- •С.Г. Ярушин, А.Г. Схиртладзе
- •ПРЕДИСЛОВИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •Часть I.
- •ОБОРУДОВАНИЯ
- •ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВОЙ ТЕХНИКИ
- •2.2. Общие свойства объектов проектирования
- •2.2.1. Реализуемые функции и взаимодействие с внешней средой
- •2.2.2. Функциональная структура
- •2.3. Классификация оборудования
- •2.4. Оценка работы технической системы
- •Контрольные вопросы
- •3.2. Техническая функция (ТФ)
- •Характеристика и отличительные признаки операций Коллера Е
- •3.3. Функциональная структура (ФС)
- •3.4. Описание физического принципа действия
- •3.5. Описание физико-технических эффектов
- •3.6. Техническое решение
- •3.7. Проект
- •3.8. Объект
- •Контрольные вопросы
- •4.1. Критерии развития
- •4.2. Выбор критерия
- •4.3. Показатели качества
- •4.4. Недостатки технического объекта
- •Контрольные вопросы
- •III. Закон гомологических рядов
- •V. Закон прогрессивной эволюции техники
- •5.2. Тенденции технического развития
- •Контрольные вопросы
- •Этапы работ по созданию технического объекта и временные периоды прогнозирования
- •6.1. Метод экстраполяции
- •6.2. Метод экспертных оценок
- •6.3. Метод моделирования
- •6.4. Схема процесса прогнозирования
- •Контрольные вопросы
- •Контрольные вопросы
- •ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •9.1. Определение и виды потребности
- •9.2. Что такое проектирование?
- •9.2.1. Постановка задачи
- •9.2.2. Проектирование как искусство, наука и ремесло
- •9.3. Проектирование с позиции теории отображения
- •9.4. Проектирование и искусственный интеллект
- •9.5. Основные понятия и принципы методологии проектирования
- •9.6. Концепция проектирования
- •9.7. Процедурная модель проектирования
- •9.8. Индивидуальная и коллективная работа
- •Контрольные вопросы
- •10.1. Техническое задание
- •10.2. Техническое предложение
- •10.3. Эскизный проект
- •10.4. Технический проект
- •10.5. Этап разработки рабочей документации
- •Контрольные вопросы
- •11.1. Этапы творческого процесса
- •11.2. Препятствия творчеству
- •11.2.1. Препятствия личного порядка
- •11.2.2. Препятствия организационного порядка
- •Контрольные вопросы
- •12.1. Метод проб и ошибок
- •12.2. Метод адаптивного поиска
- •12.3. Метод случайного поиска
- •Контрольные вопросы
- •ИЗВЕСТНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
- •14.1. Предварительная постановка задачи
- •14.2. Уточненная постановка задачи
- •Контрольные вопросы
- •СИСТЕМОТЕХНИКИ
- •15.1. Сложность современных задач проектирования
- •15.3. Преодоление сложностей традиционного процесса
- •проектирования
- •15.4. Проектирование системы человек - машина
- •ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
- •16.1. Всесторонняя экономия ресурсов
- •16.2. Порядок проведения ФСА
- •16.2.1. Подготовительный этап ФСА
- •16.2.3. Разработка улучшенных проектно-конструкторских решений
- •Пример оценки вариантов
- •16.2.4. Разработка и внедрение результатов ФСА
- •16.3. Дальнейшее развитие ФСА
- •Контрольные вопросы
- •ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
- •17.1. Использование возможностей подсознания
- •17.2. Метод прямой мозговой атаки
- •17.3. Метод обратной мозговой атаки
- •17.5. Синектика
- •Контрольные вопросы
- •18.1. Краткий обзор и классификация эвристических методов
- •18.2. Метод эвристических приемов
- •18.2.1. Количественные изменения
- •18.2.2. Преобразование формы
- •18.2.3. Преобразование структуры
- •18.2.4. Преобразования в пространстве
- •18.2.5. Преобразования во времени
- •18.2.6. Преобразование движения и силы
- •18.2.7. Преобразование материала и вещества
- •18.2.8. Приемы дифференциации
- •18.2.9. Использование профилактических мер
- •18.2.10. Использование резервов
- •18.2.12. Повышение технологичности
- •18.3. Обобщенный эвристический метод
- •19.1. Операции обработки информации
- •19.2. Метафорическое описание и анализ проблемной ситуации
- •Контрольные вопросы
- •МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •20.1. Проектант как «черный ящик»
- •20.2. Проектант как «прозрачный ящик»
- •20.3. Проектант как самоорганизующаяся система
- •20.4. Критерии управления проектными работами
- •Контрольные вопросы
- •АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
- •21.1. Морфологическая комбинаторика
- •21.3. Составление морфологических таблиц
- •21.4. Выбор наиболее эффективных технических решений
- •Комбинация из двух элементов
- •21.5. Пример решения задачи
- •22.1. Матрица взаимодействий
- •22.2. Сеть взаимодействий
- •22.5. Проектирование новых функций
- •Контрольные вопросы
- •23.1. Контрольные перечни
- •23.2. Ранжирование и взвешивание
- •23.2.1. Выбор соответствующей шкалы измерения
- •Контрольные вопросы
- •24.1. Сбор и анализ данных
- •Типовой метод накопления данных
