4. Методы проектирования.

При изучении технического задания у разработчика начинают мысленно вырисовываться различные варианты новой конструкции, разные компоновки. Этот период характеризуется созреванием конструктивных образов. Но основной процесс проектирования заключается в разработке конструктивных исполнений с применением общих принципов разработки.

В процессе разработки нового изделия разработчику рекомендуется руководствоваться следующими соображениями. Следует идти от необходимого к желаемому, а от желаемого к допустимому. Качество конструктивного решения зависит от качества идеи или принципа использованного в конструкции изделия. Следует находить побольше технических решений для выбора наилучшего; разрабатывать варианты известных технических решений, но в других ситуациях. Стремиться в любом вопросе выяснить все необходимые детали, способные повлиять на разработку. Оценивать сравнительную важность каждого варианта, чтобы выбрать наилучший или создать компромиссный. Избегать поспешных решений и чрезмерного влияния авторитетных решений. Если предлагается ввести новый узел или изменить существующий, надо уточнить нельзя ли вообще обойтись без них. Добиваться простоты конструкции, чаще спрашивать себя «Почему?». Преодолевать психологическую инерцию – и генерирование всех последующих вариантов и признание одного единственного, который показался удачным. Не использовать в конструкции узлы и механизмы работоспособность которых сомнительна и требует экспериментальной проверки.

Чтобы найти лучшее конструктивное решение, разработчик должен создать как можно больше вариантов конструкции, т.к. в каждом варианте те или иные вопросы решаются в разной степени. Однако разработка принципиально отличающихся вариантов дело не простое. Кроме знания разных конструктивных схем требуются способности и навыки использования приемов и методов разработки. Существуют методы которые направляют творческую мысль разработчика на создание новых, нешаблонных, нетиповых решений. Эти методы способствуют проектированию и разработчику их нужно и полезно знать :

Инверсия - метод получения нового технического решения путем отказа от традиционного взгляда на задачу, как правило, диаметрально противоположная. Она позволяет создать новые, поражающие оригинальностью и смелостью мысли конструкции. Вот некоторые принципы инверсии. Снаружи (традиционный способ рассматривания объекта) – изнутри (после инверсии); вертикально - горизонтально; вертикально – вверх дном; с лицевой стороны – с обратной стороны; поверхность охватывающая – поверхность охватываемая; с начала – с конца; в движении – неподвижно; вращение вперед – вращение назад; возвратно-поступательное – вращательное движение; симметрично – асимметрично; элемент находится на одной детали – перенеси его на другую, взаимодействующую с первой; и т.д.

Аналогия – использование технических решений из других областей науки и техники для решения задачи или стимулирования разработки новых решений.

Эмпатия – отождествление личности разработчика с предметом исследования, т.е. детально или процессом. Эмпатия требует от человека «вхождения в образ». Этот метод позволяет выявить многие факторы, которые внешне незаметны, но могут существенно повлиять на конструкцию. Эмпатия приводит к новому взгляду на задачу.

Комбинирование – использование в новой конструкции в разном порядке и в разных сочетаниях отдельных технических решений, процессов, элементов. При этом получается новое качество, дополнительный положительный эффект. В конструкции могут быть использованы не только новые элементы, но и старые, известные и использованные ранее.

Компенсация – уравновешивание нежелательных и вредных факторов средствами противоположного действия. Часто приходится компенсировать влияние массы, инерции, трения, потерь различного вида. Компенсация осуществляется специальными устройствами – компенсаторами, которые могут быть постоянными, регулируемыми, автоматическими, пружинными и др.

Динамизация – превращение неподвижных и неизменных элементов конструкции в подвижные с изменяемой формой.

Агрегатирование – создание множества изделий или их комплексов, способных выполнять различные функции или существовать в различных условиях.

Компаундирование состоит в том, что для увеличения производительности параллельно соединяются два технических объекта.

Блочно-модульное проектирование предусматривает создание изделий на основе модулей и блоков.

