие определенную функцию (операцию) по преобразованию объектов живой и неживой природы (вещества), энергии или информационных сигналов. К ТО также относится любой из элементов (агрегат, блок, узел, деталь), из которых состоят машины, аппараты, приборы и т.д., а также любой из комплексов взаимосвязанных машин, аппаратов, приборов. Это могут быть технологическая линия, цех, завод и т.п. То есть ТС (ТО) представляет собой весьма широкое понятие. Например, к ТО относятся самолет и кофемолка, мачта ЛЭП и лопата, ЭВМ и туфли, завод и выпускаемые им болты и гайки.

Объективно существует иерархическое соподчинение ТС различных уровней. Так, например, машины или станки, являющиеся элементами технологической линии или цеха, могут быть разделены на агрегаты или блоки, которые, в свою очередь, состоят из узлов и деталей. То есть ТС различных иерархических уровней ограничиваются определенным числом элементов, объединенных не только близостью расположения в определенном рабочем пространстве, но (прежде всего!) и общностью выполняемой функции. Причем они способны выполнять эту функцию в любой ТС более высокого иерархического уровня. В связи с этим иногда вводят понятие надсистемы. Почти у любой ТС существует надсистема, т.е. другая ТС, в которую она функционально включается или входит как отдельный элемент. Таким образом, понятие границы ТС в известной степени условно.

Глубина многоуровневого разделения ТС на элементы обычно определяется характером решаемой проектно-конструкторской задачи. Предельное детальное разделение ТС возможно до неделимых (в функциональном смысле) элементов.

Неделимым элементом будем называть деталь (или часть детали) с минимальным числом функций (не менее одной) по обеспечению работы других элементов, при любом делении которой появляются элемнты, не имеющие самостоятельной функции или с одинаковыми функциями. Например, шарик в подшипнике или шариковой ручке; труба, подводящая жидкость; жидкость в гидроцилиндре; конусная заостренная часть гвоздя и т.п.

Таким образом, любая ТС (кроме неделимых элементов) может быть разделена на несколько укрупненных функциональных элементов, каждый из которых должен иметь минимальное число (не менее одной) определенных функций. Такое разделение обычно соотвветствует установившемуся в инженерной практике конструктивному разделению на агрегаты, блоки, узлы, детали, части деталей.

Каждая ТС находится в определенном взаимодействии с окружающей средой. Для конкретной ТС в качестве окружающей среды (окружения) могут выступать его надсистема, объекты неживой и живой природы и другие ТС, которые находятся в функциональном или вынужденном взаимоддействии с рассматриваемой ТС и оказывают заметное влияние на ее проектно-конструкторское решение [7].

Взаимодействие ТС и окружения может происходить по нескольким каналам связи, которые делятся на две группы. Первая группа включает потоки вещества, энергии и сигналов, передаваемые от окружения к ТС: -функционально обусловленные входные воздействия (входные потоки в физической операции); -вынужденные входные возд-я (температура, влажность пыль, деятельность насекомых и т.д.). Вторая группа – это потоки, которые передаются от рассматриваемой ТС окружению: -функционально обусловленные выходные воздействия (выходные потоки в физической операции); -вынужденные выходные воздействия (загрязнение воды, земли, воздуха; токи СВЧ и т.д.).

Объекты окружения, с которыми ТС находится во взаимодействии, обычно выделяют с разделением ТС на элементы. В первую очередь к окружению относятся объекты, воспринимающие действие ТС [7]. К объектам окружения также могут относиться: подводимая энергия; управляющие сигналы; объекты, на которые действуют отработанные вещества; неблагоприятные излучения и другие воздействия, оказывающие существенное влияние на конструкцию ТС, и т.д. Среди всех элементов ТС при проектно-конструкторских разработках особое внимание уделяют главным элементам, которые можно выделить у большинства ТС (таблица 1.1). К ним относятся рабочие органы и другие элементы, которые непосредственно взаимодействуют с предметом обработки и другими объектами окружения. При выделении главных элементов и соответствующих им объектов окружения рекомендуется иметь в виду следующие свойства:

-функция главных элементов, как правило, совпадает с функцией ТС или в решающей мере зависит от функции ТС;

-объекты окружения для главных элементов, как правило, совпадают с объектами, на которые направлено действие ТС.

Таблица 1.1

Окружение и главные элементы технических систем

 

Наименование ТС	Объекты окружения	Главные элементы	Функция главных элементов, совпадающая с функцией ТС
Ручка для письма	Бумага	Перо или шариковый узел	Образует на бумаге непрерывный видимый след произвольной формы
Экскаватор	Грунт	Ковш	Зачерпывает, транспортирует от забоя до отвала и выгружает грунт
Лампа накаливания	Окружающие объекты	Нить накаливания	Освещает окружающие объекты
ДВС	Вал	Поршни и цилиндры	Вращает вал
Трансформатор	Переменный электроток	Первичная и вторичная обмотки и ферромагнитный сердечник	Изменяет напряжение переменного электротока

 

Под свойством ТС понимается объективная особенность изделия (ТС), проявляющаяся при ее создании, эксплуатации (потреблении) [7]. Любая ТС создается для решения определенной технической задачи. При рассмотрении ТС с этой точки зрения становятся очевидными следующие ее «глобальные» свойства:

-потребность – назначение ТС или цель ее создания (существования). При описании потребности отвечают на вопрос: «Что (какой результат) желательно иметь (получить) и каким условиям и ограничениям при этом нужно удовлеворить?». Наряду с понятием потребности в инженерной практике широко используется понятие функции ТС. Различие между этими понятиями состоит в том, что понятие потребности всегда связано с человеком или автоматом (коллективом людей, автоматов), поставившим задачу реализации потребности и выполняющим проектирование соответствующей ТС и ее изготовление. Понятие функции всегда связано с ТС, реализующей эту потребность. Таким образом, человек часто выступает в двух качествах: как субъект, формулирующий потребность, и как элемент ТС, реализующий эту потребность.

