Современные средства и методы проектирования машиностроительных изд

13. Отображение – Обратное отображение. Операция

«Отображение» применяется в том случае, когда реальный поток энергии, вещества или физических сигналов на входе в процессе преобразования получает информационное отображение на выходе в графическом, числовом и другом виде, удобном для визуальной оценки, наблюдения или расчета. Это может быть код, запись, изображение числового значения на цифровом индикаторе, показания на шкале прибора, изображение на экране дисплея (рис. 7.14) или телевизора и т.д.

Рис. 7.14. Различные варианты отображения информации на экранах дисплеев оборудования с ЧПУ

«Обратное отображение» связано со случаями, когда на входе задается числовое значение или графическое изображение, а на выходе получается поток реального вещества или энергии. Данная операция, например, реализована в круизконтроле автомобиля, который поддерживает заданную скорость движения.

14. Фиксирование – Расфиксирование. Операция «Фик-

сирование» связана с уменьшением числа свободы движения технического объекта, включая закрепление его в определенной точке пространства и уменьшение числа степеней свободы движения до нуля. Операцию «Фиксирование» осуществляют приспособления и объекты, которые прикрепляют одни элементы ТО или системы к другим, поддерживают составные

101

части технического объекта на определенном расстоянии друг от друга, фиксируют данное положение объекта. Здесь имеется в виду не только уменьшение степеней свободы какого-либо элемента относительно другого, а закрепление его на строго определенном расстоянии. В последнем случае на входе имеется неопределенная координата (одна или несколько), а на выходе – координаты, имеющие для данного технического объекта определенное значение. Операция «Расфиксирование» связана с увеличением числа степеней свободы перемещения или с уменьшением определенности положения в пространстве. Наглядно эту операцию демонстрирует расстыковка космических объектов.

Обобщая сказанное, можно представить основные физические операции, к которым сводятся все процессы в технических системах и из которых можно построить все сложные системы.

Вдополнение к основным физическим операциям Р. Коллер использует известные математические операции (сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень, извлечение корня, отыскание логарифма, интегрирование, дифференцирование) и логические («и», «или», «не») операции.

Вобщем случае для реализации требуемой функции можно предложить несколько комбинаций элементарных функций.

После разработки структуры элементарных функций осуществляют фазу проектирования, включая выбор физических эффектов и их носителей, реализующих отдельные основные операции. Этот выбор производят с помощью разработанного Р. Коллером указателя физических эффектов и явлений, представляющего собой систематизированный подбор физических эффектов для отдельных основных операций. Такой специализированный информационный справочник – хорошее вспомогательное средство для реализации определенных элементарных функций.

102

Контрольные вопросы

1.Перечислите и поясните три составные части и три этапа синтеза, на которых базируется метод Р. Коллера.

2.Назовите и поясните основную цель физикоалгоритмической методики Р. Коллера.

3.Что понимается под постановкой задачи?

4.Что понимается под формулировкой общей функции?

5.К каким основным физическим и алгебраическим операциям сводится функциональное многообразие технических систем?

6.Поясните применение метода Р. Коллера на примере самостоятельно решаемой задачи.

103

8. МЕТОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНОГО

ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Один из оригинальных отечественных методов поиска нового технического решения на основе функциональноструктурного исследования, независимо от Р. Коллера и примерно в одно и то же время с ним, предложил Р.П. Повилейко [27, 28]. Он проанализировал имеющиеся в литературе приемы решения технических задач (их оказалось 428) и показатели (129). Из них в результате сопоставительного анализа были выделены 95 показателей и 223 недублированных приема. По итогам группировки было сформировано 10 равномощных групп показателей и приемов, сведенных в матрицы. В горизонтальных и вертикальных рядах матриц приведены качественные показатели, учитываемые при проектировании, и типовые приемы решения задач.

Весь массив приемов удалось свести к 10 основным принципам [28]. Это дало возможность в итоге построить особую десятичную систему классификации проектно-изобрета- тельских задач в виде набора матричных таблиц, в строках которой записаны меняющиеся характеристики объекта – показатели Пк, а в столбцах – основные приемы их изменения Пр. Таблицы были названы десятичными матрицами поиска (ДМП). Каждой из 100 (10×10) ячеек Пр.к матрицы был присвоен двойной индекс, первая цифра которого характеризует группу показателей Пк, а вторая – группу приемов Пр.

Представляет интерес рассмотреть выбранные Повилейко показатели и приемы. Приемы для технологических процессов в машиностроении (для станкостроения) приведены в табл. 8.1.

Перечисленные выше показатели и приемы сводят в матрицы. Затем проводят последовательный анализ выбранного объекта. Цель работы – занести в каждую клетку матрицы (она соответствует одному показателю и одному приему) новое техническое решение. Автор указывает, что его метод эффек-

104

тивен при решении «полярных» задач, т.е. связанных с изменением внешнего вида, дизайна объекта (с «облагораживанием»), а также с коренным изменением объекта, например поиском новых принципов реализации выполняемых им функций.

Основными показателями, учитываемыми при проектировании технических объектов, являются:

1.Геометрические показатели (длина, ширина, высота, площадь, занимаемые конструкцией в плане и площади сечений, объем, форма).

2.Физико-механические показатели (масса конструкции и отдельных ее элементов; материалоемкость; прочность и иные качества используемых конструкционных материалов, в том числе новых; коррозиестойкость и т.д.).

3.Энергетические показатели (вид и мощность энергии, привод, КПД и т.д.).

4.Конструктивно-технологические показатели (технологичность изготовления машиностроительного изделия, его транспортабельность, жесткость, сложность или простота конструкции и др.).