- •24.2. Свертывание данных
- •24.3. Накопление и свертывание
- •24.4. Последовательность действий
- •Критерии методов накопления и свертывания данных
- •Контрольные вопросы
- •ПО ФУНДАМЕНТАЛЬНОМУ МЕТОДУ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЭТЧЕТТА
- •Контрольные вопросы
- •26.1. Критерии управления проектными работами
- •26.2. Стратегии проектирования
- •26.3. Как выбрать метод проектирования
- •Схема «Дано - требуется»
- •Часть III
- •КОМПЬЮТЕРИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •Описание синтезированного с помощью ЭВМ известного ФПД датчика тока
- •28.2. Количественный синтез физических принципов
- •действия
- •Физическая сущность эффекта
- •Примеры описания ФЭ
- •29.1. Использование многоуровневых морфологических таблиц
- •29.3. Составление списка требований
- •29.4. Разработка модели оценки технических решений
- •29.5. Алгоритмы поиска решения на И - ИЛИ-дереве
- •Ограничения по типам свертки
- •29.6. Порядок решения задач
- •СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
После составления общего И - ИЛИ-дерева необходимо проконтроли ровать правильность построения. При этом следует руководствоваться тем, что И - ИЛИ-дерево должно обеспечивать хранение всех известных ТР. При таком контроле берут любое ТР в виде И-дерева и определяют, можно ли его получить из общего И - ИЛИ-дерева путем исключения ИЛИ-вершин.
29.3. Составление списка требований
Наряду с информацией, содержащейся в И - ИЛИ-графе, вторым важным информационным фондом является общий список требований для всего интересующего класса ТО. Этот список должен соответствовать всему множеству ТР, представленных в И - ИЛИ-дереве, т.е. общий список требований должен обеспечивать формирование технических заданий (частных списков требований) для выбора (синтеза) любого ТР из И - ИЛИ-дерева. Под техническим заданием подразумевается совокупность требований, оговаривающих необходимую степень выполнения функций объектом и его элементами при заданных условиях и ограничениях.
Общий список требований в первую очередь включает набор требо ваний, относящихся к выполнению функций ТО и его элементов (в эту группу входит большинство требований списка). Далее в него входят тре бования, касающиеся других групп критериев развития техники (см. гл. 3): технологические, экономические, антропологические и др.
Общий список требований целесообразно разделить на две группы:
♦обязательные требования, невыполнение которых приводит к прекращению функционирования ТО (нулевой или отрицатель ный результат функционирования);
♦дополнительные требования, невыполнение которых приводит к ухудшению эффективности и работоспособности ТО.
В частных технических заданиях требования также разделяются на обязательные и дополнительные. При этом обязательные требования по зволяют выявить допустимые ТР, а дополнительные выбрать из допусти мых наилучшие решения.
Следует заметить, что граница между обязательными и допустимы ми требованиями условная. Одни и те же требования для различных усло-
вий использования ТО и различных технических заданий могут быть как обязательными, так и дополнительными.
Формула описания функциональных требований изложена в гл. 3. Описание других требований должно быть кратким, четким и исчерпы вающим. Каждое требование должно иметь определенный диапазон значе ний. Нужно стремиться к тому, чтобы этот диапазон имел количественное выражение (например, масса прибора от 2,5 до 6 кг или не более 3 кг; число рабочих, обслуживающих комплекс, - не более 5 человек). Если количест венная оценка значений требований затруднительна, то диапазон может быть выражен через шкалу порядка (например, трудоемкость сборки при бора: высокая, средняя, низкая). Иногда приходится ограничиться только шкалой наименований (например, цвет упаковки: зеленый, синий, желтый).
В табл. 29.1 приведен фрагмент из общего списка требований по классу ТО «чайники для кипячения воды».
|
|
Т а б л и ц а 29.1 |
|
|
Фрагмент списка требований к чайникам для кипячения воды |
||
№ |
Наименование требования |
Значения |
|
п/п |
|||
|
|
||
|
|
<3 мин |
|
1 |
Нагревание воды до 100°С за время |
3-10 мин |
|
10-20мин |
|||
|
|
||
|
|
>20мин |
|
2 |
Обеспечение хранения и нагревания воды емкостью |
1-6л |
|
5 |
Обеспечение переноса чайника рукой и выливания воды |
Да, нет |
|
|
|
Химическая, |
|
9 |
Вид используемой энергии для нагревания |
электрическая, |
|
|
|
солнечная |
|
10 |
Местоположение источника тепла |
Вне емкости, |
|
внутри |
|||
|
|
||
14 |
Масса чайника |
0,1-3 кг |
|
|
|
0,1 года |
|
15 |
Срок службы |
1-3 года |
|
|
|
10лет |
При формировании технического задания набор требований можно записать в виде
T,=Ii(ai),l2(a2),U a k), |
(29.1) |
где I\, h ,—, h ~ формулировки требований; a\t az,..., а* - уровень выполне ния соответствующих требований.