-способность удовлетворять потребность с определенной степенью качества по различным критериям качества в результате реализации физической опереции (ФО), физического превращения, преобразования, с помощью которых выполняется функция ТС.

-наличие функциональной структуры. Подавляющее большинство ТС состоит из нескольких элементов (агрегатов, блоков, узлов) и могут быть естественным образом разделены на части. Каждый элемент как самостоятоятельная ТС выполняет определенную функцию и реализует определенную ФО, то есть между элементами имеют место два вида связей и соответственно два вида их структурной организации. Во-первых, элементы имеют определенные функциональные связи друг с другом, которые образуют конструктивную функциональную структуру. Кроме функциональных, между элементами ТС имеются еще потоковые связи, то есть элементы, реализуя определенные ФО, образуют поток преобразуемых или превращаемых веществ, энергии, сигналов или других фактров. Примерами могут служить: электростанция – имеющийся на входе поток воды с напором 20 м и расходом 150 м³/с, на выходе преобразуется в электроток напряжением 380 В и частотой 50 Гц; прокатный стан – поступающая на вход заготовка сечением 200´200 мм превращается на выходе в ленту толщиной 1 мм и шириной 2м.). Такие потоки определенным образом объединяют и связывают элементы ТС и соответственно их ФО. В сложных ТС часто присутствуют несколько взаимосвязанных потоков. Взаимосвязанный набор ФО, реализующих один определенный поток преобразований вещества, энергии или сигналов, либо несколько взаимосвязанных потоков называется потоковой функциональной структурой (ФС). Конструктивная ФС и потоковая ФС дополняют друг друга.

-подчинение структуры физическому принципу действия (ФПД). ФПД, как правило, описывается принципиальной схемой ТС, в которой в упрощенно-идеализированной форме показаны основные конструктивные элементы, обеспечивающие реализацию ФПД, и указаны направления потоков и основные физические величины, характеризующие используемые физико-технические эффекты.

-наличие конструктивного оформления ФПД или ФС в виде так называемого технического решения (ТР), которое содержит: - указание (перечень) основных элементов; - взаимное расположение элементов в пространстве; - способы и средства соединения и связи элементов между собой; - последоватнльность взаимодействия элементов во времени; - особенности конструктивного исполнения элементов (геометрическая форма, материал и т.д.); - принципиально важные соотношения параметров для ТС в целом или отдельных элементов. В зависимости от вида рассматриваемой ТС элементом могут быть часть детали, деталь, узел, блок, агрегат, техническая система, комплекс ТС.

Продукция вообще и ТС в частности в отношении потребности человека характеризуется двумя группами свойств:

-отражающие пригодность продукции к употреблению по назначению, то есть свойства ее как потребительской стоимости (прочность, точность, эстетичность);

-характеризующие затраты труда на производство и потребление продукции, то есть свойства ее как стоимости (себестоимость, расходы на эксплуатацию и т.д.).

В наше время создание новой техники базируется на результатах конструктивной эволюции интересующего нас класса ТС [7]. Ее изучение основано на законе прогрессивной эволюции ТС, суть которого состоит в повторении цикла, состоящего из этапов:

-начало изготовления и использования предшетсвующего поколения ТС;

-накопление в течении опр-го времени недостатков у предшествующего поколения ТС;

-создание (разработка) нового поколения ТС, устраняющего недостатки предшествующего, и начало его изготовления и использования.

Цели проведения анализа конструктивной эволюции: -найти единственное наиболее правильное решение среди всех альтернативных путей конструктивного изменения или создания ТС; -выявить основные устойчивые факторы, влияющие на развитие ТС, и наиболее правильно сформулировать для себя тенденции ее развития; - позаимствовать, зная историю ТС, удачные идеи ее дальнешего совершенствания (история подтверждает справедливость принципа «все новое – хорошо забытое старое», например: водяное колесо – паровая турбина – ГЭС; гладкоствольные пушки – нарезные – минометы); -кратко описать опыт решения задач инженерного творчества; -осмыслить в деталях и «пропустить через себя» процесс получения выдающихся изобретений в своей области; -набрать необходимую сумму фактов для формулирования закономерностей строения и развития ТС, что облегчает нахождение новых, эффективных и перспективных технических решений.

Наивысший уровень инженерного творчества заключается в выявлении и формулировании законов и закономерностей строения и развития ТС и сознательном их использовании в поиске улучшенных технических решений.

Достаточно редко создаются принципиально новые технические средства, не являющиеся результатом эволюции ТС. Они создаются на базе пионерных изобретений для удовлетворения новых (возникших) потребностей. В связи с этим к высшим уровням инженерного творчества относится изобретение или открытие новых реальных потребностей. Сегодня пока нет методов синтеза новых потребностей, а проводимые в средствах массовой информации рекламные кампании не являются даже отдаленным их подобием.

Использование ТС в реальной жизни подчиняется закону стадийного развития техники, который на инженерном уровне имеет следующую формулировку [7].

ТС с функцией обработки материального предмета труда имеет четыре стадии развития, связанные с последовательной реализацией с помощью технических средств четырех фундаментальных функций и последовательным исключением из технологического процесса соотвующих функций, выполняемых человеком:

-на первой стадии ТС реализует только функцию обработки предмета труда – технологическую функцию (ТФ);

-на второй стадии, наряду с технологической, ТС реализует еще функцию обеспечения энергией процесса обработки предмета труда – энергетическую функцию (ЭФ);

-на третьей стадии ТС реализует еще функцию управления (ФУ) процессом обработки предмета труда;

-на четвертой стадии ТС реализует также и функцию планирования (ФП) для себя объема и качества продукции, получаемой в результате обработки предмета труда; при этом человек полностью исключается из технологического процесса, кроме более высоких уровней планирования (см. табл. 1.2).

