книги из ГПНТБ / Повилейко Р.П. Архитектура машины. Художественное конструирование. Проблемы и практика

Мультипликация

Принцип мультипликации (от латинского «умножение») заключается в умножении функ­ ций и деталей системы, причем умноженные системы остаются подобными друг другу,

однотипными. К принципу мультипликации относятся приемы, не только связанные с уве­ личением характеристик систем (гиперболиза­ ция), но и с их уменьшением (миниатюриза­ ция), в любом случае мультипликация харак­ теризует изменение характеристик систем в 2 раза и более. Гиперболизация и миниатюриза­ ция как методы мультипликации используют­ ся с древнейших времен; примером тому могут быть гигантолиты, бифасы и мегалитические сооружения каменного века, пирамида Хеопса, царь-пушка и царь-колокол, современные теле­ визионные башни и небоскребы. Путем увели­ чения размеров ножа была изобретена сабля, а ножниц— гильотина; большие хозяйственные вилы повторила в миниатюре на нашем столе вилка, уменьшены до карманно-сувенирных размеров и повторены многотысячными тира­ жами Эйфелева башня, а для детей — различ­ ные военные машины. Любой переход от моде­ ли к реальной конструкции и обратно может быть отнесен к мультипликации. Увеличение технического объекта до предельно возмож­

ных размеров (а это вообще характеризует приближающееся вырождение конструкции) дало огромное количество новых технических устройств — гигантские экскаваторы, турбины, самосвалы, огромные прессы и станки, прокат­ ные станы, воздушные и морские лайнеры.

1.3. Дублирование, многократное увеличе­ ние или уменьшение размеров, сечений, площа­ дей, объемов, занимаемых конструкцией, умно­ жение деталей конструкции (перфорирован­ ные, гофрированные, ребристые конструкции, параллельное и последовательное соединение элементов, различные цепи), пропорциональ­ ное изменение форм конструкции по принципу подобия, увеличение размеров исполнительных рабочих органов (особенно для объемных спо­ собов обработки), их повторение (многослой­

ные, многоступенчатые, многоэтажные кон­ струкции).

2.3. Может быть проиллюстрировано приме­ ром увеличения прочности системы за счет уве­ личения ее массы — увеличивается толщина детали, увеличивается число спиц в колесе или перегородок жесткости в конструкции.

3.3. Осуществляется в основном наращива­ нием энергии мощности воздействия про­ цесса— «вольтов столб», изобретенный Алек­ сандром Вольта в 1799 г., наборы современных пластинчатых аккумуляторов, полиспаст Архи­ меда, многомоторные самолеты, гидроусилите-

ли, использование лазера для обработки ме­ таллов и т. д. Характерные общие особенности приемов 2.3. и 3.3. обусловили тот факт, что их иногда называют приемами «с позиции силы», или «удара в лоб».

4.3. Связывают чаще всего с увеличением числа рабочих органов, рабочих позиций, коли­ чества одновременно обрабатываемых деталей, с повторением однотипных технологических операций — многократная перегонка фракций, каскадные очистительные колонны, каскадные пламенные печи и холодильники, многопози­ ционные полуавтоматы и автоматы, роторные линии. Леонардо да Винчи создал серию мно­ гоствольных органных пушек, одна из которых, имевшая 33 ствола, расположенных в 3 ряда, стреляла одновременно 11 стволами, имевши­ ми общее устройство для воспламенения заря­ дов. В истории русского оружия заняли свое почетное место многоствольная «сорока» — русская ракетница времени Петра I, скоро­ стрельное 44-ствольное орудие А. К. Нартова, изготовленное в 1741 г. (стволы располага­ лись по радиусам большого легко вращаемого колеса), многоствольные зенитные пулеметы и, наконец, многоствольный реактивный мино­ мет «Катюша».

5.3. Характеризуется рядом своеобразных методов и приемов, в частности методом дуб­ лирования, резервирования. В 1859 г. по проек­

ту И. Брюнеля в Англии был сооружен ко­ рабль-левиафан «Грейт-Истерн», считавшийся чудом своего времени и описанный Жюль Верном в романе «Плавающий город». Ко­ рабль имел 3-кратное резервирование движи­ телей— был оборудован гребными колесами, гребным винтом и парусами.

Много общего имеют приемы 6.3. и 7.3. Печа­ тание книг с IX по XV в. осуществлялось с цель­ ной для каждого листа книги гравирбйальной печатной доски. Уже сама гравировальная пе­ чатная доска была шагом вперед по сравне­ нию с рукописными книгами и позволяла тира­ жировать, мультиплицировать накопленные че­ ловечеством знания. Но принцип не был исчер­ пан до конца. Раздробив традиционный объект на мелкие однородные части, разделив цельную гравировальную доску на отдельные мелкие буквы — литеры, И. Гутенберг обеспечил тем самым возможность их повторного использо­ вания, изобрел печатную машину.

