Математическое моделирование и проектирование систем автоматики

зочных режимов и зафиксировать рабочие параметры испытуемого изделия.

Последующий анализ этих параметров выполняется для определения их соответствия техническим требованиям изделия. В случае выявления такого несоответствия испытания завершаются с отрицательным результатом; проект возвращается на доработку для устранения выявленных несоответствий. В результате этого в данный проект вносятся конструктивные изменения, которые дополняются изготовлением на опытной производственной базе новых деталей или узлов. После установки нововведений в состав опытного образца он вновь подвергается испытаниям с последующей оценкой их результатов. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока параметры опытного изделия полностью не совпадут с его техническими требованиями.

Как только это произойдет, стадия проектирования считается завершенной. Опытный образец сдается приемочной комиссии (возможно государственной). После приемки изделия этой комиссией проект тиражируется и передается предпри- ятию-изготовителю, после чего начинается новая стадия становления технического объекта – стадия его производства.

Стадия производства включает в себя четыре этапа:

1.Технологическую привязку.

2.Технологическую подготовку производства изделия.

3.Выпуск опытной партии изделий.

4.Запуск серийного или массового производства изделия.

Этап технологической привязки проекта изделия к воз-

можностям предприятия-изготовителя выполняется с целью изменения конструкции некоторых его деталей, для изготовления которых у предприятия нет технологических возможностей. Частичная переделка проекта производится инженерноконструкторским персоналом предприятия-изготовителя, но при обязательном согласовании всех изменений с проектной организацией, которая несет персональную ответственность за работоспособность будущего изделия.

11

На этапе технологической подготовки производства из-

делия, параллельно с первым этапом этой стадии, производится разработка технологий производства каждой детали будущего изделия. Эти технологии должны обеспечить качественное изготовление всех деталей на специальном оборудовании рабочим персоналом, возможно, с более низкой квалификацией. Для этой цели производится подробное описание всех технологических операций, закупается специальное технологическое оборудование, изготавливается вся технологическая оснастка и необходимый технологический инструмент.

Выпуск опытной партии изделий производится с целью проверки и дальнейшей отработки разработанной технологии массового выпуска новых изделий. Этот этап заканчивается только тогда, когда технические параметры всей опытной партии изделий будут соответствовать их техническим требованиям. До тех пор пока этого не происходит, на предприятииизготовителе идет уточнение технологического процесса производства нового изделия и каждый раз в производство запускается только опытная партия изделий.

Запуск серийного или массового производства изделия на-

чинается только тогда, когда технология его производства доведена до полной готовности, при которой технические параметры всех изделий всегда соответствуют техническим требованиям.

Этап массового или серийного производства изделия завершается только тогда, когда будет полностью отработана технология производства нового более совершенного изделия или когда запускается в производство серия другого изделия с уже отработанной технологией.

На этапе массового производства предприятие-изготови- тель может производить некоторые изменения в конструкции изделия, связанные с его усовершенствованием или с устранением недостатков, выявленных при эксплуатации этого изделия.

На стадии потребления предприятие-изготовитель собирает и обобщает информацию о характере эксплуатации вы-

12

пускаемых изделий. Эта информация собирается в форме жалоб потребителей (рекламаций) на качество выпускаемых изделий. Сортировка и обработка этих рекламаций позволяет предприятию выявить наиболее характерные дефекты выпускаемых изделий. Силами конструкторско-технологического персонала предприятия вносятся конструктивные или технологические изменения в процесс изготовления изделия с целью устранения недостатков, выявленных в процессе эксплуатации.

На стадии утилизации разрабатываются мероприятия по минимальному экологическому воздействию на природу отработанных изделий в результате их захоронения или эффективной переработки в исходные материалы для других изделий.

1.5. Классификация технических объектов (изделий)

Все технические объекты можно разделить на две классификационные группы, в одной из которых они делятся как объекты проектирования, а в другой как объекты производства.

1.5.1. Классификация изделий как объектов проектирования

Все изделия (технические объекты) как объекты проектирования делятся на две большие группы (по конструктивному исполнению и взаимодействию с окружающей средой), каждая из этих групп имеет вторичные классификационные признаки.

По конструктивному исполнению выделяют следующие изделия:

1.По составу:

–гомогенные;

–гетерогенные.

2.По структуре:

–иерархические;

–матричные.

По взаимодействию сокружающей средой изделия делятся:

1. По характеру поведения:

13

–статические;

–гомеостатические;

–динамические.

2.По предсказуемости поведения:

–детерминированные;

–стохастические.

Кгомогенным изделиям относятся технические объекты с однотипной структурой. Например: механическая дрель, механическая мясорубка, ручная или ножная швейная машина и т.д.

Кгетерогенным изделиям относятся технические объекты

скомбинированной структурой или элементной базой. Например, элекромеханическая дрель, элекромеханическая мясорубка, швейная машина с электроприводом и т. д.