Переход к каждой очередной стадии происходит при исчерпании природных возможностей человека в улучшении показателей выполнения соответствующей фундаментальной функции в направлении дальнейшего повышения производительности труда и (или) качества производимой продукции, а также при наличии необходимого научно-технического уровня и социально-экономической целесообразности.

 

Таблица 1.2

Примеры стадийного развития ТС в процессе использования

 

Функция ТС	ТФ	ТФ + ЭФ	ТФ+ЭФ+ФУ	ТФ+ЭФ+ФУ+ФП
Размалывание зерна	Каменные жернова с ручным приводом	Каменные жернова с приводом от водяого колеса или паровой машины	Мельница с системой автоматического управления (САУ)	Мельница с САУ, получающая задания от автоматизированной системы планирования работ (АСПР)
Получение осесимметричных круглых деталей из твердотельных заготовок	Токарный станок с ручным или ножным приводом	Токарный станок с приводом от водяного колеса, паровой машины или электродвигателя	Ткарный станок с ЧПУ	Токарный станок с ЧПУ, получающий задания от АСПР
Транспортирование грузов по дороге	Тачка или тележка, приводимая в движение человеком	Телега, приводимая в движение тягловым животным или автомобиль	Автомобиль с САУ	Автомль с САУ, получающий задания от бортовой АСПР, осуществляющей предварительный сбор информациии

 

1.1.3. Стратегия и методы создания новой техники.

Необходимость в новой технике диктуется все возрастающими (вширь и вглубь) потребностями человека. Если эти потребности массовые и удовлетворять эти потребности выгодно, создается индустрия для их удовлетворения. Если они ограничены, но их удовлетворение также выгодно – создается новая техника.

При создании новой машины конструктор должен смотреть вперед, оглядываться назад и озираться по сторонам [5].

В процессе проектирования новых технических устройств требуется выполнение операций формирования идеи, ее оценки, оптимизации варианта решения, изложения решения. Эти операции проводятся с учетом реальных возможностей. С практической точки зрения на деятельность проектанта налагаются следующие ограничения: -ограничение методов разработки задачи, связанные с имеющимся объемом знаний и органзационными возможностями их применения (сроки, кадры, вычислительная техника и наличие типовых программ, финансирование разработок); -ограничения, связанные с производственными возможностями (номенклатура и наличие материалов, производственные мощности, оборудование и инструмент, производственный опыт, затраты); -ограничения правовые (действующие нормы, стандарты, патенты, требования заказчика) [2].

Процесс проектирования содержит ряд операций, которое подчиняются опредленным закономерностям. Некоторые операции проектирования базируются на логическом подходе. Эти операции (например, отыскания требуемой стандартной конструкции или стандартного элемента, вычисления) выполняются с помощью вычислительной техники. Их легко описать и, составив алгоритм обработки информации, получить однозначное решение.

Эвристический (вероятностный) подход к операциям проектирования находит применение в тех случаях, когда однозначное решение невозможно из-за большого количества вариантов или неопределенности исходных данных. Для выполнения таких операций могут быть привлечены эвристические программы вычислительной техники. В результате получаются вероятные решения и находятся их вероятностные оценки, что облегчает возможность принять некоторое однозначное решение.

В остальных случаях единственным критерием выбора решения является так называемая инженерная интуиция – способность устанавливать истину без применения логических приемов. По существу инженерная интуиция является неосознанной, замаскированной логикой, основанной на личном практическом опыте проектанта.

При решении технических задач проектирования применяют принципы: систематизации (метод «морфологического ящика» или матрицы идей); ассоциаций (аналогий); инверсии; сочетаний; модификаций, а также методы «черного ящика», «мозгового штурма», конференции идей, эмпатии, синектики и др.

Применение того или иного метода или их сочетания в процессе формирования идеи и концепции нового изделия зависит как от вида решаемой задачи, так и от личных данных разработчика – склада ума, запаса специальных знаний, инженерной интуиции и др. Искомое решение может быть также результатом случайным. Однако когда при игре в рулетку из 36 возможных чисел выбирается одно – это угадывание, а не решение, даже в случае положительного результата. Здесь уместно вспомнить случай, описанный в романе Д. Лондона «Смок Беллью».

Запас спец-х знаний, касающихся проектируемых решений, владение приемами проектирования являются необходимыми условиями плодотворной деятельности проектировщика. Но наиболее серьезная помеха получению новых полезных идей – психологическая инерция, заставляющая применять конические передачи всегда, когда требуется передача вращения между расположенными под углом валами или червячных передач, когда требуется получать большое передаточное отношение в одной ступени. Для преодоления психологической инерции в первую очередь надо помнить о ней. При этом совсем не требуется действовать по принципу «никогда не используй старых методов». Старые методы очень часто плодотворны, так как базируются на оправдавшем себя опыте. Очень полезны принципы «методов много, а не один» и «что плохо в одном случае, может быть хорошо в другом».

Другие помехи оригинальному мышлению и техническому творчеству: узкопрактический подход к решению (например, это лучше, потому что проще), боязнь риска и недоверие к новому, влияние авторитетов, опасение критики и др.

Одним из наиболее полных и обстоятельных логических принципов формирования новых идей является принцип систематизации, известный в теории проектирования как метод «морфологического ящика».

Сущность метода заключается в выделении условных классификационных признаков изделия или его составной части, отличающих одну конструкцию (схему, принцип действия) от другой, установлении вариантов каждого из признаков и представлении в виде многомерной матрицы или диаграммы всех возможных комбинаций («рабочих идей»), независимо от жизнеспособности и ценности. При этом двух- и трехмерная матрицы легко представляются графически, многомерные матрицы раскладываются на систему двух- или трехмерных.

