2. Структура процессов проектирования и конструирования
Конструкторское проектирование относится к роду человеческой деятельности, в которой отсутствует строгая формулировка задачи, а её место занимает целый ряд общих требований: работоспособность, технологичность, минимальные энерго- и материалоёмкость, минимальная стоимость и т.п.[3]. Это обстоятельство естественно предоставляет значительное количество возможных конструктивных вариантов и многочисленные пути их реализации, что исключает строгую схематизацию процесса проектирования. Однако с определённой долей условности последовательность изучаемого процесса можно представить блок-схемой, показанной на рис.2. В процессе конструкторского проектирования выделяют следующие структурные составляющие: формирование технического задания на проектирование (поз.1), структурный синтез (техническое предложение, техническая концепция) (поз.2), оценка предлагаемой структуры с позиции возможности соответствия ТЗ (поз.3), параметрический синтез (поз.5) и проверку соответствия требованиям ТЗ (поз.6), выбор окончательного варианта и оформление ДК (поз.8). В случае, если выработанное решение на этапах структурного и параметрического синтеза не удовлетворяет проектировщика по каким-либо требованиям, то оно подвергается анализу и вырабатываются новые варианты (операции поз. 4 и 7 на рис. 2). При разработке новых решений используют переменные проектирования (ПП). ПП называют такие неизвестные параметры, которые могут варьироваться в определённом диапазоне, обеспечивая возможность оптимизации решения (подробнее см. ниже). Важно заметить, что при решении проектных задач число неизвестных параметров существенно превышает
Рис. 2. Структура процесса проектирования технических объектов
количество уравнений, описывающих объект и явления, происходящие в нём при эксплуатации. Решение подобных ситуаций осуществляется методом последовательных приближений – методом итераций. Из рис. 2 следует, что итерационные циклы выделяют как на этапе структурного, так и параметрического синтеза.
Рассмотрим подробнее содержание основных этапов процесса конструкторского проектирования.
2.1. Формирование технического задания на проектирование
Отправным этапом процесса проектирования машин или других видов ТО является формирование технического задания (ТЗ) на проектирование (поз.1 на рис. 2). Исходные параметры ТЗ предоставляют маркетинговые исследования, формирующие основные требования к планируемому в производство ТО со стороны рынка, или технологический расчёт процесса, для реализации которого создаётся технический объект. Принципиально важно отметить, что ТО, разрабатываемые с целью удовлетворения определённых социальных потребностей, должны создаваться для выполнения технологических процессов, основанных на новейших фундаментальных и прикладных исследованиях, которые закладывают прогрессивное развитие техники. При проведении технологических расчётов устанавливаются специфические особенности назначения ТО или их комплекса для реализации рассматриваемой технологии. Применительно к машинам – это закономерности движения рабочих органов, траектории их движений и скорости перемещений в выполняемом процессе, требуемая производительность, режим работы и характерные условия эксплуатации. Технологические расчёты изучаются в специализирующих дисциплинах, например, применительно к специальности ТМС в курсах теории резания, технологии машиностроения и т.д.
Параллельно с технологическими расчётами на рассматриваемом этапе также устанавливают необходимость в проектировании новой машины. Следует иметь в виду, что создание новой машины требует значительных материальных затрат. Поэтому, прежде чем начать разработку машины, предварительно изучают парк выпускаемой отечественной и зарубежной техники, которая может выполнять запланированные технологические операции.
В качестве объективных факторов необходимости проектирования новой машины можно принять: отсутствие техники для осуществления планируемой технологической операции, невозможность обеспечения существующими техническими средствами требуемого качества, уровня механизации и автоматизации планируемого технологического процесса и других требований.
Одним из важнейших факторов в решении вопроса о целесообразности процесса проектирования и разработки ТЗ, безусловно, является также экономическая обоснованность.
Содержание ТЗ определено ГОСТ Р 15.201-2000. ТЗ представляет собой документ, содержащий необходимые и достаточные требования для разработки продукции, которые взаимно признаются заказчиком и разработчиком и закрепляются совместным договором. Основное назначение технического задания – определение цели проектирования и обоснование направления поиска. В рамках сформулированной цели ТЗ должно содержать наименование и функциональную характеристику объекта проектирования, его технические, тактико-технические характеристики и показатели качества, технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, необходимые стадии разработок конструкторской документации и её состав, а также специальные требования заказчика к изделию. Исходные технические, тактико-технические и т.п. данные получают на этапах технологического расчёта, выявления потребности в проектирование изделия, при составлении технического задания и выработки первичного варианта технической концепции.
Формирование ТЗ требует исчерпывающей информации о функциональных и технико-экономических характеристиках отечественных и зарубежных технических объектов аналогичных функциональных назначений с планируемыми к проектированию, о научных и опытно-конструкторских разработках в данной области, стандартах по техническим параметрам и параметрам качества. В современных информационных технологиях проектирования отмеченная информация предоставляется посредством баз данных (БД), управляемых с помощью интерактивных диалогов.
Поставленные в техническом задании рубежные технико-экономические параметры изделия определяют его необходимость и практическую ценность, поэтому выполнение данного этапа процесса проектирования поручают специалистам наиболее высокой квалификации. В курсовых проектах по изучаемым дисциплинам, являющихся начальным этапом освоения основ конструирования, техническое задание на проектирование обычно задаётся.