Вопросы на экзамен

1. Стадии разработки конструкторской документации.

2. В соответствии с ГОСТ 2.103.- 68 "Стадии разработки", входящим в состав ЕСКД, установлены последовательные стадии разработки следующих видов конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности:

3. - техническое задание;

4. - техническое предложение;

5. - эскизный проект;

6. - технический проект;

7. - рабочая документация (рабочий проект).

8. Однако при разработке изделий индивидуального машиностроения ГОСТ 2.103-68 не обязывает разрабатывать все указанные выше виды конструкторской документации. Строго говоря, обязательной является лишь последняя стадия - разработка рабочей документации, но на практике в подавляющем большинстве проектов металлургических агрегатов все разработки начинаются с технического задания, которое, согласно указанному стандарту, устанавливает основное назначение, технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, выполнение необходимых стадий разработки конструкторской документации и ее состав, а также специальные требования к изделию.

9. Рассмотрим требования к выполнению следующих после технического задания конструкторских документов.

11. Техническое предложение.

13. Согласно ГОСТ 2.118-73, оно разрабатывается в случае, если это предусмотрено техническим заданием, для выявления дополнительных, уточненных требований к изделию, которые можно сформулировать лишь на основе предварительной конструкторской проработки его различных вариантов и их сравнительного анализа.

14. Техническое предложение - это совокупность конструкторских документов, содержащих результаты следующих работ, выполняемых на стадии подготовки этого предложения:

15. а) выявление (на основе литературных и патентных источников) возможных вариантов конструкции агрегата (машины), принципов действия, компоновочных решений;

16. б) конструктивная проработка этих вариантов (глубина и детальность проработки должны быть достаточными для их сравнительной оценки);

17. в) проверка вариантов на патентную чистоту и конкурентоспособность, оформление патентных заявок;

18. г) проверка на соответствие требованиям охраны труда по отобранным для дальнейшей проработки патентоспособным вариантам;

19. д) сравнительная оценка отобранных вариантов по следующим критериям:

20. - надежность и технологичность в эксплуатации;

21. - экономичность;

22. - показатели эргономичности и безопасности.

23. Если для сравнительной оценки необходимы измерения, экспериментальные исследования, может быть предусмотрено изготовление макетов или натурных моделей вариантов агрегата (машины) или их отдельных узлов.

24. Результатом сравнительной оценки должен быть обоснованный выбор оптимального варианта, после чего в техническом предложении уточняется перечень работ, которые необходимо выполнить на последующих стадиях разработки агрегата, а также уточненный перечень конструкторской документации.

26. Эскизный проект.

28. Эскизный проект разрабатывают в соответствии с ГОСТ 2.119-73, если это предусмотрено техническим заданием или протоколом рассмотрения технического предложения.

29. Он представляет собой совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление о назначении, устройстве и принципе работы агрегата, машины, а также их основные параметры и габаритные размеры.

30. Эскизный проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки технического проекта или, минуя стадию технического проекта, рабочей конструкторской документации.

31. Если эскизный проект разрабатывают на основе разработанного ранее технического предложения, то в объем эскизного проекта включают документацию, указанную в п.п. а)...д) перечня документации технического предложения.

32. Если же эскизный проект разрабатывают без предварительной разработки технического предложения, то на стадии эскизного проектирования прорабатывают варианты конструкции, принципа действия агрегата, машины или их составных частей, т.е. выполняют те работы, которые указаны выше в п.п. а)...д) перечня документации, входящей в состав технического предложения. После того, как выбраны варианты оборудования для дальнейшей проработки, в объеме эскизного проекта для этих вариантов прорабатывают следующие вопросы:

33. а) предварительные решения по упаковке и транспортировке изготавливаемого оборудования;

34. б) технические решения, обеспечивающие показатели надежности, установленные техническим заданием или техническим предложением;

35. в) основные принципы и стадии технологии изготовления оборудования;

36. г) предварительная оценка уровня стандартизации и унификации - по объему использованных в разрабатываемом изделии стандартных, унифицированных и заимствованных сборочных единиц и деталей;

37. д) определение или уточнение технико-экономических характеристик изделия, отсутствующих или недостаточно проработанных в техническом задании и в техническом предложении;

38. е) выявление комплектующих изделий и новых материалов, которые должны быть разработаны субподрядными (смежными) организациями, технические требования к этим изделиям и материалам;

39. ж) уточненный перечень работ, которые необходимо провести на следующих стадиях разработки. Результаты проработки указанных вопросов включают в состав конструкторской документации эскизного проекта.

41. Технический проект

43. Технический проект разрабатывают в соответствии с ГОСТ 2.120-73, если это предусмотрено техническим заданием или протоколом рассмотрения технического предложения, эскизного проекта.

44. В отличие от предшествующих конструкторских документов технический проект должен содержать окончательные технические решения, дающие полное представление о конструкции изделия.

45. Конструкторская документация технического проекта включает тот же набор сведений, что и документация эскизного проекта, отличие ее в глубине, полноте, завершенности проработки всех вопросов.

46. С этой точки зрения, как указывает В.А. Быков [23], можно выделить три варианта выполнения технического проекта:

47. 1) когда технический проект выполняется для заказчика, который сам (или его контрагент) будет разрабатывать рабочую документацию;

48. 2) когда рабочая документация будет изготавливаться самим разработчиком технического проекта внутри той организации, фирмы, предприятия, где выполняется технический проект;

49. 3) промежуточный вариант, когда технический проект и рабочая документация разрабатываются на одном предприятии, но разными его подразделениями.

