Разработка и создание художественных изделий. Учебное пособие

специализированными предприятиями. Разрабатывая изделие, конструктор должен считаться с поставками по кооперации материалов и комплектующих изделий, используемых в разработке, а также с дефицитностью и возможностью их получения в необходимом количестве.

5. Разрабатываемое изделие должно соответствовать требованиям стандартов, технических условий, правил, инструкций, норм. Изготовление изделия в соответствии с действующими нормативно-техническими материалами будет способствовать охране труда обслуживающего персонала и охране окружающей среды. Основными нормативно-техническими материалами являются: стандарты Системы стандартов безопасности труда (ССБТ); Правила безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов; Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением; Правила устройства электроустановок (ПУЭ) и др.

При оценке требований, предъявляемых к разрабатываемым изделиям, необходимо учитывать следующее. Уменьшение массы детали, узла, изделия вызывает уменьшение прочности и жесткости. Создание компактной, малогабаритной конструкции влечет за собой улучшение условий сборки, обслуживания, регулировки и ремонта. Применение дешевых материалов выступает причиной ухудшения прочности, износостойкости и долговечности. Создание простой конструкции узла, механизма, изделия накладывает ограничения на технические и технологические возможности работы узла, механизма и изделия. Увеличение скорости действия механизма служит росту инерционных сил и нагрузок на детали и узлы. Разбивка конструкции на узлы, облегчающие организацию их сборки и транспортировки, ведет к уменьшению жесткости конструкции, росту трудоемкости сборки изделия. Создание изделия для разных режимов работы и разных операций наносит экономический ущерб при эксплуатации изделия на одной операции.

В процессе проектирования разработчик должен определить основные параметры изделия и добиваться максимального их конструктивного и организационного обеспечения. К основным параметрам следует отнести и те, которые имеют перспективу и будут иметь значение в ближайшем будущем. Чтобы найти лучшее конструктивное решение, разработчик должен создать как можно больше вариантов конструкции, так как в каждом варианте те или

21

иные вопросы решаются в разной степени. Однако разработка принципиально различающихся вариантов – дело не простое.

2.2.1. Эксплуатационные требования

Эксплуатационные требования классифицируются следующим образом:

1.Соответствие изделия целевому назначению, которое определяется при проектировании в соответствии с учетом требований наименьшей стоимости и экономичности.

2.Прочность детали определяется рабочим напряжением в материале при действии нагрузки

3.Жесткость детали определяется величиной деформации детали под воздействием нагрузки

4.Износоустойчивость и долговечность, характеризующие

надежность изделия при эксплуатации, увеличивая или сокращая срок его службы. Пренебрегая этими требованиями, на ремонт изделия, находящегося в эксплуатации, можно затратить средств больше, чем на изготовление нового такого же изделия.

5.Защита от перегрузки. Изделие в процессе эксплуатации может испытывать дополнительные нагрузки на отдельные звенья, при которых в материале может наступить напряжение, превышающее допускаемое и приводящее к поломке звеньев. В связи с этим необходимо предусматривать предохранительные устройства.

6.Надежность при эксплуатации – это работа изделия без

перебоев, неполадок и аварий в течение длительного времени. Свойства материалов изменяются не только со временем работы

изделия, но и в зависимости от условий, в которых приходится им работать. Материал изменяет свои свойства как во время работы изделия, так и находясь в состоянии хранения или резерва. На материал воздействуют атмосфера, собственный вес. Со временем происходит изменение молекулярной структуры материала.

В механических системах дополнительное влияние оказывают и микроскопические трещины материала. Эти трещины под действием механических, тепловых, электрических и иных усилий развиваются и могут привести к остановке изделия. Таким образом, надежность изделия определяется его способностью сохранять свои проектные характеристики во времени, в процессе эксплуатации. В этом и состоит физическая сущность надежности изделия.

22

Основными свойствами, характеризующими надежность, являются:

- долговечность – свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта;

-безотказность;

-условия эксплуатации изделия.

Сточки зрения требований надежности считается, что любое изделие может находиться в одном из трех состояний:

-быть работоспособным (изделие соответствует требованиям нормативно-технической документации и способно выполнять заданные функции).