Резервирование – увеличение числа технических объектов для повышения надежности изделия в целом.

Мультипликация – повышение эффективности за счет использования нескольких рабочих органов, производящих одни и те же функции.

Метод расчленения заключается в мысленном разделении традиционных технических объектов с целью разделения и упрощения выполняемых ими функций и операций.. секционирование предполагает дробление технического объекта на конструктивно подобные составные части – секции, ячейки, блоки, звенья.

Ассоциация – свойство психики при появлении одних объектов в определенных условиях вызывать активность других, связанных с первыми. Совпадение определенных признаков разных объектов позволяет найти у исследуемого процесса характерные решения. Например, ассоциативное исследование механики работы человеческой руки наводит на мысль о создании механического манипулятора, имитирующего работу руки.

Идеализация – наделение реальных объектов нереальными, несуществующими свойствами и изучение их как идеальных (точка, линия, абсолютно твердое тело и т.д.). идеализация позволяет значительно упростить сложные системы, обнаружить существенные связи и применить математические методы исследования.

5. Исходные данные для проектирования.

Исходными материалами для проектирования оборудования по автоматизации и механизации сварочного производства и определения в дальнейшем его экономической эффективности являются: рабочие чертежи сварных изделий; ТУ на изготовление, условия эксплуатации; годовой выпуск изделий; тип производства в зависимости от заданной производственной программы и номенклатуры изделий; условия производства; существующий технологический процесс; план и разрезы цеха; режим работы цеха и коэффициент сменности и т.д.

Каждый из этих факторов оказывает специфическое влияние на выбор схемы механизации и автоматизации, которую следует принять в начальной момент проектирования. Необходимо изучить конструкцию сварных изделий и соединений и скорректировать их с точки зрения технологичности для предполагаемого способа автоматической и механизированной сборки и сварки. При разработке вариантов автоматизации и механизации следует учитывать, что между конструкцией изделия и способом его изготовления существует прямая и обратная взаимосвязь на всех стадиях производства. Конструктивные изменения изделия производят в пределах, допустимых по условиям эксплуатации изделий, их прочности, и согласовываются с потребителем и автором чертежей. Изменение конструкции изделия и сварных соединений для повышения технологичности является первой стадией проектирования после выбора способа сварки. Выбор способа сварки и корректировку чертежа производят параллельно, увязывая с типом производства. Тип производства, его специализация и годовой выпуски продукции оказывают наибольшее влияние на выбор способов сборки и сварки, на эффективность автоматизации и механизации.

Возможные пути решения разнообразных задач стоящих перед разработчиком, сводятся к следующему:

1. Оснащение существующих моделей автоматов и полуавтоматов общего назначения, в результате чего автомат или полуавтомат общего назначения может быть превращен в специализированный, способный работать в условиях серийного и массового производства. При этом конструктор должен шире пользоваться стандартными и нормализованными элементами, что сократит время на конструирование и изготовление.

2. Модернизация существующих автоматов, станков и установок с целью не только повышения производительности, но и улучшения других эксплуатационных показателей (технологических, автоматизации и механизации, снижения трудоемкости и т.д.).

3. Создание новых моделей автоматов, станков и установок путем видоизменения основной модели. Этим способом могут быть изготовлены автоматы станки и установки как общего назначения, так и специализированные, причем благодаря использованию ряда узлов и деталей основного станка, автомата или установки освоение новых моделей требует значительно меньшего времени.

4. Широкое использование принципов агрегатирования при создании специальных станков, автоматов и установок, в основном для крупносерийного и массового производства.

5. Широкое использование блочно-модульного проектирование.

Правильный выбор типа конструкции автомата, станка и установки, отвечающих поставленному техническому заданию, имеет большое значение как для завода, который их будет изготовлять, так и для потребителя. Поэтому, приступая к проектированию, необходимо уделить очень серьезное внимание выбору типа конструкции автомата, т.е. решению вопроса о том, должен ли он быть видоизменением (модификацией) автомата общего назначения, специализированным или узко специализированным.