При применении метода последовательно выполняются следующие шаги: -выработка принципиального решения о составе проектируемого объекта; -выделение классификационных признаков объекта; -установление возможных вариантов каждого из признаков; -создание модели «морфологического ящика»; -изложение полученных комбинаций признаков – «рабочих идей»; -выработка критериев оценки объекта проектирования с точки зрения поставленной задачи, цели разработки; анализ и оценка «рабочих идей», выявление их недостатков; -изыскание способов устранения выявленных недостатков каждой из «рабочих идей», выбор и разработка «улучшенных идей»; -анализ и сравнительная оценка «улучшенных идей», выбор одной из них в качестве «оптимизированной идеи», служащей для последующей конкретизации принятого варианта объекта проектирования.

Пример. Поставлена задача – спроектировать автомат для контроля шариков. Цель данного шага проектирования – предложить функциональную схему автомата. Принципиальное решение (упрощенное): автомат состоит из загрузочного и измерительного устройств.

Классификационные признаки: А – тип загрузочного устройства, Б – тип преобразователя результата измерения. Остальные признаки автомата пока считаем несущественными. Рассмотрим варианты классификационных признаков.

Признак А – загрузочное устройство: 1 – вибробункер, 2 – дисковый бункер, 3 – трубчатый бункер, 4 – лопастный бункер.

Признак Б – преобразователь: 1 – электроконтактный, 2 – индуктивный, 3 – фотоэлектрический, 4 – пневматический.

Выбор вариантов каждого из признаков делается на основании, например, справочных данных или опыта проектировщика, причем неприемлемые для шариков варианты исключаются из рассмотрения.

Поскольку схема автомата определилась двумя классификационными признаками (третий признак – тип транспортера – не рассматривается), модель «морфологического ящика» строится в виде двухмерной матрицы (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Модель «морфологического ящика» автомата для контроля шариков

 

Матрица содержит 4´4 = 16 альтернативных комбинаций – рабочих идей, которые следует оценить с точки зрения их приемлемости для решения поставленной задачи и оценки качественных показателей автомата при применении того или иного варианта решения.

Для формирования новых идей применяется метод ассоциаций или аналогий. Суть его заключается в использовании уже существующей идеи (схемы, конструкции) в условиях, предусмотренных данной конкретной задачей.

Выбор типа передач, конструкции подшипников, вида соединений, источника энергии и других технических решений, как правило, производится на основании аналогий. Процесс разработки нового изделия обычно начинается с поиска прототипа, аналога, путем анализа которого устанавливается применимость имеющегося решения в данном конкретном случае.

Принцип аналогий лежит в основе использования стандартных решений – применения стандартных изделий, их элементов, форм изложения решений, методик определения критериев оценки – показателей качества и др. При использовании этого принципа создается дополнительная гарантия того, что спроектированное изделие будет достататочно работоспособным, надежным и технологичным, а процесс – реальным. Это имеет особое значение в том случае, когда расчетным путем нельзя учесть весь комплекс факторов, влияющих на работу изделия.

Этот метод заключает в себе наибольшую опасность проявления психологической инерции. Однако, несмотря на это, он иногда позволяет найти новое решение сложной задачи. Так, аналогия между движением заготовки и инструмента при раскатке труб явилась основанием для разработки конструкции волновой передачи, по аналогии движения винтов в винтовых насососах была получена передача Новикова и т.д.

Новые решения можно получать благодаря новому подходу к известной задаче. Одним из таких путей получения новой точки зрения на решаемую задачу является применение метода инверсии. Сущность метода выражается правилом «поменять местами», «сделать наоборот». Метод требует сознательного преодоления психологической инерции, отказа от установившихся взглядов на способ решения данной задачи, чтобы непредвзято посмотреть на нее с другой позиции (если узел обычно располагался над другим, расположить его под ним; если деталь работает на растяжение, установить ее так, чтобы она работала на сжатие).

Метод может оказаться полезным при решении узких конструкторских задач или технологических задач, например, уменьшение продольного габарита (см. рис. 1.3).

Рис. 1.3. Устройство для подачи стола (детали) в рабочую позицию

 

Метод модификаций заключается в изменении одного или нескольких признаков изделия (процесса) в качественном или количественном отношении.

Изменение материала, размеров, точности изделия может привести к появлению нового качества, увеличить эффективность его применения или даже обеспечить использование в иных условиях эксплуатации. Этот метод используется наиболее часто.

Например, поставлена цель – увеличить запас прочности прессовой посадки зубчатого колеса на вал (рис. 1.4 а), не меняя материала, диаметра зубчатого колеса, не увеличивая точности сопрягаемых поверхностей.

 

а) б)

 

 

Рис. 1.4. Модификация посадки зубчатого колеса на вал

 

Обеспечить передачу большего крутящего момента можно за счет увеличения диаметра или длины сопряжения. В первом случае уменьшается толщина тела колеса (втулки), что приведет к уменьшению его прочности, а, следовательно, и запаса прочности всего соединения. Во втором – увеличатся габриты соединения, что также нежелательно. Рациональным будет такое увеличение длины и диаметра сопряжения, при котором площадь сечения колеса изменится так, что тело колеса станет равнопрочным прессовому соединению (рис. 1.4 б).

Метод сочетаний основан на соединении элементов, применяющихся в различных изделиях, но обладающих каждый в отдельности искомыми для проектируемого изделия (процесса) свойствами. Для применения этого метода необходимы поиски аналогов, обладающих одним или некоторыми из искомых свойств. Соединяя такие элементы в одном изделии, добиваются получения желаемого комплекса свойств проектируемого объекта. Например, индикаторная скоба сочетает в себе достоинства индикатора и микрометра. Цена деления у нее такая же, как у индикатора, а предел измерений – как у микрометра. При использовании этого метода надо отдавать себе отчет в том, что полученная конструкция будет обладать не только достоинствами компонентов, но и их недостатками, что может привести к нерациональности решения.