-быть неработоспособным (один из параметров не удовлетворяет хотя бы одному из заданных требований);

-быть в предельном состоянии (состояние, при котором дальнейшее использование изделия недопустимо).

Потеря работоспособности изделий происходит в результате их внутреннего или внешнего изнашивания.

Внутренний износ – это результат накопления усталостных

повреждений материала деталей, приводящих к образованию усталостных трещин.

Внешний износ – это результат действия сил трения, а также внешней среды. Внешний износ проявляется в виде изменения зазоров

всопряжениях, изменения структуры и качества поверхностей трения,

ввиде коррозии деталей и других повреждений. Таким образом, износ

– это процесс, сопровождающий трение. Износ подразделяется:

-на абсолютный – это износ, выраженный в единицах длины, объема или веса;

-линейный – это износ, определяемый изменением размера по

нормали к поверхности трения;

-местный – износ на отдельном участке поверхности;

-весовой – износ, определяемый изменением веса;

-объемный – износ, определяемый изменением объема.

2.2.2. Экономические требования

Производственно-экономические требования предусматривают снижение материалоемкости и уменьшение трудоемкости обработки

23

изделия, обеспечивающие снижение себестоимости изделия. Решение этих требований главным образом осуществляется разработкой технологических конструкций и возможной унификацией узлов. Технологичность конструкции определяется взаимосвязью конструкции и методов обработки.

Технико-экономические требования должны быть направлены на обеспечение высокого качества изделий при минимальных трудовых и материальных затратах.

Экономические требования классифицируются следующим образом:

1). Коэффициент полезного действия (КПД) в машинах-

двигателях (тепловых машинах) и рабочих машинах (машинах – орудиях).

2). Эксплуатационная экономичность (Э.Э.) – это оценка эффективности изделия по количественным показателям:

Э.Э. = А – В,

где А – стоимость продукции, выработанной в единицу времени на данном изделии; В – сумма производственных затрат с накладными расходами на обслуживание изделия в единицу времени.

Если рассматривать изделие с точки зрения завода-изготовителя, то чем проще изделие, тем лучше, т.е. тем дешевле и быстрее его можно изготовить. Однако конструктор должен ориентироваться не только на интересы завода-изготовителя.

Важнейший показатель машин-орудий и рабочих машин – это себестоимость продукции, изготовленной с использованием машины. Затраты труда, материальных и денежных средств при производстве продукта выражаются в себестоимости этого продукта. При реализации продукта оперируют понятием стоимости или цены продукта. Так как предприятие должно иметь прибыль от реализации продукта, то очевидно, что стоимость продукта должна быть больше его себестоимости, т.е. должно выполняться соотношение

Себестоимость/ Цена < 1.

Сопоставление себестоимости продукции с ее стоимостью, выраженной в ценах, определяет рентабельность предприятия.

24

При конструировании изделия конструктор должен учитывать процесс образования его себестоимости во взаимосвязи с процессом производства.

3). Себестоимость продукции – качественный важнейший показатель хозяйственно-производственной деятельности предприятия. В себестоимость продукции в виде накладных расходов входит стоимость конструирования изделия.

2.2.3. Социальные требования

Социальные требования подразделяются:

- на безопасность обслуживания – ограждение движущихся открытых частей;

-условия обслуживания - обстановка на производстве, способствующая повышению технического уровня работающих и удовлетворению их культурных и эстетических потребностей;

-удобство обслуживания – простота использования изделий без

особых физических затрат.

2.2.4. Технологические требования

Технологические требования диктуются эксплуатационными и экономическими требованиями. Их можно разделить следующим образом:

1. Снижение трудоемкости сборки. Трудоемкость обработки деталей в процессе развития машиностроения снижается быстрее, чем трудоемкость сборки изделия. Сборочные работы труднее поддаются механизации и автоматизации и выполняются часто высококвалифицированными рабочими. Особенно высока трудоемкость сборки в индивидуальном производстве (из-за неокупаемости сборочных приспособлений).