При составлении общего списка требований и частных технических заданий рекомендуется дополнительно руководствоваться государствен ными стандартами, техническими условиями, техническими заданиями на разработку, актами испытаний и эксплуатации близких или аналогичных ТО, а также патентами и авторскими свидетельствами.
Поскольку трудоемкость разработки модели оценки вариантов ТР в сильной степени зависит от числа требований в общем списке, то реко мендуется брать небольшое число требований, не включать в общий спи сок те требования, которые не оказывают существенного влияния на вы бор более рациональных ТР и легко выполняются в последующей конст рукторской проработке.
29.4. Разработка модели оценки технических решений
На основе И - ИЛИ-дерева технических решений и общего списка требований разрабатывается модель оценки синтезируемых ТР, которая позволяет с помощью компьютера сравнивать различные варианты техни ческих решений, выбирать ТР, удовлетворяющие заданному списку тре бований, а также наилучшие ТР.
Модель оценки вариантов технических решений основывается на вычислении значений требований (показателей) И-вершин, которые вы ражают связь между списком требований и конструктивными признаками в И - ИЛИ-дереве. Показатели И-вершин вычисляются через показатели их преемников (элементов и признаков, объединяемых И-вершиной). При этом рекомендуется использовать пять способов свертки и вычисле ния показателей.
1. Свертка СУММА используется в тех случаях, когда значение пока теля И-вершины определяется суммой значений показателей ее преемников
(например, при вычислении массы, стоимости, трудоемкости изготовления и т.п.). Так, масса чайника складывается из массы его элементов.
2. Свертка МИНИМУМ и МАКСИМУМ применяется в тех случаях, когда значение показателя И-вершины определяется исходя из минималь ного или максимального значения показателей ее преемников. Например, для вычисления максимальной производительности технологической ли нии необходимо взять минимальное значение из множества значений мак симальных производительностей оборудования на каждой из операций.
Требование эстетичности для чайника определяется сверткой МИНИМУМ значения по этому показателю крышки, емкости, ручки и но сика, т.е. красота чайника будет определяться минимальной оценкой пока зателя одного из его элементов.
3. Свертка СРВЗВ (средневзвешенное) используется в тех случаях, когда значение показателя И-вершины определяется через взвешенные значения показателей ее преемников и когда степени влияния показателей элементов на показатель И-вершины значительно различаются. Так, для чайника время нагревания воды на 30% зависит от размера емкости и на 70% - от источника теплоты.
4. Свертка КЛАСС (классификационная) применяется в тех случаях, когда значения показателей ее преемников не различаются, т.е. имеют шкалу наименований (например, форма ручки чайника: круглая, эллипти ческая, квадратная и т.д.).
Приведем примеры вычисления всех типов сверток: 1. СУММА K =^^X j, i = 1,..., п.
2.МИНИМУМ К = min, Х х,...Х„.
3.МАКСИМУМ К = max, Х х, ...Хп.
L a‘
Хх, если Х х=Х 2= ... = Х п
5.КЛАСС К = в противном случае неопределено.
В формулах приняты обозначения: К - значение требования (показателя) для рассматриваемой И-вершины; Х\,... Х„- показатели преемников участке в свертке; а, - веса преемников.
При описании и кодировании модели И-вершины присваивается но мер (шифр) вершины и составлется список моделей для отдельных требо ваний. Модель для требования включает его номер, тип свертки или зна чение требования (для данной вершины), список номеров преемников данной вершины.
Кмодели оценки ТР относятся также таблицы совместимости вер шин И - ИЛИ-дерева. Эти таблицы предназначены для указания вершин (элементов и признаков), которые не могут появиться в описании ТР од новременно.
Таблицы совместимости составляют для каждой пары ИЛИ-вершин, которые могут войти в одно ТР и не все преемники которой совместимы между собой.
Возможны случаи несовместимости по геометрической форме (на пример, круглое отверстие не может сопрягаться с квадратным элемен том), по материалу (нельзя сопрягать некоторые металлы между собой, некоторые пары металл-пластмасса), по виду используемой энергии (пе ременный и постоянный ток) и т.д.
Кмодели оценки ТР относятся также таблицы совместимости вер шин И - ИЛИ-дерева. Эти таблицы предназначены для указания вершин (элементов и признаков), которые не могут появиться в описании ТР од новременно. Таблицы совместимости составляют для каждой пары ИЛИ-вершин, которые могут войти в одно ТР и не все преемники которой совместимы между собой.
Для построения таблиц совместимости необходимо попарно про сматривать все ИЛИ-вершины и отмечать несовместимые вершины. Ре зультаты просмотра оформляются в виде табл. 29.2, где А\~ преемник ИЛИ-вершины A \B j- преемник ИЛИ-вершины В;
1, если Aj и Bj совместимы,
{О, если не совместимы.