Современные средства и методы проектирования машиностроительных изд

лировать удачный эвристический прием, который помогает сравнительно легко решить задачу. При рассмотрении следующей задачи проектант сначала пытается использовать свой, ранее сформулированный и апробированный эвристический прием. Если попытка оказывается безуспешной, ему снова приходится преодолевать мучительный путь поиска и формулировки нового приема. Так постепенно у многих проектантов, конструкторов накапливается и расширяется собственный опыт –

индивидуальный фонд эвристических приемов, имеющий обычно ориентацию на определенный классзадач.

Практика показывает, что приемы индивидуального фонда, которые могут многократно использоваться в своей узкоориентированной области, часто оказываются эффективными и в других областях техники. Такое свойство инвариантности обу-

словило возникновение метода эвристических приемов, суть и назначение которого заключается в ускорении создания начинающими проектантами и изобретателями своих эффективных индивидуальных фондов эвристических приемов и других вспомогательных информационных и методических средств. К последним прежде всего относятся фонд аналогов ТР и фонд материалов и конструктивных элементов, которыми также сознательноилибессознательнопользуются проектанты.

9.1. Основные виды эвристических приемов

Индивидуальный фонд приемов вместе с вспомогательными информационными и методическими средствами образует

специализированный метод эвристических приемов, ориентиро-

ванный на определенный класс технических систем или технологических процессов. В такой класс могут быть объединены изделия различной сложности в зависимости от сферы деятельности проектанта: металлорежущие станки или только инструменты к ним, контрольно-измерительное оборудование или стенды для проверки функционирования изделий, сложный технологический процесс или его отдельные операции.

121

Специализированный метод эвристических приемов может быть разработан проектантом или конструктором для индивидуального пользования. Однако, несомненно, больший интерес представляет разработка таких методов для коллектива конструкторов или технологов отдельного предприятия, группы родственных предприятий или отрасли. Особенно полезен такой руководящий методический материал для начинающих разработчиков. Хотя опытным специалистам большинство эвристических приемов известно, однако ценность метода для них состоит в более или менее полном систематическом охвате различных приемов, поскольку об одних трудно «вовремя вспомнить», а другие оказываются субъективно новыми (до них в данной ситуации «трудно додуматься»). Разумеется, такой руководящий методический материал каждый проектант будет видоизменять, дорабатывать и адаптировать. Разработка специализированных методов эвристических приемов для отдельных предприятий или групп предприятий также способствует ускорению создания соответствующих человеко-машинных программ и использования вычислительной техники. Краткая характеристика обобщенного межотраслевого фонда эвристических приемов дана в табл. 9.1.

Таблица 9 . 1

Характеристика межотраслевого фонда эвристических приемов

122

Разделение фонда на 15 групп и их состав определялись в основном удобствами и опытом практического применения и поэтому не претендуют на логическую строгость, научную обоснованность и полный охват всех приемов. Описание приемов, собранных в межотраслевом фонде, несколько унифицировано, сокращено и стилистически сглажено. Поэтому во многих приемах под указанием, например, «изменить» часто подразумевается «увеличить» или «уменьшить». Под «средой» наряду с природными факторами подразумеваются другие конструктивные элементы или технические системы, имеющие отношение к объекту.

Рассмотрим более детально содержание групп межотраслевого фонда эвристических приемовпреобразованияобъекта.

123

1. Количественныеизменения

1.1.Резко изменить (в несколько раз, в десятки и сотни раз) параметры или показатели объекта (его элементов, окружающей среды).

1.2.Увеличить в объекте число одинаковых или подобных друг другу элементов (или сделать наоборот). Изменить число одновременно действующих или обрабатываемых объектов (элементов), например рабочих машин, их рабочих органов, двигателей и т.д. Инверсия приема.

1.3.Изменить число одновременно действующих или обрабатываемых объектов (элементов), например рабочих машин, их органов, двигателей, движителей и т.д.

1.4.Изменить габариты, объем или длину объекта (элемента) при переводе его в рабочее или нерабочее состояние.

1.5.Осуществить накопление деталей, вещества, энергии, полуфабрикатов и т.п.

1.6.Произвести накопление малых доз до получения ощутимой величины.

1.7.Увеличить степень дробления (измельчения) объекта. Инверсия приема.

1.8.Увеличить эффективность действия путем последовательного применениягруппыоднородных объектов(элементов).

1.9.Отказаться от высокой точности или стабильности параметров.

1.10.Допустить незначительное снижение требуемого эф-

фекта.

1.11.Использовать идею избыточного решения (если трудно получить100 % требуемого эффекта, получите «чуть больше»).

1.12.Изменить (усилить) вредные факторы настолько, чтобы они перестали быть вредными.

1.13.Осуществить подбор оптимальных значений параметров объекта, его элементов или окружающей среды (использовать пакет программ оптимизации).

1.14.Осуществить автоматический подбор оптимальных значений параметров в процессе работы объекта или при раз-

124

личных воздействиях внешней среды (использовать пакет программ оптимизации).

1.15.Унифицировать линейные размеры объекта (элемента) или другие его характеристики.

1.16.Уменьшить число функций объекта и сделать его более специализированным, соответствующим только оставшимся функциям и требованиям.

1.17.Гиперболизировать, значительно увеличить размеры объекта и найти ему применение. Инверсия приема.

1.18.Создать местное локальное качество; осуществить локальную концентрацию сил, напряжения и т.д.

2. Преобразование формы объекта или его элементов

2.1.Изменить форму путем скручивания или изгиба (использовать круговую, спиральную, древовидную, сферическую, эллиптическую или другую компактную форму, «елочную» структуру и т.п.).

2.2.Сделать в объекте (элементе) отверстия или полости. Инверсия приема.

2.3.Проверить соответствие формы объекта законам симметрии. Перейти от симметричной формы и структуры к асимметричной. Инверсия приема.

2.4.Перейти от прямолинейных частей, плоских поверхностей кубических и многогранных форм (особенно в местах сопряжений) к криволинейным, сферическим и обтекаемым. Инверсия приема.

2.5.Объекту (элементу), работающему под нагрузкой, придать выпуклую (более выпуклую) форму.

2.6.Использовать периодическое изменение формы в пространстве или во времени.

2.7.Вывернуть форму «наизнанку» или изменить наоборот традиционную форму.

2.8.Преобразовать форму с учетом уменьшения «неработающей» поверхности или пространства.

2.9.Компенсировать нежелательную форму сложением с противоположной по очертанию формой.

125

2.10. Выполнить объект (элемент) в форме:

другого технического объекта, имеющего аналогичное назначение;

животного, растения или их органа;

человека или его органов;

другого технического объекта, имеющего совершенно иное назначение, животного или растения с целью создания ложного представления.

2.11. Сделать объект (элемент), приспособленный к форме человека или его органов.

2.12. Использовать в аналогичных условиях работы природный принцип формообразования в живой или неживой природе.

2.13. Изменить форму объектов среды с помощью перечисленных выше приемов.

2.14. Осуществить подбор оптимальной формы по заданному критерию качества. Например, с целью экономии материала, использования принципа равнопрочности или повышения усталостной прочности, снижения сопротивления в жидкостях и газах и т.д. (использовать пакет программ оптимизации).

2.15. Предусмотреть изменение формы как реакцию на изменение внешних условий, среды или условий работы (осуществить авторегуляцию; использовать пакет программ оптимизации).

2.16. Найти наибольшую цельную форму объекта (зрительное выделение главного функционального элемента, устранение или прикрытие многих ненужных деталей и т.д.).

2.17. Использовать различные виды симметрии и асимметрии, динамические и статические свойства формы, ритма (чередования одинаковых или схожих элементов), нюансов и контраста.

2.18. Осуществить гармоническую увязку форм различ-

ных элементов (выбор масштабов и соотношений между объектами и окружающей предметной средой, использование эстетически предпочтительных пропорций).

126

2.19. Выбрать (придумать) наиболее красивую форму объекта и его элементов.

3. Преобразование в пространстве

3.1. Заменить традиционную ориентацию объекта (элемента) в пространстве на противоположную. Например:

горизонтальное положение на вертикальное или наклонное;

положить на бок:

повернуть низом вверх;

повернуть вокруг вертикальной оси.

3.2.Использовать «пустое пространство» между элементами объекта; один элемент проходит сквозь полость в другом элементе.

3.3.Объединить известные порознь объекты (элементы) с размещением одного внутри другого; один элемент по принципу «матрешки» размещается внутри другого, который в свою очередь находится внутри внешнего.

3.4.Размещение по одной линии заменить размещением по нескольким линиям или по плоскости. Инверсия приема.

3.5.Заменить размещение по плоскости размещением по нескольким плоскостям или в трехмерном пространстве; перейти от одноэтажной (однослойной) компоновки к многоэтажной (многослойной). Инверсия приема.

3.6.Изменить направление действия рабочей силы или

среды.

3.7.Перейти от контакта в точке к контакту по линии; от контакта по линии к контакту по поверхности; от контакта по плоскости к объемному (пространственному). Инверсия приема.

3.8.Осуществить сопряжение по нескольким поверхно-

стям.

3.9.Приблизить рабочие органы объекта к месту выполнения ими своих функций без передвижения самого объекта.

3.10.Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на их доставку.

127

3.11.Возвратить объект (элемент) к исходной точке, начальному положению.

3.12.Разделить объект на части так, чтобы приблизить

каждую из них к тому месту, где она работает и непосредственно нужна.

3.13.Разделить объект на две части — «объемную» и «необъемную»; вынести «объемную» часть за пределы, ограничивающие объем.

3.14.Вынести элементы, подверженные действию вредных факторов, за пределы их действия.

3.15.Перенести (поместить) объект или его элемент в другую среду, исключающую действие вредных факторов.

3.16.Выйти за «традиционные» пространственные ограничения или габариты.

3.17.Поменять местами противоположно размещенные и другие элементы.

3.18.Перейти от последовательного соединения элементов к параллельному или смешанному. Инверсия приема.

3.19.Растянуть или расширить объект, удалив друг от друга элементы, или сблизить удаленные элементы.

3.20.Обособить (локализовать) размещение групп элементов в пространстве. Инверсия приема.

3.21.Существенно изменить компоновку элементов, преобразовав ее или переставив элементы в другом порядке.

3.22.Придать объекту свойства, обеспечивающие изменение компоновки элементов при воздействии внешней среды или изменении условий работы.

3.23.Осуществить выбор оптимальной компоновки и размещения элементов или оптимальной ориентации объекта в пространстве (использовать пакет программ оптимизации).

4. Преобразование во времени

4.1.Изменить время функционирования или существования объекта (элемента); растянуть или сжать во времени происходящее действие; ускорить (замедлить) процесс осуществления операции.

128

4.2.Выполнить требуемое действие до начала работы. Инверсия приема (выполнить после окончания работы).

4.3.Перенести выполнение действия на другое время.

4.4.Перейти от непрерывной подачи энергии или непрерывного режима к периодическому или импульсному. Инверсия приема.

4.5.Если действие осуществляется периодически, изменить периодичность.

4.6.Перейти от постоянного (во времени) к изменяющемуся режиму. Инверсия приема.

4.7.Перейти от фиксированного физического поля к изменяющемуся во времени. Инверсия приема.

4.8.Превратить асинхронный процесс (действие) в синхронный. Инверсия приема.

4.9.Изменить последовательность операций.

4.10.Перейти от последовательного осуществления операций к параллельному (одновременному). Инверсия приема.

4.11.Совместить технологические процессы или операции. Объединить однородные или смежные операции. Инверсия приема.

4.12.Исключить бесполезные («вредные») интервалы времени. Использовать паузу между импульсами (периодическими действиями) для осуществления другого действия.

4.13.Ввести обратную связь в управление процессом, при необходимости автоматизировать управление объектом (использовать пакет программ оптимизации).

4.14.Характеристики объекта (масса, габариты, скорость, температура, агрегатное состояние и т.д.) должны быть меняющимися и оптимальными на каждом этапе процесса или на новом режиме (использовать пакет программ оптимизации).

5. Преобразование движения

5.1.Изменить направление вращения.

5.2.Заменить поступательное (прямолинейное) движение вращательным. Инверсия приема.

5.3.Заменить возвратно-поступательное движение враща-

тельным. Инверсия приема.

129

5.4.Существенно изменить направление движения, в том числе на противоположное.

5.5.Заменить традиционную сложную траекторию движения на движение по прямой или окружности. Инверсия приема.

5.6.Изменить число степеней свободы движения:

по прямой линии заменить движением по плоскости (в двух измерениях);

по плоскости заменить движением в трехмерном пространстве;

по одной линии заменить движением по нескольким линиям;

по одной плоскости заменить движением по нескольким плоскостям.

Инверсия приема.

5.7. Разделить объект на две части – «тяжелую» и «легкую», передвигать только «легкую» часть.

5.8. Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать обрабатываемый объект.

5.9. Устранить обратные и холостые ходы.

5.10. Перейти от неподвижного физического поля к движущемуся. Инверсия приема.

5.11. Изменить характер функционального соединения между элементами, повысив степень свободы перемещения одних по отношению к другим. Инверсия приема.

5.12. Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.

5.13. Преобразовать неподвижный объект (элемент) в подвижный; обеспечить перемещение элемента в объекте. Инверсия приема.

5.14. Сделать движущиеся элементы неподвижными, а неподвижные – движущимися.

5.15. Сделать объект (элемент) качающимся или привести

вколебательное движение. Инверсия приема.

5.16. Изменить условия работы так, чтобы опасные или вредные моменты осуществлялись на большой скорости. Инверсия приема.

130