50. По первому варианту технический проект разрабатывается в наиболее полном виде, с максимальной подробностью, приближенной к рабочей документации, вплоть до размеров всех расчетных сечений, допусков, посадок, чистоты обработки поверхностей, материалов деталей и т.д.

51. В документации технического проекта, выполненного по этому варианту, четко оговаривается распределение ответственности за работоспособность изделия между разработчиками технического проекта, рабочей документации и изготовителями оборудования.

52. По второму и третьему вариантам степень полноты документации техпроекта согласовывается внутри организации - разработчика, в зависимости от конкретных обстоятельств, в том числе от квалификации и компетентности разработчиков рабочей документации и изготовителей оборудования.

54. Рабочая документация (рабочий проект).

56. Это наиболее ответственный вид технической документации, реализующий завершающую, самую трудоемкую стадию разработки агрегата, машины, определяющую его окончательные эксплуатационные и экономические показатели.

57. В состав рабочей документации включается в полном объеме документация технического проекта и дополнительно - основная составляющая рабочей документации: рабочие чертежи всех деталей (кроме стандартных), подлежащих изготовлению.

58. Таким образом, основное различие технического и рабочего проектов состоит в том, что в первом имеются все чертежи общих видов, все сборочные чертежи машин и узлов, но отсутствуют рабочие чертежи деталей, а во втором имеется полный комплект документации, включающий все рабочие чертежи помимо сборочных чертежей и чертежей общих видов.

59. В процессе рабочего проектирования производят детальную проработку технологии изготовления всех деталей и сборочных единиц, при этом, как правило, вносят вынужденные корректировки в конструкцию ряда узлов, вызываемые технологическими ограничениями, определяемыми возможностями заготовительных участков и станочного парка.

60. Кроме того, в индивидуальном машиностроении промежутки времени между разработкой технического задания и рабочей документации нередко составляют несколько лет, что требует критического рассмотрения основных положений технического задания с позиций технического прогресса и в ряде случаев - их существенного пересмотра. Это, как следствие, приводит к необходимости переработки конструкторской документации, выполненной на стадиях эскизного и технического проектов.

2 Этапы конструирования.

Автоматизация любого технологического процесса начинается с того, что объект автоматизации представляют в виде последовательности операций (алгоритма функционирования), а затем для каждой операции или для группы взаимосвязанных операций разрабатывают адекватное формализованное математическое описание (математическую модель) и подбирают технические средства (механизмы, аппаратуру, компьютеры), которые могут реализовать эту математическую модель с высоким качеством и минимальными затратами.

Основываясь на этом общем подходе, рассмотрим технологию работы конструкторов металлургического оборудования как объект автоматизации, представив ее в виде последовательности взаимосвязанных операций.

После того, как утверждено техническое задание, конструирование металлургического агрегата (или ее части - машины, узла) укрупненно можно представить как поэтапное выполнение следующих работ.

1-й э т а п. Подбор нескольких аналогов разрабатываемой конструкции. Таких аналогов желательно иметь не менее двух-трех, используя для этого опубликованные описания изобретений, архивную конструкторскую документацию агрегатов, разработанных ранее, по которым имеется опыт эксплуатации, монографии, журнальные публикации, рекламно-технические описания и любые другие доступные источники информации.

2-й э т а п. Объективный критический анализ найденных аналогов, по результатам которого производится обоснованный выбор прототипа (наиболее близкого аналога) разрабатываемой конструкции. В работе [23] рекомендуется анализировать аналоги и выбирать из них прототип на основании следующих критериев:

- точность и полнота выполняемых машиной технологических операций;

- эксплуатационная экономичность;

- надежность и долговечность при эксплуатации;

- простота обслуживания в рабочем режиме (удобство настройки, регулировки, устойчивость поддержания заданных рабочих параметров);

- ремонтоспособность (простота сборки, разборки, замены быстроизнашивающихся узлов, минимум времени на ремонт и профилактику);

- стоимость изготовления и монтажа (инвестиционные расходы).

3-й э т а п. Выявление направлений усовершенствования прототипа, обеспечивающих разрабатываемой машине лучшее качество и более высокую эффективность, чем имел прототип. Для выполнения этой задачи прототип вновь детально анализируют по тем же признакам, что и аналоги (п.2), но уже на предмет улучшения его технико-экономических параметров и создания оборудования нового поколения. Параллельно при этом прорабатывают вопросы патентной защиты новой разработки и патентной чистоты принятых технических решений, т. е. выявляют отличительные признаки, обладающие патентной новизной, которые могут составить основу патентной заявки. Этот этап имеет принципиальную важность, т. к. поставка заказчикам оборудования, не защищенного патентами и не прошедшего экспертизу на патентную чистоту, может привести к значительным финансовым потерям в результате судебных исков, которые, на основе законодательства о защите интеллектуальной собственности, имеют возможность предъявить патентообладатели использованных изобретений.

Результатом третьего этапа может быть принципиальная схема, эскиз разрабатываемого изделия с пояснительной запиской, содержащей обоснование конструкторского замысла и описание принципа действия, а также подготовленные патентные заявки, защищающие разработку как объект интеллектуальной собственности.

4-й э т а п. Выбор (или разработка) математических моделей, необходимых для осуществления конструкторского замысла, сформулированного и обоснованного на третьем этапе. Для этого, в первую очередь, рассматривают и анализируют математические модели, опубликованные в технической литературе. Если в результате литературного обзора выявлены модели, основные допущения которых применимы к задаче расчета и конструирования разрабатываемого оборудования, их берут на вооружение, составляют детальные алгоритмы и программы расчета, подготавливают варианты исходных данных и диапазоны их изменения.