Рассмотренный метод может быть применен и в случае сочетания нескольких одинковых элементов при реализации мультипликации или резервирования, когда для увеличения надежности в изделие вводятся два-три одинаковых элемента, работающих параллельно. При отказе одного – остальные обеспечивают выполнение задачи.

Одним из рациональных методов решения изобретательских задач является применение метода «черного ящика». Это система, в которой известны входные и выходные величины, а внутреннее устройство неизвестно. Сущность метода в том, что для решения задачи абстрагируются от поисков конкретного определения структуры изделия, рассматривая только возможные варианты входных и выходных параметров. Этим снимаются ограничения, обусловленные наличием или отсутствием известных принципов или схем преобразования этих параметров. Внимание разработчика конценртрируется на выборе рационального вида и значений входных и выходных параметров изделия. Содержание же «черного ящика» оставляется для самостоятельного рассмотрения как второй шаг проектирования.

Пример. Необходимо разработать систему противопожарной сигнализации. Цель проектирования – нахождение входных и выходных величин. Исходные данные: воздействующий фактор – огонь, выход – сигнал о возникновении пожара, принимаемый человеком. Характерные признаки огня – свет, дым, теплота.

Отвлечемся от того, существуют ли методы приема и преобразования входных и выходных фактров, сконцентрировав внимание только на выборе вида входных и выходных величин, представив содержание приборов как «черный ящик».

Для обнаружения пожара на ранней стадии более эффективны свет и дым. Но включение искусственного освещения может привести к ложному сигналу, а наличие дыма в нормальных условиях исключается. Повышение температуры обязательно соответствует горению любого вещества в любых условиях, но теплота обнаруживается на более поздних стадиях возгорания. Поэтому температура как входная величина обеспечивает наибольшую надежность обнаружения пожара, хотя и не на первых его стадиях.

Выходные факторы предназначены для воздействия на органы чувств человека. Наиболее эффективно применение в качестве сигнала звука, воспринимемого независимо от положения наблюдателя. Однако свет по сравнению со звуком более удобен для локализации сигнала.

Решение: входными факторами следует принять температуру и дым, выходными – звук и свет. Таким образом, этот метод позволил быстро прийти к решению, обеспечивающему высокую функциональную эффективность прибора. Следующими шагами проектирования будет выбор рациональных значений этих физических величин, методов их преобразования, конструктивного решения преобразователей и т.д.

Интенсификация процесса вырабртки идеи может быть достигнута методом эмпатии. Этот термин означает отождествление личности одного человека с личностью другого. В теории проектирования этим термином обозначают отождествление человека с разрабатываемым изделием или процессом. Задача разработчика состоит в том, чтобы «стать», например, деталью и посмотреть с ее точки зрения на возможный путь решения задачи, а затем по аналогии применить найденный путь к решению поставленной задачи.

Метод основан на предположении, что для получения решения наиболее рациональные варианты и наибольшее их количество имеются в сфере взаимодействия человека с природой.

Пример. Измерительный прибор работает вблизи источника теплоты, причем тепловое излучение влияет на точность измерения. Цель –защитить прибор от излучения. Для ее достижения ставим себя на место прибра и смотрим, что можно сделать, чтобы защитить себя от воздействия лучей, например, солнца (см. табл. 1.3).

Решений может быть много. Рациональность применения каждого из них и окончательный выбор решения можно получить на основании анализа.

 

Таблица 1.3

Возможные решения по защите объекта от теплового излучения

 

Решение	Аналогия
Применить зонтик	Экранировать прибор
Надеть белую одежду	Применить отражающее покрытие
Надеть ватный халат (как жители юга)	Покрыть поверхность прибора теплоизоляцией
Поставить вентилятор	Применить обдув воздухом
Стать под душ	Применить охлаждение душем
Выпить горячего чаю, чтобы вызвать выделение пота	Подать жидкость, испаряющуюся через поры поверхности
Съесть мороженое	Охладить за счет таяния вещества
Выпить холодной воды	Применить внутреннее жидкостное охлаждение
Надеть мокрую рубашку	Применить пористую теплоизоляцию, смачиваемую жидкостью
Смазаться кремом, предохраняющим от ожога	Применить покрытие, содержащее тепловой фильтр
Повернуться к солнцу другим боком	Вращать прибор, чтобы уменьшить градиент теплоты
Загореть	Применить материал, нечувствительный к нагреву

 

Еще один путь интенсификации процесса получения новых идей и решений – организация участия в нем группы людей – метод «мозгового штурма». Целью метода является выработка, формулирование возможно большего количества идей путем привлечения группы участников и одноврменного устранения препятствий, создаваемых психологической обстановкой – боязнью критики.

Сущность метода заключается в следующем. Подбирается группа из 5…10 человек. Компетентным руководителем формулируется задача. Затем члены группы высказывают свои идеи относительно путей решения задачи. Таким образом достигается возможность не только получить различные варианты решений, но и интенсифицировать их выработку, так как одна идея порождает другую.

Усовершенствованием метода «мозгового штурма» является метод «конференции идей». При организации дискуссии по этому методу соблюдаются правила, обеспечивающие соответствующую психологическую обстановку.

Во-первых, должна быть обеспечена полная раскованность в высказывании идей, отсутствие доминирования авторов. Для этого руководитель организует высказывания сначала тех членов группы, которые занимают менее высокое служебное положение, молодых, менее квалифицированных, и сам при этом старается не навязывать своей выработанной идеи. В противном случае будет искажено условие полноценного участия всех членов коллектива в дискуссии.