2. Удобство разборки, транспортировки, монтажа и ремонта изделия. Готовое изделие должно быть доставлено к месту назначения. Перевозка крупных изделий требует согласования размеров изделия или даже отдельных частей его с железнодорожными габаритами, главным образом по высоте и ширине габарита. Разделение изделия на узлы и даже детали диктуется, в том числе и его упаковкой для обеспечения перевозки. Разборка и сборка изделия при ремонте должна быть простой и удобной при минимальной стоимости ремонта.

25

3. Производственные требования. Главное требование – конструкция изделия должна соответствовать оборудованию и производственным возможностям завода-изготовителя

2.2.5. Эстетические требования

Любое изделие наряду с высокими техническими показателями должно соответствовать существующим требованиям внешнего оформления. Внешнее оформление, создающее эстетическое восприятие изделия, обеспечивается в процессе выполнения художественно-конструкторских работ. Эстетические свойства характеризуют способность изделия через чувственно воспринимаемые образы удовлетворять потребности человека и общества в эстетическом идеале. Соответствие изделия эстетическим требованиям характеризуется показателями, перечень которых приведен в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Показатели, характеризующие эстетические требования.

26

2.2.6. Эргономические требования

Эргономические требования к промышленному изделию — это требования к размерам, форме, цвету изделия и элементам его конструкции, к их взаимному расположению. Обусловливаются эргономическими свойствами человека и устанавливаются с целью оптимизации его деятельности. С помощью эргономических требований обеспечивается охрана труда, техника безопасности, а также удобство при эксплуатации и ремонте новых изделий. Эргономические разработки включены в ЕСКД. Они проводятся по всем стадиям — от разработки технического задания на создание изделия до изготовления и испытания опытного образца.

На стадии разработки технического задания эргономистпсихолог решает вопрос об эргономических требованиях, предъявляемых к будущему изделию, исходя из анализа данных по эксплуатации прототипов. При обосновании выполнения каждого этапа проектно-конструкторской подготовки проводится эргономическая экспертиза. Это комплекс научно-технических и организационно-методических мероприятий по оценке выполнения в проектных, предпроектных и рабочих документах и в образцах изделий эргономических требований технического задания, нормативно-технических и руководящих документов.

2.2.7. Ошибки, совершаемые при конструировании изделий

Чертежи заключают в себе информацию о будущем изделии. Они содержат сведения о конструкции изделия, его размерах, материалах, технологии изготовления. Вся информация, заложенная в чертежах, является обязательной для исполнения, так как только безошибочное выполнение чертежа обеспечивает изготовление годной для использования детали. Анализ неисправностей машин показывает, что около 90 % неисправностей связано с ошибками, допущенными при конструировании и изготовлении. Некоторые ошибки выявляются уже в процессе изготовления и испытаний опытного образца, другие – в процессе эксплуатации изделия. Неисправности при эксплуатации изделия сокращают его межремонтный период или ресурс его работы в целом.

Ошибка при конструировании – это отклонение полученного результата от норм, заложенных в техническом задании, или

27

отклонение от эталона или от заложенных природой законов. Ошибки, совершаемые при конструировании, бывают явные и скрытые. Явные ошибки выявляются во время сравнительного анализа результата с эталоном, при проверке технической документации (ошибки в расчетах на жесткость, на прочность, отклонение температуры, скорости, давления). Скрытые ошибки выявляются обычно экспериментальным путем в новых разработках, при создании которых используются новые, не проверенные практикой технологии.

Ошибки в конструкторской документации:

-ошибки в техническом задании;

-ошибки в выборе материала;

-ошибки в выборе формы деталей;

-эстетические ошибки;

-ошибки в расчетах на прочность;

-ошибки в расчетах на жесткость;

-ошибки из-за невнимательности конструктора.

2.2.8. Авторский надзор

Цель авторского надзора заключается в том, чтобы обеспечить выполнение всех требований, заложенных в конструкторской документации разработчиком, а также устранить возможные технические недостатки.

Любая конструкция, используемая в производстве, постоянно совершенствуется и модернизируется. Этот процесс продолжается до тех пор, пока изделие не будет снято с производства как морально устаревшее и дальнейшая модернизация которого окажется экономически нецелесообразной. Анализ ошибок конструкции изделия в этом случае позволит не совершать подобных ошибок при дальнейших разработках.

Конструктор после разработки рабочей документации продолжает изучать и совершенствовать конструкцию на всех этапах существования изделия:

-на этапе подготовки производства;

-при изготовлении деталей и контроле размеров;

-при монтаже, эксплуатации и ремонте изделия.

Вопросы авторского надзора регламентированы ГОСТ 15.304-80. Объектом авторского надзора могут быть:

28

-вся конструкция или ее составные части;

-технологические вопросы изготовления изделия;

-материалы для изготовления изделия;

-внедрение изделия в производство.

Запрос об авторском надзоре подает изготовитель после получения и изучения конструкторской документации. Авторский надзор производится организацией-разработчиком с привлечением автора-разработчика и группы специалистов. Авторский надзор выявляет недостатки конструкции изделия и конструкторской документации на него.

Авторский надзор начинается с технической подготовки производства изделия, во время которой особое внимание уделяется этапу изготовления изделия: опытного образца опытной серии, установленной серии, контрольной серии. По результатам испытаний образцов, позволяющим судить о работоспособности и долговечности конструкции, корректируется и дополняется конструкторская документация.

2.2.9. Методы создания нового изделия

Кроме знания разных конструктивных схем, требуются способности и навыки использования приемов и методов разработки. Существуют методы, которые направляют творческую мысль разработчика на создание новых, нешаблонных, нетиповых решений.

Иразработчику полезно знать их.

•Инверсия — метод получения нового технического решения путем отказа от традиционного взгляда на задачу. При инверсии взгляд на задачу осуществляется с другой позиции, обычно диаметрально противоположной. Инверсия позволяет создать новые, поражающие оригинальностью и смелостью мысли конструкции (рис. 3.1). Обычно исследуемые элементы меняются местами. Например, в движении — неподвижно; вращение вперед — вращение назад; возвратно - поступательное движение — вращательное движение; симметрично — асимметрично; ведущее — ведомое; направляющее — направляемое; в жидком виде — в твердом агрегатном состоянии; вредные явления — превращение их в полезные; жесткие связи — гибкие; работа на растяжение — работа на сжатие; элемент находится на одной детали — перенести его на другую деталь, взаимодействующую с первой.

29

•Аналогия — использование технических решений из других областей науки и техники для решения задачи или стимулирования разработки новых решений.

Аналогичные решения, используемые для решения инженерных задач, могут быть заимствованы из живой природы как природные конструкции и элементы биомеханики. Метод прецедента основывается на использовании аналогии с ранее разработанными конструкциями. Новая может быть эквивалентна своему аналогу. Нередко увеличение или уменьшение размеров конструктивного исполнения приводит к новому качеству. Аналогия может не только использовать ранее существующие конструктивные решения, но и имитировать форму, цвет, звук, моделировать разные качества.

•Эмпатия — отождествление личности разработчика с предметом исследования, т. е. деталью или процессом. Эмпатия требует от человека «вхождения в образ». Этот метод позволяет выявить многие факторы, которые внешне незаметны, но могут существенно повлиять на конструкцию. Эмпатия приводит к новому взгляду на задачу.

•Комбинирование—использование в новой конструкции в разном порядке и в разных сочетаниях отдельных технических решений, процессов, элементов. При этом получается новое качество, дополнительный положительный эффект. В конструкции могут быть использованы не только новые элементы, но и старые, известные и использованные ранее.

Метод комбинирования может производиться по трем схемам объединения элементов: новое + новое, новое + старое, старое + старое. В новом устройстве элементы могут выполнять старые функции или приобретать новые свойства

•Компенсация — уравновешивание нежелательных и вредных факторов средствами противоположного действия. Часто приходится компенсировать влияние массы, инерции, трения, потерь различного вида. Компенсация осуществляется специальными устройствами — компенсаторами, которые могут быть постоянными, регулируемыми, автоматическими, пружинными и др.

•Динамизация — превращение неподвижных и неизменных элементов конструкции в подвижные и изменяемой формы.

•Компаундирование состоит в том, что для увеличения производительности параллельно соединяются два технических

30