Если в литературе не найдено готовых моделей, необходимых для выполнения заданной разработки, их разрабатывают, привлекая для этого специалистов соответствующего профиля, а в случае необходимости - и ученых.

Следует иметь в виду, что в конструкторской практике используют два типа математических моделей.

Первый тип - модель расчета тех или иных параметров (кинематических, энергосиловых, прочностных, тепловых и т. д.), необходимых для разработки конструкции.

Второй тип - модель (алгоритм) самого процесса конструирования, т. е. последовательность операций по разработке компоновочных решений, внутреннего устройства, сочленения узлов и элементов машины, их кинематики, конфигурации и координат мест соединения со смежными машинами и агрегатами, а также с фундаментами.

Модели второго типа в традиционной конструкторской практике в большинстве случаев не используют, особенно в индивидуальном машиностроении, где процесс создания конструкции машины чаще всего представляет собой неформализованный вид деятельности, качественный результат которой зависит от опыта, интуиции, таланта, квалификации исполнителей.

Отсутствие алгоритмов, формализующих работу конструкторов металлургического оборудования, нельзя считать оправданным, т. к. при неизбежной смене поколений и значительных промежутках времени, разделяющих выполнение проектов крупных металлургических агрегатов, часть накопленного опыта безвозвратно теряется, что сказывается на качестве новых проектов.

Поэтому создание, сохранение и накопление моделей второго типа - алгоритмов конструирования - должно быть обязательным элементом процесса разработки проектов металлургических машин и агрегатов, особенно если ставится задача автоматизации этого процесса.

Результат четвертого этапа - комплект готовых к использованию моделей первого и второго типов. Готовой к использованию модель можно считать в том случае, если она реализована в виде компьютерной программы, прошла отладку и протестирована, т. е. применена для контрольного расчета - теста, результаты которого могут быть признаны достоверными, а их погрешность не превышает допустимых значений. Тесты должны быть заранее подготовлены и согласованы; обычно для них используют известные данные о параметрах и конструкции аналогов или прототипов или прогнозируемые параметры вновь разрабатываемой машины.

5-й э т а п. Расчет основных параметров разрабатываемого оборудования (с использованием математических моделей первого типа) и конструкторская проработка нового агрегата, машины (с использованием математических моделей второго типа).

Результатом этого этапа является комплект черновых чертежей общего вида разработанного оборудования со всеми необходимыми разрезами, сечениями, размерами - габаритными, присоединительными, установочными, сопрягаемыми и т. д., с выбранными материалами для изготовления основных деталей, а также расчетно-пояснительная записка, включающая, помимо обоснования и описания конструкции, указания по ее изготовлению, монтажу, эксплуатации и обслуживанию.

Пятый этап наиболее трудоемкий в технологии конструирования, для его формализации полезно использовать опыт ведущих конструкторов металлургического оборудования.

В частности, согласно рекомендациям В.А. Быкова [23], хороший результат дает метод последовательного улучшения конструкции, аналогичный широко используемому в математике методу итераций: разработку принципиально новой конструкции проводят в следующем порядке: общий вид машины - ее отдельные элементы (узлы, детали) в крупном масштабе - их оптимизация с использованием математических моделей обоих типов - уточнение общего вида и его компоновки - новое уточнение элементов - вновь возврат к общему виду – и т. д. до полной ясности, под которой понимается удовлетворенность конструктора воплощением своего замысла.

В процессе указанных "конструкторских итераций" улучшение качества разработки выполняют по следующим направлениям:

- сокращение номенклатуры узлов и деталей путем унификации однотипных элементов;

- проработка различных вариантов компоновочных схем и выбор схемы с таким расположением элементов, которое обеспечивает минимальные габариты;

- параллельное выполнение чертежей общего вида и чертежей определяющих элементов конструкции, например рабочего органа машины, от которого зависят габариты и масса других, связанных с ним узлов;

- обязательный расчет основных элементов конструкции, наиболее нагруженных сечений: ни один размер расчетного сечения любой детали не должен назначаться без его расчетной оценки;

- минимизация величин перемещений подвижных рабочих органов и максимально возможное уменьшение их массы;

- использование механизмов и их приводов с максимально высоким к.п.д.;

- экономичные, надежные схемы использования энергоносителей (воды, воздуха, масла), удобство их эксплуатации и соединения с цеховыми магистралями;

- надежная герметизация и удобное обслуживание подшипниковых узлов и других пар трения;

- монтажная и ремонтная способность машины: выбор монтажных баз, от которых легко осуществлять контроль установочных размеров; максимальный объем сборки, обкатки и испытаний на заводе-изготовителе, чтобы свести к минимуму подгоночные работы при монтаже, удобство установки на фундамент; удобство сборки и разборки узлов в процессе профилактических ремонтов, легкий доступ к быстроизнашивающимся узлам.

6-й э т а п. Разработка конструкторской документации оборудования в полном объеме, соответствующем стадии конструирования (эскизный проект, технический проект, рабочая документация).

Этому этапу должны предшествовать экспертиза, согласование и утверждение документации, разработанной на пятом этапе. По результатам экспертизы возможна переработка или доработка отдельных элементов конструкции чернового проекта с учетом выявленных недостатков, после чего документацию оформляют окончательно в соответствии с требованиями ЕСКД.

3 Назначение и содержание Единой системы конструкторской документации.