Кизделиям с иерархической структурой относятся такие технические объекты, элементы которых устроены по принципу уровневой подчиненности, т.е. в таких изделиях элементы (узлы) нижнего уровня структурно и функционально входят в состав элементов верхнего уровня. Например, такие структурные блоки, как двигатель, кузов и шасси, структурно входят в состав автомобиля, в то время как в состав его двигателя входят такие элементы, как карбюратор, стартер, коленчатый вал с поршневой группой и т.д.

Кизделиям с матричной структурой относятся такие тех-

нические объекты, структура элементов которых однотипна. Например: телефонная станция с однотипными абонентскими ячейками или электростанция с однотипными паросиловыми агрегатами и электрогенераторами.

Кстатическим изделиям относятся такие технические объекты, которые реагируют на воздействие окружающей среды только стабильностью своей структуры и свойств. Большинство изделий оказывают сопротивление воздействию внешней среды только в рамках предела стабильности своих свойств. Например: транзисторные усилители нормально работают только в пределах определенного температурного диапа-

14

зона внешней среды, за пределами которого стабильность их работы резко меняется.

Кгомиостатическим изделиям относятся такие техниче-

ские объекты, которые реагируют на воздействие окружающей среды не только сохранением стабильности своей структуры и свойств, но и подстройкой отдельных параметров под переменный диапазон внешнего воздействия. Например, во многих электронных устройствах блоки питания имеют стабилизаторы напряжения питания или исполнительные органы угольных комбайнов структурно подстраиваются к переменной толщине угольного пласта.

Кдинамическим изделиям относятся такие технические объекты, которые могут адаптироваться к перемене параметров внешней среды не только изменением своих параметров, но и изменением своей структуры.

Например, установки с комбинированным электропитанием от промышленной электросети или от дизель-генератора.

Кдетерминированным изделиям относятся такие техниче-

ские объекты, поведение которых заранее определено их техническими параметрами. В качестве примера можно привести изделия массового или серийного производства.

Кстохастическим изделиям относятся такие технические объекты, поведение которых носит вероятностный характер, т.е. заранее не определено. К данному виду относятся изделия на этапе испытания их опытного образца или на этапе выпуска опытной производственной партии.

1.5.2.Классификация изделий как объектов производства

Изделия как объекты производства в пределах двух групп делятся следующим образом:

1.Неспецифицированные изделия, включающие в себя только детали.

2.Специфицированные изделия, включающие в себя:

15

–сборочные единицы;

–комплекты;

–комплексы.

Первую группу составляют неспецифицированные изделия, состоящие только из деталей.

Деталью изделия называют такой его элемент, который изготовлен из однородного материала без применения сборочных операций. При этом исключение составляют детали, сочлененные воедино посредством сварки, пайки, клепки или клейки.

Вторую группу составляют специфицированные изделия, которые в свою очередь делятся на сборочные единицы, комплекты или комплексы.

Сборочная единица – это функционально законченная часть изделия, сочлененная из отдельных деталей в функционально законченный узел посредством сборочных операций, таких как свинчивание, прессование, развальцовка, клепка, клейка или пайка. К сборочным единицам могут относиться части изделия, которые по условиям транспортировки самого изделия не могут быть установлены в нем на предприятииизготовителе. Например, узлы шагающего экскаватора.

Комплект – это часть изделия, изготовленная на предпри- ятии-смежнике, которая может выполнять функции детали или сборочной единицы, а также выполнять технологические функции при производстве или эксплуатации самого изделия. Например, комплект шарикоподшипников или резиновых уплотнений для конкретного изделия. Комплектом могут быть болтовые (метизные) изделия или комплект ремонтного инструмента и т.д.

Комплекс – это группа изделий, состоящих из двух изделий и более, изготавливаемых на различных предприятиях, но собранных в одно изделие у потребителя (заказчика этого изделия). Примером может служить угледобывающий комплекс, состоящий их добычного комбайна, призабойной крепи и призабойного конвейера. Все изделия, из которых комплектуется

16

этот комплекс, изготавливаются на различных заводах, но по единым требованиям. При массовом производстве автомобилей применяются поточные линии, состоящие из автоматических станков различного типа, объединенных в единый технологический комплекс конвейерами различного типа. Как и в первом примере, все изделия, из которых состоит этот комплекс, изготавливаются на различных заводах и соединяются в эту технологическую линию только на автомобильном заводе.

1.5.3. Конструкторско-технологическое кодирование изделий

Каждому из изделий (или его элементу) в процессе проектирования и изготовления присваивается определенный код, структура которого представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структура конструкторско-технологического кода (номера) изделия

Под классом изделия понимают его принадлежность к определенной отрасли народного хозяйства. Внутри конкретного класса изделия делятся на подклассы, группы и виды. Это дает возможность детализировать изделия внутри определенного класса. К примеру, внутри класса «автомобили» различают подклассы «легковые» и «грузовые». В свою очередь легковые автомобили делятся на группы по величине базы, а автомобили

сединой базой могут быть переднеили заднеприводными или

сприводом на все колеса и т.д.

17

Размерная характеристика изделия выделяет его из ряда однотипных изделий, в то время как группа материала имеет смысл только для изделия типа деталь.

Вид изделия по технологическому процессу относит его к основному изделию, сборочной единице или детали. Кодирование признаков вида технологических операций над изделием, таких как сборка, сварка, токарная обработка, резка и т.д., производится в переменной части восьмиразрядного технологического кода изделия.

1.6. Требования к конструированию изделий

Новые технические объекты (изделия) всегда должны удовлетворять общим для них требованиям.

При конструировании новых технических объектов (изделий) кроме специальных (особых) требований, специфичных для каждого из них, конструкторы должны обеспечить совокупность общих требований для всех технических объектов.

Кобщим требованиям к техническим объектам относятся:

1.Наибольшая безопасность.

2.Их экономическая целесообразность.

3.Полное соответствие функций технического объекта (изделия) условиям окружающей среды.

Требование наибольшей безопасности при эксплуатации изделия заключается в том, что каждое из изделий при его эксплуатации не должно причинять вреда как человеку, его использующему, так и людям, воспринимающим последствия этой эксплуатации. Кроме того, эксплуатация этого изделия не должна оказывать вредного воздействия на окружающую среду.

Реализация этого требования не всегда возможна в полном объеме, поэтому чем меньше изделие безопасно для человека и природы, тем оно совершеннее. Тем не менее в отдельных случаях для уменьшения опасного воздействия технических объектов на человека или природу приходится создавать другие технические объекты, которые снижают уровень опасности первых.

18

Например, полеты на скоростях, превышающих скорость звука, неблагоприятно отражаются на состоянии пилотов, поэтому их приходится облачать в специальные скафандры, улучшающие самочувствие пилотов во время полета. В случае же аварии самолета для сохранения жизни пилота создано устройство, которое называется парашют, а для спасения летчика на больших скоростях полета создана еще и катапульта.

Требование экономической целесообразности техниче-

ских объектов (изделий) состоит в том, что его техникоэксплуатационные параметры и конструктивное исполнение должны обеспечивать наибольшую эффективность при эксплуатации его как объекта производства или потребления. Чем выше эта эффективность, тем более совершенно изделие, тем больший экономический эффект можно получить при его внедрении в человеческую практику.

Экономическая целесообразность технических объектов повышается благодаря мероприятиям, направленным на снижение ресурсоемкости при производстве изделий, применении рациональных технологий их изготовления, обеспечении минимальных эксплуатационных затрат и повышении их эксплуатационного ресурса.

Требования полного соответствия функций технического объекта (изделия) условиям окружающей среды направлены на обеспечение полного соответствия функциональных свойств изделия параметрам окружающей среды. Только в этом случае не возникает конфликтной ситуации между изделием и средой его эксплуатации. К примеру, при эксплуатации автомобилей в условиях крайнего севера в его типовую конструкцию должны быть внесены соответствующие изменения, позволяющие ему успешно работать при очень низких температурах. То же самое относится к автомобилям, работающим в условиях повышенных температур тропиков.

19

1.7. Технические противоречия технических объектов

Качество технических объектов (изделий) определяется количеством конфликтных ситуаций, которые наблюдаются при их производстве, эксплуатации или в процессе взаимодействия с окружающей средой.

Конфликтная ситуация между техническим объектом и человеком или между техническим объектом и окружающей средой называется техническим противоречием.

Технические противоречия являются неотъемлемой частью технического прогресса, преодолеваются только в результате творческой деятельности человека. Разрешение технических противоречий возможно только через процесс творчества, в результате которого появляются некоторые решения, позволяющие уменьшить или полностью ликвидировать возникшие противоречия.

Наличие технических противоречий в изделиях зависит от профессионализма конструкторских кадров. Конструктор должен знать, к какому типу относится то или иное техническое противоречие и как его устранить.

1.7.1. Классификация технических противоречий

Все технические противоречия делятся на две группы: внутренние и внешние.

1.Внутренние противоречия – это противоречия:

–между техническимобъектомкакцелым иегочастями;

–формойи содержанием технического объекта.

2.Внешние противоречия – это противоречия:

–между техническимобъектомичеловеком-оператором;

–техническим объектом исредойегофункционирования;

–техническим объектом ичеловеком-производителем;

–техническим объектом ипроизводственной средой.

Противоречие между техническим объектом как целым и

его частями проявляется в том, что недостатки в конструктив-

20