Приложение 1

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Астраханский государственный технический университет»

Система менеджмента качества в области образования, воспитания, науки и инноваций сертифицирована DQS

по международному стандарту ISO 9001:2015

Институт нефти и газа

Кафедра «Технологические машины и оборудование»

\

Н.Д.ШИШКИН

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине

«Проектирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов»

для магистрантов по направлению

15.04.02 Технологические машины и оборудование

по направленности

«Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»

для очной, очно-заочной и заочной форм обучения

Астрахань 2017

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие требования………………………………………………………………………..

2. Содержание………………………………………………………………………………..

3. Введение…………………………………………………………………………………..

4. Методология проектирования (МОНГП) по теме КП…………………………………

5. Определение показателей качества МОНГП по теме КП……………………………..

6. Определение показателей назначения МОНГП по теме КП…………………………..

7. Определение показателей материалоемкости и жесткости МОНГП по теме КП. Снижение металлоемкости МОНГП по теме КП……………………………………….

8. Оценка технико-экономических показателей МОНГП по теме КП…………………..

9. Заключение. (Выводы с количественными оценками)…………………………………

10. Список литературы………………………………………………………………………..

11. Список использованных источников…………………………………………………….

1. Общие требования

Курсовой проект (КП) по дисциплине «Проектирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов» выполняется в соответствии с темой магистерской диссертации. Перед выполнением проекта необходимо изучить литературу по списку, приведенному в конце методических указаний, а также собрать литературу по теме КП.

Общий объем пояснительной записки 30-40 с., графической части 3-5 листов форматом А4-А3, и список литературы 20-30 наименований, включая описания изобретений и полезных моделей, а также сайтов из Интернета. По согласованию с преподавателем часть расчетов показателей материалоемкости и жесткости может быть заменена на гидравлические, тепловые, энергетические и другие расчеты. Материалы КП для защиты оформляются в виде презентации. Презентация должна содержать основные сведения о проектируемом объекте: цель, задачи проекта, анализ аналога, прототипа и предлагаемого решения, основные результаты расчетов и заключение.

2. Содержание

Общая структуры КП:

Титульный лист (Образец титульного листа приведен в Приложении 1).

Содержание.

Введение.

1.Методология проектирования (МОНГП) по теме КП.

2.Определение показателей качества МОНГП по теме КП.

3. Определение показателей назначения МОНГП по теме КП.

4. Определение показателей материалоемкости и жесткости МОНГП по теме КП. Снижение металлоемкости МОНГП по теме КП.

5. Оценка технико-экономических показателей МОНГП по теме КП.

Заключение.

Список литературы.

3. Введение

Во введении должна быть показана актуальность темы проекта, как и магистерской диссертации в целом направленной на совершенствование проектируемого объекта (системы, установки, устройства). Затем четко формулируется цель и задачи курсового проекта, отражаемые в разделах курсового проекта.

3. Методология проектирования (МОНГП) по теме КП

Как отмечается в [ ] главной задачей проектировщика (исследователя, конструктора) является создание машин, наиболее полно отвечающих потребностям заказчиков и обладающих высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями. Это в полной мере касается и магистрантов, работающих над КП.

Согласно теории технических систем [ ] машины и оборудование развиваются 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».

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 функционально-экономического анализа и отбора вариантов, наиболее полно соответствующих 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 отдельных вариантов по признакам технико-экономического и социального характера;

е) аналогий в развитии систем (например, редукторы, передачи, крепежные и др. соединения, разрабатываемые в различных областях, аналогичны по форме и содержанию и соответственно обладают общностью развития).

При выполнении КП необходимо использовать законы и принципы развития техники, которые обусловливают взаимосвязь технического творчества, стандартизации и экономики конструирования [ ]. 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 потенциала, накопленного в данной области. В процессах конструирования широко используются типовые, унифицированные и стандартизованные конструктивные элементы (крепежные детали, допуски и посадки, стандартные соединения и т. д.). Блок АРОЗ обеспечивает процессы выбора наилучших новых и использования старых решений.

Магистрант, как и проектировщик (конструктор) должен изучать системно и углубленно отечественную и зарубежную информацию, патенты и нормативные документы. От правильных оценок и выбора исходных данных для проектирования зависят качество и конкурентоспособность проектируемого модернизированного (усовершенствованного) оборудования. Поэтому весьма важен критический подход к положениям технического задания на проектирование изделия, заложенным в нем условиям работы, требованиям и функциональным параметрам.

На стадии подготовки ведется предварительная систематизация фактов в рассматриваемой области и подготовка к изобретательству или принятию технических решений.

На стадии замысла:

1) изучается проблемная ситуация и формулируются научно-технические задачи поиска на основе анализа научно-технической информации;

2) выявляется центральный вопрос для разрешения;

3) определяются необходимые требования и ограничения;

4) создается модель проблемной ситуации (графическая или математическая);

5) проводится декомпозиция основной задачи и определяется степень

решаемости компонентов;

6) составляется план поиска технических решений;

7) выбираются методы решения основной задачи и ее компонентов.

На стадии поиска:

1) генерируются изобретательские идеи;

2) определяются принципы решения задач;

3) выявляются положительные и отрицательные эффекты, реализуемые при различных принципах решения задач, и выбирается оптимальный прин-цип решения задач.

На стадии реализации проводится:

1) техническое оформление решения творческой задачи: оформляется новое техническое решение в виде описания к патенту на изобретение (полезную модель), а также разрабатываются эскизы основных элементов нового технического решения;

2) выполняются необходимые расчеты; расчеты, изготовление образцов нового объекта;

3) указываются возможные области применения нового технического решения.

При выполнении КП, в частности при создании нового технического решения в соответствии с [] могут быть использовано несколько логических и эвристических методов.

Метод ассоциации – выработка новых идей на основе изучения и ана-лиза реального объекта (процесса) с целью оценки возможности использова-ния с полным или частичным сохранением его свойств в новых условиях. Также оценивается его полная замена на другой объект (процесс) с более эффективным принципом действия и лучшими эргономическими и эстетиче-скими свойствами. Метод базируется на мыслительной способности конструктора.

Метод генерирования идей – поиск и выработка новых идей и решений по определенному виду техники на основе систематизации и логического анализа данных его развития в прошлом и выявления направлений его развития в будущем. При генерировании идей эффективна разработка и использование диаграмм и матриц идей, функционально-структурных классификаций , примеры которых прилагаются. Эти документы могут быть составлены как по функционально-структурным признакам, так по признаку технико-экономической эффективности практически по любому виду оборудования. конструкторских коллективах эффект приносят «мозговые штурмы», про-ведение конкурсов.

К простым эвристическим методам относят:

1) метод элементарных вопросов – выработка решений путем получе-ния ответов на вопросы: почему так и не иначе, для чего, как, на что похоже?

2) метод наводящих вопросов – поиск рациональных решений ведется в режиме «вопрос-ответ» в заданной цепи вопросов по причинно-следственным признакам: дороже или дешевле и почему, быстрее или мед-леннее и почему, подойдет или не подойдет и почему?

К методам аналогий относят методы подражания объектам живой и неживой природы.

Методы подражания объектам живой природы в прошлом и настоящем:

1) биомеханика – воспроизведение в механических устройствах и произ-водственных процессах движений насекомых, птиц и животных;

2) биоархитектура – создание монолитных и сотовых конструкций соору-жений, емкостей и ограждений в подражание термитам, пчелам, паукам, пти-цам и т. д.;

3) палеобионика – использование принципа работы двигательных органов гигантских вымерших животных при создании шагающих экскаваторов, стреловых кранов и манипуляторов и т. д.;

4) антропоморфизация – придание создаваемым объектам внешней фор-мы, аналогичной человеческому облику (роботы);

5) биокинетика – разработка устройств с функциями, аналогичными функциям человеческого мозга: системы автоматического управления и регулирования, САПР, АСУ.