Еди́ная систе́ма констру́кторской документа́ции (ЕСКД) — комплекс государственных стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила, требования и нормы по разработке, оформлению и обращению конструкторской документации[1][2], разрабатываемой и применяемой на всех стадиях жизненного цикла изделия (при проектировании, разработке, изготовлении, контроле, приёмке, эксплуатации, ремонте, утилизации).

Основное назначение стандартов ЕСКД состоит в установлении единых оптимальных правил, требований и норм выполнения, оформления и обращения конструкторской документации, которые обеспечивают[1]:

• применение современных методов и средств на всех стадиях жизненного цикла изделия;

• возможность взаимообмена конструкторской документацией без её переоформления;

• оптимальную комплектность конструкторской документации;

• механизацию и автоматизацию обработки конструкторских документов и содержащейся в них информации;

• высокое качество изделий;

• наличие в конструкторской документации требований, обеспечивающих безопасность использования изделий для жизни и здоровья потребителей, окружающей среды, а также предотвращение причинения вреда имуществу;

• возможность расширения унификации и стандартизации при проектировании изделий и разработке конструкторской документации;

• возможность проведения сертификации изделий;

• сокращение сроков и снижение трудоёмкости подготовки производства;

• правильную эксплуатацию изделий;

• оперативную подготовку документации для быстрой переналадки действующего производства;

• упрощение форм конструкторских документов и графических изображений;

• возможность создания и ведения единой информационной базы;

• возможность гармонизации стандартов ЕСКД с международными стандартами (ИСО, МЭК) в области конструкторской документации;

• возможность информационного обеспечения поддержки жизненного цикла изделия.

Стандарты ЕСКД распространяются на изделия машиностроения и приборостроения. Область распространения отдельных стандартов расширена, что оговорено во введении к ним.

Поскольку ЕСКД представляет собой набор государственных стандартов, в настоящее время её применение на территории РФ носит рекомендательный характер, то есть ЕСКД применяется на добровольной основе (если иное не предусмотрено договором, контрактом, отдельными законами, решением суда и т. п.)[3][4].

4 Особенности рабочего проекта.

Это наиболее ответственный вид технической документации, реализующий завершающую, самую трудоемкую стадию разработки агрегата, машины, определяющую его окончательные эксплуатационные и экономические показатели.

В состав рабочей документации включается в полном объеме документация технического проекта и дополнительно - основная составляющая рабочей документации: рабочие чертежи всех деталей (кроме стандартных), подлежащих изготовлению.

Таким образом, основное различие технического и рабочего проектов состоит в том, что в первом имеются все чертежи общих видов, все сборочные чертежи машин и узлов, но отсутствуют рабочие чертежи деталей, а во втором имеется полный комплект документации, включающий все рабочие чертежи помимо сборочных чертежей и чертежей общих видов.

В процессе рабочего проектирования производят детальную проработку технологии изготовления всех деталей и сборочных единиц, при этом, как правило, вносят вынужденные корректировки в конструкцию ряда узлов, вызываемые технологическими ограничениями, определяемыми возможностями заготовительных участков и станочного парка.

Кроме того, в индивидуальном машиностроении промежутки времени между разработкой технического задания и рабочей документации нередко составляют несколько лет, что требует критического рассмотрения основных положений технического задания с позиций технического прогресса и в ряде случаев - их существенного пересмотра. Это, как следствие, приводит к необходимости переработки конструкторской документации, выполненной на стадиях эскизного и технического проектов.

5 Требования к оформлению графической части проекта.

Независимо от стадии конструирования исполнение и оформление конструкторской документации (текстовой и графической) должны соответствовать требованиям ГОСТ 2.102-68 "Виды и комплектность конструкторских документов", входящего в состав ЕСКД.

Различие графической части технического предложения, эскизного, технического проектов и рабочей документации - в степени детализации, подробности изображаемых машин, узлов, деталей.

На чертежах технического предложения, эскизного проекта допускаются максимальные упрощения изображений, предусмотренные указанным стандартом, но с условием, чтобы было обеспечено понимание принципа работы, конструктивного устройства разрабатываемого изделия и взаимодействия его составных частей.

Чертежи технического проекта и рабочей документации должны выполняться с максимальной подробностью всех изображаемых элементов, а упрощения должны быть сведены к минимуму или исключены.

6 Пояснительная записка: основные разделы и содержание.

Пояснительная записка

к любому виду конструкторской документации должна оформляться согласно ГОСТ 2.106-68 "Текстовые документы", а включаемые в нее сведения необходимо излагать в определенной последовательности, распределяя их по разделам.

Обязательными разделами пояснительной записки должны быть:

а) "Введение", где указывают наименование, номер и дату документа, на основании которого разрабатывается данный конструкторский документ;

б) "Назначение и область применения разрабатываемого изделия", где приводят сведения из технического задания (технического предложения) и в случае необходимости - дополнительные сведения;

в) "Техническая характеристика", где указывают:

- основные параметры изделия (мощность, скорость, производительность, энерго - силовые параметры, расходные показатели, коэффициент полезного действия и др.);

- соответствие требованиям технического задания (технического предложения) или отклонения от этих требований и обоснование этих отклонений;

- оценку технического уровня изделия, выполняемую путем сравнения его основных характеристик с характеристиками аналогов (отечественных и зарубежных

г) "Описание и обоснование выбранной конструкции", включающие:

- описание принципа действия, конструктивных, схемных решений и их обоснование, снабженное эскизами, рисунками и т. п.;