8.3. Выводит на первый план известные конструкторские приемы агрегатирования и унифицирования. Развитием этих приемов мо­ гут считаться: введение размерно-подобных, параметрических рядов конструкций, создание различных по функциональному назначению систем из одинаковых унифицированных эле­ ментов (здания, которые можно пристраивать друг к другу бесконечно), использование стан­

дартных трафаретов (французская система «Летрасет», позволяющая вместо рисованных шрифтов, символов и даже сюжетных сценок использовать удобные переводные картинки), модульное проектирование. Уже Поллион Марк Витрувий устанавливал модуль-калибр для свинцовых водопроводных труб. Из двух типов модулей выстроено 70 различных зданий пионерлагеря «Артек». На микромодулях построено все электронное обеспечение ракет, спутников и межпланетных кораблей.

Примерами 9.3. могут служить многостаноч­ ное обслуживание в металлообрабатывающем и ткацком производстве, внедрение удобной в обслуживании унифицированной рабочей ме­ бели, различные эргономические стандарты. Различны приемы 10.2.— модульная обработка форм, их ритмическое членение, введение эле­ ментов симметрии.

Дифференциация

Принцип дифференциации (от латинского «различие») заключается в разделении функ­ ций и элементов системы; ослабляются функ­ циональные связи между элементами системы, повышается степень свободы их взаимоперемещения, разносятся элементы производства, конструкции и рабочие процессы в прост­ ранстве и во времени.

1.4. Сводится чаще всего к дроблению фор­ мы различными приемами, например, отказом от замкнутых объемных форм и переходом к формам открытым, разделением системы на объемную и необъемную части и вынесением одной из частей за пределы ограничивающей зоны (телевизор с дистанционным управлени­ ем-коробочкой) .

2.4. Приемы связаны с весом системы и ины­ ми свойствами применяемых материалов и ра­ бочих процессов: разделение системы на две части — «тяжелую» и «легкую», передвижение только легкой части; удаление частей системы, ставших излишними после разделения (желе­ зобетонные шпалы из двух половинок, связан­ ных стальной трубой, двутавр); составление системы из заведомо неравнопрочных элемен­ тов, создание местного качества (пластмассог вые крошки, армированные проволокой); дро­ бление технологического процесса на ряд ступеней; разделение твердых, жидких или газообразных тел на части, дезынтеграция уг­ ля, глины, гипса, соли, формовочных смесей, очистка газов от пыли и сажи; отделение ме­ шающей части, мешающего свойства, локали­ зация вредной части системы, одного из вред­ ных качеств системы (защита при облучении рентгеновскими лучами всех частей тела, кро­ ме просвечиваемых целенаправленно; различ­ ные мероприятия по звукоизоляции, шумоза­

щите, взрывобезопасная шахтерская лампа Хэмфри Дэви, в которой пламя изолировано от внешней среды сетчатым цилиндром из медной проволоки); выделение единственно нужного качества (отпугивание птиц от аэропортов вос­ произведением записанных на магнитную лен­ ту крика перепуганных птиц, отпугивание обезьян и других животных искусственными остропахучими следами льва).

3.4. Может быть проиллюстрировано разде­ лением .движущегося потока перегородками на два или несколько потоков; в данном случае речь идет о «потоке» энергии (воды, инфор­ мации и др.), но прием может быть использо­ ван и для иных групп показателей. ,

4.4. Охватывает значительное количество приемов, вот некоторые из них: разделение системы на части, соединенные гибкими свя­ зями (поезд из связки вагонов, цепочка плотов на буксире, высокоэффективные на небольших реках гирляндные продольные и поперечные гидротурбинные установки Б. Б. Блинова); разделение системы на части и приближение каждого из разделенных элементов системы к тому месту, где он работает (автомашины, каждое колесо которых имеет тяговый электро­ двигатель) ; применение «развернутых» кине­ матических и силовых схем, обеспечивающих максимальную обозримость и доступность эле­ ментов системы; растягивание системы, удале­

ние друг от друга элементов системы (в том случае, если это не требует общего изменения конструкции, а только резко удлиняет пропор­ ции формы, то прием относится к дифференци­ ации геометрических показателей); автомати­ зация управления и привода; усложнение систем.

5.4. Общее повышение надежности и долго­ вечности системы может быть достигнуто тем, что хрупкая система дифференцируется на элементы, становится разъемной, появляется возможность замены отдельных поврежденных элементов аналогичными взаимозаменяемыми деталями.