Во-вторых, налагается запрет на любую негативную критику типа «это не пойдет», «никто так не делает», «это все теория, практика совсем не то» и т.п. Позитивная же критика, наоборот, поощряется, но при этом требуется подача идей, исправляющих недостатки критикуемой идеи, совершенствование ее. Этим, в основном, данный метод отличается от предыдущего.

В-третьих, разрешается высказывание любых идей, даже самых на первый взгляд абсурдных. Такие идеи, даже оказавшись абсурдными на деле, могут принести пользу. Они вызовут контридеи, которые могут оказаться приемлемыми для решения поставленной задачи.

Все высказанные идеи регистрируются, затем подвергаются анализу и классифицируются. Их перечень и содержание передаются проектировщикам для детального инженерного анализа и выработки решения.

Синектический подход к формированию идеи так же, как и метод «мозгового штурма», основан на усилиях группы, но в отличие от него поиск решения ведется непосредственно в процессе дискуссии. Руководитель направляет дискуссию в нужную сторону. В состав группы обязательно входит эксперт – специалист по данной проблеме, который оценивает приемлемость данного решения. Рассмотрению подвергается ограниченное количество вариантов идей (или даже одина идея), рациональность которых и выявляется в ходе дискуссии.

«Синектика» понимается как объединение разнородных элементов. Идея метода заложена в возможности использования подсознательных творческих способностей человека. С этой целью задача переносится в область, далекую от данной, и члены группы освбождаются от «сознательного», традиционного решения задачи.

Процесс начинается с формулирования проблемы в общем виде. Эксперт, отвечая на вопросы участников, поясняет проблемную ситуацию. Затем каждый участник формулирует цель проектирования. Руководитель, выбрав одну из формулировок, предлагает участникам привести примеры аналогичной цели из других областей жизни. Остановившись на одном из примеров, руководитель организует выработку идей, необходимых для достижения этой цели. При получении решения, приемлемого с его точки зрения, он делает переход к «принудительному соответствию», то есть решение переносится на проектируемый объект.

Синектический метод может оказаться эффективным средством преодоления психологической инерции. Кроме того, при ограничении количества рассматриваемых вариантов он может оказаться и достаточно производительным, хотя рациональность решения во многом ставится в зависимость от квалификации руководителя – специалиста-синектика и эксперта – специалиста-техника.

 

§1.2. Этапы и стадии проектно-конструкторского процесса (2 часа).

 

1.2.1. Проектно-конструкторский процесс и его связь с другими областями человеческой деятельности.

Человечество давно забыло время, когда оно жило собирательством и примитивной охотой и когда ему не требовалось не только машин, но и простейших орудий труда. С тех пор потребности как общества, так и отдельных его представителей значительно изменились и продолжают изменяться настолько интенсивно, что удовлетворять их стало возможно только при наличии мощной, многоотраслевой промышленности, высокомеханизированного сельского хозяйства, оснащенной уникальным оборудованием науки, не способных выполнять свои функции без огромного числа механизмов, машин, приборов других технических систем.

Опыт истории и естествознания говорит о том, что человечество в течение всего времени своего существования стремилось использовать силы природы для облегчения своего труда и увеличения его производительности. В переживаемую эпоху это делается следующим образом. Предположим, в обществе объективно созрела (или целенаправленно сформирована) потребность в каком-либо изделии или продукте. Наиболее активные члены общества организуют его производство, заранее предвидя выгоды от реализации этого продукта. При этом они учитывают сложность изделия или продукта и предполагаемый объем спроса. Исходя из этого, они намечают тип будущего производства: индивидуальное, серийное, массовое. Если речь идет о паре сапог (индивидуальное производство), то проблема решается в результате простого обращения к ближайшему сапожнику, которому кроме шила из обломка отвертки никакого оборудования не надо, потому что колодку он сделал сам из рядом растущей липы. Но если предприниматель задумал обуть в текущем сезоне в свои сапоги пол-Европы (массовое производство), то ему не обойтись без высокомеханизированного предприятия. А его не создашь, обратившись к ищущим себе применение токарю, фрезеровщику, слесарю и т. д. с приказанием: «сделайте мне обувную фабрику на миллион пар сапог в год». Каждому из них надо дать чертеж какой-либо детали требуемого для фабрики оборудования. Так вот выпуск таких «чертежей» (проектов машин, станков, автоматических линий) – задача и конечная цель пректно-конструкторского процесса. С него и начинается то ли новый вид деятельности, то ли совершенствование старого в промышленности (новые товар, продукт), сельском хозяйстве (повышение урожайности, интенсификация уборки), науке (исследование явлений, создание новых материалов). В свою очередь, процесс проектирования интенсифицируется и облегчается благодаря достижениям промышленности, появлению нового оборудования и постоянному его совершенствованию.

С другой стороны – все существующие машины, приборы и технические системы представляют собой в общем случае реальные конструкции в виде совокупности физических тел и веществ определенных форм и размеров, предназначенных для выполнения заданных функций в конкретных условиях. Их создают на основе всестороннего исследования исходных условий и решения научных и технических задач, направленных на достижение заданных результатов.

Таким образом, прогресс в любой области человеческой деятельности невозможен без проектирования, а грамотное, быстрое и квалифицированное проектирование невозможно без достижений промышленности. Тут прослеживается не только связь процесса проектирования со всеми областями челов-й деятельности, но и их определенная взаимосвязь.

 

1.2.2. Этапы проектирования машин: выявление потребности, постановка задачи, изобретательство, инженерный анализ, принятие решения, представление результатов (Краткое содержание проектной процедуры).