- сведения о макетах (если они изготавливались), о методике и результатах их испытаний, их фотографии (при необходимости);

- сведения о технологичности конструкции (при ее эксплуатации);

- данные проверки конструкции на патентную чистоту и конкурентоспособность, в том числе о ее патентной защите;

- сведения о соответствии изделия требованиям безопасности и санитарии;

- сведения об упаковке и транспортировке (в техническом предложении и эскизном проекте предварительные);

- технические требования к применяемым в разрабатываемом изделии новым (комплектующим) изделиям или материалам, которые должны разрабатываться другими организациями;

- сведения о качестве примененных в изделии комплектующих составных частей (покупных изделий и материалов);

- основные этапы и операции технологии изготовления оборудования (степень подробности зависит от стадии конструкторской разработки);

д) "Расчеты, подтверждающие надежность и работоспособность конструкции", включая: кинематические, прочностные, деформационные (с оценкой жесткости элементов конструкции и точности производимой продукции); тепловые, гидравлические, электрические, показателей долговечности и ремонтопригодности;

е) "Описание организации работ с применением разрабатываемого изделия", включающее:

- способы транспортировки, монтажа, ввода в эксплуатацию;

- режимы эксплуатации оборудования;

- технологию обслуживания и ремонтов при эксплуатации;

- требования к квалификации и количеству обслуживающего персонала;

ж) "Ожидаемые технико-экономические показатели", где приводят ориентировочный расчет экономической эффективности от внедрения оборудования в производство;

з) Уровень стандартизации и унификации ;

и) "Приложение", включающее:

- копию технического задания;

- перечень работ, которые следует провести на следующих стадиях разработки;

- перечень использованной литературы;

- протоколы, экспертные заключения, перечень патентов, справку о патентной чистоте и другие необходимые документы.

7 Профессиональные требования к конструктору.

Использование самых современных технических и программных средств не снижает требований к конструктору и его профессиональной квалификации, т.к. технический уровень, новизна, экономичность, надежность, эффективное функционирование разработанного агрегата зависят, в первую очередь, от квалификации и таланта конструктора, от его личных человеческих качеств.

Особенно это актуально для конструкторов индивидуального машиностроения, выполняющих каждый раз проекты новых машин и агрегатов, имеющих принципиальные отличия от действующего оборудования.

Такие конструкторы должны обладать следующими качествами:

- способностью нестандартно мыслить; искать патентоспособные решения;

- максимальной самокритичностью в оценке принимаемых решений, умением отказаться от авторской предвзятости и оценить свою разработку глазами объективного оппонента;

- умением находить многовариантные решения любой задачи, анализировать и сопоставлять разные варианты, находить и принимать для последующей разработки наивыгоднейший ("оптимальный") вариант;

- способностью правильно реагировать на замечания и советы, быстро и без переживаний корректировать ранее принятые решения, если в результате обсуждения выяснилась их недостаточная обоснованность или неэффективность;

- умением работать в тесном контакте с научными работниками, принимать для проработки только научно обоснованные конструкторские решения, подтверждаемые законами механики, физики, математики, использовать методы математического и натурного моделирования работы оборудования.

Воспитание перечисленных качеств должно начинаться в вузе, при выдаче студентам реальных заданий на курсовые и дипломные проекты. Однако окончательно они могут сформироваться в первые годы работы молодого специалиста.

При конструировании оборудования, принятого для разработки на основе вышеназванных принципов, следует считать главным, приоритетным требованием к выполняемому проекту его наивысшее качество, оцениваемое следующими критериями:

- получение на нем продукции, отвечающей наивысшим мировым стандартам ( по механическим и физико-химическим свойствам, точности размеров и формы, микрогеометрии поверхности и др.);

- максимальная надежность и безотказность;

- технологичность, ремонтопригодность при эксплуатации и обслуживании;

- экономичность в энергопотреблении, расходе материалов и запасных частей;

- компактность, эстетичность, соответствие стандартам эргономики.

8 Разработка технического задания.

1. Таким образом, техническое задание - исходный основополагающий документ, устанавливающий, какие стадии конструирования данного конкретного агрегата, машины являются обязательными. Кроме того, в задании определяются взаимоотношения заинтересованных сторон - участников проекта и их ответственность.

2. По образному выражению В.А. Быкова [23], если представить создаваемое изделие в виде "черного ящика", техническое задание должно содержать в обязательном порядке однозначные требования к входам в этот "черный ящик" и к выходам из него. Остальные требования носят факультативный характер. Не исключаются и требования со стороны заказчика к внутреннему устройству и принципам функционирования отдельных узлов, элементов и агрегата (машины) в целом, однако каждое из таких требований должно быть убедительно обосновано.

3. Помимо требований к самому изделию, неотъемлемой частью технического задания должны быть требования и ограничения, относящиеся к процессу проектирования и его результату - технической документации. Эта часть технического задания включает следующие элементы:

4. - порядок выдачи исходных данных (кто, в каких объемах и в какой последовательности должен выдавать);

5. - порядок и условия согласования документации;

6. - объем и номенклатура выдаваемой документации;

7. - условия запуска изделия в производство.

8. Правильно составленное техническое задание - это такой документ, по которому исполнитель может сдать, а заказчик принять выполненную работу, опираясь только на пункты задания.

9. После того, как техническое задание согласовано и утверждено, корректировки и изменения в его содержании недопустимы. В ходе выполнения дальнейших стадий проектирования допустимы только дополнения, уточнения отдельных элементов задания, если в ходе проектирования выявилась их неполнота, недостаточная конкретность, неоднозначность.