6.4. Достигается, в частности, расчленением функций и потребностей, обеспечением их соот­ ветствующими орудиями труда (вместо просто ножа — ножи -столовые для мяса, рыбы, фрук­ тов, хлеба, очистки картофеля, кинжалы, кор­ тики, перочинные ножи, садовые, охотничьи, складные, боевые, бебуты и др.).

7.4. Широко известно, сколь большие эконо­ мические выгоды несет специализация ручного инструмента, технического оборудования ра­ бочих мест, участков, цехов и предприятий в целом.

Примером 9.4. может служить комбиниро­ ванное освещение крупных карусельных стан­ ков и других рабочих мест.

Асимметрия как прием может характеризо­

вать не только 10.4. — тиски со смещенными губками, неравномерность фар автомобиля, предупреждающая ослепление шоферов встреч­ ных машин.

Особого разговора заслуживают приемы 8.4., практически целиком построенные на ме­ тодах секционирования; в частности, металло­ режущие станки — это машины особого рода, предназначенные для производства всех дру­ гих машин. Если при проектировании, скажем, бытовой аппаратуры, транспорта и др. методы агрегатирования и унификации рассматрива­ ются инженером-проектировщиком как методы, облегчающие производство этих деталей, то при проектировании станков эти же методы рассматриваются прежде всего как методы, облегчающие производство и других изделий. Вот почему методы агрегатирования в прило­ жении к технологическому металлообрабаты­ вающему оборудованию логичней относить как к принципу интеграции, так и дифференциации. Эти же методы в приложении ко всем осталь­ ным конструкциям, машинам и механизмам (транспорт, радиоаппаратура и пр.) оправдан­ ней относить к принципу дифференциации.

Интеграция

Принцип интеграции (от латинского «цель­ ный») заключается в объединении, совмеще-

нии, сокращении и упрощении функций и форм элементов и системы в целом; сближаются эле­ менты производства, конструкции и рабочие процессы в пространстве и во времени. Формы проявления интеграции систем могут быть различны, диапазон приемов широк — от прос­ тейших видов механического соединения, спле­ тения, смешивания (А. Нобель изобрел дина­ мит, смешав жидкий нитроглицерин с пори­ стым пироксилином), а затем встраивания, сплавления (бронза, легированные стали) до высших форм сращивания, симбиоза техничес­ ких систем с живыми организмами (использозование голубя для контроля колец подшип­ ников, а кошки для наведения на цель ракеты

рехода к упрощенным, компактным формам путем избегания открытых механизмов и пере­ дач, заключения механизмов в закрытые кор­ пуса, предотвращающих проникновение пыли и влаги на трущиеся поверхности, размещения

одного объекта внутри другого, который, в свою очередь, может располагаться внутри третьего, и т. д. (огнестойкий многослойный денежный шкаф, известная русская игрушка «матрешка»), перехода от растрепанных форм к прямоугольным или же от прямоугольных к сфероидальным (уменьшение «разветвленнос­ ти» форм).

2.5. Есть оригинальные приемы, например, не просто совмещение объектов, но совмеще­ ние объектов несовместимых (оптическое сов­ мещение двух объемных изображений), не просто совмещение процессов, но совмещение, связанное с упрощением, исключением ряда промежуточных операций (способ подземной газификации угля, предложенный в 1888 г.

Д. И. Менделеевым).

3.5.Введение общего привода, создание единого энергетического источника взамен многочисленных независимых, локальная кон­

центрация энергии и сил — сжатие струи воды и увеличение напора в десятки и сотни раз в гидромониторах (при напоре в сотни атмосфер можно обрабатывать гранит и базальт), фоку­ сировка электронного пучка набором линз и др.

4.5. Наряду с антиприемами дифференци­ ации включает и некоторые своеобразные при­ емы: сближение удаленных элементов системы; жесткое объединение элементов системы в ком­ пактное целое; применение рациональных

укороченных, свернутых кинематических и силовых схем, избегание сложных многоэле­ ментных схем; всемерное упрощение систем (двухтактный двигатель внутреннего сгорания взамен более сложного четырехтактного); соединение систем, предназначенных'для смеж­ ных операций (жилетка с пристегивающимися на молнии рукавами), включение одной систе­ мы в другую (дизель-генератор), создание многофункциональных нетрансформируемых и трансформируемых систем (диван-кровать, но­ силки-кровать, шапка-зонт, перчатки-кошелек); расширение или объединение функций, напри­ мер, одновременное сверление и обточка; со­ кращение объема механической обработки, замена механической обработки более произ­ водительными способами обработки без сня­ тия стружки, добиваясь в итоге того, чтобы детали изготавливались из заготовок с формой, приближающейся к форме изделия (в идеале заготовка должна совпадать с деталью).