Методы подражания объектам неживой природы:

1) репродукция (воспроизведение очертаний, форм, пропорций и др. особенностей объектов подражания);

2) копирование; модификация (замена отдельных узлов и деталей с целью 3) повышения

надежности или приспособления изделия к более суровым условиям);

4) конвертирование (например, замена эксплуатационных материалов –

перевод двигателей с бензина или дизтоплива на газ, компрессоров с аммиака на фреон и т. д.);

5) реинтеграция (создание нового сложного объекта по подобию с отно-сительно простым объектом (ракетные двигатели подобны паяльной лампе, ковши экскаваторов – лопате, буровые коронки – сверлу и т. д.).

Методы альтернативного поиска – конструирование с образованием альтернативных пар вида «прием-антиприем»:

1. увеличение- уменьшение (например, числа функций или главных па-

раметров, блоков и модулей, пространственное совмещение или разделение). Площадь опорных поверхностей изделий увеличивают с целью снижения

удельных нагрузок или уменьшают для снижения металлоемкости. Создают многоступенчатые и многосекционные конструкции (турбобуры, лопастные насосы, ракеты и т. д .) или простые одноступенчатые и односекционные ло - пастные конструкции (гидромуфты, гидротрансформаторы, турбины и т. д.);

2) гиперболизация-миниатюризация (метод масштабных преобразова

ний): предельное развитие параметрических рядов изделий данного принципа действия в сторону его увеличения или, наоборот, предельное увеличение или уменьшение главного параметра, крупномасштабное воспроизведение технического объекта традиционного принципа действия (гигантские экскаваторы, самолеты, корабли, самосвалы и т. д.) или мелкомасштабное воспроизведение (мини-экскаваторы, мини-автомобили, мини-ЭВМ и т. д.).

Методы инверсии (от латинского inversion – перестановка, обращение) заключаются в поиске решений в направлениях, противоположных традиционным, принимаемым при конструировании данного объекта. Метод инверсии заключается в перестановке, обращении функций, форм и расположений конструируемых объектов с целью улучшения их использования по назначению. Инвертирование функций деталей может заключаться в превращении ведущей детали в ведомую, направляющей – в направляемую, подвижной – в неподвижную, охватывающей – в охватываемую деталь.

Инвертирование форм деталей – замена внутреннего конуса на наружный конус, выпуклой сферической поверхности на вогнутую поверхность и т. д. Инвертирование расположения деталей – перемещение шпонки с вала на ступицу, бойка с рычага на толкатель и т. д.

Примеры использования методов инверсии можно найти во многих нефтепромысловых машинах: в исполнении приводов штанговых насосов, в насосах, в конструкциях винтовых забойных двигателей (ВЗД) и т. д. В ряде случаев можно использовать совокупность нескольких методов.

Методы комбинирования (методы сочетаний, перестановок, размещения и перемещения) – успешно реализуются при применении САПР и заключаются в системном анализе основных признаков изделия: параметров, элементов и связей между ними, и синтезе новых решений.

Метод сочетаний – осуществляется перебор множества признаков объекта с образованием ряда разновидностей объекта с тем же общим числом признаков М, из которых часть М_о обновляется. Если М_о изменяется в пределах 0 ≤ M _o ≤ M , то число теоретически возможных признаков составит N = 2^M . Из этого числа отбираются для последующего анализа варианты, соответствующие исходным условиям задачи и лишенные внутренних противоречий.

Метод перестановок – заключается в переборе множества признаков объекта с сохранением самих этих признаков, но с изменением порядка их расположения попарно.

Метод размещения – заключается в упорядочении исходного множест-ва признаков с использованием двух предыдущих методов.

Метод перемещения – совокупность приемов конструирования с пере-мещением компонента технического объекта в его рамках или на другой объ-ект с сохранением или изменением первоначальных функций. Например, пе-ремещение на другой объект с сохранением функций сервомеханизма с гид-ротурбины на автомобиль; газовая турбина, перемещенная на локомотив, и т. д.; использование центрифуг, центробежных насосов, вентиляторов и др. оборудования в различных объектах разных отраслей промышленности с перемещением с других объектов.

При выполнении КП могут быть применен и АРИЗ, подробно рассмотренный в [ ].

Необходимо кратко описать аналог, прототип и новое техническое решение. В приложении к КП желательно дать описание нового решения, как в заявке на изобретение (полезную модель).