10. Целесообразно в самом задании предусмотреть и оговорить заранее возможность таких дополнений и уточнений, их границы и порядок их согласования.

11. Подготовка технического задания состоит из двух основных этапов:

12. - разработка задания заказчиком или привлеченной им для этого организацией-контрагентом;

13. - анализ задания исполнителем и согласование его между исполнителем и заказчиком.

14. После выполнения проекта, основанного на согласованном и утвержденном техническом задании, предусматривают два завершающих этапа работы:

15. - проверка исполнителем выполненного проекта на соответствие техническому заданию;

16. - аналогичная проверка проекта заказчиком или его контрагентом, завершающаяся формальным подписанием акта-приемки, подтверждающего соответствие проекта техническому заданию.

17. В техническом задании рекомендуется формулировать требования, касающиеся следующих характеристик проектируемого оборудования.

18. А. Перечень и числовые значения основных параметров изделия, характеризующих его назначение, производительность, сортамент готовой продукции и заготовок для ее производства, энергосиловые характеристики, габариты, массу, скоростные и технологические режимы, а также другие характеристики, являющиеся определяющими при эксплуатации изделия.

19. Б. Соответствие параметров проектируемого агрегата, машины или узла возможностям предполагаемого изготовителя оборудования (с учетом габаритов, массы, энерговооруженности, характеристик имеющегося станочного парка и заготовительных участков, культуры производства, квалификации работников и т. д.).

20. В. Соответствие параметров и технического уровня создаваемого оборудования мировым стандартам или превышения требований этих стандартов, с учетом, однако, реальных возможностей потребителя оборудования обеспечить их в процессе эксплуатации (последнее зависит от габаритов и энерговооруженности помещения, где будет установлено оборудование, от общего уровня технической культуры производства, от характеристик действующих машин, связанных с проектируемой машиной технологическим потоком, от качества заготовок, поступающих на обработку в проектируемой машине и т. д.).

21. Требования, характеризующие технический уровень изделий, являются важными для обеспечения конкурентоспособности предприятия, на котором планируется ввести в действие проектируемое оборудование. Для их выполнения в техническом задании могут быть предусмотрены мероприятия, предусматривающие модернизацию смежных машин, участков, производств предприятия, чтобы "подтянуть" их технический уровень до уровня вновь устанавливаемого оборудования.

22. Г. Обеспечение полноты и однозначности всех исходных данных и технических требований, включаемых в состав задания, для чего численные значения должны указываться с допускаемыми отклонениями от номинальных величин или со ссылками на стандарты и нормативные документы, где указаны эти отклонения; подробно охарактеризованы все связи разрабатываемого изделия со смежными машинами и агрегатами, с увязкой по скорости, производительности, производственным циклам и другим параметрам.

23. Д. Требования, характеризующие показатели оптимальности конструкции машины, агрегата и их технологического процесса в том числе: требования, предусматривающие минимизацию затрат на изготовление и эксплуатацию, простоту обслуживания и ремонта, высокую надежность и безотказность.

24. Важным вопросом является определение уровня подробности, детализации требований, включаемых в техническое задание.

25. Принятие решения по этому вопросу зависит от степени юридической и административной зависимости исполнителя проекта по отношению к заказчику.

26. Если исполнитель проекта юридически и административно независим от заказчика, в задании необходимо подробно, с максимально возможной полнотой излагать требования, относящиеся к внешней стороне функционирования изделия (они указаны выше в п.п. А, Б, В, Г, Д), детально обговаривать показатели, по которым будет осуществляться приемка изделия.

27. Требования же к внутреннему устройству изделия могут быть менее жесткими, обеспечивая исполнителю определенную степень свободы в процессе проектирования.

28. Если заказчик изделия и исполнитель проекта являются подразделениями или лицами одной юридической организации, наряду с детальными внешними требованиями, в задании должны формулироваться более жесткие требования и к внутреннему устройству изделия, его конструкции, отличительным признакам, материалам и комплектующим элементам, используемым для его изготовления. Такое различие в подходах к составлению задания объясняется тем, что во втором случае основную юридическую и моральную ответственность за качество создаваемого агрегата (машины) несет сам заказчик, а юридическая ответственность исполнителя проекта отсутствует.

9 Задача проектирования.

Задача конструирования – создание машин и агрегатов, обладающих наиболее высокими экономическими и эксплуатационными показателями и дающих наибольший экономический эффект [40].

Главные показатели – высокая экономическая эффективность, прочность, надежность, долговечность; малые масса и металлоемкость, габаритные размеры, энергоемкость, объем и стоимость ремонтных работ; высокий технический ресурс и степень автоматизации, простота и безопасность обслуживания; удобство управления, сборки и разборки.

10 Основные технико-экономические показатели машин.

Долговечность – общее время, которое машина может отработать на номинальном режиме в условиях нормальной эксплуатации без существенного снижения основных параметров. Иногда используется термин «ресурс машины» - время работы в часах до первого капитального ремонта.

Срок службы – продолжительность пребывания машины в эксплуатации до истечения ресурса долговечности.

Расчетная долговечность

Долговечность в наибольшей степени определяется изнашиваемостью деталей. Виды износа:

1) механический (абразивный, контактный, при трении качения, при трении скольжения),

2) химический (коррозионный),

3) тепловой.

Основные методы повышения износостойкости при механическом износе: увеличение твердости поверхностей, подбор материалов, повышение качества обработки поверхностей, уменьшение давления на поверхностях, правильная смазка, улучшение антифрикционных свойств поверхностей, компенсация износа (периодическая и автоматическая).

Периодическая компенсация - в узлах типа подшипники скольжения с осевым или радиальным регулируемым зазором (конические несущие или посадочные поверхности); осевая подтяжка подшипников качения и регулирование зазора в направляющих с помощью клиньев и планок.

Автоматическая компенсация – самопритирающиеся конические краны, торцовые и манжетные уплотнения, подшипники качения с пружинным натягом, системы гидравлической компенсации зазоров в рычажных механизмах.

Надежность машины складывается из высокой долговечности, безотказности, безаварийности, стабильности действия, простоты обслуживания и т.д. Чаще всего руководствуются критерием отказа машины, то есть любой вынужденной остановки. Отсюда надежность машины характеризуют средневероятной частотой отказов или средневероятным временем бесперебойной работы.

Пути повышения надежности определяются прочностью и жесткостью конструкции.

Способы повышения прочности – применение выгодных профилей и форм, максимальное использование прочности материала, по возможности равномерная нагрузка на все элементы конструкции.

Способы повышения жесткости – правильный выбор схем нагружения, рациональная расстановка опор, придание конструкции жестких форм.

Экономичность машины связана с унификацией элементов конструкции, стандартизацией узлов и деталей, применением при конструировании машин размерных или типоразмерных рядов.

11 Общие правила конструирования.

1) Подчинение конструирования задаче увеличения экономического эффекта.

2) Повышение полезной отдачи машины путем увеличения ее производительности.

3) Снижение расходов на эксплуатацию машины уменьшением энергопотребления, стоимости обслуживания и ремонта.

4) Увеличение степени автоматизации машины.

5) Увеличение долговечности.

6) Предупреждение технического устаревания машин за счет закладывания высоких исходных параметров и предусматривания резервов развития и совершенствования.

7) Предусматривать возможность создания производных машин с максимальным использованием конструктивных элементов базовой машины.

8) Сокращение числа типоразмеров машин путем рационального выбора параметров машин.

9) Конструирование машин с расчетом на безремонтную эксплуатацию с устранением капитальных ремонтов и заменой восстановительных ремонтов комплектацией машин сменными узлами.

10) Избегать размещения трущихся поверхностей на корпусах деталей – выполнять их на отдельных легко заменяемых деталях.

11) Выдерживать принцип агрегатности, узлы – в виде независимых агрегатов, устанавливаемых в машину в собранном виде.

12) Взаимозаменяемость деталей, исключение подбора и пригонки деталей.

13) Использование в конструкции фиксирующих элементов, обеспечивающих правильную установку деталей и узлов при сборке.

14) Обеспечение высокой прочности деталей и машины в целом способами, не требующими увеличения массы (детали рациональных форм с наилучшим использованием материала, применение материалов повышенной прочности, введение упрочняющей обработки).

15) Повышение усталостной прочности, придание деталям рациональных форм по сопротивлению усталости, уменьшение концентрации напряжений.

16) Введение в машины, работающие при динамических и циклических нагрузках упругих элементов, смягчающих толчки и колебания нагрузки.

17) Придание конструкциям высокой жесткости способами, не требующими увеличения массы (пустотелые и оболочковые конструкции, блокирование деформаций поперечными и диагональными связями. Рациональное расположение опор и ребер жесткости).

18) Увеличение надежности машин, по возможности – полная безотказность их действия.

19) Простота в обслуживании, сокращение объема операций обслуживания, устранение периодических регулировок, выполнение самообслуживающихся агрегатов.

20) предупреждение возможности перенапряжения машины в эксплуатации – введение автоматических регуляторов, предохранительных и предельных устройств, исключение возможности эксплуатации машины на опасных режимах.

21) Устранение возможности поломок и аварий в результате неправильного обращения с машиной – введение блокировок, максимальная автоматизация управления.

22) Исключение возможности неправильной сборки узлов и машин – введение блокировок, допускающих сборку только в нужном направлении.

23) Обеспечение непрерывной автоматической смазки трущихся поверхностей.

24) Исключение открытых механизмов и передач – заключение механизмов в закрытые корпуса, предотвращающие проникновение грязи. Пыли, влаги и обеспечивающие нормальные условия смазки.

25) Обеспечение страховки резьбовых соединений от самоотвинчивания, использование стопорения шплинтами, отгибными шайбами.

26) Предупреждение коррозии деталей применением лакокрасочных и гальванических покрытий, изготовлением деталей из коррозионно-стойких материалов.

27) Уменьшение стоимости изготовления машин путем придания конструкции технологичности, унификации, стандартизации, уменьшения металлоемкости.

28) Уменьшение массы машин путем увеличения компактности, применения рациональных кинематических и силовых схем, устранения невыгодных видов нагружения, замены изгиба растяжением-сжатием, путем применения легких сплавов.

29) Упрощение конструкции машин – избегать сложных многодетальных конструкций.

30) Замена там, где возможно, механизмов с прямолинейным поступательным движением более выгодными механизмами с вращательным движением.

31) Обеспечение максимальной технологичности деталей, узлов и машин в целом, закладывая в конструкцию наиболее производительные операции изготовления и сборки.

32) Сокращение объема механической обработки, предусматривать изготовление деталей и заготовок с формой, близкой к окончательной форме изделия; замена мехобработки способами обработки без снятия стружки.

33) Максимальная унификация элементов конструкций с целью удешевления машины, сокращения сроков ее изготовления, доводки, облегчение эксплуатации и ремонта.

34) Расширение применения стандартных деталей.

35) Не применять оригинальные детали и узлы, где можно использовать стандартные, унифицированные, заимствованные и покупные.

36) Экономия дорогостоящих и дефицитных материалов.

37) Наряду с удешевлением изготовления не ограничивать затраты на изготовление деталей, ключевых для надежности машины; выполнение ответственных деталей из качественных материалов с применением современных технологических процессов.

38) Придание машине простых и гладких внешних форм, облегчающих уход за машиной и ее содержание.

39) Соблюдение требований технической эстетики.

40) Сосредоточение органов контроля и управления по возможности в одном месте, удобном для обзора и манипулирования.

41) Обеспечение свободного доступа и удобства для осмотра узлов и механизмов, нуждающихся в периодической проверке.

42) Обеспечение возможности регулирования и наладки механизмов ручным прокручиванием, медленным проворачиванием от приводного двигателя (в том числе с реверсом).

43) Вводить в конструкцию предохранительные устройства (например, муфты или возможность реверсивной работы) для исключения возможности влияния неправильного включения двигателя привода.

44) Обеспечение безопасности обслуживающего персонала применением максимальной автоматизации рабочих операций, введением блокировок, применением закрытых механизмов и защитных ограждений.

45) Изучение опыта эксплуатации машин, оперативное введение в конструкцию исправления выявленных в эксплуатации дефектов (повышение квалификации конструктора изучением эксплуатации оборудования).

46) Непрерывное совершенствование конструкции машин в соответствии с ростом требований технологических процессов.

47) Обеспечение конструктивного задела, подготовляя выпуск новых машин с более высоким показателями вместо устаревших.

48) Изучение тенденций развития металлургической отрасли, машиностроительных предприятий, ведение перспективного проектирования.

49) Проверка новых элементов конструкций математическим моделированием, экспериментальной эксплуатацией, заблаговременным изготовлением и испытанием узлов.

50) Учитывать опыт исполнения конструкций в смежных или отдаленных по профилю отраслях машиностроения.

12 Базы в машиностроении

Базой называется поверхность, или заменяющее ее сочетание поверхностей, ось, точка, принадлежащая заготовке или изделию и используемая для базирования.

Для базирования детали обычно требуется несколько баз, образующих систему координат. Совокупность трех баз, образующих систему координат заготовки (изделия, детали) называют комплектом баз.

На схемах двусторонние связи заменяются опорными точками. Опорная точка – символ связи, который изображается в виде «галочки» или «ромбика» (рис.7.3).

Рис.7.3. Изображение опорной точки: а)- вид сбоку; б) – вид сверху

 

Базирование призматической детали схематично можно изобразить так, как показано на рис.7.4.

Рис.7.4. Базирование призматической детали: а) – в трехмерном изображении; б) – в проекциях на плоскостях

 

Базирование призматической детали с использованием двусторонних связей представлено на рис. 7.5.

Рис.7.5. Базирование деталей с помощью двусторонних связей

 

При базировании призматической детали, в качестве баз используются три поверхности, которые образуют комплект баз, включающий в себя установочную, направляющую и опорные базы (рис.7.6.).

Рис.7.6. Комплект баз призматической детали

 

Установочной базой называется база, которая накладывает на деталь 3 двусторонние связи и, тем самым, лишает деталь трех перемещений. На практических схемах установочная база отображается 3 опорными точками. Например. На рис. 7.5 первая двусторонняя связь (или первая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси ; вторая – вращения вокруг оси параллельной третья – вращения вокруг оси параллельной .

Направляющей базой называется база, которая накладывает на деталь 2 двусторонние связи, лишает деталь 2 перемещений. На практических схемах направляющая база отображается 2 опорными точками. На рис.7.5 четвертая двусторонняя связь (или четвертая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси OY; пятая – вращения вокруг оси параллельной .

Опорной базой называется база, которая накладывает 1 двустороннюю связь и лишает деталь одного перемещения. На практических схемах опорная база отображается 1 опорной точкой. На рис. 7.5 шестая двусторонняя связь (или шестая опорная точка) лишает деталь перемещения вдоль оси .

Конструкторской базой называется база, которая определяет положение детали или сборочной единицы (СЕ). Различают конструкторские базы основные и вспомогательные.

Основная база – база, принадлежащая детали и используемая для определения ее положения в изделие.

Вспомогательная база – база, принадлежащая детали используемая для определения положения присоединяемой к ней детали.

Технологическая база называется база, которая определяет положение заготовки или изделия в процессе изготовления и ремонта.

Измерительной базой называется база, которая определяет положение заготовки или изделия и средств измерения.

По числу лишаемых степеней свободы базы различают: установочную, направляющую, опорную, двойную направляющую, двойную опорную. Характеристики этих баз были рассмотрены выше при изучении базирования различных деталей.

По конструкторскому оформлению различают базы явные и скрытые.

Явной базой называется реальная поверхность, разметочная риска или точка пересечения рисок. Скрытой базой называется ось, воображаемая поверхность или точка. Схемы базирования при использовании скрытых баз приведены на рис.7.12.

13 Организация автоматизированного рабочего места конструктора.

21 Современные CAD-системы.

22 Системы инженерного анализа (CAE-системы).

23 Подвижные компенсаторы.

24 Самоустанавливающиеся компенсаторы: назначение, методы расчета.

25 Назначение и расчет неподвижных компенсаторов.

26 Влияние трения на самоустанавливаемость звеньев механизма.

27 Проверка на избыточные связи, выявление вредных избыточных связей в механизме.