Развитие машиностроения, обусловленное необходимостью производить все новые и новые машины, неразрывно связано с развитием машинопотребляющих отраслей промышленности сельского хозяйства и науки. В промышленности (как и в жизни вообще) происходит процесс непрерывного совершенствования (технический прогресс): растет объем выпускаемой продукции, сокращается производственный цикл, появляются новые технологические процессы, меняются компоновка технологических линий, состав и расстановка оборудования, непрерывно повышается уровень механизации и автоматизации производства. Соответственно возрастают требования к характеристикам машин, их производительности, степени автоматизации. Некоторые машины с появлением новых технологических процессов становятся ненужными. Возникает необходимость создания новых машин или коренного изменения старых [5].

В результате анализа сложившейся конъюнктуры устанавливается «узкое место», препятствующее дальнейшему прогрессу, выявляется потребность в новой технике. Необходимость перехода к новой технике может подсказать и развитие науки, в результате которого на «рынок идей» поступают научные продукты (идеи, открытия, изобретения), способные служить основой для принятия конкретных технических решений крупного масштаба. Серьезным стимулом для создания новой техники является также боязнь отстать или стремление обогнать конкурентов (другие фирмы, государства и т.д.).

После выявления и констатации потребности в новой технике ставится задача на проектирование конкретной машины, базирующаяся не просто на желании, а на определенной, поддающейся формулировке идее. Задача должна быть поставлена четко и ясно, и, вместе с тем, в ее формулировке должны содержаться основные требования к объекту проектирования, на основе котрых может быть разработано техническое задание [2].

При постановке задачи необходимо установить: -объект проектирования; -область примениния проектируемого изделия и условия его эксплуатации; -ориентировочную программу выпуска изделия; -лимитную цену изделия.

При необходимости указываются также: - основные параметры и характеристики изделия, в том числе требуемые показатели качества и надежности, технологичности, эргономичности, патентной чистоты и др.; -ссылки на технические документы, использование которых необходимо при проектировании (чертежи прототипа и аналога, элементы которых подлежат заимствованию); другие требования или огрничения (вид привода, система управления, методы наладки, степень автоматизации, технологические ограничения и т.д.).

После этого в рамках, очерченных постановкой задачи, начинается формирование идеи (изобретательство) объекта, подлежащего проектированию. Процесс формирования идей имеет сложную природу и является творческим процессом, сравнимым с процессом художественного творчества в искусстве, результатом умственной деятельности человека [2]. /Сравнительно недавно широко пропагандировались программы изобретательства на ЭВМ/.

Человек мыслит обычно зрительными образами, которые соответствуют отдельным функциональным решениям стоящей перед ним задачи. При мысленном решении сложных пространственных задач происходит расчленение процесса поиска решения на отдельные шаги, чередующиеся во времени и пространстве. Этот упрядоченный по функциональным признакам творческий процесс, на каждом этапе котрого принимается решение, целиком ориентированное на какую-либо реализацию конкретной функции, можно определить как оригинальное конструирование (изобретательство) [6].

Идея, сформированная в результате решения поставленной задачи, должна быть подвергнута инженерному анализу на предмет ее применимости в данной конкретной ситуации. Это обеспечит рациональность решения поставленной задачи. Анализ заключается в выработке оценки предлагаемой идеи на основании принятых критериев и методов определения этих критериев [2].

Первым шагом в процессе инженерного анализа является формулирование его цели. От формулировки цели зависит содержание анализа, его направленность, а следовательно и его результат, она должна быть краткой, четкой и содержать указание на ожидаемый результат [2].

Следующим шагом является построение модели (аналитической или физической). Целью построения модели является получение данных и их оценка для установления соответствия ожидаемых показателей качества спроектированного изделия (процесса) показателям, предусмотренным техническим заданием, и для выбора наиболее рационального варианта решения. Использование модели позволяет выполнить оптимизацию сформированной идеи – внесение усовершенствований, которые допускаются ограничениями, наложенными на процесс проектирования.

Результаты анализа являются основанием для принятия решения. Это может быть заключение о необходимости пересмотра предлагаемой идеи или даже цели проектирования. В таком случае операции формирования идеи и инженерного анализа повторяются, пока не будет найдено приемлемое решение или доказана невозможность решения задачи в данной постановке (данного варианта). Решением может быть обоснование продолжения разработки данного варианта, совершенствование его конструкции, режимов или же отказ от разработки.

Заключительной операцией проектной процедуры является представление результатов (изложение проектного решения). Эта операция заключается в выдаче проектной документации (проектных материалов). Виды, состав и порядок представления проектной документации предусмотрены соответствующими стандартами ЕСКД, ЕСТД и оговариваются в техническом задании на разработку изделия.

 

1.2.3. Традиционный (чертежный) и новые методы проектирования: цели и задачи, решаемые с помощью новых методов проектирования.

В недалеком прошлом конструктор, сидя за кульманом выпускал так называемые «белки» – оригиналы чертежей, которые копировщица с помощью рейсфедера переносила тушью на кальку – такой чертеж назывался «подлинником» и хранился в архиве. С подлинника по мере надобности снимались светокопии («синьки»), которые и использовались в производстве. Продолжительность этого цикла уменьшилась с появлением аппаратов для ксерокопирования – отпала необходимость в калькировании. Оригиналы вычерчивались при помощи карандаша или тушью. Уважительное отношение или улыбку вызывают связанные с изготовлением таких чертежей эпизоды, описанные у академика А.Н. Крылова и О’Генри. Производительность труда конструктора была крайне низкой, а сам труд в значительной мере состоял из рутинной чертежной работы. Пределом мечтаний в смысле облегчения собственного труда было желание иметь хороший кульман [1].

Достигнутый в последние десятилетия поразительный прогресс человеческого интеллекта является результатом содружества человека с ЭВМ и характеризуется колоссальным ростом производительных возможностей техники. Сказанное не в последнюю очередь относится и к использованию ЭВМ для проектирования сложных объектов. Это позволяет не только сократить сроки разработки и снизить трудоемкость проектирования, но и найти более выгодные технические и экономические решения.