5.Надежность и долговечность (факторы чисто технического характера – техническая надежность и долговечность, соотнесенные конструкции, а также факторы, как защищенность от вредных воздействий среды; все факторы, связанные с участием человека в работе, вынесены в другую группу показателей).

6.Эксплуатационные показатели (производительность, точность и качество работы машиностроительного изделия, стабильность его параметров, степень готовности кработеит.д.).

7.Экономические показатели (себестоимость машиностроительного изделия и отдельных его элементов, трудозатраты на производство и эксплуатацию, расходы, потери и т.д.).

8.Степень стандартизации и унификации.

105

9.Удобство обслуживания и безопасность (все показатели, связанные с охраной труда и техникой безопасности, эргономикой и инженерной психологией, удобством изготовления, работы, контроля и ремонта, требованиями комфортабельных условий труда и высокой культуры производства).

10.Художественно-конструкторские (все показатели, которые придают формам машиностроительного изделия высокие художественно-конструкторские достоинства – тектоничность, масштабность, цельность, гармоничность, пропорциональность и др.).

Основные группы типовых приемов технического творчества следующие:

1.Неология. Заключается в использовании проектировщиком процессов, конструкций, форм, материалов, их свойств

ипр., новых для данной отрасли техники, но не новых вообще.

2.Адаптация. Предусматривает приспособление проектировщиком известных процессов, конструкций, форм, материалов и их свойств для конкретных условий труда.

3.Мультипликация. Заключается в умножении функций и деталей системы, причем умноженные системы остаются подобными друг другу, однотипными.

4.Дифференциация. Заключается в разделении функций и элементов системы: ослабляются функциональные связи между элементами системы, повышается степень свободы их взаимного перемещения, разносятся элементы конструкции и рабочие процессы в пространстве и во времени.

5.Интеграция. Предполагает объединение, совмещение, сокращение и упрощение функций и форм элементов и системы в целом: сближаются элементы производства, конструкции

ирабочие процессы в пространстве и во времени.

6.Инверсия. Заключается в обращении функций, формы и расположения элементов системы в целом.

7.Импульсация. Охватывает группу конструкторско-

изобретательских приемов, связанных с изменением прерывности протекающих процессов.

108

8.Динамизация. Предполагает, что характеристики, параметры элементов системы или всей системы должны быть изменяющимися и оптимальными на каждом этапе процесса или на новом режиме.

9.Аналогия. Заключается в отыскании и использовании сходства, подобия в каком-либо отношении систем (предметов

иявлений), в целом различных.

10.Идеализация. Предполагает представление идеального решения, от которого следует отталкиваться.

Рассмотрим вкратце сущность каждого из перечисленных методов. Обратим внимание, что в процессе поиска решений, реализующих заданные функции, используются самые различные подходы [42].

Принцип неологии (от латинского «знание нового», «новизна») – это использование разработчиком процессов, конструкций, форм, материалов, их свойств и пр., новых для данной отрасли техники или новых вообще. Предполагается, что уже где-то и кем-то вне данной отрасли запланированная техническая система создана, успешно используется (хотя может быть

идля совершенно иных целей) и надо только ее разыскать и проверить в данных условиях, не изменяя ее, не приспосабливая. Ясно, что принцип неологии требует от проектанта широкой инженерной культуры, незаурядной общетехнической и общенаучной эрудиции, хорошей информированности. Не случайно в ряде отраслей техники, по данным Р.П. Повилейко [27], до 80 % конструкторских разработок по новой технике невозможно патентовать, так как предмет этих разработок был кем-то когда-то изобретен, спроектирован, создан. Вот почему использование принципа неологии сулит высокий экономический эффект.

Перенос технической системы в новую область использования, как правило, смещает или изменяет первоначально заложенные в техническое решение функции. В одних случаях исходная система оказывается полностью функционально и экономически пригодной к новым условиям работы, в других – лишь частично. Но и в исходном, неизменном виде примене-

109

ние ее оказывается нередко экономически оправданным – не случайно столь широкое распространение во всех отраслях техники получили так называемые комплектующие изделия. Общеизвестно, как много дает для самых разных, казалось бы, отраслей техники аппаратура для исследования космоса, авиации и др. К примеру, на основе реактивного двигателя созданы агрегаты для перекачки газа (ГПА). Качественный скачок в подводной навигации произошел лишь с введением так называемых инерциальных систем управления. Судно на воздушной подушке мчится со скоростью 120 км/ч, поднимаясь над водой на 15 см; работают два авиационных мотора: один непосредственно для движения, другой – для создания воздушной подушки.

Обратимся теперь к матрице и расшифруем ее по отношению к неологии. Чаще всего это заимствование, копирование, сохранение чуждых новой функции форм, например, коробка передач старого автомобиля с новым мощным мотором. В основном используются новые материалы и их свойства. Изобретатель Г. Бабат, разработавший идею высокочастотной закалки для нужд одного из видов военной техники, выяснил, что она приложима во многих иных отраслях машиностроения, где необходимо предупредить интенсивный механический износистирание контактирующих поверхностей: зубчатые колеса, цилиндры двигателей, мерительный инструмент и др.

Используются также новые виды энергии в традиционных целях и старые источники энергии по-новому (электромобили, паровые автомобили). Для станкостроения, например, это замена механических систем электрическими, оптическими, акустическими, пневматическими, внедрение программного управления.

Принцип адаптации (от латинского «прилаживание», «приноровление») – приспособление разработчиком известных процессов, конструкций, форм, материалов и их свойств для конкретных условий. Исходная система, оставаясь в целом прежней, лишь слегка видоизменяется, количественные характеристики изменяются не более чем вдвое.

110