Сочетания выше приведенных факторов (ТУ на изделие, программа, тип производства и т.д.) настолько многочисленны и разнообразны, что подробные указания в отношении выбора типа конструкции для каждого из таких сочетаний потребовали бы слишком много времени и места.

Окончательный выбор конструкции следует производить на основе сравнения эксплуатационных и технологических показателей, в том числе стоимости сопоставляемых вариантов. Основными показателями являются следующие:

1. Эксплуатационные показатели:

а) производительность;

б) точность работы;

в) качество сварного соединения;

г) надежность в работе;

д) уровень механизации и автоматизации;

е) габариты;

ж) стоимость.

2. Технологические показатели:

а) трудоемкость изготовления автомата, станка или установки;

б) количество наименований и штук оригинальных стандартных деталей;

в) общая затрата черных и цветные металлов на единицу конструкции;

г) сложность деталей;

д) требуемая точность изготовления деталей

и т.д.

6. Процедуры проектирования.

На практике установились следующие стадии проектирования машин:

1. Разработка технического задания на проектирование;

2. Эскизная схема;

3. Эскизный проект;

4. Технический проект;

5. Рабочий проект.

Иногда для сокращения срока проектирования стадия технического проектирования совмещается с эскизным проектированием, включающим дополнительную проработку сложных узлов по требованиям технического проекта. Проект, выполняемый конструктором в процессе разработки машин и механизмов, представляет собой совокупность документов: графических (чертежей, схем) и текстовых (спецификация, пояснительная записка и т.д.)

На основе опыта отечественных заводов и учета новых требований к процессу проектирования можно наметить следующую общую схему последовательности проектирования машин, в том числе сварочного оборудования :

1. Определение целевого (технологического или эксплуатационного) назначения машины;

2. Разработка кинематической или принципиальной схемы машины и патентный поиск;

3. Силовой расчет, включающий определение мощности машины (сварочного оборудования), определение усилий, действующих в отдельных механизмах, и нагрузок на ответственные детали;

4. Выбор материала деталей и предварительный расчет их основных размеров;

5. Предварительная компоновка машины и разделение конструкции на узлы с учетом требований технической эстетики и эргономики;

6. Определение проектной массы и проектной себестоимости машины (сварочного оборудования) по укрупненным данным и определение проектной массы узлов;

7. Определение экономической эффективности машины в эксплуатации;

8. проектирование общих видов узлов с округлением размеров деталей в соответствии с конструктивными соображениями, стандартами, нормалями;

9. Проверочные расчеты и определение коэффициента запаса прочности в наиболее напряженных деталях узлов, внесение изменений и исправлений в чертежи в соответствии с проверочными расчетами;

10. Проектирование общего вида машины по чертежам общих видов и узлов;

11. Расчет размерных цепей машины и определение размеров замыкающих звеньев в узлах;

12. Разработка рабочих чертежей оригинальных деталей с подсчетом их массы;

13. Технологический контроль рабочих чертежей;

14. Нормале-защитный контроль рабочих детальных чертежей;

15. Вычерчивание контрольно-сборочных чертежей по рабочим чертежам деталей и подсчет веса узлов;

16. нормализация машины и контроль узловых чертежей;

17. уточнение общего вида машины и подсчет ее массы;

В процессе проектирования конструкции машины (оборудования), а так же отдельных ее узлов и деталей приведенная выше последовательность может несколько изменятся при переработке некоторых вопросов, т.к. задачи кинематики комплексно связаны с задачами силового расчета, расчета на прочность, технологией изготовления отдельных деталей и т.д. Так, определение мощности двигателя (пункт 3) требуется определение действующих нагрузок на детали (пункт 3), выбор материала деталей и предварительный расчет основных размеров (пункт 4) также выполняются совместно.

Для сокращения сроков проектирования необходимо проводить последовательно-параллельным способом с перекрытием отдельных этапов.