5.5 Иногда только монолитное решение системы делает ее надежной, работоспособной, долговечной (литые станины станков).

Примером 6.5. могут быть универсальные металлорежущие станки, счет которым в ста­ ночном парке идет на миллионы.

7.5. Большую экономическую выгоду произ­ водству несут разработка типовых технологий и групповая обработка деталей.

8.5. Приемы агрегатирования, используемые при проектировании технологического оборудо­ вания и построенные на использовании только стандартизованных и нормализованных эле­ ментов.

9.5. Введение единой системы управления (централизованная смазка), единых вычисли­ тельных центров — к основной большой ЭВМ подключаются, по надобности, дочерние малые машины и устройства-перфораторы, накопи­ тели, приспособления для ввода и печатания информации и т. д.

10.5. Хорошо характеризуют закрытые фор­ мы и приемы, обеспечивающие цельность и композиционное единство форм промышленных изделий.

Инверсия

Принцип инверсии (от латинского «перево­ рачивание», «перевертывание», «перестанов­ ка») заключается в обращении функции, фор­ мы и расположения элементов и системы в целом. Очень часто принцип инверсии условно называют принципом «наоборот», «в обход» или «удар с тыла».

1.6. Обращение, выворачивание формы на­ изнанку, отказ от традиционной формы (не­ круглые валы).

2.6. Отказ от требуемой, казалось бы, и

наращиваемой твердости и жесткости (обра­ ботка древними племенами твердого кремня более мягким рогом или костью, гибкий тонкий вал паровой турбины взамен утолщенного); преобразование одних физических величин в другие (телефон, радио, электроизмерительная аппаратура); вместо действия, диктуемого ус­ ловиями задачи, осуществляется обратное действие (если в задаче требуется охлаждать объект, то вместо охлаждения применяется нагрев — походный холодильник, работающий от нагрева); выполнение конструкций прозрач­ ными.

3.6.Поглощение энергии.

4.6.Конструкция перевертывается вверх но­ гами, выворачивается наизнанку (швейцар­ ский токарный станок, в котором направляю­ щие расположены не ниже, а выше обрабаты­ ваемой детали, что облегчило отвод стружки); движущиеся элементы конструкции оказыва­ ются неподвижными и наоборот (П. Яблочков

всвоей лампе расположил угольные электроды рядом и параллельно — отпала необходимость очень чуткого механизма для сближения элек­ тродов по прямой во время горения; аэродина­

мическая труба, имитирующая полет самолета, роликовые стенды для обкатки на месте вело­ сипедов, машин, гусеничных повозок).

5.6. Дорогая долговечность заменяется де­ шевой недолговечностью (объект изменяется

6.6. Отказ от высокой точности работы ма­ шины и стабильности ее параметров, измене­ ние направления движения на противополож­ ное (граммофонные пластинки Э. Берлингера проигрывались от центра к краю, французская фирма братьев Патэ предложила проигрывать от края к центру — появились патефоны); обращение вреда в пользу (использовать вред­ ные факторы, отходы вещества и энергии для получения дополнительного положительного эффекта), обратная связь.

7.6. Эффект, получаемый бесплатно (вместо покупки собственных часов спрашивать у про­ хожего: «Который час?»).

8.6. Полный отказ от использования стан­ дартных элементов в конструкции.

9.6. Использование заведомо неудобного ин­ струмента (резиновые шипы на особо ответ­ ственных ручках заставят приостановиться и задуматься оператора перед совершением уп­ равляющего действия), заведомо неудобной мебели (твердые стулья сокращают время за­ седаний на 30—40%), использование приема «клин клином» (устранение вредного фактора за счет сложения с другим вредным факто­ ром — глушение шума шумом, сдвинутым по фазе), использование приема перегибания пал­

ки (усиление вредного фактора до такой сте­ пени, чтобы он перестал быть вредным, допу­ щение того, что считается недопустимым), причем последние два приема могут быть использованы и для инверсии ряда вышепере­ численных групп показателей.

10.6. Заведомо нефункциональные, подчерк­ нуто безобразные решения — меховой чайный прибор, автомашина обшитая шкурами, гро­ теск в живописи, различные устрашающие иг­ рушки и аттракционы.

Импульсация

Принцип импульсации (от латинского «тол­ чок», «побуждение к чему-либо», «стремление», «возбуждение») охватывает группу конструк­ торско-изобретательских методов и приемов, главная особенность которых связана с пре­ рывностью протекающих процессов. Импульс может повторяться периодически, апериоди­ чески, но может быть единичным, например, импульсно нарастает скорость протекания дей­ ствия, и в результате вредные силы или опас­ ные стадии процесса преодолеваются на большой скорости (прием проскока). Выявля­ ются во времени с разной периодичностью раз­ ные группы показателей: