1.Методология проектирования

1. Характеристика деятельности проектировщика

Любой объект техники создается на основе процессов и закономерностей с целью реализации определенных функций труда и жизнедеятельности человека. При этом учитываются научно-технические достижения. Формирование и развитие объекта техники может быть представлено схемой (рис. 1.1) [1].

Бкр		Т		Бтп

ПТ

ПУ ФУ

ПС

АУ

Ч

С

РПС

Рис. 1.1. Схема механизма развития объекта техники:

Ч – человек, Т – техника, С – среда; ФУ, АУ, ПУ – фильтрующее, анализирующее и про-ектирующее устройства; РПС – регулятор параметров среды; Бтп и Бкр – банки накоплен-ных решений по технологическим и конструкторских процессам; ПТ и ПС – параметры техники и среды соответственно; 1 – линия воздействия среды на объект техники при не-значительном рассогласовании ПТ и ПС; 2 – сигналы среды через ФУ в ПУ с помощью АУ при значительном рассогласовании ПТ и ПС; 3 – линия постоянного воздействия Ч на объ-ект Т посредством создания или модернизации; 4 – линия воздействия Ч на Т пут ем экс-плуатации

Человек (Ч) использует сигналы среды 2 и накопленные к началу раз-работки готовые технические решения Бкр, вырабатывает концепцию проек-тирования и реализует его с помощью проектирующего устройства ПУ, а в некоторых случаях через регулятор параметров системы РПС воздействует на параметры среды (С), меняя их в требуемом направлении (например, уп о-рядочивает режим эксплуатации).

Составная часть проектирования – конструирование – творческий про-цесс создания изделий в документах (главным образом, в чертежах) на осно-ве конструкторского, технологического, эксплуатационного расчетов.

Главной задачей проектировщика (исследователя, конструктора) явля-ется создание машин, наиболее полно отвечающих потребностям заказчиков и обладающих высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями.

Согласно теории технических систем [1] машины и оборудование раз-виваются по определенным законам:

1) увеличивающегося многообразия развивающейся технической сис-

темы;

2) ограничения многообразия исполнений технической системы. Первый закон гласит: «Многообразие технической системы при отсут-

ствии ограничений ее развитию увеличивается пропорционально параметрам интенсивности обновления Р_н, интеграции Р_и и дифференциации Р_д исполне-

ний системы». Если на исходном этапе число исполнений N0 ≥1, то общее число исполнений на последующих этапах

N = N₀ P_н P_и P_д = N ₀K_ум, (1.1)

где K_ум – коэффициент роста исполнений.

Интенсивность обновления Р_н выражает объем (число) сменяемых компонентов исполнения. Дифференциация Р_д характерна для случаев фор-мирования новых параметрических рядов изделий, создания модификаций на основе единой базовой модели. Интеграция Р_и исполнений объекта техники в промышленность осуществляется путем унификации составных частей, кон-структивных элементов и материалов, типизации компоновок, упорядочения существующего разнообразия отдельных видов техники на основе объедине-ния их свойств в ограниченное число исполнений.

Второй закон: «Многообразие исполнений технической системы на любом этапе ее развития ограничено». На рис. 1.1 регулятором многообразия исполнений является ФУ, с его помощью производится отбор некоторого ограниченного количества необходимых исполнений из максимально возможных.

В процессе развития технической системы возникает множество техни-ческих противоречий, для разрешения которых необходимо наложение огра-ничений экономического, социального и экологического характера. С учетом этих ограничений на исходном этапе конструирования исключаются некоторые исполнения, а оставшиеся принимаются для последующего функцио-нально-экономического анализа и отбора вариантов, наиболее полно соот-ветствующих требованиям сфер производства.

Оба закона базируются на следующих основных принципах:

а) единства изменяемости и повторяемости (соподчинены принципы целесообразной преемственности, обязательного учета достижений науки и техники, адаптивности, совместимости и взаимозаменяемости исполнений техники);

б) полноты компонентов исполнений системы (их состав должен обес-печивать весь комплекс основных функций и функций жизнеобеспечения на всех этапах жизненного цикла);

в) согласованности компонентов исполнения системы (в первую оче-редь энергетической, информационной и функциональной совместимости);

г) неравномерности развития компонентов исполнения технической системы (в недрах «старой» системы зарождается и развивается новая , и чем сложнее исполнение, тем неравномернее развиваются ее компоненты);

д) предпочтительности исполнений, т. е. учета доминирования отдель-ных вариантов по признакам технико-экономического и социального харак-тера;

е) аналогий в развитии систем (например, редукторы, передачи, кре-пежные и др. соединения, разрабатываемые в различных областях, аналогич-ны по форме и содержанию и соответственно обладают общностью разви-тия).

Законы и принципы развития техники обусловливают взаимосвязь технического творчества, стандартизации и экономики конструирования

(рис. 1.2).

АРИЗ

АРОЗ

АРСЗ

Рис. 1.2. Схема взаимосвязи научно-технического творчества,

экономики проектирования и стандартизации

Принципы и закономерности развития технических систем заложены в виде операторов или ограничений в структуру алгоритмов алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), алгоритм решения оптимальных задач (АРОЗ) и алгоритм решения стандартизаторских задач (АРСЗ).

В блоке АРИЗ формируется новаторская часть проекта, блок АРСЗ обеспечивает сохранение в новых проектах разработанных ранее решений, многократно проверенных и составляющих часть научно-технического по-тенциала, накопленного в данной области. В процессах конструирования ши-роко используются типовые, унифицированные и стандартизованные конст-руктивные элементы (крепежные детали, допуски и посадки, стандартные со-единения и т. д.). Блок АРОЗ обеспечивает процессы выбора наилучших новых и исполь-зования старых решений.

Проектировщик-машиностроитель должен сочетать в себе качества изобретателя и стандартизатора и владеть основами экономики проектирования. Сочетание этих качеств позволяет разработчикам новой техники устранять противоречия между техническим творчеством – стремлением к «сплошной новизне» и стандартизацией – стремлением к «сплошному единообразию». Для этого конструкторы должны хорошо знать:

1) основные особенности технологии производства (например, добычи нефти и газа), от предприятий которой поступают заявки и технические задания на проектирование новых изделий;

2) технический уровень всего комплекса машин, в составе которого должно работать новое изделие;

3) технологию завода, принимающего к изготовлению новое изделие;

4) историю развития конструкции проектируемого оборудования, досто-

инства и недостатки заменяемого изделия, возможности использования, за-ложенных в нем лучших решений по отдельным агрегатам, узлам и деталям; перспективные разработки других организаций в избранном направлении.

Проектировщик (конструктор) должен изучать системно и углубленно отечественную и зарубежную информацию, патенты и нормативные доку-менты. От правильных оценок и выбора исходных данных для проекти-рования зависят качество и конкурентоспособность оборудования, а также сроки разработки. Поэтому весьма важен критический подход к положениям технического задания на проектирование изделия, заложенным в нем условиям работы, требованиям и функциональным параметрам.