Автоматизация проектирования началась с наиболее простого – с чертежных и графических работ, а также с выполнения на ЭВМ стандартных инженерных расчетов. Хотя автоматизация этих операций и важна, но на не дала качественного улучшения и существенного ускорения всего процесса проектирования сложных конструкций.

Анализ проекта любой оригинальной машины показывает, что наиболее труден первый шаг – завязка проекта, исходный замысел, эскиз. Чтобы выбрать лучший вариант, проектировщик должен представить себе будущий объект в целом, увидеть, как он функционирует, оценить его слабые и сильные стороны.

Раньше, когда проектировались относительно простые изделия, конструктор мог справиться с этим самостоятельно. По мере усложнения создаваемых изделий становится все труднее оценивать конкретный вариант проекта, его соответствие исходным требованиям; увеличилось и число вариантов проекта, которое необходимо анализировать. Так как производительность конструктора осталась прежней, время проектирования (и качество тоже!) возросло.

Выход из создавшегося положения дает изменение и упорядочение технологии проектирования. Усложнению конструкции и увеличению объема перерабатываемой конструктором информации противопоставляют новые методы ее обработки, т.е. дальнейшую автоматизацию проектирования. В этом случае конструктор ставит задачу для ЭВМ и принимает окончательное решение, а машина обрабатывает весь объем информации и делает первичный отбор.

Для такого взаимодействия человека с машиной созданы и создаются системы автоматизированного проектирования (САПР), представляющие собой комплекс вычислительных устройств, средств связи, средств отображения, а также комплекс математических моделей, спциальные языки программирования и др.

Задачи, решаемые с помощью САПР: -возможность быстро проверить гипотезу и соответств-ю ей модель (теоретическое или аналитическое представление проектируемого объекта); -обнаружить и немедленно исправить любые грубые ошибки в чертежах или исходных данных; -оценить (путем сравнения с ТЗ) характеристики модели и модифицировать ее в многошаговом процессе соверщенствования (оптимизации) конструкции; -принять решение в критических точках ветвления и выбрать путь, по которому следует продолжить проектирование; -управлять ходом решения проектной задачи (окончить прогон; изменить входные данные и др.).

Автоматизированное проектирование избавляет проектировщика от трудоемких расчетов, позволяет больше времени отдавать творчеству, отысканию новых инженерных и научных решений.

В результате автоматизированного проектирования создается эскизный проект, как правило, сложного изделия, содержащий его основные параметры, характеристики, схему конструкции и математическую модель изделия.

Автоматизированное конструирование осуществляет оптимальный поиск конструктивных элементов изделия с помощью ЭВМ.

При конструировании за основу принимается схема конструкции, полученная на предыдущем этапе. Схема дополняется конструктивной разработкой отдельных узлов, производится определение размеров, допусков, посадок и т.д. При этом широко используются библиотеки стандартных элементов – крепежа, подшипников.

В результате автоматизированного конструирования выпускается техническая документация, необходимая для технологической подготовки производства (разработки техпроцессов, оснастки, оборудования). Техническая документация содержит чертежи, получаемые на плоттерах (графопостроителях), и технические условия (сборки, контроля и т.п.). Вместе с тем в производство передаются программы для станков с ЧПУ (перфоленты). Таким образом, новая технология проектирования – это система, которая начинается от замысла и кончается выдачей проектной документации или опытного образца.

При автоматизированном проектировании за человеком остается только функция выдачи «первичного (исходного) описания» – формирования задания. Типовые программы автоматизированного проектирования широко применяются для определенных групп механизмов и деталей. Проектирование же сложных изделий пока возможно только с участием человека.

Широкое применение ЭВМ при изготовлении и испытании изделий приведет со временем к автоматизированному производству, первые стадии которого автоматизированное проектирование и автоматизированное конструирование.

 

1.2.4. Стадии проектно-конструкторского процесса и его операционная последовательность: аван-проект, техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочий проект.

Стадии разработки конструкторской документации и этапы работ установлены ГОСТ 2.103 – 68. Он обобщает опыт, накопленный в передовых странах по проектированию машин, приборов и аппаратов [1].

Аван-проект – не предусмотренная стандартами стадия. Нечто, позволяющее из подручного сырья прдручными средствами выпустить пробную партию изделий для проверки реакции товарного рынка (например, смесь халвы с шоколадом; пряный соус с новой рецептурой).

Техническое задание (ТЗ) – первая стадия разработки. Является исходным документом для разработки изделия и документации на него. Составляется на основе технических требований заказчика (заказа-заявки), а также результатов научно-исследовательских и экспериментальных работ, научного прогнозирования, анализа передовых достижений и технического уровня отечественной и зарубежной техники, изучения патентной документации [2].

ТЗ в общем случае содержит: -наименование и область применения изделия, основание для разработки; -цель и назначение разработки; -источники разработки; -технические требования; -экономические показатели; -стадии и этапы разработки; -порядок контроля и приемки.

В разделе «Наименование и область применения» дается наименование и условное обозначение изделия, его классификация (классификационные признаки) и краткая характеристика области применения. В разделе «Основание для разработки» указываются полное наименование документов, на основании которых разрабатывается изделие; организация, утвердившая документ, и дата утверждения. В разделе «Цель и назначение разработки» определяется эксплуатационное и функциональное назначение, перспективность разрабатываемого изделия. В разделе «Источники разработки» дается перечень работ, каталогов, проспектов, патентов, экспериментальных разработок и конструкторских докуметов, используемых в качестве исходного материала. Раздел «Технические требования» содержит технические требования и нормы, определяющие эксплуатационные характеристики изделия и его показатели качества, сблюдение которых при проектировании обязательно.

В ТЗ включаются, как правило, прогнозируемы